计及套管导体辐射损耗的VFTO计算方法

特高压交流试验基地特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)试验回路研究发现,计算得到的VFTO单次击穿波形的衰减时间超过了实测值,对于通过仿真计算提取VFTO标准波形的半波时间取值影响较大,需要开展损耗机制的研究。对于CIGRE推荐模型和现有文献中对套管处辐射损耗的考虑不足,首先分析了套管导体电流分布的行波模式,推导了辐射电阻和平均特征阻抗的计算公式,建立了计及辐射损耗的套管传输线模型;然后针对辐射电阻这一频变参数问题,提出了VFTO频域计算方法;最后对VFTO试验回路的计算发现,套管导体的辐射电阻在波形主频处远大于电弧电阻和GIS母线电阻,同时计算波形的衰减时间更接近实测波形,因此验证了所提出的计算方法的合理性。

以随机壁微扰辐射损耗为基础的光纤传感器

以随机壁微扰辐射损耗为基础的光纤传感器林有义赵志敏吴平何真（南京航空航天大学１０００８３）将光纤用化学腐蚀处理，剥去光纤外层并在纤芯表面形成无规分布、大小不一的“微粒”，便可在光纤形成随机壁微扰区。依据随机壁微扰导致导模与辐射模的模转换引起功率损耗的...

受激辐射损耗超分辨显微成像系统研究的新进展

由于受到衍射极限的影响,传统光学显微镜的分辨率被限制在半个波长左右.近二十年来出现了许多通过不同方法绕过光学衍射极限的超分辨成像技术,其中,受激辐射损耗显微(stimulated emission depletion microscopy,STED)通过引入一束环形损耗光来抑制荧光光斑外围荧光分子的发光,以达到减小点扩散函数的目的,实现超分辨成像.经过近些年的发展,STED系统无论从光束的产生、校准和扫描,还是最后的成像,都有了很大的发展.本文将简要介绍STED成像技术的基本原理,详述STED超分辨成像技术出现至今在光源、扫描及成像系统等方面的进展,以及在三维成像和多色成像方面的发展现状,STED技术与其他显微技术的结合.最后,本文对STED技术近几年的研究新进展进行了系统的论述,对STED技术未来的发展趋势进行了探讨.

偏振态、相位和振幅对受激辐射损耗中损耗光焦斑的影响

针对受激辐射损耗(STED)超分辨显微术分辨率不够高的问题,研究了损耗光偏振态、相位和振幅多种物理量对焦斑的影响,以形成半峰全宽窄的圆环形损耗光焦斑。根据Richards-Wolf矢量衍射理论,建立了偏振态、相位和偏振态作用下的损耗光焦斑模型;计算了不同偏振态、不同相位振幅调制参数下损耗光焦斑的分布情况;通过优化各参量得到有效激发荧光的分布。计算结果表明,应用切向偏振时的损耗光焦斑半峰全宽优于应用径向偏振和圆偏振;相位和振幅的调制作用均能减小半峰全宽;优化后有效激发荧光的理论半峰全宽仅为13.2nm。采用损耗光的偏振态、相位和振幅对损耗光焦斑进行整形,能够有效减小半峰全宽,获得较高的理论分辨率,比仅使用单一物理量的效果更好;应用切向偏振光能够获得高质量的损耗光焦斑和超衍射极限的分辨能力,根据不同实际情况选择相位或振幅调制的方法可进一步提高分辨率。

受激辐射损耗超分辨成像技术研究

受激辐射损耗显微成像(STED)是一种超分辨荧光显微成像技术,它能够突破传统光学衍射极限的限制,把远场光学分辨率提高到百纳米以内,被广泛应用于生物医学等领域,是目前光学显微成像领域研究的热点之一。采用了一种基于超连续谱皮秒脉冲白激光光源的STED显微系统,实现超分辨成像。并从精密合束、脉冲延迟和损耗光残留光强几个方面探讨系统优化,从而获得最佳的成像效果。对直径约25 nm荧光微球成像实验的数据表明:该系统成像分辨率可达约60 nm,分辨能力远远高于衍射极限。另外,系统成功实现了对核孔复合物、微管和微丝等一系列生物样品的超分辨成像,共聚焦成像中某些模糊不清的结构在STED成像中清晰可辨。

