单发太赫兹时域光谱技术

太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)广泛应用于材料、生物医学、化学、药学、安检等诸多领域。传统扫描式THz-TDS技术需要通过改变探测光延时逐点扫描并重构时域信号，仅适合于具有较高重复频率且稳定的太赫兹辐射源情形下的样品探测。在低重复频率或涨落较大的太赫兹辐射源情形下和不可逆过程中样品的探测，扫描式THz-TDS不再适用，需要使用单发THz-TDS技术，单发THz-TDS技术原则上仅需要一个激光脉冲就可以获取一个完整的太赫兹时域脉冲波形。介绍几种主要的单发THz-TDS探测技术，这些技术都利用了电光晶体的泡克尔斯效应，通过测量探测光的某个物理量的变化来提取太赫兹信号。根据探测方法不同可分为光谱编码、空间编码和互相关等技术。在光谱编码技术中，探测光不同频率成分在时间上发生分离，不同时间成分分别被太赫兹脉冲不同时刻电场调制，通过测量探测光各个频率被太赫兹脉冲调制前后的光谱的变化提取太赫兹脉冲波形。该方法光路简单，测量结果直观，有较高的信噪比，但其时间分辨率较低，且被测太赫兹信号容易产生失真。为提高被测信号的时间分辨率，有人提出了空间编码技术，即不同位置探测光分别被太赫兹脉冲不同时刻电场调制，通过测量探测光各个位置太赫兹脉冲调制前后的光强变化提取太赫兹脉冲波形。根据不同空间展开方法可分为一维空间编码技术和二维空间编码技术。空间编码技术中虽然有较高的时间分辨率，但由于探测光在空间展开能量分散使得其信噪比相对较低。此外，还有一种较高时间分辨率的技术即互相关技术，可分为共线互相关和非共线互相关技术。在非共线互相关技术中，被太赫兹脉冲调制的激光啁啾脉冲与短脉冲互相关作用产生二次谐波，通过太赫兹脉冲调制前后二次谐波空间分布变化来提取太赫兹信号；在共线互相关技术中被太赫兹脉冲调制的啁啾脉冲与短脉冲共线入射到光谱仪，通过干涉条纹提取太赫兹信号，该技术提高了时间分辨率和信噪比，但光路布置复杂，不能进行实时监测。回顾了这几种单发THz-TDS探测技术的发展历程，综述探测技术的原理、实验方案和测量结果，并讨论了这些探测技术的优势和不足。     

基于“真实情境与实际问题”的化学试题命制——以“碳九泄漏事故”为例

以“11·4福建泉港碳九泄漏事故”为测试载体，在深入挖掘和甄选考点后，结合当前《普通高中化学课程标准（2017年版）》对考试评价的有关说明和试题命制基本理论及技术要求，命制了一道高中化学考试试题，并在文中对试题的测试目标，如认知操作、核心素养和达到的学业质量水平加以详细分析，对试题命制的技术性要求辅以论证，以期能给同行以核心素养为测试宗旨的命题提供一些参考。     

火星车载激光诱导击穿光谱仪(MarsCoDe)在轨定标样品选取研究

我国首次火星全球遥感与区域巡视探测任务已获批立项，首个火星探测器也即将前往火星。为满足火星物质成分分析的需求，我国研制了不同类型的火星物质成分分析仪器，其中包括火星表面成分探测仪（MarsCoDe），应用了激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）。火星表面覆盖尘埃，探测仪器想要准确获取火星尘埃之下的物质成分，必须剥去尘埃或者进行破坏从而深入岩层取样。LIBS可以用激光烧蚀待测物体表面，获得深部物质光谱信息，在火星表面探测中具有其他仪器无法取代的优势。LIBS在火星探测中几乎适用于探测每一个元素，包括轻元素H，Li，Be，B，C，N，O等，帮助寻找有机物和含水地质过程的证据。由于LIBS在火星环境工作，等离子体的物理性质与地球上完全不同。为了确保火星车载LIBS返回数据的光谱质量，需要对LIBS在着陆后开展在轨定标。借助火星车的携带在轨定标样品，对探测数据进行在轨定标，确保返回数据的可靠性。定标样品的选择是一项十分重要的工作，存在仪器工程条件限制、定标样品类型的代表性、元素成分分布范围、样品稳定性等多种考虑因素，需满足科学任务的同时达到加工工艺要求。总结了国外已有的火星车载LIBS在轨定标的研究进展，重点分析了LIBS在轨定标样品选择依据、国外选择样品的优缺点，并总结经验提出了几点建议，为我国在轨定标工作提供参考。对火星探测数据的正确解译，对未来研究火星的起源、火星的长期地质演变过程等具有重要的科学意义。     

基于数字非线性锁相环的相干态相位估计

基于量子理论获取相位参数的导航机制,理论上可以突破经典物理极限对导航精度的限制.利用量子零拍探测对相干态光场相位进行测量时,通常需要相位与之正交的本振光才能使测量精度达到量子标准极限.由于导航信号相位的高非线性特点,想要利用传统的线性锁相环获取完全满足条件的本振光具有一定的难度.为此,本文设计了一种基于容积准则的非线性锁相环,实现了在非正交本振光的条件下对相干态相位进行精确测量的功能.首先,利用相干态的Wigner函数推导了其相位在量子零拍探测的输出结果,设计了量子相位估计的非线性数字锁相环框架.然后基于正交单纯形容积准则设计了非线性滤波算法实现锁相环功能,该锁相环通过对本振相位进行多次状态更新,最终实现非线性迭代估计.实验结果表明,本文方法突破了本振光相位需与相干态相位正交的局限性,避免了传统量子锁相环方法引入的线性化误差,实现了对相干态相位的准确、稳定估计.     

基于量纲分析和达西定律的地下化学爆炸气体泄漏规律

针对周围是均匀岩石介质的地下化学爆炸，研究爆炸后爆室内气体的泄漏规律.利用量纲分析，得到影响气体泄漏时间的主要物理量，包括气体动力学粘度、爆室内超压、围岩孔隙率及围岩厚度的平方与渗透率的比值等，并初步给出它们之间的函数关系.然后基于达西定律，推导计算气体泄漏时间的解析公式.得到的气体泄漏时间计算公式与通过量纲分析得到的定性函数关系式完全相符，二者从不同的角度对同一问题给出了相容的结果.可为地下化学爆炸气体泄漏的理论分析和规律性研究提供研究思路和工具，为地下爆炸有关的工程估算提供参考依据.