水合物研制、结构与性能及其在能源环境中的应用

天然气水合物是与能源和环境相关的物质,可以进行甲烷等能源气体的存储和提取,也可以用于对二氧化碳等废气的封存.天然气水合物主要分为三种结构:sI, sII和sH,在本文中对其稳定性、水笼类型和大小以及可俘获气体进行了论述.中子衍射技术是研究水合物的重要手段之一,有着独特的优势.如中子的穿透性可以研究在高压状态下压力腔体内的大块样品;中子对于轻元素的敏感性可以很好地确定水合物当中的碳、氢、氧元素.通过中子衍射和非弹散射可以得到水合物中H/D原子的位置、各向异性振动因子、不同温度压力下的客体分子的水笼占据率、客体分子在水笼中的无序分布、原子核密度分布(通过最大熵方法);通过时间分辨中子,可以检测水合物形成及分解过程的热力学和动力学过程.而利用非弹中子可以得到气体分子平移和旋转振动模式以及分子的量子态转变.通过二氧化碳气体注入对天然气水合物的开采可以实现能源气体甲烷的开采和废气二氧化碳的水合物封存,在减小地质灾害和开采成本上有着独特的优势.     

水中气泡上的体散射函数的模拟与计算

基于几何光学的基本原理,推导出一种可以计算水中大尺度气泡上光散射角度与强度的关系式。推导中避免引入衰减因子G,较Davis模型更为简单。该模型可应用于光在水中单个气泡上散射的数值计算。最后,模拟计算了平行光束入射水中气泡的体散射函数曲线,发现水中气泡的前向散射远大于后向散射;当气泡半径在远大于光波波长的前提下变化时,气泡上散射光强分布规律与气泡半径无关;而介质相对折射率的增大会削弱前向散射而增强后向散射光强。     

新型车载式拉曼激光雷达测量对流层水汽

水汽体积比仅仅占整个空气的0.1%~3%,但它却是大气中时空变化最为活跃的气体。拉曼激光雷达由于其测量精度高、探测范围广以及自动化程度高,成为现今测量大气水汽含量的新型工具。介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所于2004年10月自行研制的国内首台车载式拉曼激光雷达的总体结构和主要技术参量,给出其相应激光雷达数据的反演方法,该激光雷达在合肥地区进行了实际测量和对比实验。测量结果显示:该激光雷达夜晚探测水汽的高度范围可以从近地面到达对流层中部8 km左右。同时,该激光雷达还尝试进行了白天水汽探测实验,并首次得出突变层内的水汽混合比垂直廓线。     

Temperature dependent anomalous fluctuations in water: shift of ≈1 kbar between experiment and classical force field simulations

Here we report on the temperature dependence of the anomalous behaviour of water in terms of (i) its growth in tetrahedral structures, (ii) instantaneous spatial correlations from small angle x-ray scattering (SAXS) data, (iii) estimates of thermodynamic response functions of isothermal compressibility and (iv) thermal expansion coefficient. Water’s thermal expansion coefficient is estimated for the first time at supercooled conditions from liquid water’s structure factor. We used previously published data from classical force-fields of TIP4P/2005 and iAMOEBA to compare experimental data with molecular dynamics simulations and observe that these force-fields underestimate water’s anomalous behaviour but perform better upon increasing pressure. We demonstrate that the molecular dynamics simulations can describe better the temperature dependent anomalous behaviour of ambient pressure water if simulated at 1?kbar. The deviation in anomalous fluctuations in the simulations is not restricted to ≈228?K but extends all the way to ambient temperatures.     

Single-photon scattering by two separated atoms in a supercavity

We study the single-photon scattering along a one-dimensional cavity array with two distant two-level atoms in a supercavity,which aims to simulate a recent x-ray experiment [Nature 482,199(2012)].Without introducing dissipation,we find that when one atom is exactly located at a node of a mode of the supercavity and the other is at the antinode of that mode,no splitting of the reflectivity peak can appear.Nevertheless,the atom at the node significantly changes the positions of the reflectivity valleys.On the other hand,when the atom is shifted a little from the exact node,then the splitting can appear.We also explain these results with an analysis based on the general formal scattering theory.Our result implies the importance of non-resonant modes of the supercavity in our problem.     

