Photonic band gaps structure properties of two-dimensional function photonic crystals

The tunable two-dimensional photonic crystals band gap, absolute photonic band gap and semi-Dirac point are beneficial to designing the novel optical devices. In this paper, tunable photonic band gaps structure was realized by a new type two-dimensional function photonic crystals, which dielectric constants of medium columns are functions of space coordinates. However for the two-dimensional conventional photonic crystals the dielectric constant does not change with space coordinates. As the parameter adjustment, we found that the photonic band gaps structures are dielectric constant function coefficient, medium columns radius, dielectric constant function form period number and pump light intensity dependent, namely, the photonic band gaps position and width can be tuned. we also obtained absolute photonic band gaps and semi-Dirac point in the photonic band gaps structures of two-dimensional function photonic crystals. These results provide an important theoretical foundation for design novel optical devices.     

基于代数迭代算法的燃烧火焰温度场和气体浓度场重建研究

基于TDLAS(tunable diode laser absorption spectroscopy)技术,以水汽作为目标气体,采用直接吸收的测量方式,探测了甲烷空气预混平焰炉燃烧区域水汽的吸收光谱信号,通过ART(algebraic reconstruction technique)代数迭代算法对燃烧场温度和水汽浓度分布进行了模拟重建和实验研究,模拟重建采取5×5共25个网格的正方形重建区域,假定25个网格的一个温度浓度二维分布,模拟28条激光束从不同的角度方位穿越重建区域,得到模拟射线下的投影值,经ART算法重建,结果显示温度场和水汽浓度场的重建偏差均在1%以内。实验采用分布反馈式激光器作为光源,选取H₂O的7 153.722,7 153.748和7 154.354 cm-1三条吸收线作为测温谱线,其中前两条线不区分作为一条吸收线来处理。使用平移台多方位平行扫描,共获取30路光谱吸收信号,经数据处理、算法重建和双线比值法测温原理得到了圆形平焰炉16个不同区域的温度浓度值,且炉面偏向中心区域温度浓度值较高,边缘较小,结果表明代数迭代算法能够很好地实现燃烧区域温度场和水汽浓度场的反演。     

基于可调谐光纤激光器的C_2H_2气体光声光谱检测

研制了基于可调谐掺Er光纤激光器的共振式光声光谱乙炔气体检测系统,结合波长调制和锁相放大器的二次谐波信号检测技术,有效地消除了光声池窗片和池壁吸收入射光而引起的背景噪声,通过对该系统的光学、声学和电子检测系统的优化,实现了低浓度乙炔气体的流动式检测.实验结果证明,当气体浓度较低时,二次谐波振幅与气体浓度成正比,其线性响应相关度达到0.999 53.在常温常压和3.5 mW平均光功率以及100 ms锁相积分时间条件下,乙炔气体的极限检测灵敏度达到了0.3 ppm(1 ppm=1μg·mL-1)(SNR=1时),系统用可调谐掺Er光纤激光器代替半导体激光器作光源,降低了成本,为发展低成本、实用、便携式微量气体光谱榆测仪器奠定了基础.若采用多光程光声池,或者采用EDFA提高激光功率,可大幅度提高信噪比,将极限检测灵敏度提高至ppb(1 ppb=1 ng·mL-1)量级.     

An experimental and kinetic modeling study of a premixed nitromethane flame at low pressure

A premixed nitromethane/oxygen/argon flame at low pressure (4.67 kPa) has been investigated using tunable vacuum ultraviolet (VUV) photoionization and molecular-beam mass spectrometry. About 30 flame species including hydrocarbons, oxygenated and nitrogenous intermediates have been identified by measurements of photoionization efficiency spectra. Mole fraction profiles of the flame species have been determined by scanning burner position at some selected photon energies. The results indicate that N₂ and NO are the major nitrogenous products in the nitromethane flame. Compared with previous studies on nitromethane combustion, a number of unreported intermediates, including C₃H₄, C₄H₆, C₄H₈, C₂H₂O, C₂H₄O, CH₃CN, H₂CNHO, C₃H₃N and C₃H₇N, are observed in this work. Based on our experimental results and previous modeling studies, a detailed oxidation mechanism including 69 species and 314 reactions has been developed to simulate the flame structure. Despite some small discrepancies, the predictions by the modeling study are in reasonable agreement with the experimental results.     

Wide tuning characteristics of double-ring coupled lasers

The wide tuning characteristics of double-ring coupled lasers with/without an extended waveguide are analyzed and optimized using the scattering matrix formalism. To obtain the optimum design schemes of the tunable laser diodes, the cross coupling ratios of two rings, the tuning enhancement factor, the propagation loss of passive waveguides, the optical gain of an active region, and the back and front-facet reflectivity of the waveguide are taken into account. When the coupling ratio of the ring and input/output waveguides is fixed, the extinction ratio and the linewidth are decreased as the tuning enhancement factor is increased, while the tuning range is increased.     

