A位取代和缺陷钝化实现钙钛矿薄膜的低阈值红光放大自发辐射

作为发红光的光学增益介质,CsPbI_(2)Br钙钛矿材料具有良好的热稳定性和合适的光学带隙,引起了研究者的广泛关注。然而,溶液法制备的CsPbI2Br薄膜在高湿度环境下易发生相变,同时薄膜存在大量缺陷,阻碍了其性能提升。鉴于此,采用部分FA^(+)(CH_(4)N_(2)^(+))进行A位取代以提高钙钛矿薄膜的相稳定性,然后利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)对钙钛矿薄膜进行表面钝化。得益于FA^(+)阳离子带来的薄膜形貌的改善和PMMA良好缺陷钝化效果,实现了Cs_(0.7)FA_(0.3)PbI_(2)Br钙钛矿薄膜的低阈值红光放大自发辐射(ASE),其发射波长为689 nm,纳秒激光激发下的阈值为15μJ/cm^(2)。同时,该薄膜具有良好的疏水性和光稳定性,在大气湿度环境下(RH为(40±10)%),采用3000μJ/cm^(2)脉冲激光持续照射120 min,其ASE强度仍能维持其初始值的93%。这项工作为实现低阈值高稳定的红光ASE和激光提供了参考。

基于自发辐射分析的高碱煤燃烧炉内在线监测技术研究进展

准东煤等高碱煤在新疆地区储量巨大,但其富含的碱金属元素极易导致炉膛受热面沾污、结渣等问题,会影响锅炉运行的安全性,研发高碱煤高效清洁燃烧发电技术对实现“双碳”目标有重要意义。总结了基于自发辐射分析的高碱煤燃烧炉内在线监测技术的研究进展,重点介绍了发射光谱技术、自发辐射图像处理及成像技术在高碱煤燃烧监测领域的研究现状及应用情况,进而对其发展趋势和动态进行探讨。发射光谱技术通过对火焰发出的不同波长光谱辐射信号进行处理获取温度与组分,近期,已广泛用于测量工业炉膛燃烧火焰温度和气相碱金属质量浓度,并基于此对炉内结渣趋势进行定性判断。自发辐射图像处理及成像技术具备信号空间分布的解析能力,利用CCD、CMOS等面阵传感器获取炉内自发辐射图像,基于图像处理与热辐射成像原理,结合辐射反问题求解方法,可以获得燃烧场在三维空间的温度分布以及二维壁温分布,使结渣的三维可视化监测成为可能。未来需基于发射光谱技术、自发辐射图像处理及成像技术对二维或者三维的受热面结渣沾污进行监测,结合炉内燃烧温度与气相碱金属质量浓度等参数分布,建立高碱煤燃烧受热面结渣沾污的定量判断指标,最终达到对受热面结渣沾污在线预测的目标。

银的介电函数及其对纳米球附近原子的自发辐射动力学影响

金属介电函数对表面等离激元共振特性具有重要的影响。利用数值方法,系统比较了银的Drude模型介电函数、Drude-Lorentz模型介电函数以及实验值,并研究不同介电函数模型下银纳米球对附近原子自发辐射动力学调控特性。首先研究通常采用的Drude和Drude-Lorentz模型,并给出模型介电函数值与实验值的差异,结果表明,Drude模型仅在低频时与实验值符合较好,而含有4个洛伦兹项的Drude-Lorentz模型与实验值符合较好;其次,以银纳米球为例,研究以上介电函数的差异对附近二能级原子自发辐射增强谱及能级移动的影响;再次,研究Drude-Lorentz模型下自发辐射动力学的格林函数预解算子方法和解薛定谔方程方法,结果表明格林函数预解算子方法能快速准确求解自发辐射动力学;最后,基于格林函数预解算子方法,展示了介电函数采用Drude-Lorentz模型和实验值时的自发辐射动力学特性。

非均匀静电场中的相对论原子束的自发辐射谱的规范依赖

规范理论要求物理观测与规范无关。然而,自从兰姆注意到原子自发辐射光谱计算中的规范选择问题以来,在许多物理研究领域中都遇到了规范依赖问题。因此,检验各种物理系统规范对称性的自洽性就显得尤为重要。本文计算了非均匀静电场中相对论性氢原子的瞬态自发辐射谱。参考我们之前研究的相对论非微扰库仑场中自发辐射谱的规范依赖性(其中辐射物体是静态的而电荷是相对论运动的),本文所研究的物理系统是该项研究工作的参考系变换版本。对于常用的库仑、洛仑兹和多极规范,本文得到的峰值频率对于“σ型”可以相差330kHz;对于“π型”可以相差372 kHz或更大。这一结果不仅对于理论上研究规范场与量子系统的相互作用具有重要意义,而且对于实际的实验应用,例如外部电磁场中原子钟的定时精度也具有重要意义。

