STM-induced photon emission spectroscopy of granular gold surfaces in air

Light emission has been detected under ambient conditions in the tip–sample region of a scanning tunneling microscope (STM) consisting of an etched gold tip and a granular gold film. The photon yield as a function of surface geometry (photon mapping) has been studied. By means of STM, it was possible to measure photon emission spectra locally. We have studied the effect of grain size and applied bias voltage on the spectrum. We found that the peak position in the photon emission spectrum shifts to a shorter wavelength when increasing the bias voltage and shifts to a longer wavelength when tunneling to larger grains. These effects can be understood in a simple model which considers tunneling electrons exciting localized surface plasmons which decay by emitting photons.     

锯齿波频率对介质阻挡放电光谱特性的影响

采用微间隙平行平板介质阻挡放电(DBD)装置,以氩气作为工作气体,研究了锯齿波激励下DBD的放电图像、发光信号、发射光谱与锯齿波频率的关系。研究发现随锯齿波频率增加,DBD会从均匀模式(低于10 kHz),经历微放电丝与均匀放电共存,并最终过渡到微放电丝占据全部的电极区(频率高于35 kHz)。外加电压和发光波形表明,锯齿波频率较低时的均匀放电对应高占空比的阶梯放电。随频率增大,出现微放电丝后,发光波形呈现多脉冲形式,且电压半周期中的发光脉冲个数随着锯齿波频率的增大而减小。当锯齿波频率高于35 kHz时,每半个电压周期的发光脉冲个数减小为一个(单脉冲放电)。通过对放电的发射光谱进行研究,发现发射光谱中包含氮分子的第二正带系(C3Π_u→B3Π_u),OH(A2Σ+→X2Π)和ArI的特征谱线。研究表明OH(308.8 nm)和ArI(750.4 nm)的谱线强度均随锯齿波频率的增大而增大。     

氮流量在高氢氛围中对富硅氮化硅薄膜材料结构及其发光特性的影响

采用等离子体增强化学气相沉积技术,以N₂掺入到SiH₄和H₂的沉积方式,分别在玻璃和N型单晶硅片(100)衬底上制备富硅氮化硅薄膜。通过紫外-可见光吸收光谱、傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR光谱)、拉曼光谱和光致发光谱(PL谱)分别表征掺氮硅薄膜材料的带隙、结构及其发光特性的变化。结果表明：在氢气的氛围中,随着氮气流量的增加,氢原子能够对薄膜缺陷起到抑制作用,并使较低的SiH₄/N₂流量比下呈现富硅态,但却不利于硅团簇的形成。随着氮原子的掺入,Si—N键的含量增大,带隙增大,薄膜内微结构的无序度也增大,薄膜出现了硅与氮缺陷相关的缺陷态发光;随着氮原子进一步增加,出现了带尾态发光,进一步讨论了发光与结构之间的关联。这些结果有助于采用PECVD制备富硅氮化硅对材料发光与结构特性的优化。     

Corona discharge in electrospraying

The paper presents investigations of current–voltage and light emission characteristics of electrospraying of various liquids in atmospheric air. The spectroscopic measurements have shown that the onset of corona discharge coincides with the onset of electrospraying, with the voltage increasing. The emission intensity in selected spectral lines during electrospraying depends on spraying mode, discharge power and a kind of liquid. In the specific experimental conditions in air, mainly the N₂ second positive system, which is visible as violet faint light, has been recorded. The emission intensity of other gaseous species, which could be product of electrosprayed molecules decomposition or dissociation, was at very low level for the voltages applied, i.e., for glow or onset streamer discharges. From the measured light emission spectra of discharges from capillary nozzle and liquid jet, the dependence of the amplitude of selected spectral lines on capillary-nozzle voltage has been determined and it was found that this relation can be approximated by a third-degree polynomial function. This approximation has been supported by theoretical considerations. The presented results support the hypothesis that faint electrical discharges (glow, onset streamers) usually occur during and are inherent to electrospraying.     

