相变及空位缺陷对高压下GeO_2光学性质的影响

本文采用第一性原理方法,在100 GPa的压力范围内,计算了GeO_2理想晶体和含锗、氧空位点缺陷晶体的光学性质.吸收谱数据表明,压力诱导的三个结构相变对GeO_2晶体的吸收谱均有影响:第一个相变将导致其吸收边蓝移,而第二和第三相变将使得其吸收边红移.锗和氧空位点缺陷的存在将导致GeO_2的吸收边红移,但氧空位点缺陷引起的红移更明显.尽管如此,分析发现,在100 GPa的压力范围内,压力、相变以及空位点缺陷等因素都不会导致GeO_2晶体在可见光区出现光吸收现象(是透明的).波长在532 nm处的折射率数据显示,在GeO_2的四个相区,其折射率均随压力增加而降低;而且,GeO_2的三个结构相变以及锗、氧空位点缺陷都会导致其折射率有所增大.本文预测,GeO_2有成为冲击光学窗口材料的可能.     

远距离三原子量子纠缠特性与其应用

三原子分别被束缚在用光纤环形连接单侧泄漏微光学腔场中,在微腔中输入激光驱动场和施加局域激光场,利用输入-输出技术及绝热近似理论,推导出一维Ising链模型的有效哈密顿量,该哈密顿量表明该系统会诱导出三原子中的任意两原子纠缠及三原子纠缠,用伴随数(concurrence)度量两原子纠缠,用内禀纠缠度量三原子纠缠,通过数值计算,给出两原子和三原子纠缠随时间演化曲线,通过适当调控激光驱动场和局域激光场,在远距离三原子中任意两原子实现未知量子态的隐形传送。     

LEO空间目标的非协同共视观测及初轨确定

测角数据的初轨确定(IOD)是通过光学观测技术进行空间目标编目的 关键,然而对于低地球轨道(LEO)空间目标,地基光学观测所获得的数据弧长较短且不包含距离信息.因此,在进行IOD时,所得轨道的误差往往较大,难以应用于进一步的工作中.针对上述问题,研究了LEO空间目标的非协同共视观测技术及其初轨确定,并基于统计学提出了一种利用非协同共视观测技术定位空间目标的新方法.结合中国科学院空间目标与碎片观测网的光学测角数据进行了实验验证,结果表明,所提方法对Ajisai卫星定位的均方根(RMS)误差小于100 m,对空间碎片CZ-2C R/B定位的RMS误差小于200 m,优于传统的三角视差法.随后,将上述定位结果用于IOD,所得轨道半长轴的误差在1 km左右.     

基于偏置纳米线的石墨烯表面等离激元调制器

开发高性能的电光调制器对于构建片上光子回路非常重要.鉴于纳米线结构具备独特的电场横向束缚特点,设计一种基于纳米线的混合表面等离激元波导电光调制器,该调制器由偏置双硅纳米线、双石墨烯层以及置于双石墨烯层之间的银纳米线构成.利用二维时域有限差分算法计算分析结构参数对器件调制性能的影响.模拟结果表明,所设计的调制器在1550 nm的工作波长下可以实现较为出色的调制性能,其3 dB调制带宽高达250 GHz,调制深度和功耗分别高于0.15 dB/μm和低于11.5 fJ/bit,该调制器可为新一代高性能集成电光调制器的开发提供设计思路.     

基于双平行马赫-曾德尔调制器和平衡光电探测器的四倍频可调对称三角形函数波形信号发生器

提出并研究了一种基于双平行马赫-曾德尔调制和平衡光探测的四倍频可调对称三角形函数波形信号发生器.将调制非线性和多参量调控应用到可调对称三角形波形信号的产生中,可实现四倍频信号输出.通过调整调制系数β和时延量τ,可实现光电流表达式向目标函数波形微波信号傅里叶展开式前三项的近似表征,最后得到四倍于射频调制频率的周期性三角形波形信号.结合仿真研究,实现了5 GHz射频调制频率下,20 GHz 三角形波形信号的输出,通过引入拟合误差对所获得的时域波形进行误差估计,所提出的发生器可实现对称系数20％到80％之间的波形输出,且可保证拟合误差小于8％.     

