基于铷原子双光子跃迁的原子谱线展宽机制教学演示

测量原子光谱是揭示微观粒子微观结构与运动规律的重要手段,因而从本科到研究生阶段都会涉及到相关领域的教学,特别是光谱的相关教学。然而,由多普勒效应等引起的非均匀展宽及原子碰撞等引起的均匀展宽极大限制了谱线的分辨精度。在科学技术的发展中,为了获得更高的分辨精度,消除原子谱线的展宽成为重点研究方向。而在相关教学方面,碱金属原子体系由于其优异的能级特性,成为了研究展宽机制的有效途径。而在目前的本科教学中,缺乏除对多普勒展宽以外的多种原子谱线展宽机制的演示。因此,本文利用铷原子5S_1/2→5P_3/2→5D_5/2双光子跃迁谱线,测量改变激光功率、原子池温度等条件下引起的原子谱线半宽变化,验证双光子跃迁的同时,重点演示了原子谱线展宽的机制以及谱线半宽的测量方法。通过本实验,本科生一方面可以掌握原子谱线展宽与双光子跃迁的相关知识,以更深刻地理解了理论知识的内涵,另一方面通过自主搭建实验仪器锻炼了本科生的动手能力,对提升物理专业本科学生的素养尤为重要。本文所展示的实验装置简单,易于搭建,适合课堂演示和实验教学。     

基于微纳光纤的柔性仿生微结构触觉传感器研究

人类指尖的指纹图案以及互锁的表皮-真皮微结构在放大触觉信号并将其传递给各种机械感受器方面发挥着关键作用,从而实现对各种静态和动态触觉信号的时空感知。本文报道了一种受指尖皮肤微结构启发的微纳光纤柔性触觉传感器,该传感器具有环形脊的指纹状表面、错峰互锁的微结构以及刚度差异化的树脂/聚二甲基硅氧烷多层结构。通过这些设计特征,传感器能够以高耐久性、高灵敏度(20.58%N^-1)、快速响应(86 ms)及大动态范围(0～16 N)检测多种时空触觉刺激,包括静态、动态压力和振动,并能够识别物体的硬度和表面纹理差异。该传感器具有结构紧凑、制作简便、易集成、抗电磁干扰等优点,可被应用于机器人皮肤、可穿戴传感器和医疗诊断设备中。     

热声驱动系统中的压力测量

介绍了自制的用于热声驱动脉管制冷装置的计算机压力波数据采集系统。该系统由硅压电压力传感器、数据采集卡、PC机和基于 Labview软件的图形化用户界面 GUI( Graphical User In-terface)组成。试验证明 ,它具有结构简单、高效精确、操作简便等特点 ,在捕捉被测系统内的动态压力变化方面具有优势 ,不但能很好地满足热声驱动器的压力测量要求 ,而且亦可移植到任何类似的测量气体压力的场合     

介质与静压对激波管校准压阻式绝压传感器动态特性的影响

激波管通常用于动态压力传感器的校准,压阻式绝压传感器在激波管校准过程当中,会出现谐振频率等动态性能指标随着激波管静态压力环境、气体介质变化而改变的情况,影响传感器动态特性的校准。基于压阻式传感器的工作原理,对传感器的敏感膜片结构进行了机理分析,建立了膜片结构与校准环境中介质和静压关系的动态模型;通过ANSYS与SIMULINK软件开展了数值模拟验证工作,模拟结果与理论推导一致。通过激波管校准实验验证了气体介质与静压的影响关系,结果表明：传感器的谐振频率与静压间存在非线性关系,并且随着敏感膜片径厚比的增大而显著增大;系统阻尼比大小与气体介质有关,随着气体密度的降低而升高;传感器的灵敏度与气体介质和静压无太大直接关系。在使用激波管校准压阻式绝压传感器时,应当考虑介质与静压参数对校准结果的影响。

     

水力机械内鲤鱼草鱼的压力损伤模拟试验

通过试验人工模拟水力机械内压力变化过程,测量压力时间变化,观察并解剖分析不同压力变化过程对鲤鱼和草鱼造成损伤的情况。试验发现,负压状态下的压力变化过程会对鱼的生存构成直接威胁,并得到了新型环保水力机械设计中应采用的压力时变导数极限值。     

光子晶体压力传感器的基本原理

通过研究一维光子晶体受压力后其光带隙性能的变化，提出了光子晶体压力传感器的原理.计算表明，压力的大小与禁带起始波长、截止波长和禁带宽之间呈简单的线性对应关系.这就提供了通过测量光带隙性能而感知外载荷或者通过施加载荷而调制光带隙性能的可能.由于光子晶体的结构周期和光波波长为一个数量级，也就有可能制造出一系列精巧的压力、温度传感器或者其他精密仪器. 关键词： 压力传感器 光子晶体 光带隙性能     

激光辐照环境对金属材料反射特性的影响

 利用积分球绝对测量法,对在20 Pa真空缺氧、1 000 Pa空气,10⁵ Pa空气及1 000 Pa氧气环境下,1 064 nm波长连续激光辐照30CrMnSiA碳钢材料过程中的反射光信号进行了测量,得到了30CrMnSiA碳钢在4种辐照环境下的反射率和温度变化曲线。结果表明：在空气组分辐照环境的低压到10⁵ Pa范围内,材料初始反射率随压力增大而增大;在缺氧和富氧环境的激光辐照过程中,缺氧环境下材料反射率变化缓慢,且变化拐点温度高于富氧环境,富氧环境下材料被加热后的快速氧化反应有利于材料对激光能量的吸收;不同辐照环境（缺氧和富氧）相同材料温度条件下,材料反射率并不相同。     

N2与CO2对合成气爆炸特性影响的实验研究

为了研究惰性气体(氮气及二氧化碳)对合成气爆炸特性的影响,利用20L球形爆炸仪器,开展不同体积分数氮气与二氧化碳作用下不同当量比合成气的爆炸实验,从爆炸峰值压力、爆炸压力到达峰值时间、爆炸指数方面分析惰性气体对合成气爆炸特性的影响。研究结果表明:惰性气体体积分数的增加会降低合成气的爆炸压力和爆炸指数,推迟爆炸压力到达峰值的时间;在相同体积分数下,CO2比N2能更有效地降低合成气的爆炸峰值压力和爆炸指数,减小爆炸反应的剧烈程度,CO2在抑制合成气爆炸方面比N2的效果明显。     

超声速转子叶片非定常引射器流场特性数值模拟

采用计算流体力学方法,结合适当的边界条件,对超声速转子叶片非定常引射器进行了模拟。从结果可以看出:此类引射器内流态复杂,主气流出口斜激波干扰现象明显,叶片设计参数对引射器性能影响很大。叶片尾部的膨胀波有效诱导了被引射气流,在短距离内增强了气流混合,湍流效应对引射器性能的影响较小;叶片可维持自旋转,提升叶片转速可增强引射效率。最后,对引射器内的流动机理进行了探讨。     

高压Ar气对激光诱导土壤等离子体辐射的增强效应

使用高能量钕玻璃脉冲激光器(～30J, 0.7 ms)烧蚀土壤样品获得等离子体,通过对等离子体图像和光谱的采集,以及对烧蚀质量的测量,分析了高气压(0.2～1.1 MPa)Ar气环境对等离子体辐射强度的影响。结果表明,随着Ar气气压的升高等离子体的体积被压缩,温度升高,亮度明显增强。在实验条件下,等离子体发射光谱强度随着环境气压上升而不断提高,但是激光对样品的烧蚀质量却逐渐下降。结合实验过程对测量结果进行了适当的讨论。