非扫描式光纤法-珀解调仪分析与设计

利用相关解调原理研制了非扫描式光纤法-珀解调仪,进行了理论分析和系统优化。仪器以线阵电荷耦合器件(CCD)为光电探测器,结合现场可编程门阵列器件(FPGA)和上位机(ARM)处理,实现信号的实时处理。线性光不均匀性和杂散光所带来的背景噪声,导致不能准确检测出相关信号的极大值。为此,提出了一种能有效滤除背景噪声信号处理算法,提高了仪器对微弱信号的探测能力和稳定性,使其对光纤法-珀传感器腔长测量的相关系数达到0.999 9,测量波动仅为7nm。实验结果表明,该仪器能实现对传感器腔长的实时测量,且测量精度高,稳定性和一致性好。

石墨烯-银纳米颗粒复合结构制备工艺优化及表面增强拉曼光谱特性

在石墨烯-Ag纳米颗粒复合结构表面增强拉曼散射(SERS)基底常规制备工艺的基础上,提出了采用偶联剂吸附的方法来改善Ag纳米颗粒在目标基底上分布的均匀性;采用双层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)来转移石墨烯,以减少石墨烯表面的缺陷;采用退火处理的方法来降低SERS基底的拉曼背景噪声,从而提高拉曼光谱的对比度。实验结果表明,采用优化制备工艺得到的复合结构SERS基底均匀性有较大提高,石墨烯G峰和2D峰的增强拉曼光谱对比度分别提高了54.9%和64.3%,罗丹明6G(R6G)分子在774和1 363cm^(-1)处的拉曼光谱强度随浓度变化关系的拟合优度(R2)分别达到了0.997 5和0.986 7。

新型傅里叶变换光谱探测系统相位误差校正方法

为了降低基于MEMS(micro-electro-mechanical systems)微镜的傅里叶变换光谱探测系统复原光谱仪的畸变,提高复原光谱的质量,减小系统相位误差的影响,提出了一种系统相位误差的修正方法。首先分析了基于MEMS微镜的傅里叶变换光谱探测系统中相位误差的主要来源,分析结果表明:该新型傅里叶变换光谱探测系统的相位误差来源于光程差的零点漂移,该相位误差可以通过改进该系统干涉仪的结构引入过零采样并利用Mertz乘积法进行修正。搭建了光谱探测系统的实验平台,对该相位误差校正方法进行了实验验证,实验结果表明:采用了改进干涉仪并利用Mertz乘积法校正误差后的光谱探测系统所测得的复原光谱质量得到明显改善,去除了原复原谱畸变产生的负峰,且旁瓣得到明显抑制。该相位误差校正方法能够很好的降低相位误差对系统性能的影响,能够有效地提高系统的光谱探测性能。在提出的基于MEMS微镜的新型傅里叶变换光谱探测系统的基础上,分析了该系统相位误差的来源,提出了一种系统相位误差的修正方法,提高了系统的光谱探测性能。

多通道光纤法-珀解调系统分析与实验

利用白光干涉型光纤法一珀传感器和非扫描式相关解调原理，设计了一种基于非扫描式相关解调的多通道光纤法珀解调系统并进行了实验研究．利用柱面镜成线性光斑的特性以及2倍焦距成等大倒立像的原理，建立光纤法一珀非扫描式相关解调的光学模型，进行了光学特性分析和参量优化；设计了光学系统和硬件解调系统，制作了基于非扫描式相关解调的多通道光纤一法珀解调仪样机．同时采用巴特沃斯滤波器有效滤除了噪音，提高了仪器的解调准确度．测试实验表明：当测量范围为10～40μm，分辨率为8nm时，稳定性可达到7nm，能实现对传感器腔长的实时测量，且测量准确度高、稳定性和一致性好，能够进行多点探测，提高了复用能力．

