基于纤芯失配型马赫曾德尔光纤折射率和温度同时测量传感器的研究

设计和制作了一种基于单模多模细芯单模光纤马赫曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪结构,可同时测量折射率和温度的传感器。该传感器中,多模光纤和细芯单模熔接点充当光耦合器。导入光纤中传输的光经多模光纤后在细芯光纤的纤芯和包层中激发出纤芯模和包层模,不同模式光在细芯光纤中传输时将产生光程差,再经细芯单模熔接点耦合成为导出光纤的纤芯模而干涉。传感器透射光谱随着环境折射率和温度的变化发生漂移,通过监测不同级次的干涉谷可实现折射率和温度的同时测量。通过对传感器的透射光谱进行傅里叶变换分析可知该透射光谱主要由LP01模和LP16模干涉形成。该传感器透射光谱中1535nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度的理论值分别为-55.90nm/RIU和0.0501nm/℃(其中RIU为折射率单位);1545nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度的理论值分别为-56.26nm/RIU和0.0505nm/℃。在折射率和温度的变化范围分别为1.3449~1.3972和20℃~90℃的环境中对传感器的响应特性进行实验研究,结果表明:透射光谱中1535nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度分别为-53.03nm/RIU和0.0465nm/℃;1545nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度分别为-54.24nm/RIU和0.0542nm/℃。理论分析与实验结果相一致。该传感器在生物医学领域有较好的应用前景。     

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对准光学谐振腔诊断等离子体的传统诊断方法进行了改进,提出一种可用于诊断瞬态等离子体的实时诊断方法。通过实验证明,矢量网络分析仪点频测试(CW Sweep)对信号相位变化的测量速度足够快,可以跟上等离子体鞘套和尾迹的变化速度,因此利用该方法诊断等离子体鞘套和尾迹是可行的。通过对诊断系统性能的评估,表明诊断装置具有较高的实时性,对等离子体电子浓度有较宽的测量范围,测量范围可达10-1~1015m-3。     

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为了研究靶材料对快电子能量分布的影响,采用电子谱仪测量了飞秒激光与Cu和CH靶相互作用中在靶前和靶后产生的快电子能谱。结果显示,在靶前Cu和CH靶的快电子能谱相似,反应了快电子发射对靶材料的依赖性较弱;在靶后Cu和CH靶的快电子能谱具有明显的差异,说明电子的输运过程与靶材料密切相关。冷电子环流以及自生磁场是导致Cu靶快电子能谱"软化"的原因,而对于CH靶麦克斯韦分布的快电子能谱主要由碰撞机制决定。     

质量单位千克定义的历史、现状和发展趋势

自1889年以来,千克的国际原器作为国际单位制(SI)质量单位的定义。这是SI定义基本单位最后一个人工制造的基准,它的重新定义必将影响着几个其他基本单位。文章介绍了瓦特天平的工作原理以及普朗克常数的实验测定。这些结果对物理学和计量学具有重要的意义。     

基本物理常数概述及牛顿引力常数的测量

据不完全统计,基本物理常数有160余个之多,覆盖物理学各个领域。自国际科学技术数据委员会(CODATA)1973年首次发表国际推荐值以来,至今已发表了6次推荐值。文章介绍了基本物理常数的分类以及近期发表的基本物理常数领域的主要成就。这些成就及新的突破对物理学和计量学具有重要的意义。牛顿引力常数是测量万有引力的重要常数,具有深远的意义,但其数值极小,因此测量难度很大;二百余年来,科学家精益求精,不断更新方法,以求减小其测量的不确定度。     

相对论能量正比于动质量的一般性证明

依据相对性原理,仅仅要求粒子的动量和能量在不同的惯性系中具有相同的函数形式,即可一般性地证明相对论能量必须正比于动质量.这一特性为相对论本身的自洽要求,而与线性时空变换的具体形式无关,也与光速不变的假设无关.依据这一特性,同时也一般性证明了质量守恒定律等价于能量守恒定律.     

