1 上海光源科学中心, 中国科学院上海高等研究院, 上海 201204
2 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
3 中国科学院大学, 北京 100049
针对复杂体系弱信号的成像难题,本课题组提出并发展了运动衬度X射线成像方法。该方法利用各运动组分对入射光场的调制随时间的演化规律的不同,将其分离开来、分别成像,从而消除各组分间的相互干扰、提高成像灵敏度。低造影剂浓度血管造影、植物微导管输水无造影剂成像、电化学反应离子迁移高灵敏成像等实验结果表明,运动衬度X射线成像可实现传统方法无法实现的有效衬度的复杂体系弱信号成像。因适用于任意波长,运动衬度成像原理也有望在红外、可见光等其他波段获得广泛应用。
光学学报
2022, 42(11): 1134001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
2 上海师范大学物理系, 上海 200234
3 拉瓦尔大学光学、光子学和激光研究中心(COPL), 加拿大 魁北克 G1V 0A6
综述了飞秒激光人工影响天气的相关研究结果。从飞秒激光成丝产生的光氧化副产物、热沉积效应、气溶胶形成和水凝结及沉降过程等4个方面展开,综述了飞秒激光在诱导水凝结及降水、人工引雷等领域的研究进展。提出了飞秒激光人工影响环境大气的初步物理图像,并综述了该技术未来应用于人工影响天气所面临的问题,探讨了可能的解决方案。
非线性光学 飞秒光丝 光化学反应 气溶胶 水凝结
提出了一种液氧煤油发动机尾焰红外辐射特性计算方法, 首先采用计算流体力学软件对液氧煤油发动机内流场进行计算, 然后以获得喷管喉部截面参数作为入口边界条件计算发动机尾焰流场, 最后以发动机尾焰流场参数分布为基础, 采用有限体积法对发动机尾焰红外光谱辐射特性和成像特性进行计算, 并对比验证了模型和方法的准确性。 在此基础上, 研究了化学反应机理和复燃反应过程对尾焰红外辐射特性影响。 结果表明, 采用多步化学反应能够准确模拟液氧煤油发动机内流场, 温度相比热力学计算大3.34%, 压力相比试车测量大2.89%; 考虑复燃反应使尾焰红外辐射强度增强显著, 在采用单步化学反应和多步化学反应两种工况下2~5波段红外辐射强度分别增大50%~100%和150%~170%, 但不会影响尾焰红外光谱辐射特性和红外总辐射强度随探测角变化趋势; 采用单步化学反应和多步化学反应都能够获得清晰结构的红外成像图像, 但是前者2~5尾焰红外辐射强度要比后者增大90%~190%, 且两种工况下发动机尾焰红外光谱辐射特性差别很大, 尾焰红外总辐射强度随探测角变化趋势也不同。
液氧煤油发动机 尾焰 红外辐射 化学反应机理 有限体积法 LOX/kerosene engine Plume Infrared radiation Chemical reaction mechanisms FVM 光谱学与光谱分析
2019, 39(7): 1999
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海交通大学聚变科学与应用协同创新中心, 上海 200240
4 上海师范大学物理系, 上海 200234
5 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点开放实验室, 北京 100029
6 拉瓦尔大学光学、光子学和激光研究中心, 加拿大 魁北克市 G1V 0A6
在室温条件下的小型云室中,研究了不同参数对飞秒激光诱导较大尺寸气溶胶生成的影响。实验结果表明,在亚饱和条件下,随着环境相对湿度的提高,不同尺寸气溶胶的数密度增大,尺寸分布以0.3~0.5 μm为主;当环境相对湿度达到近饱和条件时,较大尺寸(直径D≥0.7 μm)气溶胶的数密度显著增大,1.0~2.0 μm气溶胶与0.3~0.5 μm气溶胶的数密度可相比拟。此时,通过延长激光照射时间或者缩紧激光聚焦条件,不同尺寸气溶胶的数密度可同等程度地增大,尺寸分布规律基本不变。理论分析结果表明,环境相对湿度条件是制约飞秒激光诱导较大尺寸气溶胶生成的关键因素。
超快光学 非线性光学 飞秒光丝 气溶胶 光化学反应
厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,能源材料化学协同创新中心,厦门,361005
金属纳米结构的表面等离激元共振效应能够显著提高金属对光的吸收。表面等离激元效应在金属表面产生增强电场的同时,产生大量的热和高于费米能级的热电子。这些效应可以极大的提高表面化学反应速率,甚至提高选择性,实现传统方法难以实现的反应。本文回顾了表面等离激元辅助反应中各种效应(包括光电场、热和热电子)对反应的作用,总结了高效表面等离激元辅助反应的原则。等离激元增强拉曼光谱由于具有既能通过表面等离激元引发反应,又能通过光谱观测反应的特点,因此在表征等离激元辅助反应方面具有独特的优势。最后从原位表征、界面调控和多外场协同等方面提出了展望。
