OPO—CARS光谱技术与微量气体浓度的测量

本文利用相干反斯克斯拉曼光谱（CARS）技术,根据在低浓度时极化率的共振项对非共振项的调制与被测气体的浓度有关,提出了通过测量调制度求出微量气体浓度的方法,建立了共振极化率的调制度与被测气体浓度,温度之间关系,验证了数量关系式的正确性,其结果理论值与实验值在低浓度范围内的偏差不超过4．5％,并实测了酒精火焰中不同位置处的CO浓度,讨论了气体温度等因素对测量结果的影响。     

基于TDLAS的气体检测技术算法

可调谐二极管激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）技术是一种具有高灵敏度、高分辨率的气体吸收光谱检测技术,具有响应快、精度高、单模特性优秀、通用性强等优势。TDLAS直接吸收法通过测量绝对吸收强度来计算待测气体温度和浓度,但容易受到颗粒物浓度、激光强度波动等影响。TDLAS波长调制法采用高频正弦信号对激光器进行调制,使得激光输出频率和强度同时受到调制,具有高信噪比和灵敏度的特点,但是需要通过标定实验或复杂的算法来确定气体参数。因此,通过吸收光谱理论和波长调制理论,推导出蕴含分子吸收信息的谐波通项表达式,并在此基础上分析谐波信号与待测气体绝对吸收强度之间的关系,建立了一种基于谐波信号的绝对吸收强度测量算法。以NH3分子在1 531 nm附近的谱线为例进行数值分析,发现调制幅度达到a=0.032 cm-1（调制系数m=2）时,仿真结果与理论计算结果（a=0）相对误差不超过2%,进一步验证了算法的可靠性与准确性。     

基于峰宽修正的玻璃药瓶内氧气残留浓度的检测研究

玻璃药瓶中的氧气残留对瓶中药品的无菌特性造成了严重的威胁。采用波长调制光谱（Wavelength Modulated Spectrum, WMS）技术解调得到的二次谐波信号峰高值作为氧浓度反演的基础。然而,在用二次谐波信号测量气体浓度时,由于调制深度的变化会导致二次谐波峰值的变化,这通常会给系统带来误差,进而降低浓度的反演精度。而调制深度受调制电流波动、温度和压强变化等因素的影响不能直接计算获得进而修正。针对这一问题,本文成功地将调制深度与二次谐波峰高的关系转换为二次谐波峰宽和峰高的关系。然后,利用峰宽校正后的谐波峰高对气体浓度进行反演。初步实验表明,利用峰宽校正后的谐波峰高对瓶内气体浓度进行预测的准确性提高了2.1%,且系统的整体鲁棒性也得以提升。本文提出的校正方法不需要系统参数信息与气体成分信息,可以直接从谐波信号本身出发对调制深度进行校正,十分适合于工业现场的在线氧气浓度预测。     

基于可调谐掺铒光纤激光器和掺铒光纤放大器的光声光谱气体分析仪

光声光谱技术用于检测低浓度乙炔气体具有灵敏度高、连续和快速实时在线测量的特点.采用近红外可调谐掺铒光纤激光器(TEDFL)串接大功率掺铒光纤放大器(EDFA)作光源,采用一阶纵向共振式双程吸收光声池,并运用波长调制和二次谐波榆测技术,研制出一种新的高灵敏度微量气体近红外光声光谱分析仪.在常温常压下对低浓度乙炔气体的实验测量结果表明,该系统的极限检测灵敏度达到1.3×10-9,其线性响应相关度达到0.99957,能够满足工业、环境监测和电力系统等对乙炔检测和分析的需要.     

准连续调制激光吸收谱测量CO气体系统研究

准连续信号是一种重要的调制信号形式,在多个领域有广泛应用。准连续调制激光吸收谱是准连续信号典型应用之一,具有响应迅速、检测精度高、检测限低的特点。在地震、塌方、火灾等灾害环境下,由于堆积形成复杂封闭环境或燃烧不充分有可能产生极易燃爆的CO有毒有害气体。因此,灾害现场破拆机器人进行救援时,需要对现场的气体环境进行监测和分析,避免造成二次爆炸伤害。本系统对CO气体展开研究,采用准连续调制激光吸收谱技术,搭建测量实验系统,实施了改变浓度、压力和温度条件的CO测量实验,得出了准连续调制激光吸收谱2f信号幅值与CO浓度、实际测量时的压力、温度的关系模型。这些关系模型可使破拆机器人在灾害现场根据测量系统实际测得的压力和温度值对CO气体的浓度进行相应的压力以及温度补偿。     

热极化光纤中线性电光系数对调制频率的响应

热极化方法可在熔石英熊猫保偏光纤器件中产生线性电光效应,由此可制成热极化光纤器件.为获得热极化光纤器件的调制频率响应特性,进行了热极化保偏光纤的调制频率响应实验研究,并探讨了其机理.实验表明,已制成的热极化熊猫光纤,在其上所加调制频率小于1 kHz的范围内,会使极化产生的线性电光系数产生声频共振.当调制频率大于2 kHz后,电光效应基本不受调制频率的影响.机理分析表明,热极化使非晶态的熔石英光纤中形成了类晶体结构.极化光纤中产生的反压电效应会导致器件的线性电光系数产生声频共振.     

