Mode-field half-widths of Gaussian approximation for the fundamental mode of two kinds of optical waveguides

This paper analyzes the characteristic of matching efficiency between the fundamental mode of two kinds of optical waveguides and its Gaussian approximate field.Then, it presents a new method where the mode-field half-width of Caussian approximation for the fundamental mode should be defined according to the maximal matching efficiency method. The relationship between the mode-field half-width of the Gaussian approximate field obtained from the maximal matching efficiency and normalized frequency is studied; furthermore, two formulas of mode-field half-widths as a function of normalized frequency are proposed.

矩形反演方法在航放测量中的应用

在主攻北方盆地砂岩型铀矿背景下,航放测量面临新的挑战。多年来,航放测量一直采用半无限反演方法来计算放射性核素含量。采用半无限反演方法反演的信息用于区域铀成矿远景评价有其自身的优势,在砂岩型铀矿勘查中也取得了不少成果,但半无限反演方法较难反演诸如异常点、矿化点、含矿层、盖层高浓度的含氡断裂构造等局部辐射体。航放数据反演方法亟待发展与创新。文章详细介绍了一种适合盆地砂岩型铀矿勘查的航放数据反演方法—矩形反演方法,在航放异常筛选与查证、航放数据反演等方面作了许多探索,认为矩形反演方法较现行半无限反演方法能正确反演不同出露规模的辐射体,尤其是对具有找矿意义的局部辐射体的反演。研究提出了提取具固定半值点宽度峰形特征点作为砂岩型铀矿成矿有利信息的观点,并在巴音戈壁盆地塔木素地区取得较好应用效果。建议将矩形反演识别异常的标准以及信息提取技术进一步推广应用,以使航放测量更好地服务于我国砂岩型铀矿勘查。

半刀宽插铣冲击力有限元分析与实验研究

半刀宽插铣是一种常见的型腔加工方式,在顺铣切入和逆铣切出时由于刀—屑接触宽度突变会产生较大冲击,严重影响刀具使用寿命。通过有限元计算与实验相结合的方式,对半刀宽逆铣加工中的冲击力学行为进行研究。以40Cr合金钢为研究对象,建立半刀宽逆铣有限元计算模型,根据加工中刀—屑接触宽度与切削力的变化特点,以刀—屑接触宽度发生突变对应时刻的切向力表征冲击力,采用极差分析法与单因素分析法研究各切削参数对刀具冲击力的影响规律,并通过实验验证了模型的有效性。实验结果表明,仿真与实验冲击力的相对误差在10%以内,证明该有限元模型可用于半刀宽插铣冲击力预测和切削参数优化;冲击力与插铣步距和每齿进给量成正比,随着切削速度的增加,冲击力先增加后减小。

红外无损检测缺陷尺寸测量方法研究

红外无损检测技术可有效检测金属、非金属、复合材料的内部缺陷,缺陷尺寸是评估缺陷影响的关键参数,本文以半宽高测量算法来实现对缺陷尺寸的半自动测量,首先手动绘制过缺陷中心的直线构成空间像素曲线,采用Savitzky-Golay滤波算法滤波,并自动寻找空间像素曲线半宽高位置,从而实现对缺陷尺寸的测量。通过对塑料试件、碳钢试件、碳纤维复合材料试件研究发现,不同时刻红外图像测量出的缺陷尺寸具有不同的误差,采用清晰时刻红外图像,测量误差在10%内,采用模糊时刻红外图像,测量误差在20%左右,相对于传统手动测量缺陷尺寸,本文方法将有效提高缺陷尺寸测量的精度。

