Spectrum of Single-Photon Scattering in a Strong-Coupling Hybrid Optomechanical System

The single-photon excitation and transmission spectra of strong-coupling hybrid optomechanics are theoretically analyzed, where a two-level system (TLS) is coupled to a mechanical resonator (MR), generating Jaynes–Cummings-type polariton doublets. In this model, both the optomechanical coupling and the TLS-MR coupling are strong. In this parameter region, polaron-assisted excitation reemission processes can strongly affect the single-photon excitation and output spectra of the cavity. It is found that the fine structure around each sideband can be used to characterize the TLS-MR and the effective TLS-photon couplings, even at the single-quantum level. Thus, the spectrum structures may make it possible to sensitively probe the quantum nature of a macroscopic mechanical element. A possible approach for tomographic reconstruction of the state of a TLS, utilizing the single-photon transmission spectra, is further provided.     

基于NICE-OHMS技术进行大气压气样直接检测的理论分析

噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)是目前世界上最灵敏的激光吸收光谱技术,其在低压环境中具有极高的探测灵敏度。然而当测量样品处于大气压时,NICE-OHMS系统的探测灵敏度会大幅下降。主要原因之一是大气压下获取最大NICE-OHMS信号幅度的条件与低气压下不同。通过对大气压NICE-OHMS理论进行分析,分析了影响信号幅度的参数,并通过数值模拟来寻找最佳的实验条件。本文着重讨论影响信号的主要参数包括光学腔腔长L,调制系数β,探测相位θ。其中,由于在NICE-OHMS中使用DeVoe-Brewer技术将调制频率ν_m锁定到Fabry-Parot(FP)腔的自由光谱区(FSR)。因此FP腔的腔长决定了ν_m,同时还作用于信号幅度S■。模拟结果显示,当腔长增大时,由于ν_m随之减小,载波和边带的光谱成分相互重叠部分增大,因此线型函数的幅度逐渐减小。而吸收信号幅度随着腔长的增加而逐渐增加,色散信号幅度先增大后减小,并且在腔长等于8 cm时达到最大值。调制系数β会影响频率调制后激光载波和边带的幅度大小,并且影响信号线型。随着腔长的增加,最大信号幅度对应的β值也随之增加。在相同腔长下,色散信号的最佳β值小于吸收信号,更容易使用电光调制器实现。最后分析了参数的可实现性,分析了不同种类激光器的频率调谐能力,压电陶瓷的扫描宽度等。以乙炔气体为例,大气压下NICE-OHMS的谱线半宽达到~3 GHz,而光谱覆盖范围大于10 GHz。分布反馈式半导体激光器(DFB)与外腔二极管激光器(ECDL)的频率调谐范围可以达到30 GHz以上,但是由于激光线宽宽,得到的PDH锁定性能欠佳。回音壁模式激光器(WGM)和掺饵光纤激光器(EDFL)线宽为百Hz量级,是目前高灵敏NICE-OHMS系统中常用的光源。但是WGM目前可以实现了5 GHz的激光频率调谐范围,而EDFL的外部电压可控制的调谐范围仅为3 GHz。使用精细度为55000的腔进行模拟,调制系数β=1,腔长大于8 cm时,可使用WGM激光器实现,腔长大于25 cm时,可以使用EDFL激光器实现。而对于在设计光学腔中常用的伸缩长度为25μm的PZT,随着腔长的增加,对应的腔模频移范围逐渐减小,在腔长为典型的40 cm时,扫描范围大于12 GHz。     

高分辨率微型星载相机光学系统的设计及应用

为了克服太空环境的复杂性,满足航天工程的空间使用要求,研制一款2 500万像素宽光谱共焦成像的微型星载相机光学系统。该系统适应卫星发射和在轨道运行的恶劣环境,具有抗冲击震动、耐太空高温差强辐射,体积小,质量轻等优点。设计的系统可在450 nm～800 nm的谱段内清晰成像,焦距181 mm,入瞳口径45 mm,视场角10.4°,边缘相对照度0.81,轴上点MTF:0.57@55 lp/mm,0.33@110 lp/mm,畸变1.2%,镜头质量622 g,外形尺寸Φ58.3 mm×117 mm,抗辐照性能≥5 krad。通过温度适应性的模拟和优化,用户进行?30 ℃～+70 ℃光学镜头热真空试验,可正常工作。该系统已成功应用于天宫二号伴飞卫星相机中,获得的图像清晰稳定,为空间遥感实验观测发挥了重要的作用。     

