1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
提出并理论研究了基于三段式分布式布拉格反射（DBR）半导体激光器的噪声共驱混沌同步。互相关与关联维分析表明，噪声光注入强度在0.34~0.83内时，一对参数匹配的DBR激光器可以实现混沌同步。更重要的是，混沌同步对激光器光栅区、相位区参数失配非常敏感，具有更大的硬件参数空间；通过对光栅区电流进行调制，可实现快速的混沌同步开关键控，其同步恢复时间仅约为4 ns。利用DBR激光器混沌同步有望实现高速安全的混沌激光密钥分发。
激光器 混沌激光 混沌同步 半导体激光器 密钥分发 光学学报
2022, 42(23): 2314003
1 西安石油大学理学院, 陕西 西安 710065
2 西北大学物理学院, 陕西 西安 710069
提出一种基于光子晶体光纤(PCF)的光纤迈克耳孙干涉仪,传感器结构由单模光纤(SMF)与一段PCF熔接构成。SMF与PCF之间的粗锥作为耦合器,既能激发出PCF中的高阶包层模,又能耦合PCF端面反射回的纤芯基模与高阶包层模,形成模间干涉。由于PCF中的空气孔全部暴露在环境中,湿气与光纤充分作用,有效提高了传感器的湿度灵敏度。传感实验结果表明,在30%~90%的相对湿度范围内,传感器的湿度灵敏度为-0.095 dB/%,线性拟合度为0.998;在20~100 ℃的温度范围内,传感器的温度灵敏度为0.008 nm/℃,线性拟合度为0.997,温度引起的湿度测量误差为0.01%/℃;稳定性实验结果显示,该传感器的湿度测量标准误差为0.25%;呼吸测试表明,传感器的响应时间为190 ms。所设计的传感器结构简单、制作简便、灵敏度高、稳定性好、响应快,在湿度监测领域有较好的应用前景。
光纤光学 湿度传感器 迈克耳孙干涉仪 光子晶体光纤 湿度灵敏度 光学学报
2020, 40(24): 2406002
1 南昌大学 材料科学与工程学院, 南昌330031
2 东华理工大学 化学生物与材料科学学院, 南昌330013
普鲁士蓝(PB)是一种金属有机骨架配合物, 作为正极材料在水系钠离子电池中有广泛的应用前景。本文采用单一源法制备PB, 系统研究了反应温度、反应时间以及盐酸浓度对PB形貌结构和电化学性能的影响。研究结果表明, 升高反应温度能提高PB结晶性和循环稳定性, 以80 ℃合成的PB为正极材料组装的电池在100圈充放电循环后容量保持率为93.9%。延长反应时间可以使PB粒径增大, 但是反应时间超过6 h后PB粒径基本保持不变。延长反应时间有利于提高循环性能, 10 h所合成PB组装的电池在100圈充放电循环后容量保持率可以达到90%。提高盐酸浓度会改变PB的表面形貌, 同时改善电化学性能。盐酸浓度为0.20 mol/L时, 所得PB组装的电池经过100个循环后, 比容量仍有67.5 mAh/g。本研究可以为制备高性能PB基水系钠离子电池提供理论和实验指导。
水系钠离子电池 单一源法 普鲁士蓝 循环稳定性 aqueous sodium-ion battery single source method Prussian blue cycle performance
1 西安理工大学 材料与工程学院, 西安 710048
2 宝鸡文理学院 物理与光电技术学院, 陕西 宝鸡 721016
3 西北工业大学 理学院, 西安 710072
基于自旋密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波模守恒赝势方法, 确定了准确计算Zn16O16超晶胞各原子对应的U值; 通过计算形成能和化学键的布局分析了掺杂结构的稳定性; 通过原子电荷布局和自旋电子态密度的计算分析了掺杂结构的能带结构和磁性状态; 讨论了各稀土原子掺杂对ZnO吸收光谱的影响. 结果表明: 稀土元素的引入使晶格膨胀, Zn-O键最长键增大而最小键减小, 导致氧四面体畸变; Y/La/Ce掺杂的ZnO具有亚铁磁性，Th掺杂ZnO则呈弱铁磁性, Ac掺杂ZnO为顺磁体; 稀土元素使ZnO的价带和导带下移, 费米能级进入导带, 增强了体系的电导率; Y/La/Ac掺杂对ZnO带隙宽度的影响较小, 吸收光谱略微蓝移, 而Ce /Th掺杂则有效提升了ZnO对可见光的吸收.
