大尺寸KDP/DKDP晶体的非线性吸收研究

大口径KDP/DKDP晶体可用作激光约束核聚变（ICF）中Pockels盒和倍频器件的晶体材料。但是在强激光脉冲下,非线性光吸收限制了激光输出的能量密度和晶体的应用。本文利用Z-扫描技术,测量了大口径KDP和DKDP（70%氘含量）晶体样品在皮秒激光波长λ=1064 nm,532 nm下的非线性吸收曲线,获得相应的非线性吸收系数β。研究表明,在λ=532 nm时,KDP晶体的非线性吸收系数β介于0.0124-0.1591 cm/GW之间,I类DKDP（70%氘含量）的非线性吸收系数β为0.0920 cm/GW;当λ=1064 nm时,KDP和DKDP（70%氘含量）都未测量到非线性吸收。晶体的非线性吸收可能与波长、晶体的切向等有关。

过饱和度对KDP晶体生长与光学性能的影响研究

在不同过饱和度的溶液中生长了KDP晶体,对生长晶体的透过率,光散射和激光损伤阈值进行了表征。研究了不同过饱和度对KDP晶体生长及光学性能的影响。实验表明:KDP晶体可以在高过饱和度(σ>3%)溶液中实现快速生长,生长速度可大于10 mm/d;但随着溶液过饱和度的增加,KDP晶体生长溶液的稳定性降低,晶体容易出现包藏、开裂和添晶等缺陷,晶体的光学性能也随之降低。

大尺寸KDP/DKDP晶体热膨胀系数研究

采用Perkin Elmer公司的Diamond TMA热机械分析仪对KDP/DKDP晶体在25~100℃范围内的平均线性热膨胀系数进行了研究。得到KDP/DKDP晶体x切向、z切向、Ⅰ类切向和Ⅱ类切向的平均线性热膨胀系数,分别为：KDP（2.454×10^-5/℃、4.168×10^-5/℃、3.465×10^-5/℃和2.884×10^-5/℃）,DKDP（2.602×10^-5/℃、4.284×10^-5/℃、3.568×10^-5/℃和3.052×10^-5/℃）。另外,实验结果表明大尺寸KDP/DKDP晶体不同部位热膨胀系数存在不均匀性。

添加剂EDTA对KDP晶体快速生长的影响研究

在添加不同浓度（0～5×10-3）EDTA 的KDP饱和溶液中,采用“点籽晶”快速生长技术生长了KDP晶体,生长速度约20 mm/d.研究了不同浓度的EDTA对KDP晶体快速生长的影响.实验发现,随着溶液中EDTA添加量的增加,KDP 晶体（100）面的生长速度是先增加经过一个最大值然后减小；晶体宏观外形高宽比则是先减小经过一个最小值然后增加.在溶液中添加适量浓度的EDTA（5×10-5～5×10-4）可以有效地提高生长溶液的稳定性；而过量的添加 ED-TA（＞1×10-3）反而会破坏溶液的稳定性,当溶液中EDTA浓度增至5×10-3时,溶液甚至发生“雪崩”,晶体出现母液包藏、添晶和粉碎性裂纹等缺陷.结合KDP的晶体结构和EDTA的分子特点,对其影响机理进行了讨论.

转速对快速法生长KDP晶体影响的实验与数值模拟研究

采用快速生长法在不同转速下生长了KDP晶体,对晶体生长过程中的现象进行了研究;运用fluent软件,采用多重参考模型和标准k-ε湍流模型对籽晶架和晶体在溶液中旋转产生的速度场进行了数值模拟,分析了不同转速对速度场和晶体长大对溶液稳定性的影响;结合实验现象与模拟结果分析可知,初始阶段适于KDP晶体快速生长的最优转速是100 r/min,随着晶体的长大,转速应适当降低。

基于Phyphox软件测量地磁场的一种普适性方法

通过对地磁场矢量进行分解,提出运用手机Phyphox软件测量地磁场的一种普适性方法.该方法原理简单且易于操作,可用于实验教学,鼓励学生利用日常工具来解决物理问题,培养学生物理学科核心素养和发展创新意识.同时,该方法也可在导航、探矿等地磁场应用领域进行粗略的地磁场测量.

混合量热法测定冰熔解热实验的新型测量装置

基于数字控制恒温水浴锅、温度传感器和保温锆沙,设计了冰熔解热测量的一种新型测量装置.利用恒温水浴锅为反应系统提供稳定的恒温环境,有效减少了系统与外界的热量交换;利用温度传感器制成的数显温度计,提高了读数的准确性;采用锆沙作为隔热材料,提升了保温效果.对比改进前后的实验数据可以看出,改进后的实验装置有效减小了实验误差.