基于无线传感器网络的激光主动供能系统

提出了一种利用激光远距离激励荧光粉发光为无线传感器网络供能的方法,解决了在环境能源缺乏时传感器网络的供能问题。对激光主动供能发射光场的分布特性进行了分析,提出了能够提高激光利用率的双面荧光靶光学结构,并设计了一种在激光主动供能方式下驱动传感器节点的高效率低功耗的能量管理电路。利用3 W,473 nm激光器搭建了激光主动供能系统,实验结果表明:利用该供能系统能得到空间角为4π/3的均匀出射光场,其平均能量密度约13μW/cm2;集成有能量管理电路的无线节点在该系统中每15 min工作一次。

光纤法-珀非扫描式相关解调系统分析

为了提高解调精度,时间一致性和稳定性及降低仪器成本。利用非扫描式相关解调原理,设计了光纤法珀解调系统并进行了实验研究。建立光纤法珀解调系统的光学模型,进行了光学特性分析和参数优化;设计了光学系统和硬件解调系统。同时由于系统中存在大量背景光谱噪声、线性光分布不均匀及光纤端面的反射,导致不能准确检测出相关信号的极大值,为此提出了一种信号修正算法,能有效滤除噪声,提高了仪器的解调精度。实验结果表明:测量范围为10-40μm,分辨率为8nm,稳定性达到了7nm。该仪器能实现对传感器腔长的实时测量,且测量精度高、稳定性和一致性好。

基于乙烯的化学气相沉积法制备少层石墨烯

采用乙烯作为碳源,利用化学气相沉积法(CVD法),在1 000℃条件下在铜箔上制备了少层石墨烯;采用不引入PMMA和PDMS等杂质的直接转移方法将石墨烯薄膜转移到Si/SiO2基底上,对石墨烯薄膜进行了表征。实验研究表明,减小乙烯的进气量可以提高石墨烯的质量;减少反应时间可以降低无定形碳的含量;增加退火时间可以提高Cu表面结晶质量,更加有利于石墨烯的生长。通过优化各项参数,使用乙烯已经可以制备I2D/IG=0.88的少层石墨烯。

单壁碳纳米管薄膜光电器件研究

制备了单壁碳纳米管薄膜光电器件,在偏压和激光器照射条件下可产生净光电流。分别研究了偏置电压、激光功率、照射位置对净光电流的影响。实验表明,激光照射薄膜中点,净光电流随着偏压的增大而增大,随激光功率的增大而趋于饱和,偏压为0.2V,激光功率为22.7mW时,净光电流达到0.24μA;无偏压,激光照射薄膜不同位置时,净光电流值关于器件中心对称分布,照射两端点输出最大光电流,照射中点输出趋于"0"。经分析,在偏压和激光照射薄膜中心位置的条件下,器件因内光电效应可产生净光电流;在无偏压和激光照射的条件下,因光热电效应可产生净光电流,并建立了温度模型,根据单壁碳纳米管的热电势特性推导出了净光电流与光照位置的关系,其符合实验结果;内光电和光热电效应是光电流产生、变化的原因,在偏压和激光照射的一般条件下,净光电流应是两种效应的叠加结果。器件所具有的光电特性使其在光伏器件、光传感器有应用的潜力。

平面光学元件超平整吸附装载的优化设计与分析

在平面光学元件加工和应用中,采用真空吸附方式进行装载,具有快速、稳定的优势,而真空吸附对平面光学元件的面形影响不可忽视。基于有限元分析方法,针对功能窗口限制、倒立装载等特殊需求,对真空吸盘气道进行优化设计,并通过实验对真空吸盘的实际效果进行分析。实验结果表明,在吸盘不锁紧状态下吸附,平面光学元件在中心Ф10 mm、Ф20 mm和Ф40 mm范围内,面形PV分别为1.2 nm、5.1 nm和20.8 nm。在此基础上,论文进一步分析了装载平台平整度、吸盘装载方式和吸盘锁紧力对吸附结果的影响,结果表明:平面光学元件吸面型随着装载平台平整度的提升而提升;装载平台平整度2μm条件下,采用四螺钉、2.5 N·m扭矩进行边沿固定,吸附效果达到最好,在中心Ф10 mm、Ф20 mm和Ф40 mm范围内,面形PV平均值分别为7.8 nm、27.7 nm和114.2 nm,装载重复性标准差为0.93 nm、3.2 nm和10.6 nm。

