Effect of wide-spectrum pulsed magnetic field on grain refinement of pure aluminium

A wide-spectrum pulsed magnetic field(WSPMF)was obtained by adjusting the number of current pulses and the pulse interval between adjacent pulses.The effect of WSPMF on the grain refinement of pure aluminium was studied.The distribution of electromagnetic force and flow field in the melt under the WSPMF was simulated to reveal the grain refining mechanism.Results show that the grain refinement is attributed to the combined effect of the melt flow and oscillation under a WSPMF.When the pulse interval is 5 ms,the extreme value of electromagnetic force is the highest,and the size of the crystal nucleus is 0.35 mm.In the case of similar flow rates,the grain size gradually decreases as the pulse interval increases.The range of the harmonic frequency of the magnetic field gradually expands with the increase of the pulse interval,which can provide more energy for nucleation at the solid-liquid interface and promote nucleation.

宽光谱多传感器轴一致性检测系统设计

光轴一致性是衡量多传感器光电系统工作性能的重要指标,为了解决多传感器轴一致性检测系统工作波段范围较窄、系统灵活性较低的问题,本文结合光路切换和光热转换的思想,设计了一套宽光谱多传感器轴一致性检测系统。该系统采用卡塞格林反射式光学系统作为从可见光到长波红外范围内的接收和发射系统;通过步进电机的驱动,带动导轨上方反光镜位置移动,实现系统光路的切换;采用镀有硫化铜的锗玻璃,作为光热转换靶材,将短波长的光斑转换为热斑,采用长波红外探测器实现对各波段激光光斑图像采集。系统能够实现0.4~14μm波段光谱范围的检测;对光学系统进行像质评价分析,可以得到系统在不同波段下由像差引起的弥散斑(Root mean square,RMS)直径均在9μm以下,能量集中度较好;对系统检测精度进行分析,最大测量误差为0.1 mrad;通过导轨往返运动重复精度实验和系统测量准确度实验,对系统可靠性进行验证,结果表明检测系统满足仪表准确度1.5级的要求。该检测系统结构紧凑,适用波谱范围广,能够实现对多传感器光电设备的轴一致性检测。

光-电协同调控的高反射率全彩色液晶器件

本文利用光-电协同调控的方法获得了具有高反射率、全彩色显示的倾斜螺旋胆甾相(ChOH)器件。在液晶体系中引入一种具有左旋旋向的手性光开关switch 1,并基于相反旋向手性添加剂的手性抵消原则,使用R811来平衡switch 1发生光致Z/E异构化前后螺旋扭曲力上的差异,使体系在光照前后对其施加相同的电场强度可以反射具有相反旋向且相同波段的红-绿-蓝三色光。在此基础上,构筑了双层结构的液晶器件,对材料进行分层光-电刺激,诱导上层螺旋结构翻转,可在双层结构中分别形成左右旋结构,从而具有全反射效应,在双层ChOH液晶器件中反射率提升约60%。本研究为制备具有高反射率的全彩色电子纸器件提供了新思路,同时也为光开关材料在液晶器件中的应用提供了有益的探索。

基于色散补偿的宽光谱“9”字腔掺镱光纤激光器

超快激光器凭借其脉宽窄、光谱宽、峰值功率高等特点,在工业、医疗、科研等许多领域有着重要应用。通过在“9”字腔内进行色散补偿,激光器可以同时实现宽光谱输出与自启动锁模,当泵浦功率为160 mW时,光谱中连续光成分消失,两输出口的光谱半高全宽为22.6 nm和26.2 nm,压缩后脉冲宽度达到143 fs和128 fs。在自由运转情况下,1 h内输出激光的平均功率均方根值(root mean square,RMS)为0.1%。所设计的激光器具有光谱宽、集成度高、稳定性强的优点,能够满足微纳加工、生物光学、光谱探测等领域对超快激光的应用需求。

1μm/1.5μm基于非互易性相移器的高重频飞秒光纤激光器

高重频的飞秒脉冲激光器在工业加工、医疗、精密测量等各个领域都有着重要应用。为了分析“9”字腔锁模激光器的自启动性能,利用琼斯矩阵建立了非线性放大环形镜的传输函数,分析了环形镜中不同波片角度对腔内往返传输函数的影响。搭建了基于非线性放大环形镜的光纤激光器,分别使用了掺镱光纤、掺铒光纤作为增益介质,在1μm和1.5μm波段分别实现了重复频率为600 MHz和280 MHz的基频锁模。所设计的激光器具有脉宽窄、光谱宽、稳定性好、自启动成功率高的特点,激光器完成了集成化封装,能够满足微纳加工、激光医疗、光频率梳等领域对飞秒激光的应用需求。