不同结构六边形斑图演化过程光谱特性

采用发射光谱法,研究了水电极介质阻挡放电中具有相同对称性的3种不同结构的六边形斑图演化过程的光谱特性。实验结果表明,随着外加电压的增加,放电首先形成六边形点阵斑图,然后是空心六边形斑图,最后是蜂窝六边形斑图。利用氩原子696.5 nm(2P_2→1S_5)谱线的展宽、氩原子763.2 nm(2P_6→1S_5)与772.1 nm(2P_2→1S_3)两条谱线强度比法和氮分子第二正带系(C~3Π_u→B~3Π_g)的发射谱线,研究上述3种斑图的电子密度、电子激发温度及分子振动温度。结果发现,随着外加电压的升高,六边形点阵斑图、空心六边形斑图和蜂窝六边形斑图的电子密度逐渐减小,而电子激发温度和分子振动温度逐渐增加。等离子体状态的改变直接影响着斑图的自组织。     

颗粒膜厚度对表面传导电子发射的影响

制备了不同厚度下的C-Ti颗粒膜用作表面传导电子发射的阴极发射薄膜,研究了不同颗粒膜厚度对电子发射特性的影响。将所制备阴极器件加载不同电压幅值下的等幅三角波,对器件进行电形成,结果表明:颗粒膜厚度为69 nm的器件开启电压为32 V,在33 V时具有最大发射效率;颗粒膜厚度为855 nm的器件开启电压为15 V, 在23 V时发射效率最高;颗粒膜厚度为69 nm的器件所形成的电压范围和电子发射效率都明显高于颗粒膜厚度为855 nm的器件。     

A Miniaturized XeCl Dielectric Barrier Discharge as a Source of Short Lived,Fast Decaying UV Radiation

A dielectric barrier discharge (DBD) of coaxial geometry has been examined as source of intensive, short‐lived UV radiation. A binary gas mixture consisting of 98% Xe + 2% Cl₂ and a ternary composition of 96% Ne + 6% Xe + 0.2% HCl were investigated in the pressure range between 10 and 750 mbar. The discharge was excited by unipolar high voltage square pulses with amplitudes of 3 to 7 kV at a repetition rate of 100 Hz. UV radiation intensity is increased by combining 5 square pulses with a period of 1 μs each in one train (burst). Radiation decay on three orders of magnitude within 10 μs was obtained for both gas mixtures in burst mode. Maximum energy of the light pulse was the same for both gas mixtures and estimated as 40 nJ. It is shown that the optimum gas pressure for highest radiation intensity depends not only on gas composition but also on applied voltage and number of pulses in the train. A variation of the spectral band shape of XeCl emission during the pulse is detected (© 2010 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

理想腔中具有正交偶极矩的级联型三能级原子发射谱

假设原子具有两正交跃迁电偶极矩，运用全量子论研究了与单模电磁场共振相互作用的等距三能级原子的发射谱. 对不依赖于场强耦合和依赖强度耦合两种情况分别进行了发射谱的计算，并比较了原子偶极矩正交和平行条件下发射谱的异同. 结果表明，一般情况下，具有平行偶极矩的原子的发射谱谱线少于具有正交偶极矩的原子的谱线，一些谱线由于干涉而消失. 关键词： 量子光学 发射谱 电偶极矩 级联型三能级原子     