亚波长金属光栅/电介质/金属混合波导传感结构的研究

提出了一种亚波长金属光栅/电介质/金属混合波导传感结构,在结构中可产生导模共振模式、表面等离子激元共振模式和局域表面等离子体模式,模式之间互相耦合,从而在反射光谱中形成两个窄带共振缺陷峰。通过研究共振缺陷峰处磁场分布和结构参数对反射谱的影响,分析了结构中的共振模式。根据导模共振原理和表面等离子体共振形成条件,建立共振缺陷峰波长与结构参数之间的关系模型,通过观察共振缺陷峰波长的漂移实现待测样本气体浓度的动态实时监测。以多孔硅为传感载体、甲醛气体为待测样本,分析传感器的品质因数和灵敏度。结果表明,两个窄带共振缺陷峰的品质因数分别可达42.3RIU-1和78.5RIU-1,灵敏度分别为466nm/RIU和628nm/RIU。     

苯的二级相干反斯托克斯喇曼散射

相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)的特点在于它落在无萤光的很大的光谱区内,S/N比高,其强度比自发喇曼散射强几个数量级,而且有方向性。因此,这种技术引起激光喇曼光谱学的革命性变化。它可以被用于测量喇曼介质的非线性极化率,测量极低浓度的溶液或气体浓度以及含H_2火焰中的H_2浓度和温度。近几年来已引起物理、化学和生物学界很大的兴趣。 CARS过程有一共同点:要求既要实现共振(满足频率差ωp-ωs_1=△ω相当于一个     

基于超表面的超宽带线极化转换特性研究

极化转换在太赫兹调制领域具有重要的研究意义和应用价值。传统的极化转换器件存在尺寸大、集成度低、损耗高、带宽窄等诸多不足。该文提出一种对称“山”型超表面共振单元结构,可用于实现反射、透射极化转换器件的设计。其中反射型器件实现了极高极化转换率的宽带线极化转换,透射型器件实现了相对带宽达135.5%的超宽带线极化转换。采用各向异性理论分析了反射型器件产生极化转换的机制,并基于多重干涉理论对共振结构阵列与金属背板构成的类F-P腔进行了计算,计算结果与仿真吻合较好。进一步使用正交线栅类F-P腔与共振结构阵列,构成透射型器件,并深入分析了共振单元结构不同部分对宽带极化转换的贡献,讨论了不同结构形成的极化转换频段间的耦合方式。研究结果为基于固定相位差的超宽带偏振极化转换器件的实现以及超表面类F-P腔应用提供了新的思路。     

表面等离子体共振(SPR)薄膜传感器的研究

利用自制的棱镜型表面等离子共振（SPR）传感器,在固定入射光波长632＋8nm激光入射下,被测样品为空气,研究了金属薄膜分别为Al膜、Ag膜及Au膜时的反射光功率与入射角之间的关系,讨论了Al薄膜厚度对表面等离子共振灵敏度的影响。     

硅氢键对波导表面光滑化影响的理论仿真

低损耗高Q值硅基纳米光波导谐振腔,是高灵敏探测器、生物传感器、光通讯器件等发展的关键。而波导表面粗糙度会造成较大的光传输损耗,是制约硅基纳米光波导谐振腔Q值提高的一个重要因素。降低硅基纳米光波导表面粗糙度已成为光波导器件发展的一个关键问题,氢退火工艺是当前改善波导表面粗糙度的一种关键技术。基于表面硅氢键流密度理论,利用Materials Studio软件模拟氢退火光滑化处理过程中硅与氢之间的反应,搜索反应过渡态,探究硅氢键、温度等因素对反应的影响。结果表明:在高温氢退火氛围下,波导表面硅原子与氢原子之间能够形成硅氢键,且温度越高,在硅氢键作用下表面硅原子迁移速率越快,表面由高能态向低能态过渡,表面光滑化效果越明显。     

Novel optically excited resonant pressure sensor

A novel pressure sensitive microresonator structure has been fabricated by anisotropic etching of silicon. An intensity modulated laser beam is focused onto the resonator and generates transverse vibrations, which are detected using optical heterodyne interferometric techniques. The pressure and temperature dependence of the resonant frequency of this structure is reported     

