SERF原子自旋陀螺仪中的碱金属气室无磁加热高精度温度控制

碱金属气室的温度波动与磁噪声是制约无自旋交换弛豫原子自旋陀螺仪灵敏度提升的关键因素。针对这两个问题,采用激光加热方式对气室进行无磁加热,从根本上消除磁噪声,在气室加热面及相邻上下两面装载石墨烯薄膜,进行光热转换、热传导以及避免杂散光干扰;采用线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)与热管理技术相结合的方式,提高碱金属气室的控温精度与稳定度。设计基于温控系统的线性自抗扰控制器;从热传导、热对流、热辐射三方面出发设计热结构,优选石墨烯薄膜;搭建碱金属气室温控系统实验平台。研究结果表明,采用LADRC与热管理技术的碱金属气室温控系统的控温精度为±0.003℃,控温稳定度为6 mK。所得研究结果为后续原子自旋陀螺仪灵敏度的提升奠定了基础。

K-Rb双碱金属混合光抽运原子气室制备与测试

原子气室是SERF(无自旋交换弛豫)陀螺仪敏感载体转动信息的核心器件,其原子弛豫时间等参数是影响SERF陀螺仪性能的重要因素。采用39K-87Rb双碱金属混合填充的原子气室制造工艺,通过双碱金属工作介质的混合光抽运检测技术对气室性能进行了测试,制备出边长8 mm,壁厚1 mm的立方体原子气室。实验结果表明,39K-87Rb-129Xe混合原子气室中129Xe原子弛豫时间达到51.7 s,较单一碱金属填充方式的22 s,双碱金属混合光抽运的方式有效提升了原子气室中原子弛豫时间,为研制高精度SERF陀螺仪奠定了坚实基础。

二氧化硅基润湿梯度表面制备及其静润湿特性分析

[目的]润湿梯度表面在水面舰船防污、潜艇减阻等领域具有潜在应用价值,有待进一步研究低成本、低复杂度的制备技术。[方法]采用气相沉积法、碱腐蚀法和两者复合法,开展二氧化硅基润湿梯度表面的制备及其静润湿特性的研究分析。[结果]气相沉积法制备表面的最大接触角和变化范围分别为104.9°,23°左右;碱腐蚀法制备表面分别为80.2°,60°左右;两者复合法制备表面分别为102.1°,40°左右,且气相沉积过程在表面润湿性梯度制备中起主导作用。[结论]研究成果可为海洋装备的功能表面制备提供参考。

高温煤气中氯化氢和碱金属蒸气的脱除

对高温煤气中的氯化氢和碱金属蒸气进行了单独和同时脱除的研究。单独脱除的研究得出 ,脱氯剂的氯容量随反应温度的增大而提高。试验所选的 5种吸附剂对碱金属都具有脱除性能 ,其中以高铝土和活性 Al2 O3 吸附剂的吸附效率最高 ,在 840°C条件下活性 Al2 O3 吸附剂对碱金属化合物的脱除主要以物理吸附的方式进行。在 HCl气体和碱金属蒸气同时存在条件下 ,高铝土脱除碱金属的效率高达 79.5% ,TCl1脱氯剂脱除 HCl气体的效率为 1 0 0 %

用于碱金属蒸汽激光器泵浦的窄线宽780 nm半导体激光源

780.0nm窄线宽、高功率半导体激光器对于发展Rb碱金属蒸汽激光器具有重要意义 为获得好的泵 浦效果 泵浦光谱与碱金属蒸汽的吸收光谱需严格匹配 必须压窄半导体激光输出线宽 且稳定中心波长 反射式体布拉格光栅(RVBG)外腔反馈是目前实现窄光谱光源的主要方案之一 本文提出了快轴准直镜 光 束变换器 慢轴准直镜 反射式体布拉格光栅(FAC BTS SAC RVBG)的结构 压缩入射到 RVBG 的激光发散 角 提高RVBG有效反馈率 相对于常规的“FAC+SAC+RVBG”结构 提升光谱锁定效果 基于“ FAC+BTS+ SAC+RVBG”结构 研制出780nm窄线宽激光器 连续功率达到47.2W 通过对RVBG精确温控 可将中心 波长稳定在780.00nm 采用单模光纤探测 光谱宽度为0.064nm(FWHM) 温漂系数为0.0012nm/℃ 电 流漂移系数为0.0013nm/A 可用于Rb碱金属蒸汽激光器泵浦.

