一种基于大角度倾斜光纤光栅包层模的低频声传感方案

利用倾斜光纤光栅在发生弯曲时其存在的多种纤芯-包层模式耦合方式容易发生改变,进而使其光谱特征发生明显变化的特点,提出并验证了一种基于大角度倾斜光纤光栅包层模的低频声传感方案.将倾斜光纤光栅与设计的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)换能膜片及腔体结构相结合,得到了一种有效的低频声传感系统.该换能膜片在被测声波信号作用下产生振动,使固定在膜片表面的倾斜光纤光栅发生周期性动态弯曲,引起倾斜光纤光栅的包层模式光谱发生周期性漂移,最后采用边缘滤波法进行解调,实现低频被测声波的有效探测.实验结果显示,该传感方案可以在45—220 Hz范围内实现高灵敏度声波探测,在传感系统固有频率附近54 Hz处获得最大声灵敏度115.88 m V/Pa,且最小探测声压为539.2μPa/Hz^1/2.该传感方案具有灵敏度高、重复性好、结构简单、容易加工等优势,在低频声探测等相关应用领域具有较大的发展前景.     

圆电流在非均匀磁场中所受的安培力

给出了计算圆电流在非均匀磁场中所受的安培力的两种方法：换元积分法和复变函数法,对教师在教学中处理有关的积分问题以及培养学生的计算能力有一定指导意义.     

广义相对论和Brans-Dicke引力理论下的行星进动与星光偏折

作为两种重要的候选引力理论,广义相对论以及Brans-Dicke引力理论对于理解天体及宇宙的形成与演化具有重要的意义.本文在广义相对论和Brans-Dicke引力理论下,考察恒星附近的行星进动以及星光偏折效应.首先推导出恒星周围的静态球对称背景时空下粒子轨道方程的普适形式;然后分别针对两种引力理论,进一步利用相应的真空场方程的静态球对称精确解推导出描述行星及星光轨道方程,其为非线性的二阶常微分方程;利用微扰法求解轨道方程,得到了含高阶修正的近似解,进而给出了对应的行星进动角和星光偏折角.本文对利用更高精度的实验观测来检验、甄别引力理论具有重要的意义.     

密度泛函理论下氯普鲁卡因分子的能级结构和光谱计算

本文基于密度泛函理论,采用B3LYP方法,在6-31G(d,p)基组上对麻醉剂氯普鲁卡因的分子结构进行几何优化,在此基础上以乙醇为溶剂计算分子的前20个激发态,所有计算在Gaussian 09W-D01中进行。利用Multiwfn3.7软件绘制红外光谱图,并对其分子振动进行分析;利用Origin 2018 64Bit软件和Multiwfn3.7软件相结合绘制紫外光谱图,并计算空穴-电子来分析分子的激发态性质;通过计算前线轨道来预测氯普鲁卡因分子的活性位点。结果表明,在所计算得到的激发态中,由基态到第2、3、6、10激发态为局域激发,由基态到第19激发态为电荷转移激发。氯普鲁卡因乙氨基上的N22为亲电反应位点,苯环上的碳原子和脂基上的氧原子为亲核反应位点。本研究对更好的了解氯普鲁卡因分子的反应机理和在医学上的麻醉活性提供理论参考。     

金属-光折变材料复合全息结构对表面等离激元的波前调控

表面等离激元(surface plasmon polaritons, SPPs)控制具有重要意义.表面电磁波全息法是在金属表面设计能有效控制SPP传输的凹槽阵列结构.本文提出一种新的SPP传输的控制方法,利用金属-光折变材料复合全息结构控制SPP传播.在金属表面覆盖一层光折变材料,两束SPP波在光折变材料内干涉生成全息结构,利用此全息结构能够控制SPP的传播.通过时域有限差分法模拟验证,结果显示,通过金属-光折变材料复合全息结构可以有效地控制SPP波束的传输,实现SPP平面波束的单点聚焦、两点聚焦,以及生成零阶和一阶高斯SPP波束.经过优化发现,光折变材料的最佳厚度为3.3μm,最佳折射率调制度为0.06.现有SPP控制器件主要是通过离子束刻蚀,而金属-光折变材料复合全息结构不需要刻蚀,从而扩展了SPP控制的器件的制作方法,为SPPs的全光控制提供了新的思路,使SPP全光控制成为可能,进一步实现了SPP全光开关等功能.     

