井下短距离声波通信技术是将近钻头传感器测量的井眼信息传输到随钻测量仪(MWD)的关键。为了探究声波载波信号在短距离钻杆中的传输特性，采用有限元法建立1.28?m长的钻杆模型，对钻杆施加频率为20?Hz，占空比为50%的激振载荷，模拟计算钻杆径向接收点响应和钻杆结构的特征频率，并分析声波在短距离钻杆中的传输特性。结果表明，当钻杆在初始条件下受到激振载荷作用时，钻杆接收点的声波信号整体具有一条呈指数形式衰减的包络曲线，其内部为幅值逐渐衰减的余弦周期信号，并最终稳定在新的平衡位置；当钻杆继续受载荷作用后，声波信号会在之前稳态的基础上继续衰减，最终逐渐衰减并稳定在初始状态，仿真结果及理论分析与实验结果吻合良好，为声波在多钻杆中传输的仿真提供基础模型。

BixOyBrz光催化剂在有机药物废水处理领域有着非常广阔的潜在应用价值，但因光生电子和空穴的快速复合而表现出较低的光催化效率，进而限制了其应用范围。通过简易的水解-焙烧法原位制得一种新型的Bi3O4Br/Bi12O17Br2复合光催化剂，并以磺胺甲噁唑(SMX)为模拟药物污染物进行了光催化性能测试，对所制催化剂进行了X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、电化学阻抗(EIS)、光致发光光谱(PL)等表征。结果表明所制备的Bi3O4Br/Bi12O17Br2复合光催化剂具有较强的光生载流子分离率、较低的界面电荷转移电阻，进而展示出优异的光催化降解SMX性能，在模拟太阳光下照射30 min，SMX降解率达到87%，相较于纯的Bi3O4Br和Bi12O17Br2催化剂，降解率分别提升了30%和24%。最后基于自由基捕获实验和催化剂能带结构分析了所制催化剂的降解机理。

1024 nm波长的脉冲激光在角分辨光电子能谱测量等领域有着不可或缺的用处,因此采用基于非线性偏振旋转(NPR)锁模的全正色散掺镱光纤激光器作为种子源,搭建了包含光纤可调滤波器的主振荡功率放大系统,实现了1024 nm激光放大输出。理论上基于金斯伯格-朗道方程模拟了NPR锁模的耗散孤子脉冲演化过程,实验上获得了耗散孤子脉冲输出,并且研究了锁模脉冲的建立过程,将其与理论仿真结果相比,结果基本吻合。通过可调滤波器对种子光进行滤波,并进行预放大及放大实验,当放大级泵浦功率为5 W时,得到中心波长为1024 nm、平均功率为1.1 W、脉冲能量为51 nJ、重复频率为21.5 MHz、信噪比为67.5 dB的稳定锁模脉冲输出。

为提高钛合金的高温抗氧化性能, 采用激光熔覆原位自生技术, 在TC4钛合金表面自行设计并制备了原子百分比为Ti∶Al∶Si=41∶41∶18和Ti∶Al∶Si=35∶35∶30的两种涂层。通过XRD、OM、SEM表征了涂层的微观组织和物相组成; 借助管式电阻炉测试了涂层和基体试样在800 ℃×24 h×5次循环氧化条件下的高温抗氧化性能; 结合氧化增重和氧化动力学曲线分析了涂层的高温抗氧化机理。结果表明, 涂层主要由Ti5Si3、Ti7Al5Si12、Ti3Al、TiAl和TiAl3等物相组成。涂层中没有出现一般激光熔覆所产生的外延生长柱状晶组织, 全部为细小等轴晶。在800 ℃×24 h×5次循环氧化条件下, TC4基材单位面积的氧化增重约为35.1 mg·cm-2, 涂层的约为2.8 mg·cm-2和3.3 mg·cm-2。两种涂层的高温抗氧化性能较钛合金基材分别提高了12.5倍和10.6倍。激光熔覆原位自生Ti-Al-Si复合涂层能明显改善TC4钛合金的高温抗氧化性能。涂层抗氧化性改善的机理, 一方面是表面生成了连续致密的TiO2、Al2O3、SiO2氧化层, 阻碍了氧扩散; 另一方面是提高了氧化层的黏附性, 使氧化层不易从涂层表面剥落, 对涂层未氧化部分起到了很好的保护作用。

