金属覆层五层光波导正常模和异常模的理论分析

本文应用自适应套孔爬山法求解五层金属光波导复本征方程,计算得到了TM00模的正常解和异常解,给出了正常解和异常解的模场分布情况,并对正常解和异常解对应模式的激发情况进行了分析.     

波长调制型表面等离子体共振的传感特性研究

表面等离子体共振(SPR)光学传感器能实现生物医学的快速、 无标记、 高精度检测,是生物化学分析的重要方法。 研制了基于波长调制型的Kretschmann结构表面等离子体共振(SPR)生物传感系统,研究了在体溶液传感方式下的传感性能。 利用不同浓度的乙醇和乙二醇溶液进行体溶液传感测试。 实验结果表明,在折射率低时共振波长对折射率变化响应的灵敏度低,但响应的线性度高;随着折射率增大,共振波长对折射率的响应变化的灵敏度提高。 在1.407 0～1.430 RIU折射率范围内,灵敏度高达11 487 nm·RIU-1。 传感器的共振波长的稳定性为0.213 8 nm,可分辨最小折射率趋近10-6 RIU。 所研制的波长调制型表面等离子共振传感器操作简单、 灵敏度高、 检测范围大,可实现浓度极低生物标记物的有效检测,在化学、 生物传感领域有重要的应用。     

侧边抛磨区材料折射率对光纤光栅波长的影响

针对轮式光纤侧边抛磨法,研究了在侧边抛磨光纤光栅抛磨区覆盖不同折射率的材料时,侧边抛磨光纤光栅Bragg波长随外界折射率的改变而变化的特性.理论计算与实验结果都表明,侧边抛磨光纤光栅Bragg波长会随抛磨区覆盖材料折射率的增大向长波长方向偏移；侧边抛磨面离光栅区纤芯表面越近,覆盖材料折射率对波长偏移的影响越大.实验指出,当侧边抛磨区覆盖材料的折射率从1.389 7变到1.447 9时,Bragg波长将会发生1.402 nm的偏移.用轮式光纤侧边抛磨法制备的侧边抛磨光纤光栅可应用于光纤光栅的波长调谐或传感器.     

用于红外焦平面的正方形孔径球面微透镜阵列研究

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题,展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手,对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术,建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数,以此为基础,编制直写设备变剂量曝光控制软件;利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验,制作了阵列256×256、单元尺寸40×40 μm²、球面半径60 μm、单元间距1 μm的红外石英微透镜阵列;并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明:微透镜的占空比达到95%,红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90% 以上.由此得出结论:变剂量曝光制作微透镜技术是可行的,正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列,对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.     

基于洛匈棱镜的偏振度测量与空间退偏度分析方法研究

空间平均型退偏要求退偏后的光束不仅具有低偏振度,还要求避免偏振态的空间带状连续分布.为了实现光束偏振度的测量和空间退偏度的观察,提出基于洛匈棱镜的偏振度测量方法,理论推导了偏振度和各个光功率测量值之间的关系,设计了实验装置,并与全偏振度测量方法进行对比.结果显示:两种测量方法得到的偏振度相对偏差为0.192%,但洛匈棱镜能将o光和e光在空间分离,能对光束偏振态的空间分布进行观测.基于洛匈棱镜的偏振度观测方法结构简单,操作方便,在偏振度和偏振态的空间分布的同时观测中有重要应用.     

侧边抛磨光子晶体光纤传输特性理论分析

在建立了侧边抛磨光子晶体光纤D型光纤光学模型的基础上,采用三维有限差分光束传输法计算和分析了侧边抛磨光子晶体光纤的光功率衰减、传输模场等与抛磨区几何参数(剩余半径、轴向旋转角、侧边抛磨区长度)的变化关系。结果表明,当剩余半径大于-1.5μm时,侧边抛磨光子晶体光纤的光功率衰减随着剩余半径的减小而增大;光沿着光纤传输时,基模光传输到抛磨区光功率发生衰减,经过抛磨区后,基模光功率出现回升。沿不同的轴向旋转角方向侧边抛磨,剩余半径大于0.5μm时,侧边抛磨光子晶体光纤的光功率衰减随着剩余半径变化的差别较小;剩余半径足够小时,光沿着光纤传输到抛磨区时,会产生高阶模,沿轴向旋转角θ=30°侧边抛磨时基模模场分布分散程度最大,且在抛磨区产生更多的高阶模。剩余半径大于1.5μm时,抛磨光纤长度变化对输出光功率影响很小,剩余半径小于1.5μm时,输出光功率透射率随着光纤抛磨长度的变化呈振荡变化。分析结果可为侧边抛磨光子晶体光纤的器件制作提供理论指导。     

