Reflex optical sensor based on dual metal gratings with high angular sensitivity

An interesting reflection phenomenon in a dual metal grating (DMG) structure is studied, which is related to the competition between Fabry-Prot (F-P) resonance effect and evanescent-field coupling effect inside the gap between the two composing single metal gratings. This competition leads to high angular sensitivity in response to the refractive index variation of the sample solution in the gap. A reflex optical sensor with high sensitivity based on DMG for detecting the change in refractive index is proposed and its performance theoretically is discussed.     

关于康托集类光栅的实验探究

设计制作了康托集分形衍射光栅,通过对康托集分形光栅3个阶段的夫琅禾费衍射现象的观察,根据惠更斯-菲涅耳原理,得到了一维康托集分形光栅的夫琅禾费衍射光强分布特性.     

协变密度泛函理论中的张量力效应

张量力是核子-核子相互作用的重要成分,被认为是理解奇特原子核中壳结构演化规律的关键要素。然而,目前对于核介质中的张量力及其效应的定量认识,仍存在很多亟待解决的关键问题。着重梳理了在原子核密度泛函理论框架下,研究有效相互作用中的张量力成分以及相应的张量力效应的相关工作,重点包括:基于相对论Hartree-Fock理论,以同位素链中的质子幻数壳演化为例,定量提取与分析其中的张量力效应;以及基于第一性原理的相对论Brueckner-Hartree-Fock理论,以中子滴单粒子能谱中的自旋-轨道劈裂演化为例,提出与张量力效应相关联的"准实验数据"。最后,展望原子核密度泛函理论今后可能的发展策略。Tensor force is one of the most important components of the nucleon-nucleon interaction. It plays a critical role in understanding the shell evolution in exotic nuclei. However, there are still several puzzles concerning the tensor force and its effects in the nuclear medium. In this paper, we mainly focus on the studies of tensor force in the effective interactions and its effects in finite nuclear systems within the scheme of nuclear density functional theory. In particular, we highlight the recent developments, including the quantitative analysis of tensor effects in the relativistic Hartree-Fock theory by taking the evolution of proton magic shells in the isotopic chains as an example, and the "meta-data" of tensor effects provided by the ab initio relativistic Brueckner-Hartree-Fock theory by taking the evolution of spin-orbit splitting in the single-particle spectra of neutron drops as an example. Perspectives are focused on the possible strategies for the future developments of nuclear density functional theory.     

针尖增强拉曼光谱中物理与化学效应的实验研究

针尖增强拉曼光谱(Tip-Enhanced Raman Spectroscopy,TERS)的增强机制中物理和化学效应的影响是一个非常重要的研究课题。通过采用基于原子力显微镜平台的针尖增强拉曼光谱系统,深入研究了金纳米光栅表面苯硫酚的针尖增强拉曼效应。通过与相同样品在表面增强拉曼光谱系统中不同模式的增强因子对比,发现在TERS中物理效应和化学效应对其拉曼信号的增强均有贡献,同时TERS技术会带来更大的化学增强效应,尽管在针尖加载的过程中并未改变苯硫酚与金光栅基底之间的化学环境。这种现象可以归因于苯硫酚分子在垂直金属表面方向上的各向异性及其与针尖表面电荷和外加光电场之间相互作用的影响。本文的研究促进人们对TERS机理的理解,为进一步完善TERS增强理论奠定基础。     

基于修正简化模式法的熔融石英光栅分束器设计

对用于光栅优化设计初值估计的简化模式法(SMM)进行了修正。考虑介质光栅的反射对透射率的影响,从多层膜等效的角度结合模式理论,推导出介质光栅的透射效率公式,实现了对SMM的修正。计算结果表明,与SMM相比,修正后的方法与严格耦合波(RCWA)的计算偏差大大缩小,TE和TM波都小于2%。因此相对于只能提供设计参数优化初值的SMM,该方法可对光栅参数进行优化;与RCWA相比,该方法将透射光栅的衍射效率表达成模式的相位差偏移和光栅与空气导纳之差引起的反射,更直观地展示了光栅衍射的物理过程。基于此修正的简化模式法(MSMM),优化设计了一个双端口光栅分束器,该光栅在1020~1100nm波段,TE波和TM波的0级和-1级透射效率都在50%左右,具有较好的分束效果。     

基于InP材料的纳米光栅耦合器的耦合效率分析

设计了一种基于InP材料的纳米光栅耦合器,运用FDTD算法分析了周期长度、刻蚀深度以及占空比变化时该光栅耦合器的耦合效率。计算结果表明,周期长度为800nm,刻蚀深度为0.3μm,占空比接近0.5时,耦合效率可以达到13%。本文所设计的光栅耦合器对构建基于InP材料的谐振腔、激光器和陀螺结构具有一定的理论指导意义。     

一种大视场相位测量轮廓术系统标定方法

在进行大视场相位测量轮廓术系统参量标定时需要大的标定平面和精密移动台,由于携带不方便,不易进行现场标定。提出了一种用于相位测量轮廓术系统参量的高精度、现场标定方法,采用一块较小的平面标定靶在有效测量体积内不同位置多次摆放,以获取密集的数据点。先标定出摄像机的内参量和外参量,再指定一个全局参考平面和若干辅助参考平面,然后在图像平面上分区计算出每个位置标定靶上每点相对辅助参考平面的高度差和相位差,最后应用极大似然估计法估计出相位高度映射参量。实验中平面高度测量的标准偏差达到0.0433 mm。这种方法只需要较小的平面标定靶,标定过程方便、精度高,完全适合大视场三维测量相位测量轮廓术系统现场标定要求。     

入射光斜入射光栅表面的衍射方程

当入射光垂直入射于光栅表面时,由于光栅衍射,产生衍射图样,其亮条纹的位置由 dsinψ=mλ m=0,±1,±2,… 决定,式中d为光栅常量,ψ为衍射角,λ为波长.当入射光为复合光时,除零级外,不同波长的同一级亮线不重合,波长大的衍射角大,波长小的衍射角小.如果入射光是斜入射于光栅表面,那么相应的光栅公式将发生变化.下面就斜入射情况下的光栅公式进行讨论.     

压电陶瓷发热对光纤光栅传感信号干涉解调的影响

对于光纤光栅传感的非平衡干涉解调技术,理论和实验均证实充当其驱动元件的压电陶瓷通电发热会引入热噪声,导致解调输出的相移信息中出现附加相移。为排除热噪声对解调结果的干扰,提出了将驱动元件从干涉装置中分离出来的新方案。对于无温度控制、有温度控制以及分离驱动元件的三种Michelson非平衡干涉解调装置,实验证实第三种方案不仅可根除热噪声的影响,且无需克服热惯性而达到新的热平衡。系统传感灵敏度的实验值为0.9609°/με,分辨率可达5.5nε。