All polymer asymmetric Mach-Zehnder interferometer waveguide sensor by imprinting bonding and laser polishing

We present an all polymer asymmetric Mach–Zehnder interferometer(AMZI) waveguide sensor based on imprinting bonding and laser polishing method. The fabrication methods are compatible with high accuracy waveguide sensing structure. The rectangle waveguide structure of this sensor has three sensing surfaces contacting the test media, and its sensing accuracy can be increased 5 times compared with that of one surface sensing structure. An AMZI device structure is designed. The single mode condition, the length of the sensing arm, and the length deviation between the sensing arm and the reference arm are optimized. The length deviation is optimized to be 19.8 μm in a refractive index range between1.470 and 1.545. We fabricate the AMZI waveguide by lithography and wet etching method. The imprinting bonding and laser polishing method is proposed and investigated. The insertion loss is between-80.36 dB and-10.63 dB. The average and linear sensitivity are 768.1 d B/RIU and 548.95 dB/RIU, respectively. And the average and linear detection resolution of the sensor are 1.30×10~(-6) RIU(RIU: refractive index unit) and 1.82×10~(-5) RIU, respectively. This sensor has a fast and cost-effective fabrication process which can be used in the cases of requiring portability and disposability.     

铁磁异质结构中的超快自旋流调制实现相干太赫兹辐射

利用飞秒激光脉冲在生长于二氧化硅衬底上的W/CoFeB/Pt和Ta/CoFeB/Pt两类铁磁/非磁性金属异质结构中实现高效、宽带的相干THz脉冲辐射.实验中, THz脉冲的相位随外加磁场的反转而反转,表明THz辐射与样品的磁有序密切相关.为了考察三层膜结构THz辐射的物理机制,分别研究了构成三层膜结构的双层异质结构(包括CoFeB/W, CoFeB/Pt和CoFeB/Ta)的THz辐射.实验结果都与逆自旋霍尔效应相符合, W/CoFeB/Pt和Ta/CoFeB/Pt三层膜结构所辐射的THz强度优于同等激发功率下的ZnTe (厚度0.5 mm)晶体.此外,还研究了两款异质结构和ZnTe的THz辐射强度与激发光脉冲能量密度的关系,发现Ta/CoFeB/Pt的饱和能量密度略大于W/CoFeB/Pt的饱和能量密度,表明自旋电子在Ta/CoFeB/Pt中的界面积累效应相对较小.     

基于光纤光栅传感器和卡尔曼滤波器的载荷识别算法

载荷识别在结构健康监测中的地位十分重要,为了在结构健康监测的同时利用最优化算法对系统进行有效控制,提出了一种基于光纤光栅(FBG)传感器和卡尔曼滤波器的载荷识别算法。该算法建立在卡尔曼滤波器的基础上,以FBG传感器测得的应变值作为观测信号,通过卡尔曼滤波器产生的增益矩阵、新息序列和协方差矩阵,利用最小二乘算法实时估计载荷的大小。此算法只需采集前一时刻的估计值和当前时刻的观测值即可估计出当前时刻的载荷,无需存储和读取大量数据。同时,基于卡尔曼滤波器在进行结构健康监测的同时能够应用最优化算法对系统进行控制。为了对识别算法进行验证,采用梁系统作为仿真和试验对象,通过FBG传感器测得的应变值识别载荷。结果表明,所提动态载荷识别算法能够很好地抑制噪声,具有良好的稳定性和实时性。     

常见野生蘑菇的红外光谱及其二维相关红外光谱的鉴别

采用傅里叶变换红外光谱结合相关性分析、二阶导数谱和二维相关谱对13种常见野生蘑菇进行鉴别研究。结果显示13种野生蘑菇的红外光谱光谱特征相似,主要由蛋白质、多糖的吸收组成,13种样品的相关系数最小为0.779,最大值为0.960。在1 700~1 400和1 400~800 cm-1范围的二阶导数光谱中,各样品吸收峰的强度、位置和形状均有明显差异。二维相关红外光谱在1 380~1 680 cm-1范围的强自动峰整体相近,但自动峰和交叉峰位置、形状存在差异;在920~1 230 cm-1的范围,各样品的自动峰和交叉峰的数量、强度和位置差异明显。结果表明傅里叶变换红外光谱结合相关性分析、二阶导数谱和二维相关谱有望发展为区分不同种类蘑菇的快速方法。     