二极管泵浦高能激光研究进展和展望

高能激光广泛应用于材料加工、科学研究、空间碎片清除、军事应用等领域。二极管泵浦高能激光具有结构紧凑,系统简单、全电驱无限弹仓的特点,近年来,各类二极管泵浦高能激光围绕着同时实现高功率、高效率、高光束质量这一总目标发展迅速。详细综述了国内外高平均功率块状固体激光、高功率可见光波段激光、高峰值功率激光、高功率光纤激光、碱金属蒸气激光等二极管泵浦高能激光的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。

微型碱金属原子气室MEMS制作技术

碱金属原子气室是陀螺仪、磁力计和原子钟等原子传感器的核心部件。利用微机电系统(MEMS)技术实现微型化,是当今原子气室的重要发展方向。这些技术包括激光加工、超声波加工、湿法化学腐蚀、深反应离子刻蚀等硅孔成型技术,直接键合、共晶键合、粘结键合和阳极键合等基片键合技术,以及单质填充、原位化学反应、叠氮化物光分解、电化学分解释放和激光剥离蜡封包等碱金属填充技术。回顾了相关技术发展并分析了各自的优劣。

碱金属气室参数测试教学实验平台搭建

碱金属气室是原子磁强计、原子陀螺仪、原子钟等量子传感器的核心敏感元件,其内部的碱金属原子蒸汽通过与激光、磁场等相互作用,实现对物理量的高精度测量。实验室搭建了针对一类高温、高压碱金属气室的参数测试教学实验平台,该平台通过测量激光吸收光谱,获得气室内部缓冲气体的压强以及碱金属原子蒸汽的原子数密度。该平台使学生能够直接观察到激光与原子的相互作用,有助于学生加深对碱金属气室的理解以及培养学生的实验动手能力,同时也为研究生和本科生的相关课程提供了有力支撑。

芯片级原子器件MEMS碱金属蒸气腔室制作

提出了基于两步低温阳极键合工艺的碱金属蒸气腔室制作方法,用于实现原子钟、原子磁力计及原子陀螺仪等器件的芯片级集成。由微机电系统(MEMS)体硅工艺制备了腔室结构。首先采用标准工艺将刻蚀有腔室的硅圆片与Py-rex玻璃阳极键合成预成型腔室,然后引入氮缓冲气体和由惰性石蜡包覆的微量碱金属铷或铯。通过两步阳极键合来密封腔室,键合温度低于石蜡燃点198℃。第一步键合预封装腔室,键合电压小于缓冲气体的击穿电压。第二步键合在大气氛围中进行,电压增至1 200V来增强封装质量。通过高功率激光器局部加热释放碱金属,同时在腔壁上形成均匀的石蜡镀层以延长极化原子寿命。本文实现了160℃的低温阳极键合封装,键合率达到95%以上。封装的碱金属铷释放后仍具有金属光泽,实现的最小双腔室体积为6.5mm×4.5mm×2mm。铷的吸收光谱表明铷有效地封装在腔室中,证明两步低温阳极键合工艺制作碱金属蒸气腔室是可行的。

基于MEMS技术的光泵原子磁力仪发展与应用

综述了光泵原子磁力仪的发展过程及技术指标,介绍了基于MEMS的光泵原子磁力仪的现状,总结了光泵原子磁力仪的主要应用。对基于MEMS技术的光泵原子磁力仪的发展应用前景提出了建议,基于MEMS技术的光泵原子磁力仪在未来也会成为空间磁场分布测量的重要手段,为航空、船舶、医疗诊断等领域提供重要支撑。微型化的原子磁力仪甚至有望集成到家用医疗设备或嵌入到可穿戴设备中去,这将成为原子磁力仪进入消费电子领域的突破口,基于MEMS技术的光泵原子磁力仪会成为新一代磁测量产品的标志,成为磁测量民用市场不可替代的产品。

碱金属蒸气吸附剂的研制与开发

在实验室条件下自制一系列碱金属蒸气吸附剂，通过脱碱性能比较验证了吸附剂对碱金属蒸气的吸附不仅与吸附剂的化学成分有关，还与吸附剂内部的孔结构有关；XRD结果表明，煤灰中的主要成分对碱金属蒸气具有一定的脱除能力；各吸附剂对碱金属蒸气的吸附性能在有水蒸汽条件下的碱容量均高于无水蒸汽条件下的碱容量，对碱金属蒸气具有较强吸附性能的是自制样GM6、高岭土和活性氧化铝．

CPT原子钟的微型原子泡加工工艺综述

原子泡是CPT(相干布居囚禁)原子钟物理部分的主体,对于微型原子钟而言,传统的吹玻璃法已不再适用,必须用新的技术和方法来设计加工原子泡。介绍了利用MEMS(微机电系统)技术结合吹玻璃法、空心光纤嵌套法和MEMS方法加工微型原子泡的工艺以及碱金属原子和缓冲气体的几种常见的注入方法。

多孔纳米碳纤维的制备及其在超级电容器中的应用研究

利用溶胶凝胶燃烧法制备了碱金属氧化物掺杂的铜催化剂,并使用这种催化剂在不同的温度、掺杂比例下通过热CVD法合成出了具有多孔分叉结构的纳米碳纤维。通过TEM、HRTEM、BET和激光拉曼光谱等手段对产物进行表征,显示这种纳米碳纤维的比表面积可高达1162m2/g,远高于普通的碳电极材料,并且具有非常丰富的中孔结构,克服了常规碳纳米纤维在应用中表现出的相对有效利用面积不大,比电容不高等缺陷,具备做电极材料的潜力。在将其应用于超级电容器电极材料后,利用二次电池测试仪及电化学工作站对其进行了循环伏安曲线及恒流充放电曲线的测试,结果显示这种纳米碳纤维具有良好的电化学电容行为,电极的可逆性良好,并且比电容值高达203F/g。这些发现将有助于碳纳米材料可控制备的研究,并且提供了一种有一定应用潜力的超级电容器电极材料。