带宽与谐振波长同时可调双环滤波器设计与分析

文中提出了一种基于双波导双微环-MZ干涉仪的简单、新颖的带宽和谐振波长同时可调的带通滤波器。通过耦合模理论,推导了此结构的透射率公式,利用MATALAB软件编写程序,模拟了微环温度的改变、不同环之间的温度差、耦合器的分柬比对谐振波长和带宽可调性的影响。结果表明微环温度的改变会使谐振波长移动,不同环之间的温度差会影响滤波器的带宽,耦合器的分束比会使透射谱出现不对称性。这些结果对微环谐振滤波器的开发与应用具有重要指导意义。     

Direct modulation of double-heterostructure lasers at rates up to 1 Gbit/s

Mesa-stripe double-heterostructure lasers operating at room temperature with direct-current bias close to threshold have been directly modulated at gigabit rates. The distortion and ringing effects expected at these frequencies as a result of resonant coupling between photon- and electron-density distributions were found to be suppressed over a range of bias levels. This is thought to result from the multimode behaviour of the device.     

Rapid MRI of short t2 species with multiple small angle excitations and time-varying gradients

Images weighted by transverse relaxation time T2 have established efficacy in tissue characterization and enhanced the sensitivity and specificity of the diagnosis of pathology in many organ systems. While relatively long echo times (TE) on the order of 50-100 ms appear to improve image contrast, they do so at the expense of a loss of information, namely short T2 species. This precludes the correlation of complex determinants of tissue T2 decay such as the modulation of intrinsic dipolar interactions by molecular processes like proton exchange, proton transfer, and diffusion, with biological factors such as the degree of tissue hydration (compartmentalization), oxygen content, and temperature. We present a rapid MRI technique that employs multiple small angle excitations synchronized to periodic gradient fields to image both a short T2 species that is not visualized and several long T2 species that are seen with a current spin echo and gradient recalled echo technique (TE = 12.5 ms). The unique phase modulation to which each point in space is subjected is decoded through long term integration of the product of the observed periodic steady-state (dynamic equilibrium) signal and a phase demodulation kernel. Whereas gradient recalled echo techniques with static readout gradients are extremely sensitive to main magnet inhomogeneities, susceptibility changes, and chemical shifts, the decoding operation above can be modified to provide a relatively high degree of immunity to these variations. Furthermore, continuous cosinusoidal gradients enable the use of resonant gradient circuitry to eliminate switching transients and to dissipate less power for comparable amplitudes.     

Resonant tunneling permeable base transistors with high transconductance

A GaAs-based resonant tunneling permeable base transistor has been developed and evaluated at room temperature. The transistor is fabricated by overgrowing a tungsten gate placed next to an AlGaAs-GaAs-InGaAs resonant tunneling heterostructure. By changing the gate voltage, the effective conducting area of the tunnel diode can be modulated and the collector-emitter current thus controlled. Peak currents above 300 mA/mm and a maximum transconductance of 270 mS/mm have been obtained.     

驻波声光效应对激光相干性的两维调制

给出两维超声驻波调制光学相干度的理论,并作出了相应分析。理论结果表明,当使用具有同频且相位相关的两维超声驻波场时,两超声场间的相位差(即关联因子)对相干度调制有显著影响,而在使用超声行波时这种影响则很小。 用交叉电极和电光晶体声共振效应激励起来的两维超声驻波场进行了实验,结果与理论分析大体相符。     

Approximate approach to the design of shielded dielectric diskresonators with whispering-gallery modes

An analytical method is presented for calculating the resonant frequency and the Q-factor of shielded dielectric disk resonators excited in whispering-gallery modes. The method is based on a single-mode representation of electromagnetic fields in partial regions of the resonator. For high order modes with high degree of energy concentration in the dielectric this method gives a good agreement with experimental results obtained for different sapphire disks at both room temperature and cryogenic temperatures     

GaAs/AlAs异质谷间转移电子器件动态工作模式的模拟研究

使用量子阱能带混合隧穿共振理论及MonteCarlo模拟方法计算了GaAs／AlAs异质谷间转移电子器件的静态和动态工作特性．发现有源层中的电场及Г、X和L三能谷的电子布居基本上可分为强场立能谷区和弱场耿氏区两部分．控制掺杂接日的浓度能调制这两区域的相对大小，控制两种谷间转移电子效应的相互作用，从而改变器件的静态和动态性能动态模拟给出了器件的新射频工作模式：上能谷电子区的宽度调制和低场耿氏区电场的上下浮动．运用这一工作模式解释了器件的各类新工作特性，并且提出了利用这种量子阶控制极来制作新的异质谷间转移电子三极管的可能性