电子结构 磁性 光学性质 密度泛函理论 稀土掺杂ZnO Electronic structure magnetic Optical properties Density functional theory Rare earth-doped ZnO
1 中国工程物理研究院 a.高能激光科学与技术重点实验室
2 b.应用电子学研究所，四川绵阳 621999
面向时序控制的功能需求，基于 CompactRIO(cRIO)硬件系统，使用 LabVIEW软件作为编程语言，设计了时序控制软件的程序架构。软件划分为现场可编程逻辑门阵列 (FPGA)层和实时(RT)层 2个层次，2层之间通过先入先出直接内存访问( DMA FIFO)和前面板控件进行数据通信。时序控制和硬件指令交互功能在 FPGA层用状态机实现；RT层实现与上位机的人机交互功能，上报时序流程状态。经测试，时序控制软件的硬件指令响应时间小于 50 μs。
时序控制 cRIO硬件 架构设计 状态机 消息队列 time sequence control cRIO architecture design state machine event queue 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(4): 619
1 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
介绍了一种利用多特征联合概率的红外图像中近圆形对象检测方法,通过计算图像中诸多小段曲线的弯拱方向来获得图像中各处存在圆的概率,并用梯度强度对这些概率进行加权,再结合对象内部为空洞的概率,共同形成对图像中近圆形对象所在位置的一个判决。经与经典的Hough变换法相比较,表现出一定的优越性。对一组不同特征的红外图像进行测试实验,均能检测出近圆形对象,表现出一定的适应性,对某些应用场景中的目标检测与识别有辅助价值。
红外图像 近圆形 目标检测 联合概率 Hough变换 infrared image approximately-circular target detection joint probability Hough transformation 强激光与粒子束
2015, 27(12): 121004
1 北方夜视技术股份有限公司, 南京 211102
2 微光夜视技术重点实验室, 西安710065
3 清华大学 工程物理系, 北京 100084
在微通道板玻璃中掺中子灵敏核素, 并去除玻璃中的天然放射性同位素成份, 可以实现微通道板对热中子的敏感, 使探测器具有极低的背景事件率.在微通道板玻璃中掺加3 mol%的Gd2O3,同时去除玻璃中的K2O和/或Rb2O, 制作成50 mm直径、0.6 mm厚度、10 μm孔径的微通道板,实现了对25.3 meV热中子33%的探测效率,同时探测器的暗计数率低至0.11 events cm-2·s-1.通过计算和分析热中子在微通道板基体中的俘获概率和155,157Gd(n, γ)156,158Gd反应所能引发的有效信号, 说明了通过微通道板的结构优化, 掺3 mol%Gd2O3的微通道板可以实现最大50%的热中子探测效率.在此基础上, 进一步完成了106 mm直径10 μm孔径的掺3 mol% Gd2O3的优化结构大面阵低噪声中子敏感微通道板的制作.
中子照相 MCP事件计数探测器 大面阵中子敏感MCP 探测效率 暗计数率 Neutron radiography MCP event counting detector Large format neutron sensitive MCP Detection efficiency Dark count rate 光子学报
2014, 43(12): 1204003
1 西安理工大学材料科学与工程学院, 陕西 西安 710048
2 宝鸡文理学院物理与信息技术系, 陕西 宝鸡 721016
3 西北工业大学理学院, 陕西 西安 710072
采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法，系统研究了Na+四面体掺杂Co(1-x)NaxCr2O4体系的基态结构参数、能带结构、电子态密度、磁矩和光学性质。当Na+掺杂离子数分数x为0.125时, 计算结果表明Na+四面体掺杂（Co位）比八面体掺杂（Cr位）容易进行。对Na+四面体掺杂体系Co(1-x)NaxCr2O4，计算发现，随着Na+掺杂离子数分数增加，体系的晶格参数逐渐增大，晶胞的磁矩和禁带宽度均减小。同时，费米能级进入价带部分更深。此外，光学性质的结果显示Na+可以使CoCr2O4的吸收光谱发生红移，并在低能区有很强的吸收，表明Na+能极大地提高CoCr2O4对可见光的吸收和光催化效率。
原子与分子物理 密度泛函理论 第一性原理 电子结构 光学性质 尖晶石结构CoCr2O4 光学学报
2014, 34(11): 1102001
1 西安理工大学 材料学院, 西安 710048
2 宝鸡文理学院 物理与信息技术系, 陕西 宝鸡 721016
3 西北工业大学 理学院, 西安 710072
基于密度泛函理论, 采用第一性原理赝势平面波方法计算了Co、Cr单掺杂以及Co-Cr共掺杂金红石型TiO2的能带结构、态密度和光学性质. 计算结果表明: 纯金红石的禁带宽度为3.0 eV, Co掺杂金红石型TiO2的带隙为1.21 eV, 导带顶和价带底都位于G点处, 仍为直接带隙, 在价带与导带之间出现了由Co 3d和Ti 3d轨道杂化形成的杂质能级；Cr掺杂金红石型TiO2的直接带隙为0.85 eV, 在价带与导带之间的杂质能级由Cr 3d和Ti 3d轨道杂化轨道构成, 导带和价带都向低能级方向移动；Co-Cr共掺杂, 由于电子的强烈杂化, 使O-2p态和Ti-3d 态向 Co-3d 和 Cr-3d态移动, 使价带顶能级向高能级移动而导带底能级向低能方向移动, 极大地减小了禁带的宽度, 也是共掺杂改性的离子选择依据. 掺杂金红石型TiO2的介电峰、折射率和吸收系数峰都向低能方向移动；在E<2.029 eV的范围内, 纯金红石的ε2、k和吸收系数为零, 掺杂后的跃迁强度都大于未掺杂时的跃迁强度, Co-Cr共掺杂的跃迁强度大于Co掺杂及Cr掺杂, 说明Co、Cr共掺杂更能增强电子在低能端的光学跃迁, 具有更佳的可见光催化性能.
第一性原理 电子结构 光学性质 金红石型TiO2 Co-Cr共掺杂 First principle Electronic structures Optical properties Rutile TiO2 Co-Cr Co-doped
