高光谱分辨率激光雷达鉴频器的设计与分析

提出了利用Fabry-Perot干涉仪的反射场实现高光谱分辨率激光雷达精细探测大气光学参量的新方法和思路.设计了高光谱分辨率的分光系统,并分析了干涉仪反射场的光谱透过特征曲线.结合高光谱激光雷达探测信号特征,讨论分析了谱分离比和瑞利信号透过率随反射率和腔长的变化曲线,同时结合误差传递公式,建立了仿真分析模型,讨论了回波光束发散角和入射角变化对激光雷达探测结果的影响.结果表明,所提出的Fabry-Perot干涉仪反射场可以实现高光谱分辨率激光雷达探测系统的精细分光,同时探测结果误差随回波光束发散角变化不敏感,控制发散角在10 mrad以内,入射角在1.5 mrad以内时,可以实现气溶胶光学参数廓线的高精度探测.     

微脉冲偏振激光雷达探测城市底层气溶胶

以单脉冲能量2μJ,重复频率1kHz的Nd∶YAG固体激光器为光源研发了一台便携式人眼安全可三维扫描的微脉冲偏振激光雷达系统,可实现对城市底层气溶胶球形特性和分布情况的探测.为保证在西北地区等高密度气溶胶聚集的地域,实现近地表80～1 000m范围内的精确探测,系统的光电检测采用模拟探测技术.利用该激光雷达系统首次对冬季西安局部地区1 000m范围内大气气溶胶退偏比进行了俯仰扫描探测,并分析了天气过程和地面状况对退偏比的影响.实验结果表明,探测期间无明显沙尘事件发生,探测区域内气溶胶的退偏比在0.1左右,在无绿化带的交通干道交叉口等局部区域,受地面状况影响退偏比偏高,并获得了退偏比值与天气过程的初步关系,同时也验证了系统的可行性.研究成果可对城市底层气溶胶的产生、传输及扩散特性研究提供科学数据.     

全光纤M-Z干涉仪的高灵敏度与大动态范围多普勒激光雷达风场探测技术

多普勒测风激光雷达是大气风场探测的重要手段之一。通过检测风速导致的大气后向散射谱的多普勒频移从而实现风速的探测。由于受鉴频器本身特性的影响,高灵敏度与大动态范围的探测一直是大气风场探测的难点。提出采用双光纤Mach-Zehnder干涉仪(FMZI)作为多普勒激光雷达的鉴频器件,设计两路不同动态范围及风速探测灵敏度的FMZI鉴频器同时对大气回波信号进行鉴频。采用小光程差(13.7 cm)、大动态范围(±100 m·s-1)鉴频光路FMZI-2对风速区间进行定位,大光程差(74.8 cm)、高探测灵敏度(2.62%/(m·s-1))的鉴频光路FMZI-1进行风速精细探测,从而实现大动态范围高灵敏度的风场探测。利用标准大气模型对不同参数条件下的系统灵敏度、系统探测的信噪比及风速误差进行仿真分析。结果表明,该系统可以实现±100 m·s-1大动态范围内风速误差小于1 m·s-1的大气风场探测,为大动态范围高灵敏度测风激光雷达的发展进行了有益的探索。     

代谢组学中的分离分析科学*

代谢组学从概念的提出到现在已经有十多年的时间,它已被广泛应用于药物开发、疾病、微生物和植物等生命科学各个领域的研究,成为系统生物学不可或缺的一部分。代谢组学关注生物体系新陈代谢网络下游的小分子,分离分析科学是代谢组学技术平台的重要组成部分,与其它分析化学技术共同肩负着生物样本中代谢物全组分定性、定量的重任。本文结合我们研究组的工作,主要介绍气相色谱、液相色谱以及毛细管电泳等分离分析技术在代谢组中的应用和进展,以期对读者有所启迪。     

一类有角点效应的塑性本构方程 Ⅰ.一般理论

本文从张量代数的观点提出了一类塑性本构方程,这类方程给出了塑性应变增量dε~p和立力增量dσ之间的一一对应关系。可证明,这类方程自然地表示出所谓的角点硬化模型。对这类塑性本构方程中的若干例子作了系统的表述。对塑性而言,应力的类时测度dσ=[(3/2)tr(dT~2)]~(1/2)和应变的类时测度dε=[(2/3)tr(de~p)~2]~(1/2),可用以有效地表示加载或应变的历史,其中dT是在Jaumann率意义下的偏应力增量,de~p表示塑性偏应变的增量。首先,把材料看成是初始各向同性的,但随着变形而变为各向异性。对这一情形,可以有效地应用Wang的对各向同性张量函数的表示定理。然而,在这情形中,各向异性是受到限制的。因此,这种理论应推广到初始及随后的一般各向异性起重要作用的情形。这样,把各向异性的屈服法则,如随动硬化、随动各向同性硬化以及其他一般无角点的各向异性硬化情形跟有角点硬化情形相结合就成为可能了。如引入自然时间测度dt,则理论可推广来表达跟自然时间有关的非弹性本构方程,如蠕变和/或粘弹性等。此外,如果同时引进自然时间测度和内部时间测度,即dt跟加dσ或dt跟dε的结合,则理论还可推广到同时跟自然时间和内部时间有关的非弹性本构方程,如粘塑性和/或动态塑性所需表达的情形。有些情形,还要考虑跟温度的     

