端面研磨Nd:YAG晶体棒热透镜焦距测量

主要分析和测量端面研磨凹面的Nd:YAG激光晶体棒的热透镜焦距。实验通过He-Ne光测试法,分别测量了不同功率下的端面研磨和未研磨晶体棒的热透镜焦距,并通过作图比较二者的热透镜焦距随泵浦功率变化情况,得出随着泵浦功率的增大,热透镜焦距逐渐减小的结论。文中对未研磨晶体棒热透镜焦距进行了理论和实验值的比较,曲线情况基本相符,故根据理论计算出补偿热透镜效应所需要的晶体棒的研磨半径。由于通过理论计算得出的研磨半径在实验过程中出现了出光阈值高,输出功率降低等一些现象,不利于生产的需要,故在实际经验的指导下,增大了晶体棒的研磨半径。结论指出端面研磨晶体棒的方法在一定条件下能对激光晶体棒的热透镜效应进行补偿,对大功率固体激光器的研发有一定积极作用。

合成GaN粗晶体棒的研究

利用磁控溅射系统,在Si(111)衬底上的SiC缓冲层上溅射Ga2O3纳米颗粒薄膜。然后令该薄膜在NH3中高温退火,在产物中发现直径为数百纳米的GaN棒。直径如此大的GaN棒在国内外鲜有报道。该晶体棒被认为是在Ga2O3薄膜与NH3自组装反应过程中形成。该工艺可为合成大尺寸GaN一维结构提供一条新的途径。

超声旋转加工及其在Nd：YAG晶体棒外圆成形中的应用

本文概要介绍超声旋转加工原理、特点和Ｔ３０３０３／ＺＶ型超声旋转加工机。验证了具有细长金刚石钻头的超声振动系统可按“局部共振”设计和调谐，观测了超声旋转加工对加工材料性能的影响，测量了加工精度，得出超声旋转加工能有效用于Ｎｄ。ＹＡＧ晶体棒外圆成形。

激光二极管端面抽运YAG-Nd:YAG复合晶体棒温度场特性

为解决激光二极管(LD)端面抽运激光介质产生的热效应问题,建立了端面绝热、周边恒温、界面热流连续的YAG-Nd:YAG复合晶体棒热分析模型。利用特征函数法和常数变异法得到了超高斯光束端面抽运YAG-Nd:YAG复合晶体棒温度场的一般解析表达式。同时定量分析了超高斯抽运光光斑尺寸,光束阶次,YAG晶体长度对YAG-Nd:YAG复合晶体棒温度场的影响。研究结果表明,若LD输出功率为50 W,光学耦合器传输效率为82%,4阶超高斯光束端面抽运YAG-Nd:YAG复合晶体棒时,复合晶体棒内最大温升为132.7℃,其中YAG晶体长为1.5 mm,Nd:YAG晶体长5 mm,钕离子掺杂质量分数为1.0%。研究结果为减小激光晶体热效应、合理设计激光器热稳腔提供了依据。

插层-超声复合法制备高岭石纳米晶体及棒状晶体的出现

本文采用一种新型的复合方法制备高岭石纳米晶体。采用插层法和超声法相结合对高岭石进行剥片,先用吸潮法制备出高岭石/醋酸钾的插层复合物,再对插层复合物进行超声处理。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电子衍射研究了剥片前后高岭石形状、大小及其结构的变化。实验结果表明,在1小时的超声处理后就已达到明显的剥片效果,BET测试比表面积从8.24m2/g达到52.29m2/g;同时处理后的高岭石颗粒保持了完整的晶体结构。另外,超声处理后发现部分高岭石晶体出现了新型纳米棒状结构。

