1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 山东师范大学物理与电子科学学院，山东 济南 250358
回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。
部分相干光场 矢量光场 光场调控 相干与偏振 光场相干结构调控 光学学报
2024, 44(10): 1026007
利用电磁辐射信号进行雷电源探测和定位是当前雷电研究的重要探测手段, 其定位结果的准确性对正确认识闪电的放电机理非常重要。本文通过数学推导建立了多普勒效应在球坐标下的定位影响理论模型; 用 Matlab软件进行模拟, 分析了多普勒效应对阵列接收信号的影响及误差, 研究了多普勒效应对运动雷电源定位结果产生的影响。研究结果表明, 多普勒效应对于不同类型、不同距离、不同高度的闪电影响程度不同; 根据雷电发展的不同阶段, 雷电源的运动速度不同, 多普勒效应带来的误差也不同, 且其带来的误差是不可忽略的。该研究对实现更高时空分辨力的运动雷电源定位结果和雷电的精细化研究具有重要意义。
多普勒效应 定位 波束形成算法 运动源 雷电源辐射 Doppler effect positioning beamforming algorithm motion source lightning source radiation 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(9): 1135
1 广东工业大学材料与能源学院，广州 510080
2 中国科学技术大学材料科学与工程系，合肥 230026
钠金属负极由于其理论比容量高(1 165 mA·h·g-1)、氧化还原电势低(-2.71 V vs.标准氢电极)和成本低，被认为是超越锂离子电池技术的理想候选材料。然而钠金属负极在实际应用中表现出钠枝晶生长和体积膨胀，导致其Coulomb效率低、循环寿命短等问题，这限制了其进一步发展。针对这些问题，研究者进行了大量工作，发现降低钠金属负极局部电流密度、增加钠成核位点、适当构建集流体孔隙缓解体积膨胀等手段，可以有效提高钠金属负极的循环稳定性。为此，本综述讨论了钠金属负极的主要问题；总结归纳了电沉积钠金属负极集流体的改性策略，包括三维集流体设计，掺杂、缺陷工程，晶种引入，缓冲层修饰；最后对高安全、高比能钠金属电池的未来发展提出展望。
钠金属电池 钠金属负极 集流体 sodium metal battery sodium metal anode current collector
非饱和状态下混凝土的冻融破坏与饱和状态混凝土的破坏机理和损伤形态有着很大的不同。为了探究冻融环境下非饱和水泥基材料的吸水性能和微结构的劣化, 设置了?傆b10 ℃~4 ℃、?傆b20 ℃~4 ℃、?傆b30 ℃~4 ℃、?傆b40 ℃~4 ℃ 4个冻融循环制度, 探究非饱和水泥净浆在不同最低冰冻温度影响下的吸水特性, 之后对单面浸水非饱和水泥净浆进行最低?傆b40 ℃的冻融循环作用23次, 并对距离水面不同高度处的试样进行微结构分析。结果表明: 非饱和水泥净浆的吸水率随着冻融循环次数的增加而增大, 冰冻温度越低, 吸水率越大, 表明冷吸作用越大; 经历同样冻融循环次数后, 距离水面越近的部位表现出孔隙率越大、微裂纹体积分数越大, 其中小孔含量较少、大孔含量明显增大, 即距离水面越近冻融损伤越严重。
非饱和水泥净浆 冻融循环 吸水性 微结构 unsaturated cement paste freeze-thaw cycle water absorption microstructure
1 江西省放射性地学大数据技术工程实验室, 江西南昌 330013
2 江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心, 江西南昌 330013
3 放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室, 江西南昌 330013)
