为了获得具有明亮红光发射的上转换发光材料, 采用简单的化学沉淀法制备了一系列Yb3+、Er3+、Mn2+掺杂的Gd2O3微晶, 并对其形貌、结构和发光性能进行了表征。结果表明, Gd2O3:10%Yb3+,1%Er3+微晶呈花状, 平均粒径为2.28 μm, 经高温煅烧后呈现结晶性良好的立方相Gd2O3结构, 且少量Mn2+掺杂并不会影响微晶的形貌和晶相。在980 nm近红外光激发下, Gd2O3:10%Yb3+,1%Er3+微晶表现为橙红色发光, 归属于Er3+的4F9/2→4I15/2跃迁。同时, 随着Mn2+掺杂浓度x(原子数分数)的增大, Gd2O3:10%Yb3+,1%Er3+,x%Mn2+微晶的上转换发光强度呈现先增强后减弱的趋势, 发光颜色也逐渐向红光移动, 与CIE色坐标颜色区域相一致。同时, 根据发光强度与激发功率关系分析了Gd2O3:10%Yb3+,1%Er3+,x%Mn2+微晶的上转换发光机制及可能存在的能量传递过程。

现有的深度学习方法倾向于将磁共振图像重建与分割作为两个单独的任务来处理，而没有考虑到两个任务之间的相关性。如果简单地对重建网络与分割网络进行拼接训练，则可能会由于任务之间的优化难度差异而影响重建与分割的最终效果。基于改进后的教师督导网络训练策略，开发了一种磁共振图像联合重建与分割的多任务深度学习方法。新设计的教师督导策略迭代地以中间重建输出和全采样数据来指导多任务网络训练，缓解误差积累。在一个公开数据集和一个内部数据集上对所提方法进行评估，并与6种现有方法进行了比较。实验结果表明，与对比方法相比，所提方法在实现重建与分割协同优化的同时提升了重建图像质量和分割精度。

利用长程差分光学吸收光谱技术对黄浦江下游典型航道区域船舶排放的空气污染物进行高时间分辨率监测。研究表明 SO2 浓度受船舶尾气烟羽影响显著, 浓度瞬时可增高 2～4 倍不等, 峰值超过 10×10-9 (体积混合比); 而由于来源情况更为复杂, NO2 浓度的变化较为平缓, 且由于受到周围机动车排放影响, 日变化呈现出明显的双峰特征。受船流量影响, SO2 浓度在日间相对较高。人为活动影响分析表明, NO2 浓度在春节假期相较于前后时段下降 30%以上, 而在新冠疫情重大突发公共卫生事件一级响应启动后下降达 50%。 值得注意的是, 由于船舶活动规律的差异性, SO2 浓度的假期效应以及对疫情响应措施的反应并不明显, 但 SO2 浓度的典型排放高值呈现逐年下降的趋势。

太赫兹源辐射功率较低已成为制约太赫兹科学技术发展的主要瓶颈问题。为有效提高太赫兹源辐射功率, 提出了基于多双漂移雪崩管的分立腔体倍频方法, 在此基础上设计和实现波导结构的太赫兹功率合成器。在倍频器的输入端对各独立激励源的中频信号进行移相, 完成倍频输出的精确相位控制, 从而实现各单元输出的太赫兹信号同相位合成, 提高功率合成效率, 避免使用太赫兹频段移相器等部组件的问题, 降低实现复杂度, 易于实现。仿真和实测结果表明, 4路激励源太赫兹功率合成器的合成效率约 79%~89%。

采用简便的尿素辅助沉淀法将Gd2O3∶Tb3+成功包覆在二氧化硅微球表面合成了尺寸均匀的球形SiO2@Gd2O3∶Tb3+核壳发光材料,解决了稀土发光材料普遍存在的形貌可控性差和颗粒尺寸不均一等问题。利用XRD、SEM、红外光谱和荧光光谱等表征测试了样品的形貌、结构和发光性能。SEM照片和尺寸分布图显示,SiO2@Gd2O3∶Tb3+粒子呈现均匀球形形貌,分散性良好,粒径约(608±18) nm。XRD图谱分析表明,600 ℃煅烧后,壳层Gd(OH)3CO3完全转变为立方相Gd2O3,结晶性良好,无杂相生成。同时,结合红外光谱推测了SiO2@Gd2O3∶Tb3+核壳微球的形成机理,并得出Gd2O3∶Tb3+壳层主要以Si-O-Gd键形式连接在二氧化硅微球表面。在240 nm紫外光激发下,SiO2@Gd2O3∶Tb3+核壳微球呈现绿光发射,其中,位于540 nm处的主峰归属于Tb3+的5D4→7F5能级跃迁。不同Tb3+掺杂浓度下的发射光谱表明,当Tb3+掺杂浓度为4mol％时,SiO2@Gd2O3∶Tb3+核壳微球的发射强度达到最大值,寿命为1.55 ms,色坐标位于绿色区域,展现了良好的绿光发光性能。