基于棒状共晶体边界滑移的复相陶瓷开裂应力

根据共晶基复相陶瓷的组织结构特征,建立开裂应力预报模型,为分析复合材料的破坏形式提供了理论依据。共晶基复相陶瓷以含纳/微米纤维的棒状共晶体为基体,并在棒状共晶体周围分布有少量的片晶和球晶。基于棒状共晶体内纤维-基体间强约束界面所传递的拉应力,建立了载荷传递模型;根据两棒状共晶体之间或共晶体与周围其他晶粒之间的弱界面特性,通过边界滑移条件确定棒状共晶体表面切应力;考虑棒状共晶体方位的随机性,当复相陶瓷承受拉伸载荷时,借助棒状共晶体的外加应变与复相陶瓷外加载荷间的关系,得到复相陶瓷开裂应力的理论表达式,结果表明开裂应力与棒状共晶体内纳/微米纤维的直径和体积分数密切相关,复相陶瓷开裂应力随着纤维直径的增大而增大,随纤维体积分数的增大而减小。

固体激光器与光纤激光器对光子晶体光纤棒耦合的分析与对比

耦合效率的高低与耦合后光斑的好坏直接影响着光子晶体光纤棒的放大效果,因此需要对种子光的耦合效果进行研究,选择合适的激光器作为种子源。本文对光子晶体光纤棒在固体激光器与光纤激光器两种情况下的耦合效率进行了理论分析;模拟计算了两种激光器情况下耦合效率的变化规律以及对准误差对耦合效率的影响;选择合适的透镜或透镜组,使用两种激光器对光子晶体光纤棒进行了耦合实验;对比两种激光器的耦合效果可知:固体激光器的耦合效率最高只能达到62.4%,而光纤激光器的耦合效率可以达到80%以上;在光纤激光器耦合情况下,对不同功率注入时耦合效率,以及耦合后光斑进行了实验分析。得到的实验结果对后续光纤棒的放大实验具有指导作用。

100W高光束质量光子晶体光纤棒皮秒脉冲放大器

使用光子晶体光纤棒作为增益介质,设计了皮秒脉冲放大器的实验光路。通过实验研究分析了光子晶体光纤棒皮秒脉冲放大器的输出功率、斜率效率与光光转换效率、光束质量、重复频率、脉宽、光谱。获得了最大平均功率为101.7W,重复频率为30MHz,脉宽为6.4ps,横向和纵向光束质量分别为1.111,1.017的近衍射极限输出,放大器的斜率效率达到了65%,光光转换效率达到了58.9%。

紧凑高效型百瓦级2μm棒状Tm:YAG激光器

报道了一种结构紧凑、高效率、高功率的2μm棒状Tm∶YAG激光器。通过优化设计三向激光二极管(LD)侧面泵浦激光模块,提高了晶体棒内泵浦光的功率密度。激光谐振腔采用平平腔结构,包含单个激光模块,几何腔长为88 mm,整台激光器结构简单、紧凑且体积小。激光模块通过一个水冷机进行冷却,在冷却温度为12℃条件下,获得了最高功率为119 W、波长为2.02μm的激光输出,光-光转换效率为19.6%,斜率效率达32.7%。该激光器可在最大输出功率下连续稳定运转2 h,功率波动小于1%,晶体端面及光学元件表面不结霜。实验测得x和y方向的光束质量因子分别为21.01和21.68。这种紧凑、可靠、高效的百瓦级2μm激光器对于医疗和科学研究等应用具有重要意义。

棒状HTlc-Cl2-CO3晶体的低温水热法制备及其结构分析

以MgCl2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O为原料,Na2CO3-NaHCO3缓冲对为沉淀剂,在低温水热中合成了棒状HTlc-Cl2-CO3.样品用XRD、SEM、N2吸附-解吸进行了物相、粒度、晶体形貌结构、热分析和比表面分析.分析了缓冲对体积分数对棒状HTlc-Cl2-CO3晶形及晶胞参数的影响.结果发现,缓冲对用量在体系中含量的大小对其规整性、板层结构有较大的影响.当缓冲液用量为37.5%,反应温度T=50℃,反应时间t=196 h时可获得晶形好、板层结构显著、规整性好、分散性好的棒状HTlc-Cl2-CO3.合适的缓冲液浓度可提供有利的晶体生长环境,维持稳定的pH值防止无定形沉淀的生成.根据衍射数据计算了HTlc-Cl2-CO3晶胞参数和层间高度,得a=0.308 nm,c=2.157 nm,板层间通道h=0.242 nm.

