强激光与粒子束
2023, 35(3): 034004
1 武汉理工大学，资源与环境工程学院，武汉 430070
2 武汉理工大学，土木工程与建筑学院，武汉 430070
3 汉理工大学，土木工程与建筑学院，武汉 430070
4 中国科学院 武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071
目前爆破扰动下隧道的动力响应解析解研究多为稳态，且主要集中在无衬砌隧道；而实际工程施工爆破扰动以瞬态波的形式传播，且大多隧道有衬砌。因此，论文以深埋圆形有衬砌隧道为研究对象，采用波函数展开法和梯形求积，开展平面爆破P波扰动下的隧道瞬态动力响应解析解研究：通过分析平面简谐P波入射时衬砌和围岩中的波场，考虑深埋隧道衬砌与围岩相互作用的边界条件，确定隧道周围的稳态响应；在稳态解的基础上运用梯形求积，求出平面爆破P波扰动下深埋圆形衬砌隧道动力响应问题的瞬态解析解，进而分析隧道衬砌与围岩接触面和隧道内的动应力集中系数、径向和环向振动速度的动态响应情况。研究结果表明：本文解析结果与FLAC及CASRock数值结果一致，验证了本文方法的可行性以及正确性；动力扰动过程中隧道两帮出现拉应力集中，顶底板主要出现压应力集中，隧道两侧的径向振动速度要显著大于隧道顶部，环向振动速度随着爆破荷载的加卸载先增大后减小至零。解析结果可以为深埋隧道的支护提供理论基础。
爆破P波 瞬态响应 圆形衬砌隧道 波函数展开法 blasting P-wave transient response wave function expansion method circular lining tunnel CASRock CASRock
1 南京师范大学计算机与电子信息学院, 江苏 南京 210023
2 南京师范大学物理科学与技术学院, 江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210023
表面等离子体共振是一种免标记的传感技术, 当介质周围的介电常数发生改变时, 则SPR谐振光谱特性也会随之改变。 因此表面等离子体共振传感技术已广泛应用于生物化学和环境监测等领域。 由于二氧化钛(TiO2)覆盖层不仅可以保护金属层, 还能调谐SPR谐振的光谱强度和谐振波长于近红外波段, 应用于1550 nm的光纤传感, 其氧化还原反应还能使其用于检测气体。 由于氢气易燃易爆性, 随着氢能源的广泛应用, 因此对低浓度氢气检测技术研究具有特殊的意义。 提出一种可更换银/二氧化钛复合膜的表面等离子共振的气体传感器, 研究了SPR传感器在1 550 nm近红外波段对气体的敏感特性。 研制了可更换银/二氧化钛复合膜的表面等离子共振(SPR)气体传感器。 研究了在近红外波段对气体的表面等离子体共振光谱特性。 仿真计算Kretschmann棱镜耦合的四层结构模型的共振光谱强度与银膜厚度, 二氧化钛厚度和棱镜材料的关系, 优化了Ag和TiO2层的厚度以获得最大灵敏度, 得到的最佳膜厚是45 nm Ag和110 nm TiO2。 Ag/TiO2薄膜设计为可更换的一次性气敏膜, 采用蒸镀和溅射方法镀膜, 制备成本文所使用的 SPR传感器。 利用Ag/TiO2薄膜在复合界面产生SP共振光谱的移动, 对气体进行测试。 采用Kretschmann棱镜耦合结构的光谱波长检测实验系统。 固定光源和入射角, 测量波长的偏移量。 宽光源(波长范围: 1 462~1 662 nm)通过环形器、 准直器, 照射到棱镜和可更换的Ag/TiO2敏感膜, 经全反射(TIR)后, 再由高反射镜反射回传感膜, 并以相同的TIR角和光路再次反射回到准直器, 从而被光谱仪检测。 实验结果表明, Ag/TiO2复合膜可以调谐共振波长到1 550 nm近红外波段, 增强该传感器的光谱灵敏度, 低浓度(14.7%~25%)氢气下的灵敏度可达-8.305 nm·%-1。 并且可通过更换气敏膜检测不同的气体, 增加生物相容性和气体传感能力。
银/二氧化钛复合膜 表面等离子体共振 气体传感器 Silver/titanium dioxide composite film Surface plasmon resonance Gas sensor
南京师范大学物理科学与技术学院, 江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210023