大学物理实验教学改革模式的探讨

针对大学物理实验教学的现状,对大学物理实验教学提出了改革建议。强调实验内容要结合专业特点,教学方法要多样化、混合化,考核要科学化。同时积极开展大学生物理学术竞赛。     

基于密度泛函理论的对二甲苯分子电子光谱的外场效应研究

对二甲苯（PX）是化工领域一种非常重要的原料,被广泛地用于香料、医药、油墨和农药等的生产,因此研究PX分子的电子光谱和外场效应,对于它的检测和降解具有十分重要的意义。为研究外电场作用下,PX分子的紫外-可见（UV-Vis）光谱的变化,采用密度泛函理论（density functional theory,DFT）B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上,优化了不同外电场（0～0.025 a.u.,0～1.285 6×1010 V·m-1）作用下PX分子的基态几何构型,在此基础上利用含时密度泛函理论（TDDFT）计算了PX分子的UV-Vis吸收光谱,最后对PX分子紫外吸收峰和摩尔吸收系数受外电场作用的的影响规律进行了研究。结果表明：有波长为189 nm、摩尔吸收系数为35 580 L·mol-1·cm-1的强吸收峰,处于E₁带,它是环状共轭的三个乙烯键的苯型体系中的π→π*电子跃迁产生的;与苯分子相比,吸收峰出现11 nm的红移：由于两个甲基和苯环形成p-π共轭,苯环的大π键变弱,故PX分子的紫外吸收峰出现红移;当增加了外电场后,最低未占据轨道(LUMO)向外电场的反方向偏移,导致苯环上的电子密度减小,大π键变弱,π→π*跃迁需要的能量降低,电子跃迁产生的波长增大,吸收峰出现显著红移,当外电场增大到0.020 a.u.时,红移已经非常明显;外电场的引入,导致苯环上的电子密度减小,大π键变弱,π→π*跃迁的电子数减少,摩尔吸收系数降低,随着外电场的增强,摩尔吸收系数降低明显,尤其在外电场增强到0.020a.u.后,摩尔吸收系数降低非常显著。这些工作为PX的检测和降解方法研究提供了一定的理论依据,也对其他有机污染物的检测方法和降解机理的研究有启示作用。     

工型超材料共振研究

工型金属结构单元构成的超材料具有异常的电磁性质。利用时域有限差分法对工型结构超材料进行模拟研究后发现:当结构对称时,出现了3个模;当结构的对称性破缺和尺寸增加时,分别出现了1个新模,结构中存在5个特殊的反射模。建立理论模型,结合近场分布分析了这5个反射模形成的物理原因,认为:表面等离子体在工型结构单元内不同位置的共振耦合导致了这5个特殊的反射模;当结构的对称性破缺时,出现新的共振模;当结构尺度增加时,出现了高阶共振模。     

转动双星同步和轨道圆化的物理过程研究

潮汐效应是影响恒星结构和演化非常重要的物理因素.本文研究了影响潮汐同步和轨道圆化的物理因素,如恒星质量、初始转速、轨道周期、金属丰度、对流超射等,并根据转动恒星的角动量转移和元素扩散方程,给出了这些因素对转动双星演化和元素混合的影响.结果表明：具有大质量子星、初始转速慢、对流超射小、轨道周期短的双星系统,能更早地达到平衡速度和轨道圆化;初始转速快的恒星,由于潮汐同步过程减速,双星系统中氮元素增丰没有单星的氮元素增丰显著;大质量星、高金属丰度、超射大和短周期的双星系统,氮增丰相对显著;质量小、金属丰度低、转速慢、超射大的恒星具有较小的恒星半径,而低金属丰度恒星表面却具有较高的有效温度,快速转动单星向低温和低光度端演化.     

外场作用下C12H4Cl4O2的分子结构和电子光谱研究

各种环境毒物危害着人类的生产生活,二噁英更是严重危害人类的健康.C₁₂H₄Cl₄O₂（2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin,TCDD）是二噁英中毒性最强的化合物,也是目前已知毒性最强的污染物.为研究TCDD外场效应,采用密度泛函理论方法优化了不同静电场0–0.025 a.u.（0–1.2856×10¹⁰ V/m）作用下TCDD分子的基态几何结构,得到了分子总能量;在此基础上,采用含时密度泛函理论方法对TCDD分子的紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱在不同外电场下的变化进行了研究.结果表明：分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系,分子总能量随着外电场的增强而减小;伴随着外电场的增强,分子激发态的摩尔吸收系数逐渐减小,UV-Vis吸收峰显著红移.