Finite element modelling of natural-convection-controlled change of phase

The problem of phase change in the presence of natural convection has been investigated. A model has been proposed based on the treatment of the release/absorption of latent heat as a heat source/sink in combination with the standard Galerkin finite element method with a primitive variable formulation on a fixed grid. To demonstrate the capabilities of the model, three cases of phase change of an aluminium alloy in the presence of natural convection arc considered, i.e. solidification, melting and combined solidification and melting. The solidification of water in a square cavity is modelled as another example, taking into account the density extremum, and the results are compared with a previously published work.     

光纤环形镜线形腔掺Er3+光纤激光器输出特性的数值分析

在分析光纤环形镜工作原理的基础上,给出了基于光纤环形镜的线形腔掺Er3+光纤激光器相位和幅度的振荡条件.通过求解速率方程,理论分析了其输出特性,获得了稳态条件下激光器输出功率、阈值泵浦功率和斜率效率的解析表达式.推导出激光器工作所需掺Er3+光纤最短长度,并在给定泵浦光功率时,在特定输出波长上获得最大输出功率所需最佳掺Er3+光纤长度的表达式,且通过实验进行了验证.     

小比距离密闭空腔爆炸爆后气体温度和压力测量技术研究

为实现空腔爆炸温度、压力变化趋势的准确测量,基于铠装K型热电偶和压力变送器,建立密闭空腔爆后气体温度、压力测量系统。设计密封隔热防护装置,将传感器的敏感端与信号调理模块分别安装在两个密封腔内,有效提高了传感器在大当量爆炸冲击条件下的存活率。在0.86m/kg^1/3比距离密闭空腔大当量爆炸条件下,对传感器及防护装置的性能进行考核验证,爆后测量采集到了有效的气体温度及压力变化历程,且传感器状态能够最终恢复至正常状态。测试结果表明,使用密封隔热安装的K型热电偶和压力变送器可以满足小比距离密闭空腔爆后气体静态温度、压力测量需求。     

拉曼光谱在固相有机合成中的应用

本文综述了近几年以来拉曼光谱在固相有机合成中的应用研究进展,分别介绍了近红外傅立叶变换和共焦显微两种拉曼光谱技术。近红外傅立叶变换拉曼光谱克服了荧光背景带来的干扰,可以用在固载试剂、催化剂的表征、固相有机反应的监测等方面,特别对于在无机载体上进行的有机反应的表征和检测方面具有很大的优势。共焦显微拉曼光谱具有特殊的空间分辨能力,适合对固相合成载体的结构进行表征,并可对载体内部反应活性位点的分布情况进行研究。     

格栅-空腔自激振荡流场扰动形成机理研究

格栅-空腔流动会引发流场自激振荡现象,产生结构振动及噪声问题.研究此类现象的形成机理对相关设备的减振降噪设计具有重要意义.目前已知这种现象是在流场正逆向两种扰动的耦合作用下形成的,但上述两种扰动的形成机理尚未明确.针对该问题,建立了格栅-空腔流动数值模型,并进行非稳态数值模拟.通过分析压力振荡数据及流场结构演化过程,对...     

可视化分析方法在薄膜基材料荧光传感中的应用

随着光学成像技术的不断突破,荧光可视化已经从简单的肉眼观察逐步向宽场显微、共聚焦显微、超分辨成像等方向发展.然而,荧光可视化在薄膜基材料中的传感应用依然以肉眼观察以及少量的宽场显微为主要分析手段.同时,薄膜基材料结构和性质的可视化分析研究也滞后于荧光可视化技术的发展.基于此,结合本课题组近几年的研究成果,本文系统评述了荧光共聚焦显微技术在薄膜基材料体相分散状态和表面性质的可视化分析中的应用进展,并对当前薄膜基荧光传感材料面临的问题和可能的解决方案进行了简要探讨.