显微激光拉曼光谱锆石定年方法及其应用

锆石是岩浆岩、沉积岩和变质岩中的常见副矿物,由于其具有高Th、U含量的特点,已成为地质年代学研究的理想矿物之一。显微激光拉曼光谱锆石定年方法的原理是锆石中U、Th原子自发的α衰变而引起其自身晶格的辐射损伤,锆石晶格破坏的积累和时间呈正相关关系,并且与锆石拉曼光谱半高宽Γ具有相关性。利用锆石显微激光拉曼光谱仪测量锆石特征峰的半高宽可以计算出锆石的辐射损伤累积,进而计算得到锆石发生辐射损伤所累计的时间。锆石辐射损伤定年方法具有空间分辨率高、样品制备和测试方法简单等优势。但是此方法也受控于诸多影响因素,例如锆石自身结构的不均一性、锆石发生热退火作用的速率、锆石重结晶作用及辐射损伤饱和度等对定年结果均具有影响。显微激光拉曼光谱锆石定年方法的建立将有助于判定碎屑锆石物源区、揭示岩体热演化史以及识别继承锆石经历的后期构造热事件等研究。本文从显微激光拉曼光谱锆石定年方法的基本原理、计算过程及年龄影响因素等方面对该方法进行了介绍,并通过对松多高压变质带中变泥质岩中锆石的年代学研究,结合前人的应用实例,对该方法的应用前景进行了展望,为锆石年代学研究提供新的技术手段。

电泵浦有机发光二极管衬底侧向辐射研究

有机发光二极管衬底侧向辐射光谱与正向辐射光谱相比,存在明显的窄化现象。研究影响器件侧向辐射光谱窄化的因素,进一步减小辐射光谱的线宽,可为电泵浦有机发光二极管激光辐射研究打下基础。本文研究了随有机发光二极管空穴传输层NPB厚度的变化,器件衬底侧向辐射光谱的半高宽、峰位以及偏振特性的变化情况。比较了有机发光二极管衬底边缘两侧蒸镀银膜与未蒸镀银膜时的衬底侧向辐射光谱。研究发现蒸镀银膜时有机发光二极管的衬底侧向辐射光谱半高宽变窄,并且当空穴传输层NPB的厚度为130 nm时,器件衬底侧向辐射光谱半高宽低至14 nm。说明器件衬底两侧存在银膜作为反射镜的情况下,衬底中侧向传播的光将受到光学谐振腔的作用。本文的研究结果为有机发光二极管辐射光谱的窄化和辐射光放大提供了一种新思路。

离子束抛光去除函数的在位快速计算与抛光实验

目的基于BP神经网络使用法拉第杯扫描离子束流实现离子束抛光去除函数的在位快速计算。方法对于空间分布不同的离子束流,通过法拉第杯扫描方法获得电流密度分布信息,通过刻蚀实验计算去除函数分布信息,使用BP神经网络对电流密度和去除函数分布之间的关系进行拟合,建立基于BP神经网络计算去除函数的模型。使用该模型可以实现对去除函数的在位快速计算,并应用于光学元件的离子束抛光实验中。结果利用上述方法建立的BP神经网络模型计算的去除函数体积去除率和实验方法获得的去除函数体积去除率的误差为5.09%,使用计算的去除函数进行了离子束抛光实验,抛光样件为直径320 mm的融石英,抛光后光学元件表面PV值为0.197λ(波长λ=632.8 nm),RMS值为0.009λ,收敛率达到4.19,实现了光学元件表面的超精密抛光。结论使用建立的BP神经网络模型可以实现离子束抛光去除函数的在位快速计算,该模型对融石英及其他材料的光学元件均适用,计算的去除函数精度满足光学元件离子束超精密加工需求,并提高了离子束抛光的效率。

高掺杂低位错p型GaN材料生长研究

对采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在SiC衬底上生长的p型GaN材料进行了研究。p型GaN材料通常采用Mg掺杂来实现,但Mg有效掺杂量的增加会导致材料的空穴浓度提高,表面粗糙度变大、位错密度增加。采用Delta掺杂方式,在Cp_(2)Mg通入量一定的情况下,通过对温度、压力以及Delta掺杂过程中TMGa通入时间的调控实现了对p型GaN材料掺杂浓度与表面粗糙度和位错密度之间的平衡优化。结果显示,生长温度1150℃、生长压力400 mbar(1 mbar=100 Pa)、TMGa通入时间40 s的样品均方根表面粗糙度为0.643 nm,(002)晶面半高宽(FWHM)为176.8 arcsec,空穴迁移率为11.8 cm^(2)/(V·s),空穴浓度为1.02×10^(18)cm^(-3),实现了电学性能与晶体质量的平衡。