用于宽谱光学耦合的CdTe纳米线与硅波导复合耦合结构设计

设计了一种基于CdTe纳米线与硅波导的复合光学耦合结构,利用光学绝热耦合实现了CdTe纳米线与片上硅波导的高效率、宽光谱耦合。采用时域有限差分法,研究了CdTe纳米线与硅波导的模式匹配情况,并建立了CdTe纳米线与硅波导复合结构的耦合理论模型。在实验中,将通过气相沉积法制备得到的CdTe纳米线与通过光刻工艺制备得到的硅波导组成复合耦合结构,并利用光谱仪测量耦合特性。实验结果表明,当CdTe纳米线与硅波导的耦合长度~10μm时,在波长1150~1650 nm范围内的耦合效率>90%,耦合带宽达到了500 nm。所提出的耦合结构具有耦合长度短、耦合带宽大、纳米线材料可选择性高、耦合结构可重复构建等特点,可用于片上波分复用器、集成光学传感器等光通信或光传感器件与系统的研制。

基于波动方程反射波反演的速度模型宽谱重构方法及其海上拖缆数据应用

常规地震勘探中,地震数据大都缺少大炮检距信号和有效的低频成分,使得传统的全波形反演(FWI)方法很难恢复中、深层参数模型的低波数分量。依据多尺度反演思想,采用基于模型分解的波动方程反射波反演方法重构宽谱速度模型,同时提出自适应构造约束的模型正则化方法优化反演结果,提高反演稳定性。以Sigsbee模型数据为例展示了该方法是如何有效地同时重构宏观速度模型(长波长)和速度扰动(短波长)或反射率结构的。将所提方法用于东海拖缆采集数据,利用走时到波形信息匹配的波动方程反射波反演策略,构建了与地层更加吻合的宏观背景模型,获得了高分辨的地层成像剖面,成像道集平整度与成像剖面的连续性有明显提高,深部基底的成像更加清晰。

宽谱域光电探测器阵列信号实时处理算法优化研究

宽谱域光电探测器阵列是一种先进的光电设备,能够在广泛的光谱范围内检测光信号,光谱范围覆盖从红外到紫外的大部分光谱。然而,宽谱域探测器产生的数据量巨大,对实时处理算法提出了极高的要求。本文介绍了宽谱域光电探测器阵列的基本原理,探讨了新型算法的设计与优化方法。实践证明,该优化方法能够显著提高宽谱域光电探测器阵列信号的实时处理效率。

一种用于监控侦察的大视场宽光谱光学系统设计

为了满足监控侦察对光学系统日夜两用及监控范围广的需求,运用像差分析方法和光学设计软件设计了一种大视场宽光谱光学系统。设计的光学系统由7片透镜组成,所有透镜的光学面均采用球面设计,工作波段为400~1100 nm,最大全视场角达到140°,焦距为2.33 mm,f数为5,后工作距离为7.42 mm;在奈奎斯特频率42 lp/mm处,视场角范围的调制传递函数值均大于0.28,相对照度均大于96%,最大视场角的F-theta畸变值为27.85%;最后,对设计的光学系统中各类型公差进行了分析。结果表明,设计的光学系统像差校正较好,具有较好的成像质量且易于加工。

宽波段折反射式航空相机设计

为了在15000m平流层实现对地全天候观测,满足工作波段470~1500nm对地分辨率达到0.1m的要求,设计了一种长焦距折反式高分辨率CCD航空相机。通过使用H-ZK7与ZF6搭配,对长焦距和大孔径产生的二次光谱进行校正,倍率色差控满足设计要求。通过对光学系统热分析,分析出系统在不同高度下温度变化对成像质量的变化曲线。探测器采用徕卡公司M9全画幅CCD探测器,其单像元为8μm,靶面尺寸为48 mm×36 mm;系统在100 lp/mm时达到衍射极限,满足系统成像要求。

超分辨荧光显微图像去噪算法性能影响因素

为了研究制约三维块匹配滤波(BM3D)和广谱去噪(WSD)算法性能的可能因素,对比分析这些因素的变化对去噪性能的影响,并总结了相关规律。模拟和真实实验结果表明:原始图像的分块大小和荧光分子密度是两个重要的关键变量;BM3D和WSD的去噪能力都与分块大小和荧光分子密度高度相关;基于WSD可取得比BM3D更好的超分辨重构效果,最优的分块大小为37。

