交叉型消像散Czerny-Turner结构光谱仪设计

以相对孔径为1∶8,工作波段为780～1 014 nm为初始光学参数,首次推导出交叉型Czerny-Turner(C-T)结构光谱仪的一阶消像散条件,搭建了交叉型消像散C-T结构和交叉型消彗差C-T结构。利用ZEMAX软件对两种初始结构进行了优化和比较。结果表明:交叉型消像散C-T结构具有更优越的光学性能,其均方根半径仅是消彗差C-T结构的12%～52%。消像散C-T结构不仅在沿狭缝方向上能量更为集中,利于设计大聚光能力的分光系统,而且在沿垂直于狭缝方向上点斑更小,具有更高的光谱分辨率。

基于交叉式Czerny-Turner结构的光纤光栅解调光路设计及像差校正

为满足光纤光栅传感系统的解调仪器高分辨力、微型化的需求,针对光纤光栅传感1 550 nm波段设计了光谱成像法光纤光栅解调系统的分光光路系统.成像系统形式采用交叉式Czerny-Turner结构,分析了使用超环面镜代替球面镜、在结构中加入额外的柱面透镜或柱面反射镜以及使衍射光栅工作在发散光条件下的3种校正像散方法的特点,最终选用使衍射光栅工作在发散光条件下的校正像散方法,实现在不加入附加光学元件条件下的像散校正,同时采用小角度入射的方法减小系统彗差.通过Zemax对成像系统进行了参数优化与光线追迹分析,优化结果证明了上述像差校正方法适用于光纤光栅解调.在解调光谱范围内,可明显分开波长间隔为1 nm的光斑,满足光纤光栅解调的分辨力需求.

光学透明和双波段吸波超材料的设计与性能

设计和制作了一种基于超材料的光学透明和双波段吸波体,吸波体基本单元由ITO十字微结构加补丁结构、玻璃及ITO膜组成。采用时域有限差分法,研究了十字微结构加补丁结构参数对吸波体电磁性能的影响。仿真结果表明,补丁结构的加入,可以实现双波段高效吸收电磁波,材料在8.5~11 GHz和14.5~16.5 GHz频率范围内反射率小于-10 d B。根据仿真结果,制作了透明吸波体样品,测试了材料反射率和透光率,测试反射率结果与仿真结果吻合得较好,且在可见光区及近红外区透光率达到70%以上。

光纤传感器用于土木工程检测的研究——关键技术及实现途径

介绍了三类可用于土木工程检测的光纤传感器 ,分析了光纤传感器用于土木工程检测的几个关键技术问题 ,如消除温度和应变的交叉敏感 ,光纤保护材料的选取 ,光纤传感器工艺的实现等等。为有效解决上述问题 ,研制了一种新型光纤传感器 ,在工程试验的基础上 。

智能结构中光纤智能夹层系统的研究

根据光纤自诊断系统模块化、集成化要求,提出并研制了光纤智能夹层。这种智能夹层易于制作,且制作过程中光纤传感器完好率达100%,智能夹层的埋入对复合材料拉伸强度影响较小。在此基础上,对光纤智能夹层试件进行了轴向拉伸试验。试验表明,在一定应变范围内,单膜交错光纤中光强-应变之间具有良好的线性关系,可以在埋入复合材料之前进行标定。利用智能夹层内的光纤传感器网络和先进的信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。

光纤智能夹层制作工艺及试验研究

根据智能结构中光纤自诊断系统模块化要求,制作出光纤智能夹层。这种智能夹层不仅具有在光纤接头部位未出现断裂及智能夹层中光纤传感器未出现损坏的特点,而且具有光纤传感器的高灵敏度特性,可以铺设于复合材料表面或埋入复合材料内部。在此基础上,对智能夹层试件分别进行了轴向拉伸和四点弯曲试验。试验表明:在一定应变范围内,单膜交错光纤中光强-应变之间具有良好的线性关系,可以在埋入复合材料之前进行标定。利用智能夹层中光纤传感网络或自诊断模块,可以实现对智能结构的在线监测。

关于富平银沟遗址陶瓷标本的材料学研究

利用光学相干层析成像技术(OCT)和超景深光学显微系统(OM)对陕西富平银沟遗址采集陶瓷标本实物资料进行了分析,获取了相关的科技信息,并将银沟遗址青白瓷标本与景德镇湖田窑青白瓷进行对比研究。实验结果表明,银沟遗址青白瓷与景德镇湖田窑青白瓷在釉层物理结构上存在一定差异;银沟遗址青瓷标本和白瓷标本在釉层物理结构及制作工艺方面存在差异。

