二维有序磁性Co纳米球阵列膜构筑及其光学性能研究

周期性纳米结构阵列因其独特的光学效应在新型传感技术领域具有巨大的应用潜力,引起人们极大的兴趣。其光学特性依赖于形貌和结构参数,一般可通过调整这些参数来调控其光学性能,而通过外加磁场调节其光学性能鲜有报道。通过气液自组装法制备胶体晶体模板,采用等离子体刻蚀技术实现了对胶体晶体模板结构尺寸的调控。在此基础上,结合磁控溅射技术合成了具有六角周期性排列的亚波长尺寸磁性Co纳米球阵列膜,并研究了其在结构参数和外磁场作用下的光学性质。通过紫外-可见-近红外光反射谱发现,随着刻蚀时间从0 min增加到4.5 min,在可见光波段,光反射峰波长从512 nm蓝移到430 nm,蓝移了82 nm,峰强从10.69%降低到7.96%,减弱了2.73%;在近红外光波段,光反射峰波长从1 929 nm蓝移到1 692 nm,蓝移了237 nm,峰强从10.92%降低到7.91%,减弱了3.01%。通过控制刻蚀的时间,可实现对Co纳米球阵列膜光反射峰峰位和峰强的有效调控。对未刻蚀和刻蚀的Co纳米球阵列膜施加一个垂直的外加磁场,在外磁场作用下,二者的光反射峰峰强均表现出不同程度的增强。随着外加磁场的逐增,未经刻蚀...     

不同能量质子辐照诱发CCD图像传感器性能退化实验与分析

为了评估电荷耦合器件(CCD)在空间科学探测以及航天卫星成像等空间辐射环境中应用的可靠性,揭示了CCD转换增益以及线性饱和输出等重要性能参数的退化机制及其实验规律。辐照实验在质子回旋加速器上进行,质子能量为60 MeV和100 MeV,质子注量分别为1×10¹⁰ cm^-2、5×10¹⁰ cm^-2和1×10¹¹ cm^-2。将CCD的主要性能参数在两个不同能量质子辐照后进行比较,实验结果表明,CCD的性能参数对质子辐照产生的电离损伤和位移损伤非常敏感,辐照后转换增益和线性饱和输出明显下降,且暗信号尖峰和暗电流明显增大。此外,分析了质子辐照CCD诱发的电离损伤和位移损伤,给出了CCD性能参数退化与质子辐照能量和注量的变化关系曲线。     

光学微透镜阵列成像质量预测和测量

为了研究微透镜阵列成像质量的影响因素,针对慢刀伺服加工和紫外（UV）光固化工艺制备的微透镜阵列,引入微透镜阵列镜片的误差,建立基于Zemax光学软件的光学微透镜阵列成像仿真模型,分析透镜单元的高度、曲率半径、入瞳直径等误差对微透镜阵列成像质量的影响。搭建光学测试平台对评价微透镜阵列成像性能的光学参数进行检测,包括各透镜单元的焦斑大小、位置误差及其焦距值,并利用点扩散函数（PSF）曲线的半峰全宽值对光场成像结果进行成像质量评价,测量得到微透镜阵列的焦距标准误差为0.12 mm。将测量结果与仿真结果相比,可得PSF曲线的半峰全宽值误差在12%左右,证明了仿真模型的准确性。利用仿真和实验的方法建立了微透镜阵列镜片误差与其光学成像质量之间的关系,这可为基于功能实现的光学微透镜阵列的超精密加工工艺提供理论基础和指导。     

基于窄线宽扫频光源的高分辨率阵列式光纤光栅温度传感系统

高精度温度传感器在地球物理、海洋科学、石油化工等领域具有广泛应用。针对传统光纤光栅温度传感器分辨率较低的问题,提出一种基于光纤光栅的高精度多点复用温度传感系统,该系统采用封装好的不同中心波长的π相移光纤光栅作为温度敏感单元,以扫频激光器和波分复用技术检测各光纤光栅谐振波长,并引入氰化氢标准气体吸收室作为波长参考,用非平衡马赫-曾德尔干涉仪补偿光源扫频过程中的非线性,以提升波长测量精度。实验实现了对10个温度传感探头的同时探测,温度分辨率达到10^-4℃水平,测量范围达到0～100℃。该光纤光栅温度传感系统在高精度温度测量领域具有广阔的应用前景。     