棒状光子晶体光纤种子光透镜耦合分析

本文对单透镜耦合系统进行了分析。分别模拟计算了当耦合透镜F=103.26 mm时耦合效率与透镜位置的关系,以及当透镜与光纤端面的距离为120 mm时耦合效率与透镜焦距的关系。利用单透镜耦合方式对棒状光子晶体光纤进行了耦合实验,实验所用种子源是波长λ=1030 nm的SESAM锁模固体激光器(M^2≤1.2),所用棒状光子晶体光纤的芯径D=85μm(模场直径D_(MF)=65μm),测得耦合效率约为35%~42%。由于光纤中掺杂的Yb^(3+)离子对1030 nm波长的激光有一定的吸收作用,因此实际的耦合效率应该大于测定值。

两步溶液法制备亚微米ZnO棒阵列及其退火后的发光

通过改变溶液浓度、酸碱度等生长条件，用两步化学溶液沉积法在玻璃衬底上制备出有序排列的亚微米级ZnO棒阵列，棒的截面呈正六边形，直径约为200-500nm。测量了样品的XRD谱和扫描电镜像，证明这些样品都是六方纤锌矿结构的ZnO单晶，且以[002]方向择优生长。将样品退火前后的PL光谱进行比较分析，发现退火后样品的发射光谱中紫外峰消失而长波段的红色发光峰红移并且增强（峰位由630nm左右移到720nm），而其激发光谱中的室温激子激发峰也增强。当退火时间增加到6h后，出现了由430nm的蓝峰和505nm绿峰组成的宽谱带蓝绿色发射。并对发光机理进行了讨论。

基于高灵敏度SnO_2纳米棒传感器的便携式酒精测量仪

设计了一款基于高灵敏度的单晶体SnO2纳米棒传感器,以高性能、超低功耗的单片机MSP430F135为控制核心的便携式精密酒精测量仪。阐述了高灵敏度的单晶体SnO2纳米棒传感器的特性,并给出了传感器测试电路。简单介绍了系统硬件电路的工作原理和软件实现流程。

不同pH值下纳米纤维素晶体悬浮液的流变性能研究

研究不同pH值下的棒状纳米纤维素晶体悬浮液体系的细微结构变化与流变行为的关系,探讨了pH调节剂的加入所引起的体系结构变化的机理,并采用线性的流变学方法研究了各体系流动性、蠕变性以及频率响应性等动态粘弹性质,分别利用Power-Law模型、Burger模型对体系的流动曲线、蠕变曲线进行了数据拟合,研究发现,pH=2的悬浮液体系具有典型的液晶结构,呈现三段式＂S＂型流动曲线;随着pH值的增加,体系逐渐形成凝胶结构且凝胶强度越来越强,＂S＂型流动曲线逐渐模糊,蠕变的弹性柔量逐渐增大,粘性柔量逐渐减小,而pH〉9后出现蠕变弹性恢复,体系储能模量G′和损耗模量G″均有明显增加,但损耗角正切tanδ值先减小然后增大,pH=7体系内耗最小。

激光二极管阵列侧面抽运棒状激光器轴向热效应分析

对激光二极管阵列侧面抽运棒状激光晶体热效应进行了理论分析和数值模拟。采用有限元方法模拟了棒状激光晶体内部三维温度场分布和热应力分布,得出激光晶体内抽运光强和温度随抽运距离的变化规律,并得出了激光晶体轴向温度分布是不均匀的,而是与激光二极管阵列的占空比有关。为减小激光系统的热效应提供了理论依据。