激发态C8（6^2P）原子与N2、He的碰撞能量转移截面

研究了Cs(62P)多重态分别与N2、He的光学碰撞中的精细结构分支比,定义分支比为|(D1)/|(D2),|(D1)、|(D2)分别为Cs的D1和D2线的荧光强度。单模半导体激光器激发Cs原子到6P3/2态,通过与N2、He的激发转移、碰撞传能研究了62p原子的精细结构混合,得到了6P→6P的转移截面如下:Cs-He的转移截面为σ=2.25×10-19cm2,Cs-N的转移截面为σ=1.808×10-18cm2。并对结果进行了讨论。

氰基羧酸二茂铁配体及其有机锡配合物的合成与光电性质

设计合成了一种D-π-A型(Donor-π-Accept)氰基羧酸二茂铁配体,它与有机锡化合物二丁基氧化锡(n-Bu2SnO)反应,得到了一种新型二茂铁有机锡羧酸酯配合物。通过1H NMR、119Sn NMR、IR、FT-IR、UV-Vis和元素分析等对配体及其配合物进行了全面的表征,利用X-射线单晶衍射测定了配合物的晶体结构,运用CV和Z-scan测试方法系统地研究了它们的电化学和双光子吸收性质。结果表明:与配体相比较,配合物更难被氧化,且具有更大的双光子吸收截面。

10 Gbit/s可调谐全光波长转换器的实验研究

基于可调谐激光器和半导体光放大器中的交叉增益调制效应，实现了宽带可调谐全光波长转换器，采用单端耦合半导体光放大器改善波长转换的输出消光比特性．在10Gbit／s可调谐波长转换实验中，转换输出在1528～1563nm范围内可调，在适当条件下，可使在整个调谐范围内输出消光比大于10dB，转换效率大于0dB．该机制的波长转换在向上转换时能够得到较好的眼图，向下转换时眼图效果较差，噪声特性恶化明显．

基于QD-SOA-MZI结构的全光逻辑门的性能优化

基于QD-SOA的XPM效应,用细化分段方法对QD-SOA静态和动态过程建模,采用四阶龙格库塔法格式和牛顿迭代法求解光场传输方程和速率方程,模拟全光逻辑与门的逻辑功能。采用"功率对比度积"这一新型特征参数作为系统优化指标,讨论MZI结构的时延时间、输入光功率等关键参数对此特征参数的影响,快速找到了时延、输入光功率的最优工作点,即当时延为15 ps、输入功率为15 dBm时,全光逻辑与门的性能最优。

柔性光子晶体结构生色膜的制备及其光学性质

针对硬质纳米微球所构筑的光子晶体在外力作用下结构易损坏,结构色耐久性差的问题,采用分步法合成内刚外柔型聚苯乙烯/聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯)(PS/P(MMA-BA))纳米微球,然后通过熔融剪切法快速制备柔性光子晶体结构生色膜。结果表明:纳米微球制备中内核交联剂二乙烯苯(DVB)可增加PS内核的交联密度和折光指数,使之与外层产生一定的折光指数差,且可与外层P(MMA-BA)共价连接;外层交联剂甲基丙烯酸烯丙酯(ALMA)可使纳米微球外层形成一定的交联点而提高外层的稳定性;当DVB用量为苯乙烯(St)的12.5%,ALMA用量为MMA与BA总量的0.3%时,光子晶体结构生色膜具有优良光学性质和力学性质,产生的结构色鲜艳明亮,且耐弯折、耐冲洗、耐摩擦;适应此类纳米微球组装的熔融剪切法,能快速大面积制备柔性光子晶体结构生色膜。

带有实时温度补偿功能的微型光谱仪研制

解调飞机上变栅距光栅位移传感器的微型光谱仪在受到严重的高低温冲击后会出现温度漂移。针对航空领域中变栅距光栅位移传感器的解调系统研制了一种具有实时温度补偿功能的微型光纤光谱仪。为了实现实时温度补偿,分析了温度变化对微型光谱仪的影响,并对传统的交叉式Czerny-Turner光路进行了优化,用ZEMAX软件模拟得到:在相同的受热产生的变形条件下,优化的C-T光路光谱漂移量相比优化前的更小且整体漂移线性度更好。在此基础上提出了一种引入参考光来实现实时温度补偿的方法,并最终基于改进的C-T光路制作了一个体积为80mm×70mm×70mm、工作波段在500~1 000nm、积分时间为8ms^1 000ms、光学分辨率约为2nm的微型光纤光谱仪,用实验验证了优化的C-T光路的光谱温度漂移情况及温度补偿方案的可行性。实验结果表明在近60℃范围内的温度冲击下,研制的微型光谱仪能够达到波长标准误差小于0.1nm,波长最大误差小于传感器系统所要求的0.3nm,满足初始的设计要求。该微型光谱仪的创新之处在于采用了优化的交叉式C-T光路作为色散系统且基于引入参考光的方法实现了实时温度补偿功能。