基于光谱特征分析的光纤光栅腐蚀传感器研究

针对航空航天领域铝合金结构服役过程腐蚀监测需求,提出了一种基于铝质细管结构的预载荷型光纤光栅腐蚀传感器。给出了铝合金结构腐蚀在役监测机理,得到光纤光栅反射光谱特征与铝质细管厚度变化之间的理论关系模型,构建了酸碱环境下的光纤光栅腐蚀监测试验系统。通过在细管内部配置不受力且仅感受温度变化的光纤光栅传感器,解决了被测目标的温度与应力交叉敏感问题。研究表明,这种铝质细管封装设计不仅可以感受腐蚀对其力学性能的影响,还能够屏蔽外界腐蚀因素对管内光纤感知器件的干扰。随着金属管腐蚀程度加深,其管壁逐渐变薄,光纤光栅反射光谱逐渐向短波长方向偏移,且管壁厚度变化与光栅中心波长偏移量之间呈较好单调关系。这些特性能够为进一步开展基于光纤感知器件的机械结构在役腐蚀监测研究提供有益帮助。     

冬虫夏草中甘露醇和虫草素的TOF-SIMS分析

用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)分析研究了冬虫夏草中两个最重要的药效活性物质,甘露醇和虫草素,重点研究对应质量数251 amu的质谱峰含有的化学信息。利用TOF-SIMS高质量分辨率的优势, 检测并识别251和252 amu质谱峰的信号有可能不是保健药理活性物质虫草素C₁₀H₁₃N₅O₃(251 amu)产生的分子离子峰M+,[M+H]+,这或许就是文献中有关研究虫草素存在争论的原因。TOF-SIMS分析结果为进一步解读251 amu质谱峰的化学内含、深入研究冬虫夏草中虫草素提供了依据;同时就甘露醇对应的(181 amu附近)TOF-SIMS负离子质谱峰做了细致的解读, 确认181 amu质谱峰是识别冬虫夏草中甘露醇的可靠依据。本研究证明, TOF-SIMS是分析、研究、鉴别冬虫夏草的有效手段。     

The 650-nm variable optical attenuator based on polymer/silica hybrid waveguide

Visible light variable optical attenuators(VOA) are essential devices in the application of channel power regulation and equalization in wavelength-division multiplexing cross-connect nodes in plastic optical fiber(POF) transmission systems.In this paper, a polymer/silica hybrid waveguide thermo–optic attenuator based on multimode interference(MMI) coupler is designed and fabricated to operate at 650 nm. The single-mode transmission condition, MMI coupler, and transition taper dimensions are optimized through the beam propagation method. Thermal analysis based on material properties provides the optimized heater placement angle. The fabricated VOA presents an attenuation of 26.5 dB with a 21-mW electrical input power at 650 nm. The rise time and fall time are 51.99 and 192 μs, respectively. The time–stability measurement results prove its working reliability.     

SPECT均匀衰减投影数据的反演公式

依据近年来公开发表的有关单光子发射断层成像(SPECT)成像技术的文献,探索SPECT均匀衰减投影数据的反投影问题.主要采用指数型拉动变换的性质和构造特殊函数—–δ函数的方法,进而应用δ函数的特殊性得到了一个精确的反演公式.结果表明,由这种方法得到的反演公式能够更加有效和精确地实现图像的重建.     

尿液中的纳米晶体组分及其对草酸钙结石形成的影响

采用高分辨率透射电子显微镜、选区电子衍射、能谱分析和X射线衍射对草酸钙(CaOx)结石患者尿液中纳米晶体的组分进行了准确分析。这些技术检测到一水草酸钙(COM)、尿酸(UA)和磷酸钙(CaP)的存在,能谱分析检测到大量C,O,Ca和少量N和P等元素,表明尿纳米晶体的主要组分是COM,并含有少量的尿酸和磷酸盐。电子显微镜观察到CaOx结石患者尿纳米晶体的粒径主要分布在几十纳米,其结果与Scherer公式计算相符。采用不同孔径的微孔滤膜(0.45,1.2和3 μm)将尿液过滤后,得到的尿微晶衍射峰的数量随着滤膜孔径的增加而增加,表明尿微晶的种类增加。CaOx尿石的形成过程涉及尿液晶体的成核、生长、团聚和与细胞的粘附等过程。尿液中大量纳米COM晶体的存在是草酸钙结石形成的重要原因。纳米UA,CaP晶体能够作为晶巢促进草酸钙结石的形成。     

气体摩尔热容的拓展性教学

物质的摩尔热容是热量传递、熵增、焓变等计算中的重要参数之一。为让学生全面掌握摩尔热容的概念及其计算方法,以气体为例,基于文献调研,对理想气体、范德瓦尔斯气体、昂尼斯气体、雷德利克-邝气体的摩尔热容进行了系统化地归纳分析。利用热力学第一定律及热力学相关公式导出了改进型雷德利克-邝气体的摩尔热容。并对气体摩尔热容与物态方程的内在联系、摩尔定压热容与摩尔定体热容的差别进行了讨论与分析。这些研究结果对气体摩尔热容的拓展性教学及学生的创新性自学具有较好的参考价值。