为2007年亚奥赛物理实验命题的体会

笔者被聘为2007年亚奥赛物理实验命题,经过半年多的努力终于将科研成果——激光测温合理地转换为一个奥赛实验试题——干涉法测量玻璃热膨胀系数和折射率温度系数,本文主要介绍了命题过程及体会.     

基于石英增强光声光谱的HCl痕量气体高灵敏度探测研究

HCl是一种有毒有害气体,对其高灵敏度探测具有非常重要的意义,然而到目前为止,采用激光光谱的手段对其探测的研究报道很少。石英增强光声光谱(QEPAS)是近年来发展起来的一种痕量气体探测技术,具有系统体积小、价格低廉、探测灵敏度高等优点。以5 000 ppm HCl∶N₂混合气作为待测目标,采用输出波长为1 742.38 nm的分布反馈连续波单纵模半导体激光器,开展对基于QEPAS技术的HCl高灵敏度探测研究。为了提高信噪比和简化数据处理过程,QEPAS传感器系统采用波长调制和2次谐波探测技术。研究中,首先对声波探测系统中微共振腔强声波增强特性进行了讨论,选择了“共轴”形式的声波微共振腔,并对其尺寸进行了优化,选择的微共振管长度为4 mm、内径为0.5 mm。实验中研究了激光波长调制深度对QEPAS系统产生的信号幅度的影响,当QEPAS系统积分时间为1 s、激光波长调制深度为0.23 cm-1时,获得了815 ppb的优异检测极限,归一化噪声等效吸收系数为7.41×10-9 cm-1·W·Hz-1/2。在后续的实验中,可在待测HCl气体中加入水汽分子,提高HCl分子的热弛豫速率,进一步提高HCl-QEPAS传感器系统的信号强度。     

泄漏Lamb波在固井质量评价中的应用

轻质水泥在油气田固井中的广泛应用使得传统声阻抗测井方式难以准确地对固井水泥胶结质量作出评价。本文基于弯曲型Lamb波传播特征对层状介质胶结质量较为敏感的特点,首先对套管井建立合适的层状介质模型,计算了层状介质的平面波反射系数,从反射系数的角度探讨了在套管井内激发弯曲型Lamb波的条件。然后依据该条件并结合声波角谱理论计算了稳态有限宽脉冲束入射时在套管井内产生的弯曲型Lamb波泄漏波的时间波列信号。通过对泄漏波波列信号的分析,得到了弯曲型Lamb波与套管井水泥胶结质量间的关系。研究表明,入射声波在满足一定条件下可以在套管内激发弯曲型Lamb波,其传播时的衰减率与套管水泥胶结质量以及水泥的声学参数均相关,当水泥为轻质水泥或者普通水泥时,其衰减率随着套管水泥间水层厚度的增加而减小,当水泥为快水泥时,其衰减率随着水层厚度的减小而增加,但当水层厚度减为零即套管水泥胶结良好情况下,其衰减率转而变小。     

四苯基卟啉锌-单壁碳纳米管复合薄膜的制备与光电特性研究

使用喷涂法制备了四苯基卟啉锌(ZnTPP)薄膜及ZnTPP-单壁碳纳米管复合薄膜。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、台阶仪、四探针测试仪、紫外-可见光分光光度计、傅里叶红外光谱仪对薄膜的形貌、电学及光学性能等进行了系统的测量,研究了ZnTPP薄膜及ZnTPP-碳纳米管复合薄膜的太赫兹响应特性。结果表明,ZnTPP的太赫兹指纹谱峰为44,57,77,88,95和102 cm-1,与文献[3]报道的棕树叶中叶绿素的指纹谱峰基本一致。重要的是,通过与碳纳米管相复合的方法,不仅使ZnTPP有机薄膜的均匀性及致密性得到了改善,还使后者的导电性及在紫外到太赫兹波段的光吸收性能获得明显增强。此外,还发现了复合薄膜在47及66 cm-1处出现新的太赫兹吸收峰,证明了碳纳米管和ZnTPP之间存在的相互作用。这种作用使复合薄膜的综合性能得到提高。结果表明,通过加入碳纳米管,能够对ZnTPP的薄膜质量以及电学和光学性能等进行有效的改善,使之具有综合优良的物理性能、具备光电器件的应用前景。研究成果对促进有机物的太赫兹光谱研究以及寻找新型太赫兹有机敏感材料等具有重要意义。     