波长无啁啾调谐窄线宽掺Yb3+双包层光纤激光器

用相位掩模法, 在圆形掺Yb3+双包层光纤上制作了Bragg光纤光栅,并用它作为双包层光纤激光器的输出腔镜, 在光栅反射中心波长1055.2 nm位置得到了窄线宽的激光输出, FWHM为0.271 nm, 信噪比约为40 dB.这种结构的双包层光纤激光器, 在双包层增益光纤和后腔镜间没有连接损耗, 减小了双包层光纤激光器体积. 用自行制作的等强度梁对作为输出腔镜的光纤光栅做双向应力调谐, 实现了激光波长无啁啾调谐输出, 调谐范围1051.1~1060.04nm,调谐量达8.9nm, 调谐过程中激光3 dB线宽基本无变化.     

基于TDLAS-bLS方法的夏玉米农田氨挥发研究

采用开放光程可调谐二极管激光吸收光谱技术和反向拉格朗日随机扩散模型,通过田间试验,开展基于高时间分辨率数据的农田氨挥发研究,旨在为揭示农田氨挥发的动态变化规律提供新技术新方法。结果表明,TDLAS-bLS法能有效监测农田氨挥发动态,尤其是日内变化规律。豫北平原潮土农田夏玉米追肥后日内氨挥发有两个挥发峰值,分别在9:00和14:00左右,第一个高峰是由于夜晚溶解在露水中的氨气随露水蒸发而再次挥发,第二个高峰受地温和光照影响所致。追肥后氨挥发速率迅速升高,但挥发高峰期持续时间较短,集中于前四天,整个监测期内氨挥发损失约25.3%。TDLAS-bLS法与通气法相比,测定结果有一定差异。     

TDLAS测量CO2的温度影响修正方法研究

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术测量CO₂浓度时,由于测量氛围温度变化的影响引起气体吸收谱线的线强和线型发生变化,最终导致浓度测量存在较大误差。为了克服温度变化对浓度测量的影响,选用中心波长在1 580 nm的DFB激光器,基于直接吸收法,模拟电厂尾部烟道内的高浓度二氧化碳气体环境,研究了在常温(298 K)和变温(298~338 K、间隔10 K)不同温度工况下CO₂浓度的测量。结果显示,常温浓度测量的最大相对误差为-5.26%,最小相对误差为1.25%,相对误差均方值为3.39%,验证了TDLAS测量系统在常温下有着良好的测量精度和稳定性,但其在变温测量时浓度测量结果误差较大,其最大相对误差已经超过25%。为了修正温度变化对浓度测量结果的影响,适应工业测量的需要,在变温测量基础上利用最小二乘法拟合出测量系统在不同温度下的浓度与气体吸收的修正关系式。经过修正后,CO₂浓度测量的相对误差降到5%以下,相对误差均方值降到3.5%以下。修正结果表明,所提出的修正方法可以有效抑制温度变化对浓度测量结果的影响,显著提高了测量系统在变温环境下的测量精度和稳定性,为TDLAS系统测量CO₂浓度的现场应用提供了理论支持和技术保障。     

用于原子能级结构研究的激光共振电离光谱系统

激光共振电离光谱技术是一种利用一路或多路激光将待测原子选择性共振激发与电离,通过测量离子信号来研究原子能级结构的光谱技术。研建了一套激光共振电离光谱装置,用于原子高激发态能级结构参数的测量。分别从该装置的总体结构、关键技术和应用实例等方面进行了详细介绍。该套装置主要包括高调谐精度的染料激光器系统、高效的激光离子源系统和高分辨率的飞行时间质量分析器。染料激光器系统包括3台多纵模可调谐染料激光器和1台单纵模可调谐染料激光器,均为脉冲工作方式,重复频率为10 kHz,泵浦源均为532 nm的Nd∶YAG固体激光器。激光离子源系统包括原子化源、激光与原子相互作用区和离子光学透镜组三部分组成,样品在原子化源中被电加热实现原子化,喷射出的原子被激光选择性激发、电离,产生的离子被离子传输透镜整形成能量分散小、束窄的离子束。飞行时间质量分析器采用了反射式结构设计、脉冲垂直推斥技术和偏转板调节技术。利用此装置,实验测定了U原子的自电离态光谱,获得了U原子一条较佳的三色三光子共振电离路径,对应激光的波长分别为591.7,565.0和632.4 nm。此系统还可用于测量同位素位移和原子超精细结构等参数。另外,由于此系统中联用了质量分析器,因此可用于样品多元素分析、痕量元素分析、同位素丰度分析。     

基于LabVIEW的高分辨率光谱测试系统(英文)

提出了一种基于LabVIEW的无源器件光谱测试方案.通过LabVIEW编程控制可调谐激光器、可编程光滤波器、光功率计和数据采集平台,获得了具有不同传递函数的光谱特性.实验中激光器的扫描速度为10nm/s,扫描范围为10nm,数据采集卡的采样速率为1MS/s,结果表明:单个器件的光谱测试可以在1s内完成,光谱分辨率可达1pm;与利用宽带光源和光谱分析仪的传统光谱测试方法相比,所提方案的测试性能可达到传统方案水平,且能显示更精细的光谱细节.该方案能应用于有高分辨率、快速和高效要求的光谱测试中.