QEPAS系统中石英音叉模态仿真计算与研究

对石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)系统中常用的石英音叉进行了有限元模态计算，获得石英音叉前6阶振型与模态频率，认知了第4阶对称摆动振型为有效振动，利用单因素法分析了石英音叉的音臂长度l₁、音臂宽度w₁、音臂厚度t、音臂切角θ、音臂圆孔直径d及音臂圆孔高度h对低阶有效共振频率(Fre)的影响，敏感度依次为： l₁> w₁>d>θ>t>h，考虑实际设计情形，筛选出了l₁，w₁，d与h四个石英音叉设计变量，采用Box-Behnken实验设计方案与RSM(response surface methodology)方法，以Fre为函数目标，建立l₁，w₁，d与h的二次回归响应面模型，得到了参数之间的交互作用，利用Design-Expert软件对响应面模型进行设计参数反求，结果表明，在15 000 Hz≤Fre≤25 000 Hz计算区域内误差较小，基本满足QEPAS系统的计算需求，所提出的研究与设计方法具有一定通用性，可为QEPAS系统中石英音叉结构参数设计提供参考。     

异质结Bi_2WO_6/ZnO复合光催化剂的制备及其光催化降解含酚废水的研究

采用水热法制备了一系列Bi2WO6/Zn O异质结光催化剂,并对其进行X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis DRS)、扫描电镜(SEM)、光电子能谱(EDS)等手段对其结构性质进行了表征。在含酚废水的液相反应体系中,研究了异质结Bi2WO6/Zn O复合光催化剂光催化降解苯酚的性能。结果表明,Bi2WO6/Zn O异质结的形成可以有效的抑制光生电子和空穴对的结合,使其光催化活性明显优于纯的Zn O和Bi2WO6;另外,异质结型Bi2WO6/Zn O复合光催化剂的表面OH·自由基更有利于光催化活性的提高。当Bi2WO6复合量为4wt%时,异质结Bi2WO6/Zn O复合光催化剂光催化降解苯酚的效果最佳。     

13CH4分子v3振动带空气和氮气加宽系数温度依赖性研究

采用中红外波段连续可调谐二极管激光器和自行研制的低温吸收池, 测量了温度为296 K, 252 K, 213 K, 173 K时, 3.38 μm附近¹³CH₄分子的四条跃迁谱线的氮气和空气加宽光谱; 首次通过实验获得空气和氮气对¹³CH₄分子的碰撞加宽系数, 以及谱线加宽系数的温度依赖系数. 实验过程中, 利用Voigt线型对所测量的光谱进行拟合. 实验结果表明, 氮气和空气对¹³CH₄分子的碰撞诱导加宽系数随温度的降低而增大; 相同温度下, 氮气对¹³CH₄分子的碰撞加宽系数普遍大于空气加宽系数. 实验数据为地球和外星体大气遥感探测提供了依据.     

本振光功率锁定方法应用于激光外差辐射计的研究

激光外差辐射计具备成本低、体积小、光谱分辨率高等优势,可扩展现有的地面碳测量网络,验证卫星观测结果,并能在卫星观测区域外提供数据覆盖.本文在现有的激光外差辐射计的基础上,报道了基于掺铒光纤放大器的可实现本振光功率锁定的近红外激光外差辐射计原型机.该激光外差辐射计利用一个中心波长为1.603μm的分布反馈式半导体激光器作为本振光源,采用掺铒光纤放大器放大本振光功率,并利用自动功率控制电路实现掺铒光纤放大器输出端光功率的锁定,消除了由本振光功率变化引起的基线斜率,从而实现免基线拟合的整层大气透过率谱的测量.详细评估了基于掺铒光纤放大器的高度集成化的激光外差辐射计的仪器性能,并在合肥市科学岛(31.9°N, 117.2°E)地区进行了整层大气CO₂透过率谱的测量.在一天的测量时间内得到6组大气CO₂透过率谱,与大气辐射模型模拟结果进行比对,测量结果一致.实验结果表明,掺铒光纤放大器的应用可以提高激光外差辐射计的性能,优化其结构,进而为实现无人值守的长期大气CO₂浓度观测和构建全面的碳观测网络提供仪器设备的补充.     

激光外差光谱仪模拟风场探测

中高层大气风场是表征中高层大气环境的重要参量,对中高层大气风场的探测在民用和军用领域有着重要意义.激光外差光谱技术是近年来迅速发展的一种高光谱分辨率和灵敏度的被动式遥感探测技术,以激光外差光谱技术为核心研制的激光外差光谱仪因具有体积小、重量轻、结构稳定等特点,在星载测量中高层风场领域有巨大的潜力和应用前景.激光外差光谱仪的地面风场探测性能验证是其应用到卫星上的关键环节,本文利用实验室环境下建立的风场模拟装置实现0—25 m/s的风速变化,并基于光谱分辨率为0.003 cm^-1激光外差光谱仪分别测量了无风速变化和不同风速下的CH₄吸收谱,测量风速的分辨率为3 m/s.使用光纤F-P干涉仪、波长计和参考池对激光器输出光频率进行实时的相对定标和绝对定标.通过计算吸收光谱中心频率的偏移量,反演得到风场风速,并与风场模拟器风速对比,相对误差为1.49 m/s.该实验对激光外差光谱仪测风性能进行有效验证,证明了使用激光外差光谱仪进行中高层大气风场测量的可能性.     