高透气性能CNF/环状拓扑形貌CNC复合薄膜的制备与性能研究

通过硫酸水解法及高强超声处理获得具有中空环状拓扑形貌的纤维素纳米晶体(RT-CNC),并采用真空抽滤法制备了纤维素纳米纤丝(CNF)/RT-CNC薄膜。结果表明,RT-RNC的环壁宽度约为3.5 nm,长度为10~50 nm,具有明显中空特性,其成膜过程中化学结构并未改变且保持纤维素Ⅰ结晶结构;CNF/RT-CNC薄膜的透气度为6.70μm/(Pa·s),相较于CNF薄膜(2.50μm/(Pa·s))提高了168%,且其热降解性能良好。

壳聚糖/碳酸钙杂化膜的研究

通过壳聚糖／钙盐复合膜浸泡在Na2CO3水溶液的方法制备出了壳聚糖／碳酸钙杂化膜。用X射线衍射仪和扫描电子显微镜表征了杂化膜内碳酸钙的晶体结构和形貌。研究了杂化膜的力学性能、溶胀率、吸光度及热稳定性。结果表明：杂化膜内碳酸钙为长3．0μm，宽1．0μm的棒状晶体，以及直径为1．0～5．0μm的多层球形晶体。随着碳酸钙的质量分数从2．69％增加到4．20％，杂化膜的溶胀率从231．6％下降到149．5％，膜的吸光度也逐渐增加。当W（CaCO3）=3．12％时，杂化膜的拉伸强度达到最大值52．12MPa。杂化膜的分解温度为315℃，高于壳聚糖膜的分解温度290℃。这种生物相容性好的杂化膜有单用作骨细朐培养的支架材料．

共晶界面复合陶瓷刚度的尺度效应

首先应用四相模型法确定了棒状共晶体内的有效应力场和柔度增量张量的隐性表达式;然后利用Taylor展开得到共晶体弹性常数的解析表达式,共晶体为横观各向同性,有5个独立的弹性常数;最后将棒状共晶体看作具有随机方位的横观各向同性夹杂,将棒状共晶体边界处的基体颗粒看作球形的各向同性夹杂,对共晶复合陶瓷的刚度进行了预报。结果表明,共晶复合陶瓷的弹性模量和泊松比对纤维夹杂直径具有明显的尺度效应。

共晶基陶瓷复合材料的断裂韧性

应用细观力学方法研究了由具有随机尺寸和方位的棒体共晶体构成的共晶基陶瓷复合材料的断裂韧性.首先根据棒状共晶体的细观结构特性,考虑共晶体边界处的微观滑移确定共晶陶瓷复合材料的开裂应力,当外载荷达到开裂应力时,裂纹开始扩展.然后分析裂纹表面处的棒状共晶体桥联力使裂纹产生闭合效应,减小裂纹尖端的应力集中,建立棒状共晶体桥联增韧机制;再依据棒状共晶体拔出过程中摩擦力做功,建立棒状共晶体拔出增韧机制.最后在棒状共晶体的桥联与拔出增韧机制的基础上,得到了共晶基陶瓷复合材料断裂韧性的理论表达式.结果表明共晶基陶瓷复合材料的断裂韧性与棒状共晶体的长径比密切相关.

高峰值功率皮秒脉冲棒状光子晶体光纤放大器

高峰值功率的超短脉冲激光器在激光精细微加工等领域具有重要应用价值。以超大模场光纤为增益介质对超短脉冲激光进行功率放大,是实现高光束质量、高峰值功率超短脉冲激光输出的有效技术手段。以脉冲宽度、重复频率可调的1030nm锁模光纤激光器为种子光源,通过多级全光纤功率预放大和以超大模场棒状光子晶体光纤(PCF)为增益介质的功率放大器,搭建了高峰值功率皮秒脉冲光子晶体光纤放大器系统。实验研究了棒状PCF放大器的输出特性,在脉冲宽度为30ps时实现了峰值功率为2.94 MW的近衍射极限激光放大输出。