Au/TiO_(2)复合纳米结构增强热电子光电探测器宽谱响应性能

宽谱响应光电探测器在图像传感和光通信等领域应用前景广阔。金属微纳结构通过激发表面等离激元共振效应可高效产生热载流子,将它们与宽带隙半导体构成异质结构,便可利用热载流子开发出低成本宽谱响应光电探测器。研究设计了一种基于Au/TiO_(2)复合纳米结构的热电子光电探测器。其中TiO_(2)层经退火后形成尺度约为百纳米的凹凸结构,Au纳米颗粒层与用作电极的保形Au膜共同组成了激发表面等离激元共振的纳米结构。由于Au/TiO_(2)复合纳米结构的协同作用,该器件在400~900 nm范围内具有宽谱光吸收性能,器件的平均光吸收效率为33.84%。在此基础上,该器件能够探测TiO_(2)本征吸收波段以外的入射光子。例如,在600 nm波长处,器件的响应率为9.67μA/W,线性动态范围为60 dB,器件的上升/下降响应速度分别为1.6 ms和1.5 ms。此外,利用有限元法进行了仿真计算,通过电场分布图验证了Au/TiO_(2)复合纳米结构中所激发的丰富表面等离激元共振效应是其实现宽谱高效探测的原因所在。

无机电致变色材料多波段调控的研究进展

电致变色是一种在外加电场作用下,材料光学特性发生可逆变化的技术,其调控范围包括从可见光(VIS)到近红外(NIR)、中红外(MIR)及远红外(FIR)的宽光谱波段。基于可见光和近红外波段智能窗技术的发展,建筑物有望实现光线明、暗、冷、暖自由搭配及动态可调的智能应用,显著减轻空调等制冷设备能耗,兼具经济与节能的双赢目标,同时也使其在防眩目后视镜、电子纸等商业领域应用前景广阔。基于红外波段的发射率动态可调,而实现的红外隐身、智能热控等技术,则对军事伪装及空间热管理具有重要的战略意义。综述了无机电致变色材料在可见光、可见光-近红外、中远红外多波段透射及反射特性研究进展,阐明了具有电致红外发射率调控特性材料的结构设计及调控机理,展望了未来无机电致变色材料在多波段领域的研究及应用前景。

基于衍射元件的宽光谱紫外中继光学系统研究

紫外像增强器在电晕检测、战略国防、科学研究等领域具有广泛的应用,但由于与其配合使用的紫外光学镜头可用材料匮乏,存在色差校正困难等问题,难以满足宽光谱应用需求。论文分析了单层衍射元件和双层衍射元件在宽波段紫外光学系统中的适用性,并各设计了一套宽光谱、高分辨率的紫外光学系统。单层衍射紫外光学系统的工作波长范围为230 nm~280 nm,在截止频率60 lp·mm^(-1)处调制传递函数(MTF)值优于0.47;双层衍射紫外光学系统的工作波长范围为200 nm~400 nm,在截止频率60 lp·mm^(-1)处MTF值优于0.49。设计结果表明:衍射元件能够有效校正紫外光谱色差,与现有宽光谱紫外系统相比,该文设计的光学系统为中继成像系统,并且具有更宽的紫外光谱范围与更高的成像分辨率。

15 mm~300 mm宽光谱变焦光学系统设计

变焦光学系统不仅适用于照相、监控以及显微等日常生活中,还被广泛应用于航空航天及国防建设等领域。随着应用范围的扩大,对其性能指标的要求也越来越多,该文设计了一款15 mm~300 mm的宽光谱四组元连续变焦光学系统。该系统采用正组补偿结构实现了20×的光学变焦,工作在450 nm~900 nm光谱范围,工作温度范围为-40℃~60℃;采用了18片球面玻璃镜片,总长160 mm,最大口径66 mm,长焦F数优于5,系统结构紧凑,满足小型化要求。系统在可见光波段,中心视场的调制传递函数(modulation transfer function, MTF)>0.4@145 lp/mm,全视场MTF>0.2@145 lp/mm;在近红外波段,中心视场MTF>0.45@60 lp/mm,全视场MTF>0.2@60 lp/mm。从设计结果可以看出,该设计满足高性能指标要求,对于宽光谱、大变倍比、小型化的变焦光学系统设计具有一定的参考意义。

两种轨道谱激励下某宽轨货运机车动力学研究

以某宽轨货运机车为研究对象建立动力学分析模型,采用美国AAR5级谱和AAR6级谱作为轨道随机激励,研究了其相关动力学性能。通过在直线轨道上施加两种不同轨道谱激励仿真计算出不同的非线性临界速度并加以对比分析;采用Sperling指标评价该机车的平稳性;采用轮重减载率、脱轨系数和轮轨横向力来评价该机车的曲线通过能力。结果表明:两种轨道谱激励下该机车仿真非线性临界速度均远大于实际最高限速,具有良好的运行稳定性;其垂向和横向平稳性指标均满足相关标准,机车具有良好的运行平稳性;三个曲线通过性能指标说明该机车具有良好的运行安全性。

