高温下数字图像相关散斑最优成像探究

为了测量材料在高温甚至超高温下的力学性能,采用数字图像相关方法,并研究其在高温下的最优成像。采取不同的散斑制作方法,同时加入不同颜色的高温漆,在不同的温度节点,外加不同光源及相应的滤波片,采集并观察图像是否具有良好的对比度。普通的单色光源在800℃以后会逐渐失效,无法获取图像,而紫外光在1 200℃时依然可以获取较好的图像,且直接利用试件本身颜色作为底色效果更佳。采用紫外光照明可以实现DIC在高温环境下的测量。同时利用黑色或者蓝色散斑直接喷涂在试件上有着最佳的对比度,要优于常规的散斑制作方法。     

日盲紫外域拉曼激光雷达探测大气水汽技术研究

拉曼激光雷达通过探测与水汽浓度相关的大气水汽振动拉曼散射回波信号,可实现大气水汽混合比廓线的探测。然而由于振动拉曼信号非常微弱,在白天测量时振动拉曼散射光谱会淹没在太阳背景光中,多在夜间测量。为实现大气水汽的全天时测量,设计开发一套日盲紫外波段拉曼激光雷达系统。该系统选择Nd∶YAG脉冲激光器的四倍频输出-266.0 nm日盲紫外波段作为拉曼激光雷达系统的激励波长,采用镀高增益介质膜的牛顿式望远镜作为接收器,同时利用二向色镜和超窄带干涉滤光片设计高效率的高光谱分光系统,实现了大气氧气、氮气和水汽振动拉曼散射回波信号277.5,283.6和294.6 nm的精细提取。计算仿真结果表明,臭氧吸收对日盲紫外域拉曼激光雷达探测存在一定的影响,主要是探测距离的影响;氮气通道不受白天太阳背景光噪声的影响;水汽通道存在少量太阳背景光噪声,对系统探测距离略有影响。而系统信噪比计算结果表明,设计的日盲紫外域拉曼激光雷达系统可实现白天3.5 km大气水汽的探测。实际进行水汽探测时,可利用氮气和氧气通道反演出臭氧浓度廓线,修正臭氧对发射波长、各通道拉曼散射波长的吸收,进一步提升系统的探测能力和探测精度。     

采用旋转涂膜法制备基底生长的定向碳纳米管阵列

 采用化学气相沉积技术,利用旋转涂膜法制备催化剂基底材料,通过对涂膜过程中的角速度、旋转时间以及基底还原过程中温度的控制改变催化剂颗粒的分布状态,获得了粒径均匀分布的催化剂基底,该基底上催化剂颗粒集中分布在47～62 nm区间,再利用该基底生长出定向碳纳米管阵列。运用扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱仪对样品进行了表征。结果表明旋转涂膜法制备的基底平整性好于普通的滴膜法,且较其它基底制备方法具有简单易控、可使催化剂均匀分散等特点。利用该基底制备的碳纳米管阵列定向性良好。     

利用一种偏振方法减小由强反射或弱反射强度引起的植被反演误差

无论是多角度遥感的发展、还是偏振、高光谱遥感的发展,它们有一个相同的目的,即利用电磁波的种种特性、以及空间特性来对地球表面的一切地物进行精确的识别。任何单一的方法和手段不可能完整地描述和反映地物的所有特征。偏振测量是目标测量识别技术中不可缺少的技术之一,并且成为近年来全世界目标识别领域中的研究热点。由于定量遥感的反射强度对植被遥感的影响不可忽视,反射辐射信号呈现饱和或过弱都不能被检测到。而偏振是植被定量遥感的重要手段,因而有必要开发一种克服由反射强度强弱引起的植被反演误差的方法,这也是我们目前的研究目标。如果反射的辐射信号太强或太弱,都会影响遥感的准确性,而来自植被的偏振光可以提供有用的信息,特别是当反射的辐射信号饱和时,使得传感器不能获得足够有用的非偏振信息。本研究采用基于地面的偏振成像光谱仪系统,开发了一种偏振方法来克服反射强度过强过弱引起的植被反演误差。利用FISS-P偏振成像光谱仪系统研究了反射强度对遥感植被NDVI和DoLP效用的影响,实验地点在北京市中国科学院奥林匹克科技园。在对目标采样时对反射率强,反射率弱以及反射率适中的植被分别测量,同时对目标植被的不同波段(470, 555, 670, 864 nm)的DoLP进行计算与分析。地基成像光谱仪系统(FISS-P)提供了具有偏振信息的高空间分辨率图像,我们可以确定在阴影和强反射区域中单个像素的光谱偏振特性。在成像光谱信息的基础上,利用光的偏振性来对地物的物理特性进行分析。本文使用斯托克斯分量来表征反射光的各个偏振分量,使用线偏振度(DoLP)表征反射光偏振程度。信号饱和度和阴影效应导致归一化植被指数(NDVI)植被密集程度非常低,造成严重的反演误差,然而强反射对线偏振度(DoLP)的影响不大。研究结果表明,反射辐射信号饱和时,偏振效应可以通过适当的频带提高植被的反演精度,平均NDVI的相对误差为33.8％,而DoLP(670 nm)的相对误差仅为6.3％,而其他波段的DoLP(555 nm,864 nm)的相对误差要大很多。这项研究结果表明,在植被识别时可以忽略强反射,然而,阴影(弱反射)效应是不容忽视的。FISS-P偏振成像光谱仪是用于计算具有不同反射强度的样品类型的偏振和非偏振参数的有效工具,同时发现在识别植被时,强烈的反射可以忽略不计,但是植被的阴影(弱反射)效应不容忽视。与非偏振方法相比,偏振效应可以提高反射辐射信号饱和时的植被反演精度。这项研究分析了使用偏振法强弱反射强度引起的误差减少。为了进一步揭示植被的阴影(弱反射)效应与DoLP之间的关系,还有一些问题需要解决。     

