设计了一种由金属Ag和ITO(In2O3∶Sn锡掺氧化铟)薄膜呈周期排布的金属光子晶体(Metal photonic crystals,MPCs)。采用时域有限元差分法(Finite difference time domain, FDTD)计算仿真了周期和周期数对其可见光透光率和反射率的影响规律。研究表明, 当金属Ag和ITO组分比一定时, 随周期增加, 可见光透光率曲线相应变宽, 强度降低。当周期数大于4以后, 可见光透光率曲线不再随周期数增加而相应变宽。随着入射角度的提高, 可见光透光率曲线峰值发生蓝移, 宽度相应变宽, 强度相应降低。随着Ag膜层层数的增加, 可见光透光率的共振峰(透射峰)相应增加。MPCs的可见光透光率峰值与反射率的峰谷具有较好的一一对应关系。

研制了二极管(LD)侧面泵浦Nd∶YVO4高重复频率355 nm紫外激光器, 针对Nd∶YVO4激光晶体的增益高、泵浦带宽宽的优点, 激光器采用LD均匀三角侧面泵浦结构, 利用声光调Q方式, 选用Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配的LBO非线性晶体, 设计了腔内三倍频V型谐振腔结构, 获得了高重频、高增益的355 nm紫外激光输出。在泵浦LD电流为30 A、重复频率为20 kHz时, 355 nm激光输出最大平均功率达到了8.5 W, 激光脉冲宽度为37 ns, 1 064 nm基频光到355 nm紫外激光的光-光转换效率为25.8%, 紫外激光泵浦阈值约为16 A。

为满足空间遥感器在轨辐射定标精度和溯源性的需求, 中科院长春光机所研制了空间低温绝对辐射计。本文介绍了实验室辐射基准的低温辐射计的发展现状, 并着重介绍了我们研制的空间低温绝对辐射计的设计方案。空间低温绝对辐射计采用斯特林机械制冷机提供20 K工作环境, 通过优化吸收腔结构和热连接, 设计出响应度0.2 K/mW和1 K/mW的总腔和光谱腔。采用闭环高精度温度控制和两次电定标的电替代测量方式, 利用探测器材料在低温下的优异热性能, 实现总腔0.02%精度水平的光功率测量, 建立辐射基准。并采用温度比对的方式, 将辐射基准传递给光谱腔, 实现溯源至国际单位制基本单位的光谱辐射测量, 为遥感器在轨可溯源的光谱辐射定标提供重要的技术储备。

针对电润湿显示器像素内流体运动机理及相应电光响应特性, 提出一种数值模拟计算方法来计算电润湿中流体间的界面变化及流体-液体-固体三相接触线在外部电场影响下的运动。该方法基于Matlab数值分析框架, 通过Young-Laplace方程计算界面形状变化及变化过程中三相接触角、界面接触面积等参数的变化, 并结合总体能量守恒方程求解像素的电光响应过程。实验结果表明, 该模型成功模拟电润湿显示器像素内电流体动力特性, 像素响应时间与油-水界面张力大小成正比。模拟结果与相同参考几何的实验数据具有良好的定性一致性, 可用来指导电润湿器件中流体参数的设计, 对实现高稳定的电润湿显示器具有重要意义。

针对土壤高光谱数据量大、存在光谱信息冗余和重叠现象, 应用稳定竞争性自适应重加权采样策略挑选特征变量, 结合偏最小二乘回归和随机森林建立土壤有机质含量估算模型, 并与竞争性自适应重加权算法、迭代保留有效信息变量、连续投影算法和遗传算法所得结果进行比较。结果显示, 5种变量选择算法挑选的特征变量主要分布在1 900～2 400 nm的近红外光谱区域。RF模型的预测效果优于PLSR模型; 与PLSR模型相比, RF模型鲁棒性更好, 对异常值和噪声的敏感度更低。基于sCARS算法挑选的特征变量建立RF模型, 变量数为51个, 仅占全波段的2.55%, 验证集R2=0.958, 获得的RPD为4.7, 能够很好地预测SOM含量。

液滴体积对定量打印有重要意义, 而墨水粘度对液滴体积有重要的影响。首先, 利用层流-水平集方法建立了喷嘴模型。依据实验经验设置模拟所用墨水密度为1.0 g/mL, 表面张力为28 mN/m, 粘度为1～15 mPa·s, 对不同粘度墨水喷射过程进行了演示, 得到了液滴体积与墨水粘度关系为负相关; 然后, 通过水平集函数积分对液滴体积进行量化, 得到了其变化范围为58.10~37.29 pL, 并对液滴体积与墨水粘度关系进行拟合得到二者为负线性关系, 具体线性系数为A=-1.54, 纵截距为B=60.2。其次, 利用相同物理参数下的聚硫醇墨水进行了打印实验, 得到液滴体积变化范围为149.9～92.9 pL, 且拟合得到液滴体积与粘度仍为负线性关系, A′=-4.12, B′=154.71, 证明了模拟结果的正确性。最后, 通过模拟与实验结果的对比发现两者所得线性函数之间存在一系数h=2.5, 通过进一步仿真研究证明该系数与墨水的种类无关, 而是由入口处的压力决定。该线性结果有利于简化任意低粘度墨水的定量打印。