一种用于手持拉曼的宽谱段高分辨分光系统设计

针对目前手持拉曼的微型光谱仪的光谱范围较窄,光谱分辨率较差,体积较大等技术短板,提出一种用于手持拉曼的宽谱段高分辨分光系统设计方法。在综合考虑安装调试及性能基础上,创新性采用楔形柱面镜消除像散,既保证了信号强度又便于机械安装。在约束不同波长经过光栅衍射后,出射光束口径变化的前提下,利用交叉式非对称Czerny-Turner光路结构的像差特性,实现全谱范围内的慧差矫正。基于ZEMAX软件对光谱仪结构进行仿真和优化,并完成了样机研制,样机尺寸为72mm×43mm×62mm。采用氦-氖灯对其性能进行了测试,结果表明:分辨率优于6cm^(-1)、拉曼光谱范围150~4000cm^(-1),验证了该微型光谱仪系统光学设计的可行性和合理性。

空间结构对LED灯丝灯光学性能的影响

LED灯丝灯可360°发光,是一种发光效果接近白炽灯的新型光源,广泛应用于家居、酒店等照明场合。灯丝灯通常采用直立对称排列结构,容易导致光空间分布不均匀,产生典型的“灯下黑”现象。以广泛使用的A19灯丝灯为研究对象,探索了灯丝结构和泡壳类型对灯丝灯光空间分布的影响。通过光学设计软件的模拟仿真,设计获得满足能源之星认证要求的圆锥型和交叉型优化空间结构,并制作实验样品,进行配光曲线测试与分析。结果表明,涂粉泡壳交叉型空间结构的灯丝灯具有较均匀和高效的光空间分布,光通量和照度的分布更均匀,可为照明应用带来舒适和节能的照明效果。

基于互相关的光流测速法在湍流热对流中的应用

同时准确地测量大尺度流动结构和小尺度湍流统计特性对于理解湍流的能量传递规律有着重要意义。尽管粒子成像测速(PIV)技术得到了广泛的应用,但由于算法原理的要求以及商用相机分辨率的限制,PIV技术在同时获取大、小尺度流动特性方面并不实用。另一方面,近年来逐渐引起关注的光流测速法虽然可以实现单像素分辨率的大区域速度场测量,但其准确性通常受限于应用场景而难以保证。本文采用一种基于互相关的光流测速法来分析RayleighBénard对流的粒子图像,进而同时获得全局速度场和小尺度湍流特性。结果表明,这种方法不仅可以获得与PIV技术一致的全局场和流动强度,还能有效地解析出湍流耗散区的速度结构函数。进一步的,分别基于速度结构函数和定义直接计算而获得的能量耗散率不仅在数值大小上互相吻合,还与直接数值模拟的结果以及理论预测相一致。这些结果表明基于互相关的光流测速法在同时测量大尺度流动结构和小尺度统计特性上有很好的应用潜力。

基于激光内送粉的十字交叉结构熔覆成形工艺研究

基于激光内送粉熔覆技术,采取在交叉重叠部位进行局部加速的策略,进行了十字形结构的越过式交叉成形工艺研究。首先,提出了交叉不等高沉积工艺,根据质量守恒定律计算进入熔池的粉末质量和熔覆层成形质量,联立等式后得到了先成形横向熔道对后成形纵向熔道高度的影响规律。然后,建立了速度不等高数学模型,结合交叉不等高沉积工艺,计算出令交叉部位叠加高度与未交叉部位熔道高度相等时的扫描速度。最后,根据自愈合效应和体积流动假设,提出了一种缩减加速段距离的工艺方法,解决了提速后熔道交叉结合部位出现凹陷的问题。结果表明:成形件十字交叉部位的高度尺寸误差在1.76%以内;总体显微硬度在257.5~296.8 HV之间,最终成形件表面平整光亮,无宏观裂纹或夹杂缺陷。