局域表面等离激元共振是金属纳米粒子表面的自由电子在光子作用下发生集体震荡而产生的一种共振现象。 提出了一种方体及环/盘阵列结构, 该结构主要由左侧单圆环和右侧方体及偏心圆环盘组成。 利用时域有限差分算法(FDTD solutions)对该结构进行了光学性质的探究。 仿真结果表明, 当线性偏振光入射到金属表面时, 在结构中激发局域表面等离子体共振现象, 表现出明显的共振效应, 在600～1 700 nm范围形成了不同位置的共振谷。 通过对结构电场电荷仿真图的对比分析, 发现共振谷是由圆环内所激发的偶极共振模式与方体及环/盘激发的四偶极共振模式相互耦合杂化产生的混合等离子共振而形成的。 当调整金属结构的各项参数时, 金属纳米颗粒之间的局域表面等离激元共振会因电场耦合效应发生改变, 因此法诺共振的产生对于金属结构的各项参数有着极大的依赖性(如左圆环直径L、 右圆环直径R, 结构高度H, 左圆环到方体的距离D等), 通过对结构各项参数的改变, 可以实现对结构共振谷波长位置和共振强度的有效调控, 达到对结构光学性质可控的目的。 由于该结构具有独特的非对称性, 进一步探究了入射光源偏振方向(即电矢量与x轴的夹角)对结构的共振谷波长位置以及共振强度的影响。 结果表明, 随着光源偏振角度的增加, 共振谷J2处的波长位置出现明显的红移现象。 但当偏振角度为90°时, 共振谷J3处不能产生法诺共振现象。 由此, 可以通过改变光源的偏振方向来实现对该结构的光谱的共振强度及共振波长位置的调控。 更为重要的是, 该结构对周围的环境折射率有着较高的敏感度, 最高可达755 nm·RIU-1, 传感的品质因数(figure of merit, FOM)为18.4, 该结构在环境折射率等生物传感器及微纳光子器件方面有着潜在的应用前景。
局域表面等离子体共振 法诺共振 阵列结构 折射率传感 Localized surface plasmon resonance Fano resonance Array structure Refractive index sensing 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1345
1 内蒙古科技大学 材料与冶金学院, 内蒙古 包头 014010
2 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室, 内蒙古 包头 014010
3 北京科技大学 冶金与生态工程学院, 北京 100083
4 内蒙古科技大学 机械工程学院, 内蒙古 包头 014010
以氧化钐和H3PO4 为原材料, 在无模板剂的情况下, 用水热法通过调控pH、时间和温度制备了SmPO4·0.5H2O一维纳米材料, 并提出其可能形成机理。用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM, HRTEM和SAED)、红外光谱(IR)和能谱(EDS)对产物的物相结构、微观形貌和组成进行了表征。用紫外-可见吸收光谱研究了产物的光学性质。研究结果表明, 实验所制备的产物全部是六方晶系结构, 形貌都为一维纳米线。反应体系的pH值、温度和时间的改变对纳米线的长径比有影响, 但对其相结构基本都没有影响。分析得到最佳水热制备条件为pH=5、温度和时间分别为130 ℃和8 h, 产物的结晶性、分散性和均匀性都达到最好。光学性质研究表明, 该类产物在300~350 nm的紫外区域有吸收宽峰, 是属于基质O2-→P5+、Sm3+的电荷迁移。在350~450 nm处的可见光区域内也有一组吸收峰, 是属于Sm3+的4f内层电子间的f-f跃迁吸收。依据该类吸收峰, 得到禁带宽度在4.67~5.50 eV之间。pH值和温度对产物光学性能均有影响。
纳米线 水热法 光学性质 SmPO4·0.5H2O SmPO4·0.5H2O nanowires hydrothermal method optical properties
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
对太阳大气进行大视场高分辨力光学成像观测是开展太阳物理、空间天气等基础与应用研究的重要前提。对于地基太阳望远镜而言，为了消除地球大气湍流对光学系统的影响，自适应光学是高分辨力成像观测必备的技术手段，与此同时，为了突破大气非等晕性对传统自适应光学校正视场的限制，近年来多层共轭自适应光学技术等大视场自适应光学得到极大发展。本文首先梳理国外太阳自适应光学系统研制情况，重点介绍国内太阳自适应光学技术发展及应用情况，并进一步介绍了后续大视场太阳自适应光学技术发展情况以及目前所取得的成果。
太阳观测 自适应光学 多层共轭自适应光学 solar observation adaptive optics multi-conjugate adaptive optics
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