放大自发辐射光源校准方法探讨

放大自发辐射光源作为一种低相干性的宽谱光源,在光纤光栅传感领域、光通信和光器件测量领域有着非常重要的应用。通过对放大自发辐射光源的原理和结构的分析,提出了针对此类仪器的计量性能,主要技术参数包括波长范围、光谱功率密度、光谱平坦度、最大输出功率、光功率稳定度和偏振度测量等,能够较全面地评价放大自发辐射光源的计量特性。系统地分析了每个参数与仪器设备性能的联系,并给出了每个参数的校准方法。经过大量的试验验证,证明这种校准方法合理,能够较全面地评价放大自发辐射光源的计量特性。

钙钛矿薄膜的发光特性及钝化处理后的放大自发辐射效应研究

【目的】钙钛矿材料是一种发展前景良好的激光应用光学增益介质。钙钛矿激光器件实际应用的一个关键因素是实现较低的激光阈值。为解决这个问题,选用电子传输材料(PCBM)和空穴传输材料(spiro-OMeTAD)对钙钛矿(CH3NH3PbI3,MAPbI3)薄膜进行钝化处理,减少薄膜的缺陷密度,从而降低放大自发辐射(ASE)阈值。【方法】研究不同激发强度下MAPbI3薄膜的光致发光(PL)光谱与ASE现象,并通过与MAPbI3/PCBM和MAPbI3/spiro-OMeTAD双层薄膜对比,研究将钙钛矿材料中的缺陷进行钝化处理后对ASE现象的影响。【结果】在特征温度120 K下,MAPbI3钙钛矿薄膜易产生ASE现象,产生ASE现象的阈值约为3.67μJ,而MAPbI3/PCBM和MAPbI3/spiroOMeTAD双层薄膜在特征温度下,产生ASE现象的阈值更低,分别为1.9μJ和2μJ。【结论】MAPbI3钙钛矿薄膜在位于800 nm左右的特征峰处易产生ASE现象,而经过钝化处理后的钙钛矿薄膜在相同波长位置的特征峰处更易产生ASE现象,产生ASE现象的阈值更低,这是因为PCBM and spiro-OMeTAD这两层薄膜能有效地钝化钙钛矿薄膜内的缺陷,使得薄膜的缺陷态密度降低,从而能有效降低ASE阈值。

基于自发辐射分析的燃煤锅炉内温度及气相钠同时在线监测

准东煤燃烧过程中释放的碱金属极易导致炉膛受热面沾污、结渣等问题,影响锅炉运行的安全性,开展燃烧过程中碱金属定量测量对优化燃烧有重要意义。基于自发辐射光谱分析(Flame emission spectrometry,FES)技术开展燃煤锅炉内温度和气相钠浓度同时在线监测研究,首先提出了采用火焰光度计检验FES技术测量燃烧火焰中气相钠浓度的试验方法,并开展了气相Na浓度测量的验证试验,在0~12.2 mg/m^(3)测量值与实际值具有较高精度,最后研制了一套燃烧温度/气相钠浓度在线监测系统并应用于大型火电机组煤粉锅炉现场。连续在线监测结果表明:气相Na浓度、火焰温度与机组参数具有正相关性且同步变化,测点区域最高温度和气相Na质量浓度分别为1220℃和2.3 mg/m^(3)。基于在线监测结果能为后续炉内受热面沾污、结渣预报和锅炉燃烧调整提供指导。

金属镜面上纳米光学天线阵列自发辐射增强与定向辐射

本文提出一种金属镜面上纳米光学天线阵列结构,天线采用金纳米立方体,单个点辐射源位于天线和金镜面之间的纳米间隙内.天线和金镜面之间的纳米间隙支持间隙表面等离激元,能够增强自发辐射速率;同时,周期排布的纳米天线支持表面晶格共振(surface lattice resonance,SLR),通过适当设计阵列周期,可实现沿垂直于基底方向的远场定向辐射.本文结合阵列扫描法(array scanning method,ASM)和全波严格数值方法,计算了辐射源的自发辐射速率.对于远场辐射强度角分布的计算,本文给出了互易定理方法的严格表述和证明过程,该证明过程不同于已有文献中的证明过程,对于无限大周期结构具有更严格的适用性,或者具有更低的计算量.本文提出的天线结构和设计方法可用于指导设计高速、高亮度、定向辐射光源.