Fabrication of Nano-Columnar Tungsten Films and Their Deuterium and Helium Ion Irradiation Effects

Nuclear fusion energy for electricity generation is drawing significant attention, due to the fact that it is a clean, safe, and environmentally friendly energy source. The plasma facing material （PFM） is one of the key factors that determine the development of fu- sion reactors. The fusion energy system requires ex- cellent performance of PFMs under high heat flux de- position and particles irradiation. PFMs not only are exposed to unprecedented steady-state and tran- sient power fluxes, but also are bombarded with un- precedented neutron fluxes. In nuclear fusion reactors, the PFM suffers from high-energy （14MeV） neutron irradiation and a high heat flux of ～10MW/m2. A variety of point defects （e.g., interstitials, vacan- cies, helium, and hydrogen gas atoms） are produced in the process of irradiation through atomic displace- ment and nuclear transformation. These point defects form defect clusters （e.g., voids and interstitial loops） and thus change the mechanical properties and mi- crostructure of the material even to the extent that their structural integrity is compromised.     

LED阵列光源的舞台灯变焦透镜系统

 针对国内大功率LED阵列光源舞台灯具在光束角度不可变和光能利用效率低等问题,提出利用透镜组变焦原理来设计阵列光源变焦透镜系统。基于透镜组变焦原理设计了单颗LED光源的变焦透镜组,高级光学系统分析模拟软件ASAP的计算结果显示：调焦范围为0~10 mm时,出光角度（1/10峰值角）的变化范围为18.5°~38.7°,光能利用效率在调焦距离为10 mm时达到78%以上。在此基础上,将单颗LED光源的变焦透镜组扩展为Red、Green、Blue各12颗共36颗LED的变焦透镜系统,进一步分析36颗LED阵列光源在不同排布方式下的出光角度及混色效果。ASAP计算结果显示：在调焦范围与单颗LED相同的情况下,LED阵列光源变焦透镜系统的出光角度（1/10峰值角）的变化范围为21°~38.6°,且3种颜色LED交叉排列的混色效果较好。由LED阵列的计算结果可知,与国内现有的大功率LED舞台灯具相比,在出光角度的变化范围和光能利用效率方面都得到了提高。     

离子镀制备Cr/W混合过渡层的氢氘辐照效应研究

用双离子束镀膜方法在W基底表面制备不同厚度的Cr薄膜. 用冷场扫描电镜能谱分析仪对镀膜样品成分深度分布进行分析, 使用重离子加速器对镀膜样品进行高能、低束流的氢或氘辐照, 用扫描电镜对样品表面形貌变化进行分析, 运用粒子注入射程模拟软件SRIM对氢粒子在Cr/W双层块体中的射程进行模拟分析. 实验结果表明, 运用双离子束镀膜法能够在膜与基底的接触面区域制得Cr/W混合过渡层; 在高能、低束流的氢或氘辐照下, Cr/W混合过渡层易于使气体滞留而起泡, 双离子束制备的Cr膜层不易聚集氢或氘气体成泡.     

光镊-受激拉曼光谱技术测量SO2与悬浮NaCl单液滴的氧化反应动力学速率常数

硫酸盐是大气雾霾颗粒中一种重要的二次无机组分,但是有关大气硫酸盐生成机制的认识,目前还存在很多不足。同时,现有的空气质量模型也往往存在对硫酸盐生成量的低估问题,无法有效复现外场观测结果。因此,深入研究大气硫酸盐的生成机制,对理解雾霾成因、实现大气污染的精准防控具有重要意义。本研究利用光镊-受激拉曼光谱技术观测了SO_2与NaCl液滴的非催化氧化反应过程,液滴半径在反应过程中的纳米级变化可被精确测量,实现了反应过程的实时、原位观测。根据测定的反应速率,求算了SO_2氧化过程的拟一级反应速率常数k,同时研究了相对湿度、SO_2浓度对反应的影响。结果表明,相对湿度变化引起的液滴离子强度变化对k值具有显著影响,湿度由～60%增加至～90%时,k值下降约1个数量级。而SO_2浓度提升会使得液滴pH减小,导致k略微下降。对反应过程的机制讨论表明,SO_2在NaCl液滴中的非催化氧化过程体相反应、界面反应可能均有贡献。