用碘分子共振吸收滤波器精确测量水中的布里渊散射频移

提出了一种基于分子共振吸收滤波技术的水中布里渊散射频移的探测方法——边缘探测方法。利用碘分子在水中的布里渊散射光谱范围内的两个对称的吸收峰,可以对光在水中的布里渊散射频移实现高精度的实时测量。对这一方法的原理进行了分析,给出了可用于实际测量的探测系统,并给出了用此系统得到的实验测量结果。还分析了测量系统的固有误差及测量灵敏度。结果表明,这一新方法与常规探测方法(如扫描干涉仪法)相比,具有实时性好、灵敏度高、测量精度高等突出的优点。     

光在水中吸附膜层气泡上的散射特性

光在水中大尺度气泡上散射特性的研究多是基于Davis模型.该模型没有考虑到吸附膜层对光在气泡上散射的影响,而海水中的大多数气泡都有膜层附着,这些膜层会影响到气泡的光散射特性.本文从几何光学的角度出发,建立了吸附膜层气泡的体积散射函数简化公式.在此理论基础上,模拟计算了尺度远大于入射光波长的大气泡散射光强分布曲线,得出光照射下气泡上散射光强的远场特性,讨论了影响气泡散射光强分布的主要因素.并与无膜气泡光散射分布曲线比较,讨论了油膜膜厚、折射率等参量对气泡的光散射特性影响.得出结论:吸附膜层气泡的光强分布曲线与无膜气泡相似,但吸附膜层会削弱前向散射光,增强后向散射光.     

微束斑X射线源及X射线光学元件

高质量的X射线源,尤其高亮度的微纳束斑X射线源是现代X射线光学高清晰成像最为关键的部件之一,在工业无损探伤、生命科学、材料科学等科学研究和实际应用中具有重要的意义。简单介绍了微束斑X射线源的产生方法及发展历史,并对微束X射线光学涉及到的聚焦X射线光学元件（如X射线掠入射反射镜、布拉格法反射镜、多层膜反射镜、多层膜光栅、X射线波带片、毛细管聚焦透镜和复合折射透镜等）的主要特点作了简要的系统介绍。最后展望了微细束X射线在微纳检测与分析等方面的应用前景。     

新型金属团簇(Et_4N)_3WOS_3Cu_3I_4的皮秒光限幅特性研究

应用波长为532nm,脉冲宽度为40ps的激光脉冲研究了新型金属团簇(Et4N)3WOS3Cu3I4的光限幅性能。实验结果表明,该金属团簇在皮秒激光脉冲的作用下,具有很强的光限幅特性。利用非线性吸收的唯象理论对实验结果进行了分析。     

光折变晶体LiNbO_3:Fe中的特殊散射现象

用柱面透镜把经针孔滤波器扩束的激光束沿某一个方向聚焦成细丝状(或长条状),细丝状光束垂直入射到LiNbO_3:Fe晶体上,在远场位置观察散射光.我们发现光散射的方向与晶体的c轴方向不一致,不仅沿着晶体的c轴方向有散射光出现,沿光束的条形方向也出现很强的散射光.     

手性分子介质非线性光学研究新进展

文章介绍了近年来手性分子介质及材料的非线性光学性质的研究状况，综述了手性分子非线性微观模型的使用情况，给出了一些典型的二阶、三阶非线性光学实验结果，用这些微观模型可以正确地分析这些结果．同时指出了未来研究的趋势，及研究成果可能应用的领域．     

Spectra of spontaneous Raman scattering in taper-drawn micro/nano-fibers

We study the spontaneous Raman scattering(RS) in taper-drawn micro/nano-fibers(MNFs) by employing the photon counting technique. The spectra of RS in five MNFs, which are fabricated by using different heating flames(hydrogen flame or butane flame) and with different diameters, are measured within a frequency shift range of 1435 cm~(-1)–3200 cm~(-1).From the measured spectra, we observe the RS peaks originated from silica and a unique RS peak with a frequency shift of ~ 2905 cm~(-1)(~ 87.2 THz). Unlike the former ones, the latter one is not observable in conventional optical fibers.Furthermore, the unique peak becomes obvious and starts to rapidly increase with the decrease of the diameter of MNFs when the diameter is smaller than 2 μm, and the intensity of the unique peak significantly depends on the heating flame used in the fabricating process. Our investigation is useful for the entanglement generation or optical sensing using taper-drawn MNFs.     

Ce：LiNbO3晶体光致散射效应的温度特性

对Ce:LiNbO_3光致散射效应的温度特性进行了实验研究。用带导模型和耦合波方程对其进行了理论分析。实验与理论结果相吻合。     

Phonons in Confinement and the Boson Peak Using Nuclear Inelastic Absorption

Hyperfine Interactions - We have applied nuclear inelastic absorption (NIA) to the molecular glass former dibutylphthalate/ferrocene, both in bulk and in nanoporous matrices having pore sizes of 50...     

