基于交叉泵浦的受激电磁耦子散射非共线相位匹配方法

提出一种基于交叉泵浦实现受激电磁耦子散射的非共线相位匹配的方法,获得频率可调谐的窄带Stokes光输出。根据参量放大理论,推导出交叉泵浦受激电磁耦子散射的单程放大增益效率表达式,揭示了交叉泵浦实现受激电磁耦子非共线相位匹配的物理机制。实验上采用泵浦光在晶体侧面全反射的方式构建交叉泵浦,通过旋转晶体改变泵浦光全反射角,实现相位匹配条件的改变和输出Stokes光频率的调谐。输出Stokes光线宽为0.17 nm,波长调谐范围为1068~1076 nm。在15 mJ的泵浦能量下的输出能量为1.07 mJ,能量转化效率为6.8%。本研究为非线性参量转换过程中的相位匹配方法提供一种方案参考,尤其适用于泵浦光脉宽小于纳秒量级的短脉冲情况。

α-CoMoO_(4)和β-CoMoO_(4)的制备及电化学性能研究

采用水热法成功合成CoMoO_(4)样品,采用X射线衍射、拉曼光谱和电学化学工作站研究了退火温度对样品结构和电化学性能的影响。结果表明,低温制备样品为β相CoMoO_(4),高于600℃退火时向高温相α-CoMoO_(4)转变,1000℃时完全相变为高温α-CoMoO_(4)。伴随β→α相变,其在可见光区域的吸收增强,且光学带隙逐渐减小。电化学研究结果表明,两种结构的CoMoO_(4)都具有典型的赝电容特性,但α-CoMoO_(4)具有更低的瓦尔堡阻抗,且充放电容量明显大于β-CoMoO_(4),证实α-CoMoO_(4)具有更优越的电容性能,在储能领域存在较大的应用前景。

高压下磷酸酯类离子液体1-(O,O-二乙基膦酰丙基)-3-辛基咪唑六氟磷酸盐的拉曼光谱和粘度研究

磷酸酯类离子液体1-(O,O-二乙基膦酰丙基)-3-辛基咪唑六氟磷酸盐([DPPOIM][PF6])是一种新型的润滑剂材料,本文利用拉曼光谱和自制的高压粘度测量装置对其在高压的结构、相变及粘度进行了研究。基于高压拉曼光谱结果和红宝石荧光峰峰位的分析,推断[DPPOIM][PF6]的玻璃化转变压力约为2.9 GPa,[DPPOIM][PF6]在该压力点由液态转变为玻璃态。采用自制的粘度测量装置测得[DPPOIM][PF6]高压下的粘度数据,并将粘度与压力的关系进行线性拟合,获得[DPPOIM][PF6]的玻璃化转变压力点为2.6 GPa,这与分析红宝石荧光峰获得的结果基本一致。通过研究磷酸酯类离子液体润滑剂在高压下的拉曼光谱和粘度,对于拓宽其在高压等极端条件下的应用具有非常重要的实用价值。

基于多模式教学的“薄膜技术与薄膜材料”课程教学改革

“薄膜技术与薄膜材料”是材料类专业的主要课程之一。本课程教学内容是后续材料类相关课程及日后学生从事功能材料制备及应用工作的基础。针对课程教学中存在的教材内容更新慢、教学模式单一、缺乏实验实践教学等问题,本文从引入科技前沿和科研成果、融入思政教育、采用理论讲授与案例分析相结合、课下调研与课堂讨论相结合、基于教师科研开展实践教学等多种教学模式和完善考核评价方式等方面对教学改革思路和尝试进行分析总结。

基于平面互补靶标的线结构光标定系统

为提升线结构光传感器的标定效率与精度,设计了一种集成自背光可调节位姿的平面棋盘格-同心圆互补线结构光标定系统。该系统基于同心圆圆心的真实投影位置与投影椭圆圆心位置的几何关系,建立非线性优化偏心误差补偿模型,精确得到透射投影下圆心偏心误差补偿位置。该方法与传统标定方法对比降低重投影误差84.7%,有效解决了圆形标志物偏心误差补偿的高精度标定难题。通过将相机坐标系下过光心、光条中心线的平面与靶标平面结合,多次获取空间交线的坐标信息增加特征点,并使用最小二乘法拟合光平面方程,解决了因特征点少从而平面拟合标定精度较低的问题。在复杂环境下重复实验测得大尺寸砂轮外径误差均值为0.005 1 mm,结果表明该标定系统具有一定的准确性和简便实用性。

掺铒光纤自发辐射宽带光源的带宽优化研究

为了解决掺铒光纤放大自发辐射宽带光源的自然输出光谱中单峰造成的窄带宽问题,采用双程、后向光源结构消除抽运光输出,同时外接未抽运掺铒光纤以展宽可用带宽,进行了理论分析和实验验证;研究了掺铒光纤长度和光纤反射镜反射系数对光源输出光谱的影响,分析了外接未抽运掺铒光纤的长度对光源带宽的优化效果。结果表明,随着掺铒光纤长度的增加,放大自发辐射光谱C波段逐渐降低,L波段逐渐抬升;随着反射镜反射系数的增加,放大自发辐射光谱带宽提高;此外,当抽运掺铒光纤和外接未抽运掺铒光纤的长度分别为6 m和2 m时,放大自发辐射宽带光源输出带宽为50.31 nm,和未采用外接掺铒光纤时相比,带宽增加44 nm。上述研究结果可为宽带光源的性能优化提供参考。