基于自发辐射光谱的超声速流场测速技术

等离子体状态参数测量是研究等离子体特性,开展等离子体模拟再入环境、等离子体隐身、等离子体减阻以及边界层控制等研究的重要基础。利用等离子体射流的自发辐射光谱,提出了一种基于光学多普勒频移效应的等离子体超声速射流测速的方法。首先,测量了等离子体中Ar原子产生的自发辐射光谱,选择696.54 nm的特征谱线,作为等离子体发生器测速实验的运动光源;其次,使用光谱仪、传能光纤、EMCCD相机和高光谱分辨法布里-珀罗（F-P）干涉仪,设计了高温等离子体速度测量光路;最后,在氩壁稳电弧等离子体发生器上,开展了超声速射流速度测量实验。实验中,同一测点的Ar原子产生的自发辐射光谱,分别被与等离子体射流运动方向成49°和90°夹角的收集透镜收集进入光谱仪,经光谱仪分光后仅保留特征谱线696.54 nm附近自发辐射光进入传能光纤,从而消除其他波长的自发辐射光的影响;光谱仪输出的特征辐射光谱,经光纤传输及透镜整形成平行光后,精细度30、自由光谱范围6.6 GHz的F-P干涉仪,形成多光束干涉圆环,并由EMCCD相机采集,实现对特征谱线的超高精度分辨;根据多普勒原理,不同角度收集的同一测点处Ar 696.54 nm特征谱线的频移将有所不同,EMCCD采集的干涉圆环半径也将不同,通过测量同一级次不同收集方向特征谱线形成的干涉圆环半径改变量,可测得高温等离子体射流流动速度。针对同一喷管开展了两车对比试验,实验测得两车射流轴向速度分别为791和783 m·s-1,具有较好的重复性。结果表明基于多普勒效应,利用高温气体自发辐射光谱,结合高光谱分辨F-P干涉仪,能够实现高温等离子体射流速度的精确测量,该方法属于非接触测量,不干扰流场,尤其适用于传统传感器难以应用的高温流场测量。     

基于脉冲CO2激光锡等离子体光刻光源的极紫外辐射光谱特性研究

研究了不同条件下脉冲放电CO₂激光烧蚀平板锡靶产生的等离子体极紫外辐射特性, 设计并建立了一套掠入射极紫外平焦场光栅光谱仪, 结合X射线CCD探测了光源在6.5～16.8 nm波段的时间积分辐射光谱,得到了极紫外光谱随激光脉宽, 入射脉冲能量及背景气压的变化规律。实验结果发现：入射激光脉冲能量在30～600 mJ变化时,极紫外辐射光谱的强度随辐照激光脉冲能量的增加而增加, 但并不是线性关系, 具有饱和效应, 且产生极紫外辐射的脉冲能量阈值约为30 mJ,当激光脉冲能量为425 mJ时具有最高的转换效率,此时中心波长13.5 nm处2%带宽内的转换效率约为1.2%。激光脉冲半高全宽在50～120 ns范围内变化时, 极紫外辐射光谱的峰值位置均位于13.5 nm,光谱形状几乎没有什么变化, 但是脉宽从120 ns变到52 ns后,由于激光功率密度的提高,极紫外辐射强度也随之增强了约1.6倍。极紫外光谱的强度随背景气压的增大而迅速下降, 当腔内空气气压为200 Pa时, 极紫外辐射光子几乎被全部吸收,而当缓冲氦气气压为7×104 Pa时,仍能够探测到微弱的极紫外辐射信号,计算表明100 Pa的空气对13.5 nm极紫外光的吸收系数为3.0 m-1,而100 Pa的He气的吸收系数为0.96 m-1。     

Laser optogalvanic and emission spectrum of N2 in the 5400–6150 Å region

Laser optogalvanic (LOG) and emission spectra of the N₂ molecule have been recorded at different discharge voltages and gas pressures in the spectral region 5400–6150 Å. It is observed that in the optogalvanic spectrum bands belonging to several systems develop extensively. Under the present discharge conditions bands of the first positive system are predominant. The variation of the signals with pressure and voltage in the two cases is discussed.     