双光子荧光与相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术的实验研究

双光子荧光与相干反斯托克斯拉曼散射同属于三阶非线性效应,二者之间的差异与联系是一个值得研究的问题.本文基于自行搭建的超连续谱近红外宽带相干反斯托克斯拉曼散射显微成像系统进行光谱成像,同时通过理论与实验对比分析了双光子荧光与相干反斯托克斯拉曼散射图像存在差异的原因.结果表明,具有亚微米以上横向分辨率的相干反斯托克斯拉曼散射成像系统,可以使用较大尺寸的荧光珠进行双光子荧光成像,通过解卷积得到双光子荧光成像的系统分辨率,并将它近似等效于相干反斯托克斯拉曼散射成像系统的当下分辨率.如果需要得到相干反斯托克斯拉曼散射成像系准确的分辨率结果,就必须使用尺寸比相干反斯托克斯拉曼散射成像系统实际分辨率小的球形样品进行实验测量.     

金属-绝缘体-金属结构的表面等离激元受激放大辐射放大器的研制

为了研究用于表面等离子(SP)波的可集成表面等离激元受激放大辐射(SPASER)放大器,设计了植入饱和吸收体的金属-绝缘体-金属(MIM)结构放大器的基本组成。根据SPASER的基本原理,对激射条件进行了分析,给出了放大器的制作工艺和抽运脉冲的设计以及性能指标。结果表明研制的放大器在选择566nm波长的入射光和532nm波长的抽运光,放大区采用长度范围为1～1.5μm的条件下,其脉冲响应时间可达100fs,带宽为1.5～2THz,SP的放大增益为30～60dB。该SPASER放大器研究将为大规模集成光子学芯片设计提供理论和技术基础,可在下一代高速通信系统中得到广泛应用。     

利用x射线小角散射技术研究微晶硅薄膜的微结构

采用x射线小角散射（SAXS）技术研究了由射频等离子体增强化学气相沉积（rf-PECVD）、 热丝化学气相沉积(HWCVD)和等离子体助热丝化学气相沉积(PE-HWCVD)技术制备的微晶硅（ μc-Si:H）薄膜的微结构.实验发现，在相同晶态比的情况下，PECVD沉积的μc-Si:H薄膜微 空洞体积比小，结构较致密，HWCVD沉积的μ-Si:H薄膜微空洞体积比大，结构较为疏松，PE -HWCVD沉积的μc-Si:H薄膜，由于等离子体的敲打作用，与HWCVD样品相比，微结构得到明 显改善.采用HWCVD二步法和PE-HWCVD加适量Ar离子分别沉积μc-Si:H薄膜，实验表明，微结 构参数得到了进一步改善.45°倾角的SAXS测量显示，不同方法制备的μc-Si:H薄膜中微空 洞分布都呈各向异性.红外光谱测量也证实了SAXS的结果. 关键词： 微晶硅薄膜 微结构 微空洞 x射线小角散射     

Phonon Band Filling and Photon Emission by Phonons

Phonon generation by electrons is supplied in n-type Si crystals in electric fields E100 kV/cm at the lattice temperature of 80 K employing the ensemble Monte Carlo technique. Electron transfer between equivalent energy valleys is accounted for the g-type- and f-type phonon absorption and emission. Acoustic phonons are accounted for the quasi-elastic scattering of electrons within the energy valleys. Excess phonon number is determined using numerical data on phonon generation rate and experimental values of phonon lifetimes. The feasibility of stimulated emission of infrared-range photons due to direct optical transitions between the phonon bands is discussed.     

Comptonɢ���¹����¶ȱ仯�Թ����ź�ǿ�ȵ�Ӱ��

应用多光子非线性Compton散射模型,研究了固体温度变化对光声信号强度的影响。结果表明,在Compton散射光和入射光形成的耦合光强度和频率不变时,随固体温度的升高,光声信号强度非线性迅速增强;固体温度不变时,随耦合激光强度和频率的增大,光声信号强度几乎趋于0。     

三倍频Nd:YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd：YAG激光（355nm）在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）的实验研究。在宽带（约1cm^-1）抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22％和8％。在窄带（约0．003cm^-1）模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67％。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1．5ns和2．3ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。