基于POM,SAXS和Raman研究降温速率对[C_(12)mim][BF_(4)]熔体结晶过程及产物的影响

当前,高昂的生产和使用成本限制了离子液体规模化应用,如何回收再利用离子液体受到极大关注。离子液体结晶过程对研发新型回收技术至关重要,而降温速率对结晶过程有重要影响。基于此,以1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C_(12)mim][BF_(4)])为研究对象,在60~0℃范围内对其进行快速(30℃·min^(-1))和慢速(1℃·min^(-1))降温,采用偏光(POM)、小角X射线散射(SAXS)和拉曼(Raman)等技术研究了该离子液体在降温过程中的相态转变和结构变化,揭示了降温速率对其熔体结晶过程及产物影响规律。POM研究表明:在快速降温过程中,[C_(12)mim][BF_(4)]经历了“液态-液晶态-晶态Ⅰ”转变,得到了晶粒数量少但尺寸较大的“球状”晶体;在慢速降温过程中,[C_(12)mim][BF_(4)]经历了“液态-液晶态-晶态Ⅱ”转变,得到了晶粒数量多但尺寸较小的“针状”晶体。SAXS研究表明:[C_(12)mim][BF_(4)]存在两种晶体结构,分别为“正交双层相”和“三斜双层相”,且同时出现在“晶态Ⅰ”中,而在“晶态Ⅱ”中只有“三斜双层相”一种晶体结构。由此可知,“晶态Ⅰ”是混合相晶体,而“晶态Ⅱ”是单一相晶体。此外,由Raman结果可知:“正交双层相”和“三斜双层相”中[C_(12)mim]^(+)构象存在较大差异,分别为“G构象”和“A构象”。综上所述,快速降温时,[C_(12)mim][BF_(4)]经历了“液态-液晶态-晶态Ⅰ”转变过程,得到了由“正交双层相”和“三斜双层相”组成的混合相晶体,该晶体同时含有[C_(12)mim]^(+)的“G构象”和“A构象”。慢速降温时,[C_(12)mim][BF_(4)]经历了“液态-液晶态-晶态Ⅱ”转变过程,得到了由“三斜双层相”组成的单一相晶体,该晶体只含有[C_(12)mim]^(+)的“A构象”。因此,降温速率对[C_(12)mim][BF_(4)]熔体结晶过程及产物具有重要影响。该研究结果为[C_(12)mim][BF_(4)]回收技术开发提供了重要实验数据,同时对研究其他同类型离子液体的相态转变和结构变化具有指导意义。

同时输出LP_(01)/LP_(11)模式的布里渊少模光纤激光器研究

为了获得光纤激光器的基模LP_(01)和高阶模式LP_(11)同时输出,采用环形腔结构,少模光纤的受激布里渊散射效应和单模掺铒光纤的增益共同提供腔内放大,利用模式选择耦合器进行腔内模式间的转换,单模/少模光纤耦合器分别提供激光输出。实验结果表明,LP_(01)模式和LP_(11)模式能够同时输出,和种子光相比波长偏移均为0.12 nm,输出光谱信噪比分别为22.69 dB和74.827 dB,功率转换效率分别为4.6×10^(-3)%和7.827%,波长稳定性分别为0.54 nm和0.026 nm,功率稳定性分别为3.277 dB和1.262 dB。研究结果可为多输出模式光纤激光器的后续应用提供参考光源。

采用光谱技术研究[C_(4)mim][BF_(4)]的传压和测压性能

金刚石压腔是一种在实验室被频繁使用的高压产生装置,它在高压领域占据着重要地位。当金刚石压腔内传压介质只能提供非静水压环境时,利用传统的红宝石荧光光谱测压方法将很难准确测量样品压强,这也是目前超高压实验面临的普遍困难。若有一种兼具“传压”和“测压”双重功能的物质,根据“相邻位置、相近压强”原则,将能够解决在非静水压环境中测不准样品压强问题。显然,探寻兼具“传压”和“测压”双重功能的物质是一项非常重要的工作。本文将红宝石微粒与离子液体[C_(4)mim][BF_(4)]装入金刚石压腔,然后利用金刚石压腔压缩[C_(4)mim][BF_(4)]使其提供高压环境,同时采集红宝石的荧光光谱及其附近[C_(4)mim][BF_(4)]的拉曼光谱。通过分析红宝石特征荧光峰R_(1)的峰位,得到了[C_(4)mim][BF_(4)]在加压过程中提供的一系列高压环境的压强值。通过分析红宝石特征荧光峰R_(1)的峰宽,发现[C_(4)mim][BF_(4)]在0~6.26和6.26~21.43 GPa两个压强范围内可分别提供静水压环境和准静水压环境,表明[C_(4)mim][BF_(4)]在0~21.43 GPa范围内可以作为传压介质使用。此外,还发现[C_(4)mim][BF_(4)]在0~2.28,2.28~6.26,6.26~14.39和14.39~21.43 GPa四个压强范围内分别为“液相Ⅰ”、“液相Ⅱ”、“非晶相Ⅰ”和“非晶相Ⅱ”。通过分析[C_(4)mim][BF_(4)]中特征拉曼峰ν(B-F)和ν(ring)的峰位,发现在[C_(4)mim][BF_(4)]四个相态内ν(B-F)和ν(ring)的峰位随压强增加均满足线性变化关系,并给出了相应的压强与峰位关系函数,这些函数是[C_(4)mim][BF_(4)]用作压标物质的重要依据。综上所述,[C_(4)mim][BF_(4)]不仅具有“传压”功能,同时还具有“测压”功能,可同时用作“传压介质”和“压标物质”。研究结果为在非静水压环境中准确测量样品压强提供了重要依据,也为超高压条件下样品压强测量不准确问题提供了新的解决思路。