基于准正则模理论的双柱结构中原子自发辐射特性

基于准正则模理论,分别考虑金属中自由电子的局域光响应模型、流体动力学模型和广义非局域光学响应模型,研究纳米双柱结构中二能级原子的自发辐射增强特性.利用耦合模理论,研究二能级原子所处位置和双柱间隙对自发辐射增强特性的影响.结果表明,相较于全波仿真方法,准正则模方法可准确高效地计算表面等离激元纳米双柱结构中原子的自发辐射增强谱,原子所处位置和纳米柱间隙均对准正则模式共振频率产生重要影响.

纳米银球附近三能级原子的自发辐射动力学特性

基于格林函数预解算子方法,研究了纳米银球附近V型三能级原子的自发辐射动力学特性.结果表明,原子的自发辐射动力学强烈依赖于原子的跃迁频率和所处位置.原子动力学演化谱呈现出双主峰的特征,距离较近时,高频峰宽度远小于低频峰宽度;自发辐射动力学振荡频率由演化谱双峰频率差决定,而振荡衰减快慢主要由演化谱峰宽决定;距离越近,相干振荡越强;2个跃迁频率越接近自发辐射增强谱峰值频率,演化谱峰高越低,尤其是低频峰,相干振荡越弱.

激光原理与技术课程中自发辐射教学改革

自发辐射是爱因斯坦激光理论中的基本概念之一.激光器是一个自激振荡器,其输出激光来自于泵浦光作用下激光物质的自发辐射信号.将现象-理论-模拟-新现象“四维一体”的教学模式应用于自发辐射概念的教学中,构建抽象概念与具体激光现象之间的桥梁.教学实践表明,该教学模式能有效地提高学生的理解力、创新力及学习兴趣.

金纳米凸起形貌和尺寸对自发辐射增强的影响

表面等离激元具有局域场增强效应,在诸多领域具有广泛的应用,包括自发辐射、新型集成光电子器件、高灵敏生物检测和新型光源等.基于经典局域响应近似模型(LRA)、非局域流体动力学模型(HDM)、广义非局域光学响应模型(GNOR)和量子流体动力学模型(QHT),研究截面金球中不同尺寸的圆锥和圆台形凸起对自发辐射增强特性的影响.结果表明:对自发辐射增强谱,相比于LRA,非局域HDM和GNOR峰位均蓝移,峰值急剧降低,而QHT峰位红移,峰值未改变;随圆锥和圆台增高,自发辐射增强谱的峰值增大;相比于锥形凸起结构,圆台形凸起结构中的自发辐射增强峰值较大;随台面半径减小,QHT中的自发辐射增强谱峰值增大,而HDM和GNOR中的峰值减小.

表面等离激元纳米球中量子和非局域效应对自发辐射动力学的影响

基于局域响应近似模型(LRA)、非局域流体动力学模型(HDM)、广义的非局域光响应模型(GNOR)和量子流体动力学理论(QHT),利用格林函数预解算子方法,研究钠金属球附近原子的自发辐射动力学特性.对于自发辐射增强谱,在LRA、非局域HDM和GNOR中,量子压力导致峰位蓝移,峰值急剧降小,而在QHT中,电子溢出导致峰位红移,峰值急剧增大.系统研究不同跃迁频率和偶极矩对自发辐射动力学的影响,当原子的跃迁频率与QHT下自发辐射增强谱的峰值相等时,不同模型下呈现出指数衰减和Rabi振荡的特征;而当原子跃迁频率远小于共振频率时,对较小的跃迁偶极矩,动力学均呈现出指数衰减.为获得表面等离激元-原子束缚态,QHT模型下的临界偶极矩最小,而HDM和GNOR模型所需的临界偶极矩最大.

高功率激光片状放大器中自发辐射放大研究

采用理论模拟和实验研究相结合的方法,研究了高功率激光片状放大器中的自发辐射放大(ASE)效应。建立了一套较完整的包含空间和时间的3维ASE模型,分析了不同电压、不同储能分布和不同泵浦时刻、不同增益长度积条件下ASE效应对放大器储能效率和小信号增益系数的影响。对4×2×3组合式放大器的计算结果表明:随着泵浦电压升高,ASE效应明显加强;23kV泵浦电压下,ASE效应造成的平均储能下降21 0%,小信号增益系数损耗为16.62%,增益不均匀性为7.44%;增益长度积可以作为判断ASE效应的依据,其值越大,ASE效应越强。