原子气室中碱金属含量的测量方法

原子气室作为新型量子惯性仪表的核心部件,其中填充的碱金属量直接决定了惯性仪表设备的寿命,准确测量气室内的碱金属对后续碱金属填充等气室制备工艺的优化至关重要。重点研究了气室内碱金属分布以及升温速率对碱金属含量测试结果的影响,发现碱金属集中分布有利于碱金属量的准确测量,当碱金属分布直径足够小时,碱金属量测量值趋于稳定,而测量过程升温速率对测试结果影响较小。通过优化,实现了碱金属铷含量的测量精度优于7%。

基于光谱吸收法的碱金属原子配比检测方法研究

碱金属混合物原子配比是超高灵敏惯性测量装置表头的重要参数,需精确测量。针对碱金属配比与碱金属蒸汽密度相关的特点,提出运用光深理论检测碱金属配比。结果表明:受多种因素影响,光深理论得到的碱金属蒸汽密度与饱和蒸汽压经验公式计算的结果相差3个数量级,无法保证碱金属配比的测量精度;改变数据处理方法,建立光谱吸收率与气室内部温度的映射模型,运用光谱吸收率标定碱金属气室内部温度,通过碱金属饱和蒸汽压经验公式计算气室内部碱金属原子的配比,多组数据分析表明:检测误差在10%以内。

内墙无机建筑涂料的检测与性能分析

检测内墙无机建筑涂料的物理性能、水蒸气透过率、有害物质含量等性能,利用红外光谱、有机物含量等分析手段解释各产品的性能差别,给出国内目前的内墙无机建筑涂料的有机物含量的范围。

外墙无机建筑涂料的不合格配方和原因分析

总结了外墙无机建筑涂料所有的典型不合格情况,利用红外光谱和热失重分析剖析了不合格的外墙无机建筑涂料的配方,从配方和成分解释了外墙无机建筑涂料的不合格项目产生的原因。

内墙无机建筑涂料的不合格配方及原因分析

总结了内墙无机建筑涂料的典型不合格情况,利用红外光谱和热失重分析剖析了不合格的内墙无机建筑涂料的配方,并从配方和成分解释了不合格项目各自产生的原因。

高炉炉缸炭砖环裂机制初探

热力学计算表明,高炉炉缸仅存在纯的碱金属蒸气,不存在碱金属的氧化物和碳酸盐,并且碱金属蒸气压很低,不是对炉缸炭砖进行侵蚀的直接原因,而当前大多文献认为环裂是碱蒸气侵蚀的结果。炭砖传热性能较差时炭砖内部热应力较大,诱发炭砖产生微裂纹,纯的碱金属蒸气通过炭砖的微裂纹不断向炭砖低温区流动和扩散,微裂纹是环裂产生的诱因。在炉缸的高压环境下,800~900℃时钾蒸气在微裂纹中液化,然后与炭砖的硅铝质灰分反应,造成灰分体积膨胀30%~50%,加剧炭砖微裂纹扩展,形成裂纹,是环裂产生的必要条件。计算表明,只有碱蒸气富集液化后才能与一氧化碳共同作用,在裂纹里形成活性炭沉积,这种反应持续不断地进行,对炭砖裂纹进行持续的膨胀挤压,炭砖裂纹不断扩展,最终割裂炭砖形成环裂。提高炭砖传热效果和阻止炉缸CO窜气是避免炭砖产生环裂的根本措施。

高炉碱金属富集区域钾、钠加剧焦炭劣化新认识及其量化控制模型

碱金属对高炉内焦炭的破坏大多通过研究碱金属碳酸盐对焦炭气化反应的影响,从而得出钾、钠破坏性相近,在控制碱金属入炉时也基本不对二者进行区分;但高炉调研表明在碱金属富集明显加剧的区域碱金属碳酸盐已分解且焦炭中钾含量均大于钠.本文通过热力学计算得知在碱富集区域碱金属主要以单质蒸气而非碳酸盐或氧化物形式存在,据此设计了模拟此区域有无CO2时钾、钠单质蒸气在焦炭上的自主吸附和破坏实验,结合原子吸收光谱法、X射线衍射法和扫描电镜-能谱分析发现钾蒸气和焦炭中灰分大量结合形成钾霞石后体积膨胀、裂纹扩展导致碱金属富集区域钾在焦炭上的吸附和破坏能力均远大于钠,因此建议尽量采用低灰分焦炭并严格控制入炉钾负荷.进一步研究体系中不同钾蒸气含量对气化反应的影响规律,得出当钾蒸气与焦炭的气固质量比率超过3%后焦炭反应性陡升.依据碱金属富集区域钾、钠在焦炭上的不同吸附和破坏性,建立了钾、钠各自入炉上限及总量上限的量化控制模型.