深冷处理对纯银组织与性能的影响

采用深冷处理工艺,系统研究直径1.772 mm纯银显微组织、力学性能及电导率的变化。实验表明深冷处理后纯银晶粒尺寸与形貌并未发生显著变化,但其显微硬度由初始65.8 Hv增加至68.9 Hv,电导率由初始99.45%IACS增至101.28%IACS。X射线衍射仪分析得出,纯银经深冷处理后晶向峰值(220)、(311)均增强,组织均匀性得以提升,各晶向的半高宽产生一定程度降低。通过分析晶粒尺寸变化,得出半高宽值的降低主要由于深冷处理诱导微观应变的减小,而这有利于电导率的提升。

基于漠河与武汉站流星雷达的中间层顶大气温度反演

本文利用漠河和武汉站的全天空流星雷达在2012—2022年期间的观测数据,基于流星高度分布的半高宽(full width at half maximum,FWHM)与温度之间的线性关系来反演90 km高度处的大气温度。对每年数据作线性拟合时发现拟合参数几乎不变,因此本文使用过去一段时间总结出的参数来拟合温度,并与传统梯度法对比。结果表明,使用FWHM法测出的温度与Aura卫星的温度更为接近,其中相关系数和平均误差均优于梯度法,并且FWHM法在较高纬度的漠河站的拟合效果好于较低纬度的武汉站。说明在漠河站和武汉站使用FWHM法反演中间层顶大气温度是可行的;同时也证明了纬度会影响FWHM法的误差,在较高纬度使用FWHM法的结果误差更小。

基于扩展不确定度半宽的灌装机修正装置研究

为提升灌装机生产企业全面认识灌装机计量性能和定量包装商品计量指标的关联性,提升灌装机生产研发水平,同时为帮助定量包装生产企业进行科学灌装,实现成本节约、规避风险的目的。通过对定量灌装机测量方法设定,建立其数学模型并计算出灵敏系数,再从定容式灌装机(称重法)的影响量分析和不确定度评定作为切入点,进一步认识测量不确定区并提出扩展不确定度半宽的灌装机修正设想,从而建立定容式灌装机(称重法)的修正公式:V_(修设)=2V_(标注净含量)-V-_(i)+U,最终通过研究开发灌装机修正装置,对罐装时灌装机的稳定性、电子天平、电子密度计、温度计的最大允许误差或扩展不确定度等公式未知数的录入得出体积修正设定值并控制灌装机的灌装量设置量。通过现场测试,修正后的灌装机能以满足企业灌装时大概97.5%的灌装量数值刚好落在大于标注净含量的区间要求。同时,在对灌装机修正值影响量分析中的结论值得部分重质量、轻计量的企业管理者重视,因为高稳定性的灌装机是企业降低罐装成本和罐装风险的关键要素,精准的计量器具是生产质量的保证。

基于谐波磁化响应半峰宽模型的非零场点磁性纳米粒子距离层析测量

磁粒子成像技术是一种以生物功能化超顺磁性纳米粒子为示踪剂的全新人体功能层析成像技术,其通常必须构建基于梯度场的零磁场点/线并对其进行空间扫描以实现示踪剂定位,其空间分辨率正比于梯度场强度。而高强度梯度场需大体积电/永磁体构建,使其无法用于微创淋巴结术中定位。本研究在不使用梯度定位场条件下,提出基于朗之万函数和激励-磁化场空间分布计算的窄带磁纳米粒子深度定位理论,推导不同深度磁性纳米粒子产生的磁化响应与空间方位角的函数关系,建立半峰宽-距离检测与真实浓度解析模型,并进一步开发了磁粒子深度层析装置(即非梯度式一维磁粒子成像仪),体外实验测量结果表明其空间定位分辨率为15 mm,误差5.21%,浓度模型还原误差为2.61%。对比已获批上市的欧洲Sentimag等静磁场磁粒子定位装置具有显著性能优势,可完全满足术中淋巴结定位等创新临床应用需求。