针对室内可见光通信中光学天线存在的视场小、接收面光能分布不均匀,以及低功率光源条件下接收功率低的问题,设计了作为可见光通信系统光学天线的平板型聚光器,推导出适用于平板型聚光系统的光学增益理论公式。在一个(5×5×3) m房间中对平板型聚光器作为光学天线的接收功率分布进行仿真,得到直射和非直射链路信道下视场角为50°的平板型聚光器接收房间内各位置的光功率比直接探测时分别提升了16.2411 dBm和16.4956 dBm。

基于CCD的侧向散射激光雷达不受几何因子的影响,是探测近地面气溶胶的有力工具。夜晚的探测技术已成熟,由于背景光中夜晚的月光和星光远弱于白天的太阳光,故利用夜晚探测技术得到的白天气溶胶信噪比很低。实验中选用窄带滤光片和小张角镜头,通过校正窄带滤光片透射率、缩短单次曝光时间、多次曝光平均等技术可有效提高白天探测气溶胶的信噪比。白天个例表明,侧向散射激光雷达与后向散射激光雷达反演的气溶胶后向散射系数廓线在0.75~1.50 km范围内的变化趋势一致,并对0.75 km以下侧向散射激光雷达探测的正确性进行了验证。对合肥地区近地面气溶胶后向散射系数进行了37 h的连续昼夜探测,并与同一地点的温度、PM2.5质量浓度联合进行分析。研究表明,改进后的白天侧向散射激光雷达技术是正确、可行的。

基于微分几何原理,结合折射、反射定律以及能量守恒定律,将太阳能聚光问题转换成一个带有非线性边界条件的椭圆型Monge-Ampére方程,并建立了相应的数学模型。根据该数学模型,设计了自由曲面聚光器,利用光线追迹软件对所设计的自由曲面聚光系统进行了模拟研究。结果表明: 在考虑菲涅耳损失和光学材料的吸收情况下,当实际太阳光线以0.27°的发散半角入射时,1000 mm长度的自由曲面聚光器的几何聚光比达到500,聚光效率为77.5%。通过该方法设计的自由曲面具有很高的设计自由度,为设计不同程度聚光需求的太阳能聚光器提供了可能。

由于大部分环境样品的浓度非常低, 为了实现其直接检测, 提出将一种集成化的微型富集器应用到色谱系统中。富集器可实现色谱系统的进样与样品富集,能将色谱仪的检测限提高1~2个数量级。设计的富集器采用了高容量4平行通道结构,沟道内填充了高吸附率的Tenax-TA吸附材料,来实现对环境样品中挥发性有机化合物组分的富集。此外,为了密闭热解吸过程中所释放的组分,在微型富集器后集成了微型阀。试验结果表明,研制的微型富集器取得了15倍以上的富集因子。而且,通过微阀的控制,色谱峰的拖尾和峰展宽得到了有效的控制。因此,该微型富集器可广泛应用到环境样品的快速检测中,提高各检测器对复杂环境的适应能力。

为了实现高阻值纳米薄膜材料的热电系数测量, 搭建了一套塞贝克系数测量系统。研究了该系统的温控精度和温差生成机制并测量了高阻值条件下微弱电压。首先, 建立了高真空度和带有多重电磁屏蔽的真空测试环境; 然后, 设计了高稳定度温差控制平台, 以便为测试样品提供可控温差; 同时根据高阻条件下的微弱电压的检测要求, 消除了检测通道的漏电流和分布电容的影响。最后, 提出了一种循环温差的测量方法, 用于有效去除分布电容引起的塞贝克电压长期漂移。采用该方法对高阻值的有机半导体材料进行了塞贝克系数的测定, 结果显示: 阻值高达7×1012Ω的有机薄膜材料的塞贝克系数的测量精密度<2%,温度控制精度为±0.001 K。得到的结果表明, 该系统能够实现对样品阻值高达1012Ω的纳米薄膜材料的塞贝克系数的测量。

为了满足环境监测等多种场合的需要,设计了一种新型便携式表面等离子体谐振(Surface Plasmon Resonance,SPR)生化传感系统.系统包括驱动流通单元、SPR传感器单元和控制处理单元.驱动流通单元实现了两种样品自动进样检测;SPR传感器采用固定光路的结构,缩小了系统的体积;控制处理单元采用USB2.0接口芯片EZUSB FX2系列作为数据传输的核心芯片,外接CPLD、RAM和高速AD,大大提高了系统的测量精度和灵敏度.