车身顶棚振动独立模态控制研究

针对乘用车结构振动和噪声问题,对嵌入压电传感器和致动器的汽车顶棚进行了振动主动控制研究;对压电平板进行数学建模,通过有限元分析某国产乘用车车身顶棚模态振型,合理选择传感器和致动器增益,作为最小化振动响应这一目标函数的参数;控制器的设计应用了独立模态空间控制法,将压电传感器和致动器及独立模态空间控制法(IMSC)组成的控制系统应用于汽车顶棚振动主动控制,实验结果表明,即使当控制回路被电磁噪声干扰时,控制前后系统的振级相差可达到30%左右,取得了有效的振动抑制效果。     

论地震发生机制

地震发生的物理机理和过程是还没有认识清楚的问题. 此前人们将浅源地震归因于弹性回跳,根据这一观点和岩石实验结果计算得到的地震能量与实际观测结果有很大矛盾,被称之为“热流佯谬”. 中源和深源地震发生在地幔区域,其成因也没有合理的解释. 考虑到地壳和地幔是离散集合态物质体系及其慢动力学运动行为的基本特点,本文根据物理学原理,特别是近年凝聚态物理发展出来的相关新观念,并依据已有观测事实,从新的视角探究地震发生的物理机制. 1) 关于地壳岩石层中的应力分布:在不考虑构造力时,依据万物皆流的流变学原理,原始地壳岩石在自重压强长时间作用下,纵向和横向应力相同,没有差应力. 大地构造力推动岩块滞滑移动挤压断层泥,施加于其他岩块,逐渐传递和积累. 这种附加的横向构造力与原始岩石中应力叠加,形成地壳岩石层中的实时应力. 由于断层泥属于颗粒物质体系,具有与岩石不同的力学特征,其弹性模量比岩石小得多,且随压强而增大,导致构造作用力随深度非线性增大. 给出了地壳中构造应力分布及其变化规律. 2) 关于地壳岩石层强度:地壳岩石的自重会使岩石发生弹性–塑性转变. 通过对弹性–塑性转变深度的计算,并根据实际情况分析,给出了地壳岩石弹性、部分塑性和完全塑性三个区域的典型深度范围. 在部分塑性区,塑性体比例达到约10%以上时,发生塑性连通,这时岩石剪切强度由塑性特征决定. 塑性滑移的等效摩擦系数比脆性破裂小一个数量级以上,致使塑性滑移时岩石剪切强度比脆性破裂小得多. 同时,随深度增大,有多种因素使得岩石剪切屈服强度减小. 另一方面,地震是大范围岩石破坏,破坏必然沿薄弱路径发生. 因此,浅源地震岩石的实际破坏强度必定比通常观测到的岩石剪切强度值低. 给出了地壳岩石平均强度和实际破坏强度典型值随深度的分布规律. 3) 关于地震发生的条件和机制:地震发生必定产生体积膨胀,只有突破阻挡才可膨胀. 地震发生的条件是:大地构造力超过岩石破坏强度、断层边界摩擦力以及所受阻挡力之和. 因此,浅源地震是岩石突破阻挡发生的塑性滑移. 在此基础上提出了浅源地震发生的四种可能模式. 深源地震是冲破阻挡发生的大范围岩块流. 浅源地震和深源地震都是堵塞–解堵塞转变,是解堵塞后岩石层块滑移或流动造成的能量释放. 4) 关于地震能量和临震前兆信息:地震能量即为堵塞–解堵塞转变过程释放的动能. 以实例估算表明,地震岩石滑移动能与使岩块剪切破坏和克服周围摩擦阻力所需做的功相一致,不会出现热流佯谬. 同时指出,通过观测地震发生前构造力的积累过程、局域地区地质变迁以及岩石状态变化等所产生的效应,均可能获得有价值的地震前兆信息. 关键词： 地震发生机制 热流佯谬 地壳岩石应力和强度 堵塞–解堵塞转变     

独立函数元:模型、方法和应用

针对常规线性变换获得的多分量成分可能不相干,但通常不满足统计独立的特点,提出了一种基于独立函数元的信号分解和重构的方法.该方法不仅继承了线性变换的诸多优点,而且还有统计域表征的优点.讨论了独立函数元的模型、定义和获取方法,详细分析了心音独立函数元在心音信号处理方面的应用.实验验证了所述方法的有效性和实用性.     

高功率,红光至中红外可调谐腔内和频光学参量振荡器

本文利用高重复频率,高平均功率大模场面积飞秒光纤激光器作为同步抽运源,抽运以多周期极化掺氧化镁铌酸锂为非线性晶体的单共振光学参量振荡器,获得了高功率可调谐红光至中红外光,信号光调谐范围为1450—2200 nm,闲频光调谐范围为2250—4000 nm,在2 W的抽运功率下,信号光输出波长为1502 nm时获得最大输出功率374 mW,转换效率为18.7%,脉冲宽度为144 fs,此时中红外输出中心波长为3.4μm,平均功率为166 mW.再利用BBO晶体对信号光进行腔内和频,获得和频光输出波长调谐范围为610—668 nm,在4.1 W抽运的情况下,最高平均功率为615 nm处的694 mW,转换效率达16.9%.