吸收光谱法测量大气压空气介质阻挡放电的臭氧浓度

臭氧作为一种强氧化剂和杀菌剂,在污染物降解,食品加工,杀菌消毒,医疗卫生等方面有着非常广泛的应用。大气压介质阻挡放电是一种极为高效的产生臭氧的方法,利用平行平板介质阻挡放电装置,采用交流高压激励,产生了大气压空气非平衡态等离子体。通过测量其电压和发光信号,发现在电压的正、负半周期均存在着许多随机的放电脉冲,并且其脉宽均在几十到几百纳秒之间,这表明其机制是流光放电。放电的光学发射谱包含氮分子的第二正带系(C 3Π-B 3Π)和第一正带系(B 3П-A 3П),氮分子离子的第一负带系(B 2Σ-X 2Σ),以及氧原子谱线(715.7和799.5 nm)。由于流光放电在紫外区域(200~300 nm)没有明显的发射谱线,但臭氧在此区域存在吸收峰,因此可以利用此区域的紫外吸收光谱测量放电产生的臭氧浓度。吸收光谱法可以有效的监测其臭氧浓度的变化情况,其优势在于操作简单,对实验环境要求低,可在放电条件下使用,并且可以连续监测臭氧浓度变化。基于此,通过Beer-Lambert定律计算了臭氧浓度随实验参数的变化,结果发现随外加电压幅值和驱动频率的增加,臭氧浓度升高。这些结果对于大气压介质阻挡放电的工业应用具有重要价值。     

Regulation of light emission from Ag cluster films under mechanical deformation of elastic substrates

Spectral distribution and integral intensity of the light emitted from Ag cluster films on a mylar and mica substrate were measured under the passage of electrical current. The effect of the substrate deformation at a fixed voltage on the conduction current and integral intensity of the emitted light was studied. The variation of the integral light emission was found to be an order of magnitude larger than that of the conduction current. This result is explained in terms of collective characteristic of film (conduction current) as opposed by individual contributions of emission centres (light emission).     

空气电晕放电发展过程的特征发射光谱分析与放电识别

局部空气放电是导致高压输变电设备绝缘劣化的重要因素。空气放电中丰富的发射光谱信息与放电特征存在直接映射关系。采用针-板电极模拟了空气电晕放电的发展过程,并检测了放电由弱变强过程中的“紫外-可见光-近红外”波段在200～980 nm范围内的发射光谱。放电初期的发射光谱主要由氮气分子N₂的带状光谱组成,分别为N₂第二正带系(second positive system, SPS)和N₂第一正带系(first positive system, FPS)。放电程度加深后,发生能级跃迁的粒子种类更加丰富,由此产生了带状光谱与线状光谱相互交叠的复杂谱线,光谱范围也由放电初期的280～460 nm扩展至200～980 nm。放电处于临界击穿时,发射光谱的强度急剧增加,强度最高值出现在500.715和777.202 nm处,分别对应氮离子N⁺和氧原子O的辐射谱线,这意味着微观放电过程再次发生改变。基于空气放电机理分析得到：放电初期、放电加深、放电临界击穿三个阶段中强度占优的谱峰或谱带分别由N₂...     

石英衬底阳极氧化铝膜的制备及其光致发光的研究

报道了用15wt％H2SO4为电解液,在恒温0℃,40V电压条件下制备阳极氧化铝膜,用原子力显微镜观察其形貌,表明在简单条件下在石英衬底上制备了致密的氧化铝微晶膜。研究了不同电压条件下制备的氧化铝膜的常温光致发光,并监测了其激发光谱,发现其常温光致发光相对强度和发射峰位置与阳极氧化电压关系密切,有相对强度变小和发射峰位置红移的趋势,在40V电压条件下出现了356nm新的发射峰,而其不同的发射峰激发光谱都为210nm,说明其来源存在关联。详细分析了40V电压下的阳极氧化铝膜中出现的356,386nm近紫外发射,并认为其发光来源于与F心和F^ 心有关的氧缺陷。     