一种用于线粒体受激辐射损耗超分辨成像的新型探针

受激辐射损耗(stimulated emission depletion,STED)显微技术通过巧妙的光学设计,利用纯光学的方法突破了光学衍射极限,空间分辨率达到纳米量级,并保留了荧光显微的许多优点.然而,高的损耗光强度限制了STED显微技术的广泛应用,尤其在活细胞成像方面.本文找到了一种新型的具有良好线粒体靶向性的STED探针,具有较强的抗光漂白特性和较低的饱和擦除光强度3.5 mW(1.1 MW·cm–2),利用该探针最高可获得62 nm的空间分辨率,为活细胞线粒体STED超分辨成像提供了新的手段.

受激辐射损耗超分辨荧光成像探针研究进展

受激辐射损耗超分辨成像可突破光学衍射极限的限制,获得纳米尺寸结构的超精细图像,荧光探针发挥了重要作用。本文主要介绍了受激辐射损耗超分辨显微成像的相关概念,包括基础光学概念、受激辐射损耗超分辨成像原理、成像系统,总结了受激辐射损耗超分辨成像荧光探针及其应用等研究进展,相信本工作能帮助化学、化工领域相关工作者了解受激辐射超分辨成像研究及其生物成像应用,尤其是可以用于该成像技术的荧光探针的相关知识,为设计、制备有效的受激辐射超分辨荧光探针提供设计思路。本文为荧光探针在生物医学光学领域的应用提出了新的需求与机遇,为化学、化工领域相关研究方向与光学成像领域的深度交叉与融合提供了新的发展契机。

反谐振反射光波导型VCSEL侧向辐射损耗的分析

使用柱坐标的传输矩阵法计算并分析了在反谐振反射光波导(ARROW)型垂直腔面发射激光器(VCSEL)中,不同的第一包裹层厚度对应的基模和一阶横模的侧向辐射损耗。与传统平板近似的方法相比,该方法更为精确地计算出了损耗的值,同时更为详细地表明了损耗随第一包裹层厚度变化的规律。并且指出第一包裹层的最佳厚度并不一定是传统认为的使基模得到反谐振效果即侧向辐射损耗最小时的值,而需要综合考虑基模和一阶模的侧向损耗。这对ARROW型VCSEL的设计具有重要的指导意义。

弯曲平板介质波导的辐射损耗研究

从精确的弯曲平板波导的本地标量波方程出发,使用 WKB 漏模理论分析了波导中 TE 和TM 模的辐射损耗。这里考虑了介质波导由于弯曲而引起的传播常数的变化。本文的结果在一些有效的近似条件下,与目前现有的各种弯曲损耗公式相一致;而这些公式是采用完全不同的方法得到的。

基于等离子体吸收的光纤瞬态辐射损耗分析

介绍了γ射线对光纤的辐射效应,开展了稳态、瞬态γ辐射对光纤的感生损耗测量实验。计算了光纤在高剂量率脉冲γ辐射作用下的电子密度、电子与中性原子的碰撞频率、等离子体振荡频率,提出了基于低温等离子体对光波吸收的瞬态辐射感生损耗模型,计算了光纤在600～1600 nm的瞬态辐射感生损耗并与实验测量结果进行了对比分析。结果表明:(1)在1310 nm和1550 nm波长,光纤的瞬态辐射感生损耗的计算结果与实验测量结果在相同数量级,实验测量结果验证了等离子体吸收模型的适用性;(2)脉冲γ射线作用于光纤时,等离子体吸收与原子缺陷吸收同时存在,光纤的瞬态辐射感生损耗是两种机制共同作用的结果;(3)在600～1600 nm光谱范围内,随探测波长的增大,光纤的辐射感生损耗以等离子体吸收为主。