α相和β相BiNbO_(4)∶Eu^(3+)的荧光性能

采用高温固相法合成出正交相和三斜相结构的BiNbO_(4)∶Eu^(3+)样品,利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、吸收光谱和荧光光谱对样品的结构和光学性能进行了研究。结果表明:900℃合成样品为正交相结构α-BiNbO_(4),而1200℃得到三斜相结构β-BiNbO_(4)。吸收光谱得到α相和β相BiNbO4的光学带隙分别为2.69 eV和2.96 eV,与第一性原理的理论结果2.640 eV和3.032 eV相吻合。Eu^(3+)掺杂诱导二者的光学带隙蓝移至2.89 eV和3.05 eV,有效改变了其光响应范围。荧光光谱表明:Eu^(3+)在两种结构的最强荧光峰均来自5D0→7F2电偶极跃迁,最强荧光峰分别位于615 nm和611 nm。Eu^(3+)在β-BiNbO_(4)中的荧光强度更高,而且其5D0→7F2和5D0→7F1的荧光强度比值更大。与Eu^(3+)相似,Er3+在β-BiNbO_(4)中具有更高的上转换荧光强度,其强度约是在α-BiNbO_(4)中荧光的近40倍,说明三斜结构BiNbO_(4)更适合做稀土离子的基质材料。

基于掺铒光纤放大自发辐射的宽带光源优化研究

提出并设计了一种双向泵浦、双程结构的掺铒光纤放大自发辐射宽带光源。对该光源的实现方案和优化效果进行了实验研究,并分析了该光源的输出功率转化效率、光谱平坦度以及工作稳定性。结果表明,和前向泵浦ASE输出相比,该结构所产生的宽带光源泵浦转化效率提高8.24%,在不加任何滤波器条件下1525~1557 nm之间光谱平坦度提升1 dB,3 dB线宽增加24.56 nm。实现了1 h内光功率和光谱的稳定输出,可为光纤传感、光谱分析等领域提供光源。

1-丁基-3-甲基咪唑氯盐/尿素低共熔溶剂的制备及结构与性能研究

以1-丁基-3-甲基咪唑氯盐(BMIMCl)和尿素(Urea)为氢键“受体”和“给体”,通过热混合的方法对BMIMCl/Urea低共熔溶剂(DES)进行了制备。研究了摩尔分数对BMIMCl/Urea体系结构的演化及低共熔溶剂形成的影响。通过表观形态、差示扫描量热分析(DSC)、二维广角X射线衍射(WAXD)和傅里叶红外(FT-IR)对制备的BMIMCl/Urea样品进行了结构表征。结果表明,随着BMIMCl摩尔分数的增加,BMIMCl/Urea体系经历了固–固相变、非晶化和溶剂化过程;BMIMCl摩尔分数为80 mol%和90 mol%时形成了BMIMCl/Urea DES。通过对BMIMCl/Urea DES样品的交流阻抗分析,发现离子液体基低共熔溶剂具有与离子液体一样的导电性。从氢键和离子液体对称性角度分析了离子液体低共熔溶剂形成机制,为开发和利用新型离子液体低共熔溶剂提供了新的参考。

长光纤中拉曼光子时间模式的影响因素研究

在有损耗、色散和自相位调制的影响下,通过分段分析法计算了自发拉曼散射光子的二阶相关函数,研究了长光纤中脉冲光泵浦下自发拉曼散射的时间模式特性。研究结果表明:在无色散和自相位调制的情况下,自发拉曼散射光子的二阶相关函数不受泵浦光损耗的影响,仅由泵浦光脉宽和拉曼光子相干时间之间的比值决定,与自发参量下转换光子的二阶相关函数具有相同的表达式;在有色散和自相位调制的情况下,由色散和自相位调制共同引起的泵浦光脉宽变化,以及泵浦光和拉曼光子间色散致走离,使拉曼光子的时间模式发生改变。自发拉曼散射光子的二阶相关函数取决于光纤损耗系数、色散参数和初始泵浦光脉宽等因素,不再与自发参量下的转换光子相同。