蒸发过程对碳纳米管复合结构拉曼增强特性的影响

为了分析探针分子水溶液蒸发过程对三维基底的表面增强拉曼散射(SERS)特性的影响,利用磁控溅射和高温退火的方法制备了银纳米颗粒修饰垂直排列的碳纳米管阵列(Ag/CNTs)三维复合结构样品。采用time-course SERS mapping测试方法,分别以1μmol/L罗丹明6G(R6G)和10-2μmol/L孔雀石绿(MG)作为探针分子,进行了相应的实验。研究表明:随着蒸发时间逐渐增加,探针分子的拉曼信号先增强后减弱。分析其主要原因:探针分子溶液在蒸发过程中,由于毛细力的作用,引起探针分子与三维结构之间"热点"的变化,从而带来电磁场增强特性的变化;此外,聚焦深度和浓度的变化也影响拉曼信号。

石墨烯/双金属纳米颗粒基底的制备及实验研究

提出了一种用化学气相沉积法(CVD)直接在贵金属表面生长石墨烯,得到石墨烯覆盖金属纳米颗粒的表面增强拉曼基底的方法,并对得到的基底进行了形貌表征、拉曼光谱表征和探针分子表征,从而分析讨论了基底结构的稳定性和增强因子。实验结果表明:制备得到的基底均匀,稳定性好,并且增强因子能够达到107。主要是石墨烯在拉曼基底中起到了保护贵金属而不被氧化的作用,并且能够有效抑制荧光,其化学增强对增强因子也有贡献。

Ag纳米粒子修饰多模光纤的拉曼增强特性实验

为了分析研究光纤表面增强拉曼散射（SERS）探针的拉曼增强特性,采用简单廉价的化学方法制备Ag纳米颗粒修饰光纤SERS探针,采用罗丹明6G（R6G,Rhodamine 6G）作为探针分子进行了不同浓度R6G溶液（10-7~10-9 M）的拉曼测试实验和浓度为10-6 M的R6G溶液的Time-course SERS Mapping实验,研究了该光纤SERS探针的拉曼增强特性,制备的光纤SERS探针样品检测R6G的极限浓度低至10-9 M;在Time-course SERS Mapping实验中,分析验证了探针分子溶液蒸发过程对光纤SERS探针的拉曼增强特性的影响。研究表明,由于制备的光纤SERS探针对荧光噪声没有抑制作用,导致所测得探针分子的拉曼光谱受探针分子溶液状态、测试方式的极大影响。当溶液充足时（浸泡状态）,所测光谱信号荧光噪声与有效拉曼光谱信号都比较大;在溶液干燥过程中,所测光谱信号荧光噪声与有效拉曼光谱信号都减少,但荧光噪声减小幅度远大于拉曼光谱信号。

多壁碳纳米管对多晶硅太阳能电池修饰作用

研究了多壁碳纳米管对无减反层的多晶硅太阳能电池上表面的修饰作用。通过向多晶硅太阳能电池表面滴加多壁碳纳米管乙醇均匀混合液的方法实现了修饰工艺。当修饰效果达到最佳时，短路电流提升了5．61％，开路电压、最大输出功率和填充因子分别下降了4．36％、6．15％和7．11％。多壁碳纳米管的修饰对多晶硅太阳能电池同时具有利、弊影响，修饰作用存在最优点。结合PCID仿真软件，从理论和数值模拟上分析了多壁碳纳米管的修饰原理，解释了电学参数变化原因。通过实验及分析，为了达到优化修饰的效果，提出了减小碳纳米管浓度的修饰方式。

Multichannel fiber optic Fabry-Perot nonscanning correlation demodulator

A multichannel fiber-optic Fabry-Perot （F-P） demodulator based on nonscanning correlation demodula- tion is proposed. The demodulator principle is analyzed, and the prototype of nonscanning correlation demodulation fiber-optic F-P demodulator is made and tested. The measurement range of the prototype is from 10 to 40 μm, the demodulation resolution is 8 nm, and its stability is 7 nm. This method provides a feasible solution, which guarantees the practicability of the fiber-optic F-P sensor network.