为解决多种数据类型兼容的并行采集困难、接入计算机串口资源匮乏、采集数据传输误码率高等诸多问题, 设计并实现了多串口映射 TCP端口(MSMTPS)的多种核辐射数据类型连续并行采集系统。采用以太网实现核辐射数据采集系统与计算机的数据交互, 系统由 STM32F103处理器与 W5500以太网芯片构成, 具有多个串口同时与以太网口交互的能力。为接收不同辐射数据的串口分配队列缓冲区, 使多个串口与同一个 TCP端口映射, 基于 TCP端口与上位机建立连接, 实现多类串口与单网络端口双向快速传输。测试使用 3个串口, 分别以 0.5 s,1 s,5 s时间间隔发送, 各发送 498 bytes,499 bytes,499 bytes数据, 连续发送 10 min。结果显示系统传输稳定, 无误码, 符合设计要求。
多串口映射 TCP端口 异构数据 连续采集 Multiple Serial ports Mapped TCP ports heterogeneous data continuous acquisition 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(10): 1095
1 济南大学前沿交叉科学研究院，济南 250022
2 山东大学晶体材料研究所，济南 250100
传统光催化是光照射半导体催化剂时经表面光电耦合产生的载流子对有机污染物降解。这种外通光光催化模式使得光的利用率低、催化剂易失效、回收利用困难、难以实现连续水处理，制约了其在环保中的应用。本研究提出利用光的波导传输与界面耦合原理，通过在非晶光导纤维表面组装四氧化三锡纳米片，实现光的收集、传输及向纳米晶中注入，和内通光模式的光催化，从根本上解决上述问题。实验证明了四氧化三锡/光导纤维具有增强的光催化性能。这一研究首次提出光催化为目的非相干光波导传输和内通光光催化，拓宽了光波导理论并提出新的光催化反应机制，具有重要理论价值和巨大的工业应用前景。
光催化 四氧化三锡 光导纤维 降解 通光模式 photocatalysis tin oxide optical fiber photodegradation light pass mode
1 东华理工大学江西省放射性地学大数据技术工程实验室，江西 南昌 330013
2 东华理工大学江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心，江西 南昌 330013
3 东华理工大学软件学院，江西 南昌 330013
智能算法在对谱峰重叠严重的复杂地质样品进行分析时, 往往存在计算量过大、 弱峰误差较大、 收敛于局部极小值或不收敛等问题。 量子遗传算法因其具有良好的收敛性, 可用于X射线荧光光谱重叠峰的分解。 针对X射线荧光分析过程中经常遇到的谱峰重叠问题, 提出了一种基于元素关联高斯混合模型(GMM-ER)和多适应度量子遗传算法的重叠峰分解方法。 首先介绍了基于元素K系和L系特征X射线的重叠峰GMM-EB模型。 然后基于X射线荧光光谱的物理特性, 对传统量子遗传算法进行了改进, 引入了多适应度函数。 由锰、 铁、 钴和镍的特征X射线产生一段谱峰严重重叠的模拟光谱, 然后基于GMM-EB模型, 分别用传统量子遗传算法和改进的多适应度量子遗传算法对模拟光谱进行了10次解析。 实验结果显示, 改进后的量子遗传算法的重叠峰分解精度平均提高了32.1%, 最佳分解精度提高了73.9%。 应用改进量子遗传算法进行分解时, 含量比例低的元素分解精度得到较大改善, 最佳情况下元素分解的相对误差范围缩小了64.5%。 并且, 改进算法收敛速度快于传统算法。 该方法适合严重重叠谱峰的分解, 且对弱峰有较高的分解精度。
X射线荧光光谱 重叠峰分解 GMM-EB模型 量子遗传算法 X-ray fluorescence spectrum Decomposition of overlapping peaks GMM-EB model Quantum genetic algorithm
1 深圳大学生命与海洋科学学院, 广东省植物表观遗传学重点实验室, 广东 深圳 518060
2 深圳大学龙华生物产业创新研究院, 广东 深圳 518060
3 深圳大学物理与光电工程学院, 广东 深圳 518060