二维材料及其异质结的声子物理研究

声子是固体最重要的元激发之一,是理解材料摩尔热容、德拜温度以及热膨胀系数等热力学性质的基础,同时电声子相互作用也决定了固体的电导和超导等特性。拉曼光谱是表征固体声子物理的重要实验手段,不仅能表征材料的结构和质量,还能提供材料声子性质、电子能带结构、电声耦合等信息。文章将拉曼光谱应用于二维材料及其范德瓦尔斯异质结的声子物理研究。先简单介绍二维材料的层间振动声子模式和层内振动声子模式,其中层间振动声子模式的频率可用线性链模型来计算,而强度则可用层间键极化率模型来解释;同类层内振动声子模式的Davydov劈裂峰之间的频率差异可用范德瓦尔斯模型拟合。随后,将这些模型推广到二维范德瓦尔斯异质结中,以转角多层石墨烯、MoS_2/石墨烯和hBN/WS_2为例介绍了范德瓦尔斯异质结的声子谱,阐述如何应用线性链模型和经典键极化率模型计算层间振动模的频率和强度,并由此给出二维范德瓦尔斯异质结的界面耦合强度和各层间呼吸模的电声耦合强度等重要参数。     

激光遥感斜程能见度探测技术研究进展（特邀）

以斜程能见度精确探测为目标,综述了激光遥感在斜程能见度测量中的主要技术及其研究进展,分析了现有探测技术在斜程能见度测量中的不足与局限性,重点介绍了一种新型的激光雷达结合辐射传输模式的斜程能见度测量方法,剖析了基于拉曼-米散射激光雷达的气溶胶精细探测技术、基于辐射传输模式的大气散射辐射亮度解析方法以及大气散射辐射亮度校正的斜程能见度测量技术与应用案例,突破了当前白天斜程能见度测不准的技术瓶颈。最后,展望了激光遥感技术在全球斜程能见度测量中的应用潜力。     

用于CCD立靶的双光幕触发系统研究

针对靶场测试当中CCD立靶测量系统需要稳定可靠触发的需求,提出一种双光幕触发系统。采用镜头式光幕探测器配合高亮度LED慢散射光源组成触发探测光幕,利用2个同样的光幕探测器配合测时装置组成区截测速系统,根据测得的速度值判定飞越探测光幕的目标是否为真实弹丸,并决定是否输出触发信号。根据速度值V和触发光幕至CCD探测光幕的距离计算出弹丸飞越至探测光幕的时间,然后在弹丸飞越将近至探测光幕的时刻输出触发信号。该方案不但可以提高系统的稳定性,避免非真实目标对系统的干扰,还可以为后续CCD图像采集系统在准确时刻提供触发信号。经实验证明,所设计的双光幕触发系统的速度测量误差不大于0.4％,完全满足CCD立靶测量系统需要精确触发的要求。     

餐厨废油制备的生物基两性表面活性剂的油水界面性能

以餐厨废油制备了生物基两性表面活性剂,应用界面张力和动态光散射方法,研究了该生物基两性表面活性剂体系的油水界面性能及在溶液中的聚集行为。 在无外加碱条件下,由餐厨废油制备的表面活性剂表现出良好的界面性能,在50~70 ℃以及pH值为7~12的条件下,均可以将油水界面张力降至超低值(<10^-3 mN/m),在不同的油藏模拟地层水中均保持较好的界面活性;分别在50、-20和4 ℃下保存,其界面活性均未受到明显影响。 在水溶液中形成的聚集体的平均流体力学半径为10~30 nm,无机盐离子的加入可使聚集体的粒径上升。 基于其优良的界面性质和可再生来源,由餐厨废油制备的生物基两性表面活性剂在三次采油方面具有重要的应用价值。     

基于霍普金森拉杆试验的焊点焊核区动态本构关系确立

以DC53DZ为基板, 进行焊点结构的焊核区力学特性研究. 通过设计试验试件并利用MTS静态拉伸机及霍普金森拉杆(Split Hopkinson Tension Bar, SHTB)对其进行准静态拉伸及应变率600~1600S-1之间的动态拉伸试验, 得到焊核区的力学特性, 并确立了其基于Cowper- Symonds本构方程参数. 利用数值仿真对焊核动态拉伸试验进行模拟, 验证了设计试件的长宽比能使试件满足试验要求的轴向应力应变均匀状态. 最后由模型中得到的焊核区应力－应变曲线与试验数据拟合, 再现了焊核区材料特性试验曲线. 验证了DC53DZ钢板的焊点焊核的本构方程参数的合理性.