CsPbBr_(3)量子点发光性能的探究

以CsBr和PbBr_(2)为离子源、二甲基亚砜为良溶剂、甲苯为不良溶剂、油酸(OA)和油酰胺(OAm)为钝化剂,利用室温辅助沉降法制得全无机卤化物钙钛矿量子点CsPbBr_(3)。探究了甲苯温度、前驱体溶液的加入方式对于CsPbBr_(3)量子点发光性能的影响。实验结果表明,CsPbBr_(3)量子点发光强度随着甲苯温度的增高而变强,发光色纯度随着甲苯温度的增高而降低。温度为80℃时,发光强度最强,色纯度最纯。温度相同时,缓慢滴加前驱体时所得CsPbBr_(3)量子点的发光强度更强,快速注入前驱体时发光色纯度更纯。

抛丸工艺对60Si2Mn热轧弹簧钢表面残余应力的影响

采用不同抛丸时间、抛丸电流的抛丸工艺对高速铁路扣件用弹条原材料(60Si2Mn热轧弹簧钢)进行抛丸,弹丸为粒径0.6~0.7 mm的S230铸钢丸,并通过X射线应力测定仪测量60Si2Mn热轧弹簧钢表面残余应力。结果表明:经不同抛丸工艺处理后,热轧弹簧钢表面残余应力均为压应力;在抛丸电流相同抛丸时间减小、抛丸时间相同抛丸电流减小两种情况下,残余应力场特征参数(最大残余应力、最大残余应力对应的深度和残余应力影响深度)和半高宽(层深相同时)均减小,抛丸效果变差;抛丸覆盖率100%、抛丸时间16 s、抛丸电流50 A时,残余应力场特征参数和半高宽最大,抛丸效果最好。

基于SiO_(2)波导的低耦合系数、窄线宽、高阶布拉格光栅特性研究

推导了布拉格光栅三维耦合系数公式,构建了一种新型的波导型布拉格光栅三维数值模型,并基于此设计制备出一种基于SiO2平面波导结构的低耦合系数、窄线宽、高阶布拉格光栅。从理论设计和试验验证两方面系统分析了布拉格光栅刻蚀深度及占空比对光栅耦合系数和线宽的影响,并最终设计制备出了中心波长为1554.053 nm,反射率为-8.5 dB,峰值半高宽为89 pm的SiO2波导结构布拉格光栅器件。本文设计制备的低耦合系数高阶布拉格光栅器件工艺简单,成本低,在滤波器、传感器及外腔窄线宽激光器领域中有广阔的应用前景。

中空玻璃微珠填充聚氨酯发泡材料的吸声性能与动态力学性能研究

以聚氨酯(PU)为基体、磷酸三甲酚酯(TCP)为增塑剂、中空玻璃微珠(HGB)和偶氮二甲酰胺(AC发泡剂)为填料,采用熔融共混法制备了软质PU/TCP、PU/TCP/HGB、PU/TCP/HGB/AC材料,研究了增塑剂TCP、填料HGB和AC发泡剂的含量对PU材料的吸声性能和动态力学性能的影响。结果表明,在一定范围内,增塑剂TCP、填料HGB和AC发泡剂的加入显著提升了复合材料的吸声性能,当TCP含量为25%(质量分数,下同)、HGB含量为10%、AC含量为2%时,材料的吸声性能最佳,平均吸声系数达到0.29,且频率为1 714 Hz时吸声系数最大,为0.55;以半峰宽衡量材料的吸声频率宽度,发现在一定范围内增塑剂TCP、填料HGB和AC发泡剂对半峰宽的长度分别有减少、增加的作用,为制备轻质宽频吸声材料提供了实验依据;对PU/TCP、PU/TCP/HGB材料的动态力学性能分析进一步验证了选用25%TCP和10%HGB配比对材料整体性能调控的合理性。