细胞是动植物结构和生命活动的基本单位。 细胞过程的一个重要特点就是其生化组分在时空调控上的相互作用关系。 然而, 利用传统的生化方法（如酵母双杂交系统、 pull-down系统等）很难在空间上评估活细胞内分子间的相互作用。 光学技术的快速发展, 为研究活细胞中生物分子的时空动态提供了新的遗传研究工具, 其中荧光共振能量转移-荧光寿命显微成像（FRET-FLIM）技术在实时探测分析活细胞中生物大分子构象变化和分子间动态相互作用过程具有独特的优势, 如: 实现对活细胞的实时“可视化”研究, 同时具有高时空分辨率; 检测更加灵敏、 结果可信度高; 且基于简易的数学运算完成简单快捷的分析程序。 介绍FRET-FLIM技术的理论背景知识, 对比了该技术与传统蛋白相互作用技术研究的利弊, 同时归纳了其在蛋白相互作用、 细胞生物学和疾病诊断等方面的最新应用研究进展, 最后总结和讨论了FRET-FLIM技术的未来发展趋势, 以期能够为揭示活细胞的结构和细胞过程相关研究提供新的见解。
荧光共振能量转移 荧光寿命显微成像 蛋白相互作用 疾病诊断 Fluorescence resonance energy transfer (FRET) Fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) Protein interaction Disease diagnosis 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1023
东华理工大学江西省放射性地学大数据技术工程实验室, 江西 南昌 330013
重峰分辨能力和弱峰识别能力是衡量X射线荧光光谱寻峰的关键性指标, 常见寻峰方法难以同时满足较高的重峰分辨能力和弱峰识别能力。 应用单个常见寻峰方法对复杂地质样品的X射线荧光光谱寻峰, 往往难以识别出光谱中所有的特征峰。 通过对导数法、 小波变换法等经典寻峰方法的分析, 可知: 导数法具有较强的弱峰识别能力, 但光谱的光滑效果影响光谱寻峰结果; 小波变换法具有较强的重峰分辨能力, 但小波分解尺度的选择影响光谱寻峰结果。 提出了一种基于导数法和小波变换法的X射线荧光光谱自适应寻峰算法。 该算法先对原始光谱进行连续小波变换, 得到不同分解尺度的小波变换系数谱; 然后对不同分解尺度的小波变换系数谱进行一阶导数寻峰并合并寻峰结果; 最后根据X荧光分析仪的能量刻度和元素特征X射线参数表确定原始光谱中元素特征峰。 该算法在寻峰过程中, 无需对原始光谱进行光滑, 也无需确定光谱的小波变换分解尺度。 应用一阶导数法、 连续小波变换法和该算法对一标准样品的X射线荧光光谱进行寻峰。 实验结果表明: 该算法具有较高的重峰分辨能力和弱峰识别能力, 优于导数法和小波变换法在寻峰中的表现, 并在实际应用生产中取得了优良效果。
X射线荧光光谱 寻峰 导数法 小波变换 X-ray fluorescence spectrum Peak finding Derivative method Wavelet transform 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3930
快脉冲直线变压器驱动源 (FLTD)是目前经济、高效构建大型脉冲功率源的重要技术途径，但其多 “子块”串并联的电路拓扑对开关提出极严苛的技术要求。针对多开关同步时系统自放电概率骤增的难题，开展 FLTD气体火花开关自放电特性研究。选取三电极场畸变和多间隙两种典型开关结构，在 ±100 kV条件下研究放电电流和开关结构参数对自放电概率的影响规律。研究结果表明， 29 kA脉冲电流多次作用下，三电极场畸变开关和六间隙开关自放电电压均服从 Weibull分布，三电极开关放电分散性约 4%，而六间隙开关放电分散性超过 15%，两类开关均出现较明显的提前放电现象。分析认为开关放电分散性大与中间电极悬浮导致间隙电压分布不均有关，采用电阻强制均压的方式，三电极场畸变和六间隙多通道开关放电分散性明显减小，分别减小至 2%和 5%。
快脉冲直线变压器驱动源 气体火花开关 三电极场畸变 多间隙 自放电概率 Fast Linear Transformer Driver gas spark switch three -electrode field distortion multi-stage pre -fire probability 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(5): 919