在光束稳定系统中, 受到传输介质和平台振动等因素的影响, 通常同时存在能量与频率成反比特性的宽带扰动和平台机械谐振引起的在某个特定频率点出现的窄带扰动。为了解决光束稳定系统中由大幅度、高频率窄带扰动和宽带扰动引起光束抖动的问题, 设计了基于两级高速倾斜镜串联控制的光束稳定系统, 提出了利用前级光束稳定系统校正窄带扰动, 后级光束稳定系统校正宽带扰动的控制算法, 实现了对大幅度高频率窄带扰动和宽带扰动的同时抑制。在相同条件下, 对比了传统的控制方法和两级高速倾斜镜联合校正控制系统的残余误差。仿真和实验表明, 提出的系统结构和控制方法能够有效地抑制光束稳定系统中存在的扰动。
激光光学 光束稳定 光束抖动 串联控制 高速倾斜镜 窄带扰动 宽带扰动 光学学报
2016, 36(12): 1214002
1 上海大学环境与化学工程学院, 上海 200444
2 暨南大学环境安全与污染控制研究所, 广东 广州 510632
3 昆山禾信质谱技术有限公司, 江苏 昆山 215133
通过自主研发的基于光腔衰荡光谱技术的气溶胶消光仪,对昆山大 气气溶胶的消光性质进行观测 实验,并研究了相对湿度对气溶胶消光系数的影响。观测结果表明：监测点的大气气溶胶消光系数较 高,且日变化在早晨7:00出现最高值,至下午17:00达到最低值后开始回升,其主要是由气象条件及周 边强污染源的影响造成。气溶胶亲水特性实验表明:监测点的大气气溶胶多为污染海洋 型,受周围环境相对湿度的影响较大。该研究结果为后期结合气溶胶质谱等其它监测仪器对该地 大气气溶胶性质进行进一步观测研究具有一定的指导意义。
光谱学 消光性质 腔衰荡光谱 相对湿度 spectroscopy extinction property cavity ring-down spectroscopy relative humidity
Author Affiliations
Abstract
1 The Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 The Laboratory on Adaptive Optics, Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A second generation solar adaptive optics (AO) system is built and installed at the 1-m New Vacuum Solar Telescope (NVST) of the Fuxian Solar Observatory (FSO) in 2015. The AO high-order correction system consists of a 151-element deformable mirror (DM), a correlating Shack–Hartmann (SH) wavefront sensor (WFS) with a 3500 Hz frame rate, and a real-time controller. The system saw first light on Mar. 16, 2015. The simultaneous high-resolution photosphere and chromosphere images with AO are obtained. The on-sky observational results show that the contrast and resolution of the images are apparently improved after the wavefront correction by AO.
010.1080 Active or adoptive optics 110.1080 Active or adoptive optics 110.0115 Imaging through turbulent media Chinese Optics Letters
2015, 13(12): 120101
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
：为了实现波前处理机脱离以哈特曼传感器为核心的波前探测光学系统，独立地进行处理机算法的设计和验证，采用软、硬件结合的方式，设计了哈特曼传感器输出图像仿真平台。上位机仿真监控软件采用VC和MATLAB联合编程，根据哈特曼传感器工作原理和结构，仿真生成哈特曼图像，并完成与硬件电路交互命令和传输数据的功能。以FPGA为核心的主控电路，完成发送响应信号、接收监控软件发送的读写指令、存储数据的功能，并根据实际CCD时序实时输出标准Camera Link接口格式的图像数据。经验证，软件仿真图像和实际输出相符；仿真平台输出表明硬件时序正确，满足设计速度要求。
哈特曼传感器 CCD相机 Hartmann-Shack wavefront sensor CCD camera VC VC FPGA FPGA