表面等离激元 化学反应 等离激元增强拉曼光谱 surface plasmon chemical reactions plasmon-enhanced Raman spectroscopy
提出了两种利用红外激光诱导钡化合物化学反应刻蚀石英玻璃的新方法,钡化合物分别选用BaCrO4和Ba(OH)2。通过能谱分析进行推理和利用X射线衍射图谱分析和验证,发现激光诱导BaCrO4化学反应刻蚀石英玻璃过程中得到的微通道出现崩边和微裂纹现象,BaCrO4分解生成的BaO在高温条件下与SiO2发生化学反应生成BaSiO3,因此这种方法能直接用于刻蚀石英玻璃;在激光诱导Ba(OH)2化学反应刻蚀石英玻璃的过程中,Ba(OH)2以及其分解生成的BaO在高温条件下都会与SiO2发生化学反应生成BaSiO3,也能直接刻蚀石英玻璃。两种方法的刻蚀机理不同,故刻蚀效果存在较大差异。
激光技术 石英玻璃刻蚀 激光诱导化学反应 钡化合物 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 021402
1 中南大学化学与化工学院, 湖南 长沙 410083
2 中建材(合肥)粉体科技装备有限公司, 安徽 合肥 230051
3 南昌工学院基础教学部, 江西 南昌 330108
4 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司, 安徽 马鞍山 243000
随着浮选研究的深入发展, 以捕收剂为核心的浮选药剂作用机理的研究逐渐成为研究焦点。 红外光谱以速度快、 成本低、 无损等特点成为浮选药剂作用机理研究最为重要的手段之一。 首先从文献报道数量和比例说明红外光谱在该研究中的重要地位, 并总结了常见浮选药剂的红外光谱特征, 最后分别阐述了红外光谱在捕收剂、 抑制剂、 活化剂等浮选药剂作用机理中的应用研究进展。 归纳出红外光谱用于判定捕收剂在矿物表面作用三种机制的判据: 如果捕收剂作用后的矿物表面有新的吸收峰, 则捕收剂在矿物表面发生了化学反应； 如果仅有吸收峰的位置发生移动, 并超过测试设备本身误差范围的移动量, 则捕收剂在矿物表面形成的是化学吸附； 排除上述产生的新红外特征吸收峰和红外特征峰的移动, 且通过反复水洗即可清除表面沾染的捕收剂分子, 则捕收剂在矿物表面发生的是物理吸附。 并指出红外光谱在浮选过程中的应用研究存在的两大问题, 一是将捕收剂与矿物表面的化学反应和化学吸附机理混淆； 二是忽视红外光谱仪器吸收峰位移2～4 cm-1背景误差。 展望未来红外光谱在浮选过程中的应用研究应该着眼于多种药剂混合用药在矿物表面作用机理的研究, 该领域内红外光谱的定量分析研究及红外光谱吸收峰位移的背景误差分析等三方面。
红外光谱 浮选药剂 吸附机理 物理吸附 化学吸附 化学反应 Infrared spectroscopy Flotation reagents Action mechanism Physical adsorption Chemical adsorption Chemical reaction 光谱学与光谱分析
2017, 37(8): 2389
1 华中科技大学 强电磁工程与新技术国家重点实验室, 武汉 430074
2 广西机电职业技术学院 电气工程系, 南宁 530007
采用板-板电极,在放电间隙距离为2 mm、放电电流峰值为22 kA条件下,对黄铜、钨铜电极的烧蚀特性进行了对比研究。利用高精度天平测量放电过程中的电极质量损失,分别获取了阴极、阳极及总的平均烧蚀速率。通过放电后电极表面微观形貌、微观元素组成的分析及液体中金属离子的含量分析,对水中脉冲放电金属电极的烧蚀机理进行了探讨。结果表明,水中脉冲放电时,钨铜电极的抗烧蚀性能明显高于黄铜电极。黄铜电极的主要烧蚀是以中心的大量孔洞及其边缘的波纹结构为表现形式的液体金属的溅射; 钨铜电极的突出物及较平整的表面暗示了气相侵蚀的作用。以电弧的焦耳热效应为催化剂,钨铜与水的电化学反应更为强烈,因此电化学腐蚀是水中放电电极烧蚀的形式之一。
脉冲放电 电极烧蚀 烧蚀速率 形貌特征 烧蚀机理 电化学反应 pulse current electrode erosion erosion rate morphology characteristic erosion mechanism electrochemical reaction 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045007