手机传感器测量重力加速度的方法与改进

测量重力加速度是高中物理教学中必不可少的一个实验,智能手机已经普及,而运用智能手机内置传感器测量重力加速度的方法众多,该文拟通过实验筛选出适合课堂教学的方法.通过文献调研和还原实验,发现只用手机法、多普勒效应法和单摆法测量重力加速度具有测量简单、方便快捷、方法可行、有利于学生理解实验原理等优点,故这3种方法较为适合课堂教学,通过重复这3个实验,发现单摆法是最简便可行的适合于教学的方法.因此,该文重点对单摆法进行了改进,包括用磁化后的小球代替普通铁质小球,方便利用磁传感器记录周期;为了减少手拨动单摆的误差,运用夹子释放小球;为提高测量结果准确度,用鱼线作为摆线.

角度对KDP晶体非线性光学参数的影响研究

采用传统溶液降温法生长了KDP晶体，利用单光束Z扫描技术对不同取向的KDP晶体在λ=532nm条件下的非线性折射和非线性吸收性质进行了研究；在皮秒激光脉冲条件下，以KDP晶体的应用为基础，探讨角度与KDP晶体非线性光学参数的关系。在本实验条件下，KDP晶体具有明显的非线性折射现象，而无明显非线性吸收现象，表现出明显的自聚焦效应。相关理论计算得到KDP晶体的非线性折射率γ（n2）和相应的三阶非线性极化率χk（3）。结果表明：样品的取向对KDP晶体的非线性光学参数γ（n2），χk（3）的数值具有一定的影响；在相位匹配方向（Ⅰ类和Ⅱ类）具有相对较小的非线性光学系数。

大尺寸磷酸二氢钾晶体的折射率均一性研究

采用德国Trioptics公司生产的新一代全自动高精度折射率测量仪,测量了磷酸二氢钾(KDP)晶体不同部位的样品位于近紫外到近红外波段(0.253—1.530μm)内12个不同波长处的折射率,测量精度达到10-6量级.结果表明,大尺寸KDP晶体不同部位样品的折射率存在不均一性,靠近晶体恢复区的样品折射率小于晶体锥头区的样品折射率,偏差在10-5—10-4量级.研究发现,这种折射率不均一性与晶体不同部位的结晶质量存在差异有关.另外,将测量数据与其他文献中的数据进行对比.结果显示,所测试的样品数、波段宽度、测量点数量以及数据的精度均超过其他文献,结合测试条件分析了不同文献数据存在差异的原因.最后,使用最小二乘法拟合得到了KDP晶体较为可靠的Sellmeier方程.

过饱和度对KDP晶体生长及表面形貌的影响

采用原子力显微镜对35℃附近,在不同过饱和度下生长的KDP晶体(100)面生长台阶的推移进行了系统的研究,用激光偏振干涉手段实时测量了KDP晶体(100)面的台阶推移速率与过饱和度之间的关系。结果表明:台阶的推移速率ν随过饱度σ的增加而增大,过饱和度死区σ_d和线性区σ*的值分别为0.018和0.033。当σ=0.07时,晶体推移速率ν增加变缓,进入延长线通过原点的线性区。台阶宽度随σ的增加呈现出先增大后降低的趋势,当σ=0.01、0.05和0.08时,台阶聚并程度和斜率都高;当σ=0.08时,晶体表面出现树枝状支台阶。在不同过饱和度区间内台阶推移方式发生的变化可能是影响台阶聚并程度和推移速率的原因。

温度不均匀引起KDP晶体开裂的实验与模拟

KDP（KH2PO4）晶体内部温度不均匀可能导致其开裂。采用降温实验和有限元计算研究了直径为3040 mm的KDP晶体内部温度分布、应力与开裂的关系。结果表明：晶体开裂发生在降温早期（10150 s）,晶体主裂纹平行于（100）面或（001）面,表面裂纹遍布于晶体的多个表面,高宽比大的晶体更倾向于产生（001）面裂纹。模拟发现,当晶体内温差超过4℃时,其内部最大热应力接近晶体断裂强度,晶体有开裂的可能。4个晶体样品开裂时刻的应力分别为4.76、5.36、7.69、5.74 MPa,与断裂强度6.67 MPa相当;应力最大值出现在晶体底面棱中点或柱面棱中点,与晶体实际开裂的起始点一致。

科学家如何操纵火星车

搭乘“火星探路者”飞船于7月4日登上火星的“漫游者”号火星车,是迄今为止驶上另一颗行星的第一辆机动车。 指挥这台距地球1.9亿公里火星车的,是位于美国加州帕萨迪纳控制中心的科学家布赖恩·库珀等人,他们是通过一台58厘米的工作站屏幕进行操纵的。库珀等人戴着三维眼镜,在计算机屏幕上研究飞船发回的火星图像,寻找隐藏的障碍。在计算机屏幕上。