用于磁旋转光谱的环形永磁阵列的匀场分布仿真优化

法拉第磁旋转光谱(Faraday rotation spectroscopy, FRS)技术因其高灵敏度,零背景噪声,以及能有效避免抗磁性物质干扰的特性广泛应用于各类顺磁性痕量气体的探测.目前大部分FRS技术采用线圈构造电磁场,存在能耗高、发热多等问题.为此,开展了基于组合环形永磁体的空间磁场分布建模仿真研究,意在建立轴向分布的磁场,为测量FRS提供基于永磁体的沿光轴方向的匀强磁场.仿真采用有限元网格剖分的方法,基于麦克斯韦方程组,开展组合磁环的磁场分布仿真研究,并通过实验测量实际钕铁硼永磁体磁环阵列的磁场分布,证明了建立物理模型的可靠性.在此基础上提出了对永磁体磁环阵列的3种优化方案—单理想值优化、多段式单理想值优化和梯度优化方案,来构造中心轴线磁感应强度分布均匀的匀强磁场.最后通过引入磁场均匀度,计算评估并分析比较了不同优化方案的优化效果,为研发基于永磁体的FRS光谱设备提供参考.     

SiH3+O(3P)反应机理的理论研究

利用abinitio方法对SiH3+O(3P)反应进行了理论研究,在MP2/6-311+G(d,p)水平上优化得到了反应途径上的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,并在QCISD(T)/6-311+G(d,p)水平上进行单点能计算.计算结果表明,SiH3+O(3P)→IM1→TS3→IM2→TS8→HOSi+H2为主反应通道,其他可能存在的次要产物有HSiOH+H、H2SiO+H和HSiO+H2.HOSi、HSiO和HSiOH(cis)还可能进一步解离生成SiO.另外,计算结果对SiH4+O(3P)反应机理中存在的争议给出了可能的解释,认为Withnall等人在实验中观察到的产物HSiOH、H2SiO和SiO并不是SiH4+O(3P)反应的直接产物,而是来自副反应SiH3+O(3P).     

CuC、CuN分子基态的结构与分析势能函数

在Cu 的有效核势近似下, 运用密度泛函(B3LYP)方法, 对Cu采用基集合LANL2DZ, 但对其价电子基组的p轨道函数部分做了必要的修改, 而对C、N采用基集合6-311+G(d), 对CuC和CuN分子的微观结构进行了理论计算. 优化并计算了两分子基态的能量, 平衡结构和谐振频率. 根据原子分子反应静力学原理, 导出了CuC和CuN分子基态的合理离解极限和离解能. 应用密度泛函(B3LYP)方法扫描了CuC和CuN分子基态的势能曲线, 并采用最小二乘法拟合了两分子基态的Murrell-Sorbie势能函数及其在平衡位置附近的Dunham展开式. 同时根据Herzberg 和Dunham的公式, 计算了CuC和CuN分子基态的光谱参数.     

基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的密闭玻璃容器中水汽浓度及压力的探测

冻干法处理过的药品瓶中残存的水汽(H₂O)是药品变质的主要影响因素之一, 如何快速准确地测量瓶中的水汽浓度及压力, 是检测药瓶是否泄漏的关键. 本文报道了利用1.39 μm半导体激光器作为光源, 结合波长调制吸收光谱技术, 实现了对密闭玻璃容器(药瓶)中水汽浓度及压力的探测, 并通过转台模拟生产线对系统在动态条件下的性能进行了测试. 研究结果表明, 在0.2%-12%的H₂O浓度范围内真实值与测量值之间的相关度和标准偏差为0.9978 和4.81%, 在0.1-100 atm (1 atm=1.01325×10⁵ Pa)的压力范围内两者之间的相关度和标准偏差为0.982和5.6%, 系统对应的压力及浓度的最低检测限约为2.5 Torr (1 Torr=1.33×10² Pa)和400 ppm. 通过利用转台以及Labview编写的快速在线处理软件进行了动态条件下的测试, 一分钟可以处理300个左右的药瓶, 可以很好地满足快速实时探测的要求. 该方案可以直接应用于药瓶在线检测, 并且使用2台激光器可以实现多组分同时探测分析(如H₂O、氧气等).     

对撞增强型YAG相位共轭腔

降低SBS相位共轭腔的启动阈值以及如何提高输出光束的质量一直是人们关心的课题。报道了在YAG激光器上运行一种新型对撞增强型YAG受激布里渊散射相位共轭激光腔的输出特性。该腔具有较低的启动阈值和较高的输出能量;该腔型最高能输出150mJ的能量,输出脉宽最窄为11ns,光束发散角为1.3mrad,输出能量和光束质量都很优良。