射流冲刷底泥起动输移规律及机理

水下高速流体射流冲沙是清淤作业的必要手段,如何有效提高射流造浆效率对河(航)道清淤和水库库容修复等工程具有重要价值。采用射流冲刷底泥起动输移试验与高速射流喷头流场数值模拟手段,研究不同水力要素下射流对底床的冲刷效果,分析射流流速分布及衰减规律,探明高速射流底泥冲刷机理。研究结果表明:射流造浆过程中存在最优冲沙距离,使得造浆速率及浑水体浓度增长速度最快;射流中线剖面上横断面射流时均速度分布、最大速度衰减规律具有相似性,不同射流流速下射流初步发展区的射流速度半宽增长率相同;射流冲刷效率与射流发展中的阻力损失和到达床面时的能量损失直接相关,确定合理的射流喷头布置高度有利于提高造浆效率。研究成果对射流造浆能力与速率的提升乃至清淤设备的升级改造提供了有力支撑。

基于人工智能的LED结温非接触式测量方法

根据LED芯片光谱的质心波长和半高全宽,构建了采用人工神经网络预测LED结温的方法。采用LED热阻结构分析系统测量不同衬底温度、不同电流下的结温,同时采用光谱仪测量相对光谱分布,选择GaN基芯片发出的蓝色光谱分布为研究对象,计算其质心波长和半高全宽,将质心波长、半高全宽和驱动电流作为输入参数,结温作为输出参数,构建人工神经网络。最后用该模型预测LED发光时的实际结温。研究表明,在采用大量数据学习后,本方法精度可以达到1.23℃,满足实际工程需求。此外,本方法不需要接触LED光源,准确性较高,具有明显的技术优势。

基于超材料的高水平面增益全向型天线

为了提高通信覆盖范围,设计了一个具有高水平面增益的全向天线。提出了一种由4个U型条带和2个十字形条带组合而成的负介电常数(ENG)超材料结构,通过将超材料结构组成阵列并放置于全向天线的上方,改变了天线的辐射方向图,使得天线在水平面方向的增益得到增强。测试结果表明,天线可以工作在5.84 GHz~6.14 GHz频段内,天线在5.9 GHz处的半功率波束宽度(HPBW)由80°减小到了33°,在整个通带内天线的水平面最大增益达到了3.61 dBi,较改善前提高了2.15 dB。

高温条件下光谱线型模型对光谱反演的影响分析

针对高温条件下光谱高精度反演的需求,对比分析了7种不同的光谱线型模型在光谱反演中的精度和稳定性,并发展了适用于高温诊断的光谱线型选择策略。首先测量了1100~1600 K温度范围的两条H 2O吸收光谱,采用七种不同的光谱线型模型分别进行分析,获取了各测量光谱的积分吸光度,速度依赖线宽和多普勒半高宽,并根据双线比值法计算气体温度值。对比分析表明,在高温常压条件下,Gaussian线型拟合精度最差,但通过Gaussian线型反演的气体温度精度最高;光谱拟合过程中,通过设置线型模型中的多普勒半高宽参数为已知量,能有效提高光谱线参数的反演稳定性和精度,也能有效提高各光谱线型温度反演精度。与高阶非Voigt线型(Speed-dependent Voigt线型,Rautian线型,Speed-dependent Rautian线型和Hartman-Tran线型)对比,Voigt线型获取的积分吸光度和速度依赖线宽偏小,计算的温度结果相对误差偏大。最后,对比了7种线型模型拟合程序的运行时间,在保证精度的条件下,Speed-dependent Voigt线型拟合速度最快。因此,通过Gaussian线型获取气体温度,然后根据温度计算多普勒半高宽参数并将其固定为已知量,采用Speed-dependent Voigt线型拟合能有效提高高温光谱的反演精度,速度和稳定性。