大数值孔径宽光谱折反式物镜设计(特邀)

为了满足半导体缺陷检测系统对成像系统高分辨的要求,依据系统的特点和设计指标,设计了一种近紫外-可见光大数值孔径折反式物镜。在近紫外-可见光波段对光学玻璃材料的色散特性进行分析,通过二级光谱理论计算,选择合适的玻璃材料,对光学系统的二级光谱进行了校正。该物镜使用11片球面透镜,结构紧凑。设计出一套光谱范围为360~520 nm、数值孔径为0.9、焦距为5.65 mm、视场大小为0.8 mm、工作距离为0.8 mm的物镜,采用无限远共轭折反式结构。设计结果表明:该物镜的MTF较好,全视场波像差小于0.09λ(λ=632.8 nm),各种几何像差均得到了较好的校正,满足复消色差条件,并且结构简单,具有较长的工作距离,为实际的生产装配和应用提供了便利。

h-BN型超晶格等离子体光子晶体能带特性研究

六方氮化硼(h-BN)晶格结构是一种类六方对称复式超晶格结构。具有h-BN晶格构型的光子晶体以其宽光子带隙特点受到国内外学者的广泛关注。本文利用不同尺度低压气体放电管与Al2O3介质棒周期性排列,构建了新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体,实现其空间结构和等离子体参数的动态调控。利用微波透射谱对比研究了h-BN型超晶格与简单三角晶格等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目。分析了放电电流、介质棒阵列数对不同频段光子带隙的影响,以及电磁波入射角度对电磁传输特性的影响。结果表明:等离子体的引入不仅能够形成新的光子带隙,而且可以选择性地使部分禁带位置发生移动;相对于简单三角晶格,h-BN型超晶格等离子体光子晶体呈现出更多光子带隙;Al2O3介质棒阵列数对等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目均具有重要影响。电磁波入射角度变化越大,电磁传输特性差别越显著,透射谱相关性越差。本文所设计的新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体为制作可调谐光子晶体提供了新的思路,在微波和太赫兹波控制领域具有潜在应用价值。

应用于液晶显示背光的量子点光转换膜研究进展

胶体量子点由于具有宽吸收、窄发射、可溶液加工等优异光学特性,可以赋能液晶显示技术实现高色域的画质效果而获得越来越多的产业应用,目前应用范围较广的产品为量子点光转换膜。典型的量子点光转换膜为上下阻隔膜加中间量子点树脂的三明治结构:上下阻隔膜起到隔绝水、氧,实现保护量子点中间层的作用;量子点树脂层为实现量子点光转换效果的重要载体,一般包含红色和绿色量子点材料,在背光蓝色LED的激发下发射红光和绿光,并与透过的蓝光一起实现R/G/B的三基色白光,可以实现100%NTSC以上色域覆盖。量子点光转换膜从最开始昂贵的高阻隔(10^(-3)~10^(-4)g·m^(-2)·day^(-1))方案逐渐发展为高性价比的较低阻隔(10^(-1)g·m^(-2)·day^(-1))技术方案,进而使产品应用得到普及。其产品形态也从最开始的大尺寸电视产品1397~2159 mm(55~85 in),逐步渗透到显示器、笔记本、车载、平板、VR以及可穿戴等中小尺寸显示产品等。因其能够大幅提高产品的色彩显现力和产品附加值,从而获得品牌客户和消费者越来越多的认可。本文从量子点光转换膜的结构、功能着手,综述了量子点光转换膜的技术发展过程、最新的研究进展、标准研制情况以及市场发展趋势等。

宽能域氯能谱测井在套后剩余油评价中的应用

针对低渗透油田的套后饱和度测井技术较多,但是缺乏系统性、完整性研究,宽能域氯能谱测井克服和弥补了常规放射性测井方法在低孔隙度、低矿化度储层分辨率低的缺点,在长庆油田剩余油评价方面应用比较广泛。宽能域氯能谱利用自然伽马能谱曲线分析水淹情况,通过氯函数值与中子—中子孔隙度进行交会,得到研究区当前的含油饱和度,可以评价油藏剩余油及水淹状况。通过研究套后储层的岩性特征、物性特征、黏土矿物特征、含油性特征,综合利用宽能域氯能谱测井资料进行测井解释。解释结果表明,该方法在套后剩余油评价和补充完井资料方面具有较强的优势,弥补了常规中子寿命等放射性测井的不足,可提高套后剩余油解释符合率,为长庆油田低渗透油藏的剩余油挖潜提供技术支持。