样品厚度对薄膜法X射线荧光光谱测量的影响研究

分别以富集有Cr,Pb和Cd三种元素的尼龙薄膜样品及玻璃纤维滤膜为研究对象,采用滤膜叠加的方式,通过XRF光谱仪测量不同样品厚度下薄膜样品的XRF光谱,根据测得的尼龙薄膜样品中Cr,Pb,Cd元素及玻璃纤维滤膜中Ca,As和Sr元素特征XRF性质的变化,研究样品厚度对薄膜法XRF光谱测量的影响。结果表明：薄膜样品厚度对不同能量区间上元素特征谱线荧光性质的影响并不相同。元素特征谱线能量越大,元素特征X射线荧光穿透滤膜到达探测器的过程中损失越少;但由薄膜样品厚度增加引起的基体效应却越强,相应特征谱线位置处的背景荧光强度就越大,因此样品厚度增加所引起的基体效应对薄膜法XRF光谱测量的灵敏度影响就越大。对于特征谱线能量较低(能量小于7 keV)的元素,以增加薄膜样品厚度的方式来增加待测组分的质量厚度浓度,并不能有效地提高薄膜法XRF光谱测量的灵敏度;对于特征谱线能量较高的元素(能量＞7 keV),可以通过适当增加样品厚度以增加被测组分的质量厚度浓度的方式来提高XRF光谱测量的灵敏度,薄膜样品厚度在0.96～2.24 mm内,更有利于XRF光谱的测量与分析。该研究为大气及水体重金属薄膜法XRF光谱分析中薄样制备及富集技术提供了重要的理论依据。     

Theoretical study on the photoelectric emission spectra of a field-assisted Au-BaO thin film

The dependence of the spectral distribution of photoelectron emission from gold nano-particles embedded in BaO semiconductor thin film on applied voltage and surface plasmon resonance of gold nano-particles is predicted and investigated theoretically. The photoelectron emission response curves to light wavelength between 0.2 and are given. The dependence of the wavelength threshold on the size of gold nano-particles and external field strength is also shown. The reason that the theoretical photoelectron emission spectra is in the visible region is explained. The probabilities increased for photoexcited electrons to overcome the barrier and escape from the surface are discussed. This could be of importance in designing field-assisted thin film and finding their optimum operation conditions.     

棒-环电极大气压等离子体射流的光谱特性

通过设计新型的交流电压激励的氩气等离子体射流,在棒电极的上游与下游区域均产生了大气压非平衡态等离子体羽。该射流与平行场射流和交叉场射流不同,它的电场与气流方向的夹角可以在一定范围内变化。结果表明,随着外加电压或夹角的增加,上游羽的长度增加而下游羽的长度减小。利用光学和电学的方法,研究发现随着外加电压的增加,上下游放电脉冲的个数均增加。利用放电的光学发射谱,发现上游羽有Ar和OH的谱线,而下游羽除了Ar和OH的谱线外,还可以观察到N₂的谱线。并且下游羽的谱线强度比上游羽的略高。基于碰撞辐射模型,通过谱线强度比的方法研究了上下游羽的电子密度和电子激发温度。结果表明上下游羽的电子密度随着外加电压的增加而增加。上下游羽的电子激发温度也随着外加电压的增加而增加。并且,在同一外加电压时下游羽的电子密度和电子激发温度均比上游羽的高。此外,利用OH发射光谱研究了上下游羽的气体温度,发现下游羽的气体温度也比上游羽的略高。     

有机吡啶盐的电致发光

有机盐是一种离子化合物,其分子间依靠比范德瓦尔斯力大得多的离子键结合,这有利于器件稳定性的提高。主要研究一种以新型有机吡啶盐ASPT(trans-4-[P-(N-ethyl-N-(hydroxylethyl)-amino)styryl]-N-methylpyridinium tetraphenyl-borate)作发光层的有机电致发光特性。实验发现有机盐ASPT是一种性能较好的红光发射材料。利用ASPT作发光层的单层电致发光器件,可获得稳定的红色电致发光。通过对外场界面势垒影响分析,我们讨论了这种单层器件的发光机理。为了探索ASPT中载流子传输与复合过程,并提高器件性能,设计了ASPT/Alq₃双层和TPD/ASPT/Alq₃三层结构的器件,进一步研究了它们的光电特性。实验结果表明,利用双层器件可获得亮度较高的红色发光。而在三层器件中,由于不同功能层的载流子传输特性的差别,激发复合区域受到驱动电压的显著影响,因此电致发光光谱随电压的变化而变化。通过对光谱结构、能级位置的分析,讨论了相关的发光机理。