基于受激辐射损耗技术的量子点的原位分辨研究

钙钛矿量子点具有超窄发射线宽、波长可调谐以及超高量子产率等优点,目前已经广泛应用在光电器件中。掌握器件中相邻量子点间的作用机制及其动力学光学特性对提高器件的整体性能至关重要。目前由于受到衍射极限的影响,很难通过传统光学系统研究钙钛矿量子点器件纳米尺度下的光学特性。而STED技术与钙钛矿量子点结合能够实现器件中纳米尺度下量子点原位光学特性研究。本文通过STED超分辨技术研究了器件中纳米尺度下钙钛矿量子点的光学性质变化及动力学特性,对改善钙钛矿量子点纳米器件的性能具有重要意义。

脉冲γ射线对光纤的辐射感生损耗

研究了光纤受γ射线辐照响应机制,计算了光纤对γ射线吸收率、效应截面、Compton电子的能通量及角度分布;提出了瞬态辐射感生损耗的测量方法,采用波长分别为405、660、850、1 310、1 550 nm的模拟宽带光纤传输系统,设计了瞬态辐射感生损耗的实验测量系统。在平均光子能量0.3MeV、剂量率2.03×107Gy/s和平均光子能量1.0 MeV、剂量率5.32×109Gy/s的两种脉冲γ射线辐照条件下,获得了4种光纤瞬态辐射感生损耗与剂量的关系、永久性感生损耗的谱分布和折射率变化结果:(1)脉冲γ射线对光纤的瞬态辐射感生损耗随探测波长在近红外到可见光范围内的减小而增大;(2)在相同辐照条件下,多模光纤的瞬态辐射感生损耗稍大于单模光纤;(3)辐射致光纤折射率降低;(4)在一定剂量范围内,多模光纤瞬态辐射感生损耗和剂量呈近似线性关系。研究表明,γ射线导致光纤基质原子产生新的色心和光纤折射率降低,色心对传输光子的共振吸收导致光纤吸收损耗增加,折射率降低导致光纤波导损耗增加,感生损耗是两种机制共同作用的结果。

基于受激发射损耗显微术的活细胞和活体超分辨成像

细胞作为生命体基本的结构和功能单元,在生物、医学等领域有着非常重要的研究意义。随着现代科学和技术的发展,科学家们借助电镜对细胞以及细胞器的空间结构已经有非常清晰的认识,但是对它们的功能以及细胞之间的相互作用却了解得非常少,而这恰恰又是疾病治疗和药物开发亟需了解的信息,因此对离体活细胞(简称活细胞)和活体生物组织细胞(简称活体细胞)中亚细胞器的研究变得非常重要。然而细胞中许多细胞器的结构在纳米量级,传统的光学成像技术由于受到光学衍射极限的限制是无法观察到纳米量级的生物结构,因此光学超分辨成像技术是目前研究亚细胞器结构和功能的有效工具。在所有光学超分辨显微技术中,受激发射损耗显微术(stimulated emission depletionmicroscopy,STED)由于具有实时成像、三维超分辨和断层成像的能力,非常适合用于纳米尺度的活细胞和活体细胞成像研究,而且STED超分辨成像技术经过近几十年的发展,已经广泛用于活细胞甚至活体小鼠细胞的超分辨动态观测。本文总结了近年来活细胞和活体小鼠神经元细胞等领域STED超分辨成像的研究进展,介绍了用于活细胞和活体细胞STED超分辨成像的荧光染料和荧光蛋白的发展现状,讨论当前活细胞和活体细胞的超分辨成像面临的问题,以及对未来发展的展望。

脉冲γ射线对光纤的辐射感生损耗

研究了光纤受γ射线辐照的响应机制,计算了光纤对γ射线的吸收率、效应截面、Compton电子的能通量及角度分布;提出了瞬态辐射感生损耗的测量方法,设计了瞬态辐射感生损耗的实验测量系统.在平均光子能量为0.3 MeV、剂量率为2.03×107 Gy· s-1以及平均光子能量为1.0 MeV、剂量率为5.32×109 Gy·s-1的两种脉冲γ射线辐照条件下,获得了4种光纤瞬态辐射感生损耗与剂量的关系、永久性感生损耗的谱分布和折射率变化结果即:(1)脉冲γ射线对光纤的瞬态辐射感生损耗随探测波长在近红外到可见光范围内的减小而增大;(2)在相同辐照条件下,多模光纤的瞬态辐射感生损耗稍大于单模光纤;(3)辐射致光纤折射率变化;(4)在一定剂量范围内,多模光纤瞬态辐射感生损耗和剂量呈近似线性关系.研究表明:γ射线导致光纤基质原子产生新的色心和光纤折射率变化,色心对传输光子的共振吸收导致光纤吸收损耗增加,折射率变化导致光纤波导损耗增加,感生损耗是两种机制共同作用的结果.