面向靠桥率及道口冲突率的航班-机位指派问题优化模型及其启发式算法研究

在给定航班时刻表条件下,对于进出港航班的机位分配,除了必须满足航班、飞机和机位之间的技术性要求之外,还要考虑尽量提高整个机场的机位利用率,且方便旅客出入港及时、安全和便捷.文章以飞机机型、所属航空公司、客运/货运航班、国内/国际航班等匹配条件为约束条件,以航班-机位分配完成率、靠桥率、道口非冲突率为目标,建立了一个航班...     

基于面积灰关联相对贴近度模型的长三角制造业产业升级研究

借助“制造业高级化”产业升级理论, 从结构优度、价值链高度、环境保护程度三个维度构建制造业产业升级评价指标体系。根据TOPSIS思想, 以被评价对象数列和理想方案指标数列两相邻点间围成图形的面积来表征关联系数, 同时采用标准差修正G1组合赋权原理对指标赋权并进一步计算灰关联相对贴近度; 通过引入时间变量并赋予时间序列权重以实现对长三角制造业产业升级动态评价。研究结果显示:2010至2016年间, 上海市排名最高, 江苏省略高于浙江省, 安徽省最低; 安徽省是长三角制造业产业升级的短板。基于上述结论, 给出长三角制造业产业升级的政策建议。     

通过Raman相互作用制备三个腔场的W型纠缠相干态

通过对比分立变量量子信息过程和连续变量量子信息过程的差别,利用相干态比较容易获得的这个特点,提出一种方案制备三个腔场的W型纠缠相干态.方案基于Λ型三能级原子与单模腔场的简并Raman 相互作用.三个相同的腔初始分别处于相干态,三个相同的原子初始处于W型纠缠态,通过三个原子分别与三个腔的Raman相互作用、选择适当的相互作用时间并探测作用后的三个原子,三个腔场坍缩为W型纠缠相干态.在原子与腔的相互作用过程中原子不处于高能级,可以忽略原子的自发辐射,系统的相干性能够得到较好的维持.基于当前的腔量子电动力学技术,相信方案能在实验上实现.该方案制备的三个腔场W型纠缠相干态有望在连续变量量子信息过程中有重要的应用价值.文中将方案推广到制备n(n〉3)个腔场的W型纠缠相干态.     

单个飞秒激光作用下熔融石英的微爆阈值研究

对飞秒激光脉冲在透明介质中产生微爆的物理机制进行了研究,比较了长短激光脉冲的光击穿机制,基于Fokker-Planck方程建立了飞秒激光微爆模型,给出了飞秒激光脉冲在透明介质中产生微爆的阈值解析表达式.针对飞秒激光脉冲在熔石英介质中的微爆阈值进行了计算,得到的结果与实验结果基本相符.     

第八届亚洲物理奥林匹克竞赛中实验考题的分析

介绍了第八届亚洲物理奥林匹克竞赛中实验考题——"干涉法测量玻璃热膨胀系数和折射率温度系数"的内容、实验原理,并对实验的考试结果进行了分析.     

蒸镀法制备全有机并五苯薄膜场效应晶体管

以全蒸镀方法在真空室内一次性制备了正装结构的全有机并五苯薄膜场效应晶体管。正装结构全蒸镀法有利于简化工艺制备程序,缩小器件尺寸,提高集成度。制备的绝缘层厚度仅为50nm的全有机薄膜场效应晶体管,器件的工作电压降至10V,相同电压下饱和输出电流有了明显提高。筛选适当的有机绝缘材料,改善全有机薄膜场效应晶体管有源层/绝缘层的界面性能,使阈值电压几乎降至0V,场效应迁移率提高了3倍多,输出饱和电流也有了明显的提高。