HIAF BRing及高能外靶实验终端的辐射屏蔽设计

强流重离子加速器（HIAF）是中国科学院近代物理研究所自主研制的一台高能强流重离子加速器,它可以实现p到U的全离子加速。为了保证HIAF运行时的辐射安全,针对该装置的增强器（BRing）及高能外靶实验终端,利用蒙特卡洛程序FLUKA及外推法计算得到了加速p,C及U三种离子时所需的辐射屏蔽。结果表明,加速质子时所需屏蔽厚度最大,并以此为依据给出了全地下结构的屏蔽设计。在此基础上,提出了一种估算高能质子/重离子加速器束流均匀损失时横向屏蔽厚度的方法。结果显示,估算结果与FLUKA计算结果符合较好,验证了该方法的有效性和准确性。High Intensity heavy-ion Accelerator Facility (HIAF) is designed by the Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, which can accelerate particles from proton up to uranium. To guarantee the radiation safety of HIAF during operation, the FLUKA code and extrapolation method were adopted to calculate the shielding thickness. The calculations were based on proton, carbon and uranium particles when losing on the Booster Ring (BRing) and the high-energy experimental terminal. The results indicate that the shielding thickness required for accelerating protons was the largest. Basing on the results, a method for estimating the lateral shielding of a high-energy proton/heavy-ion accelerator was proposed. A good agreement shows between the estimated results and the FLUKA calculated results, the validity and accuracy of the method were verified.     

Evidence for special relativity with de Sitter space-time symmetry

I show the formulation of de Sitter Special Relativity (dS-SR) based on Dirac-Lu-Zou-Guo's discussions. dS-SR quantum mechanics is formulated, and the dS-SR Dirac equation for hydrogen is suggested. The equation in the earth-QSO framework reference is solved by means of the adiabatic approach. It's found that the fine-structure "constant" α in dS-SR varies with time. By means of the t-z relation of the ΛCDM model, α's time-dependency becomes redshift z-dependent. The dS-SR's predictions of Δα/α agree with data of spectra of 143 quasar absorption systems, the dS-space-time symmetry is SO(3,2) (i.e., anti-dS group) and the universal parameter R (de Sitter ratio) in dS-SR is estimated to be R≈2.73×10¹² ly. The effects of dS-SR become visible at the cosmic space-time scale (i.e., the distance ≥ 10⁹ ly). At that scale, dS-SR is more reliable than Einstein SR. The α-variation with time is evidence of SR with de Sitter symmetry.     

Two-dimensional photon counting imaging detector based on a Vernier position sensitive anode readout

A two-dimensional photon counting imaging detector based on a Vernier position sensitive anode is reported. The decode principle and design of a two-dimensional Vernier anode are introduced in detail. A photon counting imaging system was built based on a Vernier anode. The image of very weak optical radiation can be reconstructed by image processing in a period of integration time. The resolution is superior to 100 μm according to the resolution test. The detector may realize the imaging of very weak particle flow of high-energy photons, electrons and ions, so it can be used for high-energy physics, deep space exploration, spectral measurement and bio-luminescence detection.     

Spatial coherences of the sound pressure and the particle velocity in underwater ambient noise

The spatial coherences were investigated between the sound pressure and the three orthogonal components of the particle velocity in underwater ambient noise. Based on the ray theory, integral expression was derived for the spatial coherence matrix of the sound pressure and the particle velocity in a stratified ocean with dipole noise sources homogenously distributed on the surface. The integrand includes a multiplying factor of the vertical directivity of the noise intensity, and the layered ocean environment affects the spatial coherences via this directivity factor. For a shallow water environment and a semi-infinite homogenous medium, the coherence calculation results were given. It was showed that the sound speed profile and the sea bottom could not be neglected in determining the spatial coherences of the ambient noise vector field.     

基于荧光共振能量转移的核酸适体传感器研究

基于荧光共振能量转移的原理,以修饰于核酸适体上的FAM作为能量供体,以氧化石墨烯作为能量受体,构建了荧光适体传感器,分别对不同浓度的胰岛素和多巴胺进行检测.结果表明,胰岛素的线性检测范围为0.05~10μmol/L,多巴胺的线性检测范围为1~500μmol/L,当胰岛素和多巴胺检测浓度相同时,胰岛素检测信号远强于多巴胺.对胰岛素和多巴胺分别进行特异性实验,发现该传感器对胰岛素和多巴胺有较强的特异性.说明基于荧光共振能量转移的核酸适体传感器不仅可实现多种物质的微量检测,还具有较强的选择性,在生物和医药检测领域应用前景广阔.     

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。