工科物理实验教学改革的实践与探索

介绍了近年来华中科技大学物理实验中心教学改革的历程及构建物理实验创新基地的思路和体会．     

First-principles study of lithium intercalated bilayer graphene

Lithium intercalated bilayer graphene has been investigated using first-principles density functional theory calculations. Results show that there exist AB and AA stacking sequences for bilayer graphene in which the latter is more favorable for the Li storage and the former will evolve into the latter with the intercalation of Li ions. The relationship between the interlayer distance of two graphene sheets and the intercalated capacity of Li ions is discussed. It is found that structural defect is identified to store Li ions more favorably than pristine bilayer graphene and an isolated C atom vacancy in bilayer graphene can capture three Li ions between two graphene sheets.     

丙烷-氢气-空气预混层流燃烧特性研究

利用高速纹影摄像法和球型发展火焰研究了常温常压下丙烷-氢气-空气预混层流燃烧特性,获得了不同氢气体积分数和当量比下混合气的层流燃烧速率、Markstein数、Zeldovich数和Lewis数.结果表明:随着氢气比例的提高,层流燃烧速率增加,火焰厚度降低;当氢气体积分数小于60%时,随着当量比的增加,Markstein数降低,当氢气体积分数大于60%时,随着当量比的增加,Markstein数增加.当量比小于1.2时,随着氢气比例增加,Markstein数降低.当量比大于1.2时,随着氢气比例增加,Markstein数增加.随着氢气比例的增加,Zeldovich数降低,全局Lewis数降低.     

超短脉冲在光子晶体中传播时的色散参量

利用最小二乘拟合法分析了光子晶体的能带结构,定量分析了二维光子晶体的色散参量.为了考虑脉冲各频率的作用,通过引入与频率分量相关的权重因子,从而解析了群速度和平均群速度色散,进而解析出脉冲波络渐变的理论结果.通过FDTD数值模拟后,发现数值模拟结果与理论解析结果完全相吻合.本文处理光子晶体的色散参量的方法,为制作光子晶体色散器件如光子晶体色散补偿器、脉冲展宽和压缩器有一定的借鉴作用.     

棱镜-光栅-棱镜分光模块整体化设计及衍射特性分析

PGP模块是超光谱成像仪中重要分光器件。为了能够在制作前有效预测PGP整个系统的衍射效率分布及其衍射特性,提出了PGP整体化设计方法。从体位相全息光栅设计角度出发,结合棱镜与光栅各项参数的制约关系,编制了计算PGP整体衍射效率的分析软件,综合考察了棱镜与光栅各项参数对PGP模块衍射特性的影响,讨论了光栅布拉格波长的漂移特性,据此设计了一种用于成像光谱仪的宽波段高衍射效率PGP分光模块。模拟结果表明：棱镜1材料的色散系数越小,PGP的光谱带宽越窄;光栅布拉格波长的漂移增大了PGP模块和光栅的光谱带宽,带宽增大使光栅的角度选择性随之增大,拓宽了棱镜1材料的选择要求;棱镜1顶角、光栅的胶层厚度和相对介电常数调制度等参数是影响PGP衍射效率分布的重要因素,制作时需要精确控制。利用此方法设计的PGP分光模块在400～1 000 nm波段范围内衍射效率不低于50%,并给出具体设计参数,这对PGP制作具有一定的参考价值。     

SiC缓冲层对Si表面生长的ZnO薄膜结构和光电性能的改善

用脉冲激光沉积(PLD)技术制备了ZnO/SiC/Si和 ZnO/Si薄膜并制成了紫外探测器。利用X射线衍射(XRD),光致发光(PL)谱,I-V曲线和光电响应谱对薄膜的结构和光电性能进行了研究。实验结果表明:SiC缓冲层改善了ZnO薄膜的结晶质量和光电性能,其原因可能是SiC作为柔性衬底能够减少ZnO与Si 之间大的晶格失配和热失配导致的界面缺陷和界面态。     

多层纳米薄膜结构热物性重构

基于谐波探测技术测量材料导热系数和热扩散系数的基本原理,给出3ω法用于多层纳米薄膜结构热物性实验表征的方法.考虑了层间接触热阻的作用,在频域内定义了热阻抗的概念.理论分析了各层纳米薄膜的导热系数、热扩散系数等热参数对加热膜温度波动影响的敏感性.将敏感系数与实验数据处理相结合,利用三次谐波的实部和虚部分量测量了ZrO2/SiO2增透膜多层膜结构中各层的导热系数和热扩散系数.该方法可用来有效表征其他微纳米结构的热性能.     

一种改进型多组分气体的Tikhonov正则化特征光谱提取方法

针对FTIR光谱分析数据计算量大,具有相同基团的多组分混合气体交叉灵敏度过高,以及在线分析过程中基线漂移等问题,提出了一种改进的TR2-1(Tikhonov 2norm-1norm)正则化特征变量提取法。该方法借鉴TR1和TR2模型的基本思想,引入谱线距离和谱线系数绝对值最小化两个约束项来保证所提取特征量的准确度,消除基线漂移所带来的影响,并结合上述两种模型建立了不适定问题的最优化求解通式。该通式有效地克服了经验法和实验法确定正则矩阵和参数所带来的误差。实验以浓度为0.01%~20%的甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷和异戊烷气体为例进行了特征光谱选取。结果表明,对于浓度为0.2%的甲烷气体,其预测误差平方和仅为2.6×10-4,可决系数达到0.959 2,分析准确度高,有效增强了TR正则法的实用性。     

Monte Carlo simulation of glandular dose in a dedicated breast CT system

A dedicated breast CT system (DBCT) is a new method for breast cancer detection proposed in recent years. In this paper, the glandular dose in the DBCT is simulated using the Monte Carlo method. The phantom shape is half ellipsoid, and a series of phantoms with different sizes, shapes and compositions were constructed. In order to optimize the spectra, monoenergy X-ray beams of 5-80 keV were used in simulation. The dose distribution of a breast phantom was studied: a higher energy beam generated more uniform distribution, and the outer parts got more dose than the inner parts. For polyenergtic spectra, four spectra of Al filters with different thicknesses were simulated, and the polyenergtic glandular dose was calculated as a spectral weighted combination of the monoenergetic dose.