掺杂光子晶体光纤自发辐射与掺杂激活杂质的光增益透射谱研究

借助光子晶体中二能级原子的自发辐射理论证明缺陷态的局域场存在的必然性以及局域场基本性质,为研究光子晶体光纤掺杂自发辐射的内在规律提供了理论依据。且将自发辐射理论与数值模拟相结合,在缺陷介质中掺激活杂质时,研究了光子晶体光纤的掺杂局域场特征以及受激辐射增强和透射率大于1现象与光子带隙群速度异常和掺杂层复有效折射率成负的虚部之间的内在关系。由此说明光子晶体光纤的缺陷介质中掺入激活杂质时,光子禁带中能出现品质因子非常高的杂质态,具有很大的态密度,较强的受激辐射放大。

光子晶体中二能级原子的自发辐射

研究光子晶体中二能级原子的自发辐射。由于光的局域化以及缀饰态之间的量子相互作用 ,由局域场、传输场、弥散场组成的原子的辐射场发生变化 :随着激发态能级由禁带移往通带 ,发现局域场中的能量通过弥散场向传输场转移。当局域场和传输场共存时 ,激发态能级上的原子布居数的演化具有准振荡行为 ;当局域场和传输场不共存时 ,原子布居数的演化不具有准振荡行为。另外 ,激发态能级上的稳态原子布居数也发生改变。这些性质不仅依赖于原子的激发态能级ω1与光子频率能带边缘ωc 的相对位置δ,同时也依赖于光子晶体中带边缘的光子态密度 ρ(ωk) (或带边光滑参数ε)。

光纤放大器放大自发辐射特性与高温易损点位置

在高功率光纤放大器实验中,时常发现增益光纤抽运注入熔接点后10—50 cm处容易发生光纤烧毁现象.为了对该现象进行理论预测,基于光纤激光器速率方程模型和增益光纤的热传导模型,从种子功率、抽运功率和抽运吸收三个方面对掺镱双包层光纤放大器中的放大自发辐射(ASE)和温度特性进行研究.结果表明,在放大倍率较高、ASE较为严重等情况下,光纤放大器中的最高温度点一般不在抽运注入的熔接点处,而在距离熔接点10—50 cm处,与实验中发现光纤烧毁的位置基本符合.从光纤放大器的ASE抑制、最高温度点温度控制角度出发,对光纤放大器在种子功率、抽运功率、抽运吸收、放大倍率和抽运波长等方面的设计给出了指导性的建议.

任意波形脉冲泵浦下掺铒光纤的自发辐射

为了突破以往研究的波形局限,探究任意波形脉冲泵浦下掺铒光纤的自发辐射特性,从速率方程组出发,采用分时段计算的方法得到各能级粒子数及自发辐射平均功率的表达式.仿真和实验表明,泵浦光毛刺对自发辐射光的影响较小,具有类似"高频滤波"的特性;泵浦功率较大时自发辐射光的波形与泵浦波形接近,该研究结果可以用于光纤激光器的全光调制.理论分析与实验结果相符合,证明了理论的可靠性.

由级联紫外电光开关控制准分子激光的自发辐射放大

考虑高功率准分子激光系统的自发辐射放大(ASE)会导致主脉冲信号对比度下降,引起波形展宽和畸变,本文开展了级联双电光开关的研究来抑制ASE的产生并提高激光脉冲信号的信号对比度。探讨了电光开关的级联工作模式,分析了影响电光开关削波对比度的因素,进而提出采用级联工作方式来大幅度地提高削波对比度。在单电光开关的基础上,设计了级联电光削波的光路布局。其中,前一级电光开关的检偏器作为后一级的起偏器,电路则采用分立式以避免相互之间的串扰。采用级联双电光开关对低占空比预放大器进行了ASE控制实验。实验结果显示,级联双电光开关的削波对比度达到了104量级,而预放大器的放大输出信号对比度提高到106量级,此结果有利于激光脉冲信号在系统中后续放大级的进一步放大。

双模腔场中两原子自发辐射线型的一般理论

本文研究了两个双能级原子与双模真空腔场具有不同耦合常数(g_1≠g_2)时的自发辐射线型.一般情况下,两原子系统的"双模真空场拉比劈裂"存在对称十峰结构;在 R=g_2/g_1从0.25增加到0.75的过程中,自发辐射线型交替出现对称八峰和十峰结构;双模真空场中单原子的对称双峰结构以及两等同原子的对称六峰结构可作为特例得出.另一方面,本文给出了上述谱特性的物理解释.