弯曲光纤的辐射特性分析

随着光纤技术的飞速发展 ,光纤链路的安全性受到了极大的挑战。为了对光纤链路的安全状况作一定性分析 ,根据一种天线模型对单模光纤的弯曲辐射功率进行了理论推导 ,并对单模光纤的弯曲辐射功率随弯曲半径和探测器面积的变化情况做了仿真模拟 ,给出了分析结果。结果表明 ,对弯曲光纤实施窃听是完全有可能的。

低损耗双模微带贴片带通滤波器研究

首先提出了一种新颖、简单的带有两个切角的双模微带带通滤波器结构。该结构使用单个贴片谐振器并且没有耦合缝隙,通带两端各有一个衰减极点,可以有效减小滤波器的辐射损耗。对该滤波器结构进一步改进,又提出了一种中心频率1.8GHz相互正交槽线的新型双模微带带通滤波器结构。该滤波器在中心频率1.8GHz处,回波损耗达到31.65dB,通带内最小插损为0.01dB,3dB带宽为19.44%。研究结果表明该结构可以进一步减小辐射损耗,并且可以减小滤波器的体积,有利于小型化。

石英光纤近红外波段γ辐照效应实验研究

为提高某光学干涉测量系统的耐辐射能力,开展耐辐射光纤选型实验。以剂量率为0.5 Gy·s^(-1)的稳态γ射线和剂量率为5.0×10^(9) Gy·s^(-1)、脉冲宽度约20 ns的瞬态强γ射线为辐照源,获得掺锗、掺氟耐辐射单模光纤和常规G.652光纤在工作波长1550 nm、注入光功率40 mW工况下的辐射感生损耗,结果表明,实验获得的在线辐射感生损耗数据真实可靠;在稳态γ射线作用下,掺锗和掺氟耐辐射光纤的性能差异不大,辐射感生损耗小于17 dB·km^(-1),随着辐射时间的增加,辐射损耗呈现饱和,耐辐射光纤的性能均优于常规单模G.652通信光纤;在瞬态强γ射线作用下,两个不同型号掺氟光纤的性能最优,辐射感生损耗峰值分别为471.5 dB·km^(-1)和608.6 dB·km^(-1),恢复通信时长约μs量级。掺锗光纤的瞬态辐照性能最差,辐射感生损耗峰值为2691.3 dB·km^(-1),在μs时间尺度维持感生损耗饱和状态。

两种不同方法计算光波导边界畸变引起的损耗比较

计算光波导边界随机畸变产生的损耗有耦合波理论和边界散射理论两种方法 .该文以非对称平板介质波导为例 ,将这两种方法进行比较 ,发现虽然它们的原理不同 。

LTCC微带传输线损耗特性研究

为了减小LTCC微带传输线损耗,提升电路传输性能,设计了一个LTCC50Ω标准匹配微带线实验。利用矢量网络分析仪测量了微带线损耗,并依据电子显微镜对电路的检测结果分析了损耗产生的原因。结果显示,在10GHz频率下,微带线损耗约为0.6dB。提出了减小微带线高频损耗的有效方法,如提高光绘膜精度和丝网精度等。

弯曲矩形波导弯曲损耗的计算

给出了一种新的计算弯曲矩形介质波导因弯曲引起的辐射损耗系数的方法—固定扰动修正的有效折射率法。利用这种方法,分析计算了弯曲矩形介质波导的弯曲损耗系数与介质波导宽度、高度和曲率半径的对应变化关系,并将计算结果与用模式分析法计算的结果进行了比较,最后对结果进行了讨论分.