基于本征系数的大口径望远镜失调量解算

针对大口径望远镜光学系统内部空间限制的特点,为了实现失调量校正,提出了一种基于本征系数的失调量解算方法.该方法首先利用波前曲率传感器的原理,通过交替测量前后离焦面的方式采集光斑图.然后,利用无需分区探测的本征函数法进行波前重构,利用本征系数来表征系统波像差,并依据失调量建立灵敏度矩阵模型.最后,根据失调状态与理想状态的本征系数即可求解出失调量.与其他技术途径相比,该方法具有无需添加光学元件、无需分区探测、运算简单的特点.主镜直径为1.8m的望远镜实验结果表明,当次镜偏心距离范围为--0.9～0.9 mm、倾斜角范围为--0.2°～0.2°时,利用本征系数灵敏度矩阵法得到的计算值的误差均小于10％,对大口径望远镜中的应用具有一定的意义.     

盐水溶液跨混合纤维素膜扩散机制的定量可视化实验研究

介绍了一种改进的高时空分辨率相移干涉仪,测量了不同浓度的NaCl溶液跨过5 μm孔径醋酸-硝酸混合纤维素膜进入去离子水的跨膜扩散过程。实验观察到NaCl溶液在膜-液界面附近的质量输运行为受膜结构的影响而表现出的特征:相对分散的浓度高值分布、均流传质现象、对流的快速纵向进行和横向扩散的缓慢发展等。实验计算得10.0 mg/mL、7.5 mg/mL、5.0mg/mL、2.5 mg/mL 和 1.0 mg/mL 的 NaCl 溶液跨膜传质系数分别为 3.0×10~(-6) m~2/s、8.5×10-7 m~2/s、7.8×10~(-7)m~2/s、2.9× 10~(-7)m~2/s和6.0×10~(-8)m~2/s。本实验结果可为跨膜扩散机理的研究提供参考。     

贵金属掺杂锐钛矿TiO2光催化性能的第一性原理研究

本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对纯锐钛矿TiO2及贵金属（Ru、Pd、Pt、Ag和Au）掺杂锐钛矿TiO2的晶格结构、能带结构、电子态密度及光学性质进行了计算。结果表明：贵金属掺杂后TiO2的晶格体积都出现了不同程度的增大;Pd和Pt掺杂后TiO2体系的禁带宽度减小,Ru、Ag和Au掺杂后体系表现出了一定的金属属性,五种贵金属掺杂TiO2后吸收光谱都有红移的趋势。掺杂形成能计算表明,除Ru金属外,富氧条件下掺杂更容易实现。     

圆合成孔径声呐多点定位运动补偿

圆合成孔径声呐(CSAS)的成像性能受平台运动误差影响而下降,利用单侧回波可估计CSAS基阵的斜距误差,但单侧回波在小测绘带时无法估计升沉误差,针对此问题,提出了一种利用单侧回波信号的声呐平台三维运动估计和补偿方法。首先,对CSAS在不同观测角度的目标回波取极大值获得目标回波的到达时间;其次,基于多个点目标的到达时间建立CSAS三维定位模型;然后利用列文伯格-马夸尔特方法对声呐三维坐标进行估计;最后将位置估计结果与时域反投影成像方法结合实现对目标的成像.仿真结果表明:该方法能精确估计声呐平台运动误差,其空间坐标的估计误差小于仿真信号波长的1/8,从而精确补偿了CSAS在不同空间采样点上的阵元回波时间差,显著提高了目标成像质量。湖上试验结果表明,该算法能够实现对CSAS的运动误差补偿。仿真和试验结果均验证了方法的可行性和有效性。