导模共振滤波器用二氧化钛薄膜制备及研究

利用原子层沉积技术在具有二维结构的石英玻璃上制备出二氧化钛（TiO2）薄膜,并在不同的温度下进行退火处理。对样品的晶体结构、表面形貌、表面粗糙度以及光谱特性进行研究,结果表明：当热处理温度为200～400℃时,所制备的二氧化钛薄膜具有较好的锐钛矿结构,无其他杂相存在。随着热处理温度的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐增大,薄膜折射率变大,但表面粗糙度均小于0.4 nm。研究了由单层二维结构光栅和光波导层（二氧化钛薄膜）组成的导模共振滤波器,采用严格耦合波理论分析了该装置在不同条件下的光谱特性。结果表明,通过改变光波导层二氧化钛薄膜的折射率,可以控制该装置共振波长的位置,并保持窄线宽特性。该装置的波长控制范围为946.9～967.9 nm,半峰全宽小于0.8 nm。     

新型液氦温区热声驱动制冷系统研究

提出一种采用气液耦合谐振子的新型热声驱动制冷系统,理论上首次实现液氦温区制冷。模拟结果显示,系统最低无负荷制冷温度达到5.9 K,为目前热声制冷系统的最低记录。本文首先基于数值模拟优化了新型热声制冷系统结构参数;然后,分别揭示了系统内部关键参数的沿程分布以及热力学性能的影响规律。本研究填补了热声制冷技术应用于液氦温区的空白,有望为航天、低温电子器件及氢能源利用等领域中的新型热驱动制冷机奠定理论基础。     

基于遗传算法的光伏–热电耦合系统多目标优化研究

多因素共同作用下的系统优化设计是光伏–热电耦合系统研究的难点之一。本文建立了光伏–热电耦合系统与单一光伏系统的理论模型,以最高耦合效率与相对于单一光伏系统的最大效率差值为优化目标,采用多目标遗传算法,开展了耦合系统优化设计研究。结果表明,最高耦合效率与最大效率差值两个优化目标是负相关的,且其负相关性是由光伏参考效率所导致,需综合考虑系统经济性,确定最高耦合效率和最大效率差值的折中方案,从而获得耦合系统最佳设计。     

抽汽–高背压–热泵耦合供热系统运行优化

热电联产机组能源利用效率较高,对我国的节能减排工作具有重要意义。为提高汽轮机抽汽、高背压与吸收式热泵构成的热电联产系统效率及运行灵活性,本文研究了供热机组电热负荷特性,进而对抽汽–高背压–热泵耦合热电联产系统多参数进行优化。研究发现,随着高背压机组电负荷增加,高背压机组产生调峰被动冷源损失增加,机组发电煤耗率以及综合发电煤耗率均随之增加。通过多参数优化,获得了高背压机组初末期、寒冷期及严寒期的最佳运行背压,分别为35.86 kPa、34.32 k Pa和32.27 kPa。     

金属纳米颗粒双圆环阵列的表面格点共振效应

由金属纳米粒子构成的周期性规则阵列,可以通过粒子间的耦合来激发表面格点共振效应,从而极大压缩单粒子的局域表面等离子体共振效应的线宽.本文将该表面格点共振效应从二维周期性结构推广到轴对称的圆环结构中,提出了双圆环金属纳米粒子阵列结构的电磁响应模型.在此基础上,得到了双圆环阵列发生表面格点共振效应的条件,并发现当阵列结构参数满足特定条件时,该阵列的所有偶极子分量会发生集体共振效应,从而获得极高的近场增强因子.     

一种基于大角度倾斜光纤光栅包层模的低频声传感方案

利用倾斜光纤光栅在发生弯曲时其存在的多种纤芯-包层模式耦合方式容易发生改变,进而使其光谱特征发生明显变化的特点,提出并验证了一种基于大角度倾斜光纤光栅包层模的低频声传感方案.将倾斜光纤光栅与设计的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)换能膜片及腔体结构相结合,得到了一种有效的低频声传感系统.该换能膜片在被测声波信号作用下产生振动,使固定在膜片表面的倾斜光纤光栅发生周期性动态弯曲,引起倾斜光纤光栅的包层模式光谱发生周期性漂移,最后采用边缘滤波法进行解调,实现低频被测声波的有效探测.实验结果显示,该传感方案可以在45—220 Hz范围内实现高灵敏度声波探测,在传感系统固有频率附近54 Hz处获得最大声灵敏度115.88 m V/Pa,且最小探测声压为539.2μPa/Hz^1/2.该传感方案具有灵敏度高、重复性好、结构简单、容易加工等优势,在低频声探测等相关应用领域具有较大的发展前景.