硅纳米线是新型一维半导体纳米材料的典型代表。利用阳极氧化铝薄膜为模版复制出具有有序纳米结构的金膜, 在金的催化辅助下对单晶硅进行湿法刻蚀, 得到尺寸、形状、分布可控的硅纳米线阵列, 并对其光学特性进行了研究。研究结果表明, 金代替银作为催化剂, 可以有效地抑制二次刻蚀, 金的化学性质相对于银更加稳定, 克服了银膜在较高的温度或较长刻蚀时间下产生的结构性破坏, 得到形貌规整、尺寸可控的硅纳米线阵列。对该阵列在400 nm～1 200 nm波段的反射率、透过率进行了测试, 并对比分析了金模板催化与传统方法机理的异同。测试结果表明, 相较于传统金属辅助化学刻蚀法, 文中提出的金模板催化法制备的硅纳米线阵列尺寸及分布更加均匀可控, 在宽光谱范围内的抗反射性得到了显著提高。

基于光纤拉曼散射效应和Monte-Carlo法, 建立了一种分布式光纤拉曼温度传感系统(DTS)传感模型。应用改进的PSO算法对所建立的传感模型进行参数辨识, 分析了种群数目、迭代次数、惯性权重、加速度因子等参数选值对算法的影响, 选取了最佳参数组合。搭建了分布式光纤温度传感系统实验平台, 运用所建立的DTS传感模型对分布式光纤温度传感系统进行相关的仿真及预测。实验及仿真结果表明,传感模型在空间分辨率为1m时, 预测误差≤±0.25%; 该分布式光纤温度传感系统测温误差≤±0.40℃。

基于地基主动和被动差分光学吸收光谱(DOAS)分析方法, 在2015年5月至2016年5月期间对上海近地面NO2浓度(cNO2)及对流层NO2的垂直柱浓度(NO2 VCDtrop)进行了观测。 主动长光程差分光学吸收光谱系统(long-path DOAS, LP-DOAS)观测得的cNO2小时均值与上海市全市空气质量cNO2小时均值呈正相关, 相关系数为0.81。 被动多轴差分光学吸收光谱系统(multi-axis DOAS, MAX-DOAS)观测得的NO2 VCDtrop与GOME-2和OMI卫星传感器测得的NO2 VCDtrop也均呈正相关, 相关系数分别为0.89和0.88。 大气污染物的输送、 扩散、 稀释和沉降等过程主要发生在边界层中, 白天混合层占到边界层的大部分, 混合层高度(MLH)以上的自由对流层中污染物浓度较小, 混合层内NO2接近均匀混合时, 利用地基主、 被动DOAS观测得到的NO2数据可以快速计算大气混合层高度。 计算得的MLH与GDAS气象数据库中的边界层高度(PBLH)明显相关, 相关系数达0.93, 二者结果大小均在0.1～2 km之间。 实验观测期间, MLH与PBLH日变化趋势均呈单峰形, MLH高值出现在12:00—15:00, 由于PBLH时间分辨率低, 最高值出现在14:00, 同时二者月均变化趋势一致, 2015年9月和2016年2月数值较高, 2015年7月和2016年3月数值较低, 另外求得MLH约为PBLH的0.98±0.59倍, 符合狭义MLH与PBLH的关系。 计算得的MLH与同点位激光雷达测得的PBLHLidar也具有较高的相关性, 相关系数达0.75, PBLHLidar略大于MLH, 但是二者在早晨5和6时和下午5和6时大小趋于相同, 符合大气发展规律。 说明该算法具有较高的可行性。

介绍了一种基于差分光学吸收光谱技术对上海城市大气中HCHO和CHOCHO进行高时间分辨率的测定方法。 针对HCHO和CHOCHO的不同吸收结构, 选择适当的光谱分析波段, 扣除干扰气体的吸收, 有效降低残差, 得到了用于反演目标气体的光学厚度, 并进一步获得2013年10月HCHO与CHOCHO的浓度变化特征。 HCHO, CHOCHO平均浓度分别为(4.0±1.6)和(3.4±1.2) μg·m-3。 受人为源的影响, HCHO工作日平均浓度高于假期平均浓度, 而CHOCHO的浓度相差不大。 两者浓度的日变化趋势相似, 早晨06:00—07:00出现最大值后迅速下降, 到09:00左右出现最小值后又缓慢上升, 并在夜间至日出前保持相对稳定的浓度水平。 为探索大气HCHO可能的来源和生成过程, 选取夜间稳态阶段, 早高峰阶段, 光化学反应阶段和晚高峰阶段等四个典型时段对HCHO的来源进行解析。 NO2作为HCHO的一次源指示物; 同时作为光化学反应的中间产物, HCHO和CHOCHO生成机理具有相似性, 因此以CHOCHO作为解析HCHO的二次源指示物, 利用线性回归模型来源解析结果所得HCHO浓度与实际观测值具有较好的相关性, 相关系数r为0.60～0.81, 分析得出上海城区二次来源对环境HCHO浓度的贡献约为三分之一。

差分光学吸收光谱技术(DOAS)经过三十多年的发展,已经广泛用于地基、空基和卫星平台的大气痕量气体观测。 目前, DOAS技术在大气气溶胶光学厚度、消光系数、粒径分布、污染类型等监测领域得到了很大的发展,为大 气环境监测、大气化学研究提供了新的手段和方法。在分别回顾主动DOAS技术监测近地面气溶胶以及被动DOAS技 术反演垂直方向上气溶胶光学参数等研究的基础上,对DOAS技术监测气溶胶的研究领域技术发展提出新思路。