为了深入了解大气压下Ar等离子体射流的产生机理和内部电子的状态, 对Ar等离子体射流进行了发射光谱诊断, 以玻尔兹曼斜率法对电子激发温度进行测算, 利用发射光谱的连续谱绝对强度法测算出电子密度。通过设计一种可调节气压的金属针-环型介质阻挡放电装置, 研究了氩气压和放电功率对Ar等离子体射流的电子激发温度和电子密度的影响。结果表明, 随着气压从6 kPa升高到16 kPa, 电子激发温度从0.83 eV下降到0.68 eV, 电子密度从4.45×1022 m-3减小到0.44×1022 m-3(波长648.06 nm), 且随着放电功率从0.177 5 W增大到1.792 6 W, 电子激发温度从0.82 eV升高到5.14 eV, 电子密度从0.27×1022 m-3增大到4.61×1022 m-3, 而且电子密度较低时, 电子激发温度的变化更明显。由此得出结论, 氩气压和放电功率对电子激发温度不仅有直接影响, 还有通过电子密度变化导致的间接影响, 电子密度较低时, 氩气压和放电功率对电子激发温度的影响会相对更大一些。同时, 选用两个波长计算的电子密度结果很接近, 验证了诊断结果的准确性。

利用可见/近红外高光谱成像技术结合化学计量学方法建立长枣中葡萄糖含量的预测模型, 为灵武长枣中的葡萄糖含量快速无损检测提供了一种科学方法。采用可见/近红外(400～1 000 nm)高光谱采集灵武长枣的光谱数据, 利用HPLC测量长枣中的葡萄糖含量; 样本经过剔除异常值、样本集划分后对原始光谱采用6种预处理; 对优选出的最佳预处理方法使用7种方法降维处理, 建立全波段和特征波长的PLSR、MLR预测模型。结果表明, SG(7)为最佳预处理方法, Rc=0.826 5, Rp=0.791 0; 利用CARS、IRF、SPA、BiPLS、UVE、IRF+CARS、BiPLS+CARS分别选出18, 61, 7, 51, 15, 33, 27个特征波长; PLSR-IRF+CARS模型最优, Rc=0.835 3, Rp=0.832 2。实验结果证明高光谱成像技术对长枣中的葡萄糖含量的快速无损检测是可行的。

根据Voigt线型函数的解析形式, 利用数值计算方法建立了Voigt线型宽度与洛仑兹线型宽度和高斯线型宽度的经验公式。以该线型宽度经验公式为基础, 建立了由实验获得的光谱线型宽度计算得到洛仑兹和高斯宽度的方案, 以一组线型函数为例验证了我们计算方案的可靠性。根据本工作建立的方法, 对Ar气等离子体射流的696.5 nm谱线进行了计算, 得到了与其对应的洛仑兹线型和高斯线型函数。

通过对不同合成条件与制备参数的量子点及其薄膜进行一系列特性表征, 实现铯铅溴量子点(CsPbBr3)合成条件和薄膜制备参数的优化。利用热注入的方法, 研究了反应温度与反应时间对CsPbBr3量子点特性的影响。设计并获得了不同合成条件下的CsPbBr3量子点样品, 并对所有样品进行了特性表征。随后将所有CsPbBr3量子点样品制备成薄膜, 探究其薄膜的光致发光特性。反应温度为180 ℃、反应时间为5 s时所合成的量子点尺寸最小, 为9 nm;旋涂速度为3 000 r/min、退火温度为80 ℃、退火时间为10 min时, 所制备的薄膜光致发光强度最大。得到了相对最优的CsPbBr3量子点合成条件与CsPbBr3量子点薄膜制备条件。

ZnO是优异的紫外发光和激光材料, 氮被认为是p型ZnO和MgZnO的理想受主掺杂剂, 但在较低生长温度下氮的掺入会显著破坏晶格完整性, 使氧化锌的载流子迁移率进一步下降。为了研究N的掺入对MgZnO薄膜的影响, 利用分子束外延设备在蓝宝石衬底上生长了N掺杂的ZnO和MgZnO薄膜。实验结果表明, 在其他条件完全相同的情况下, 当Mg源温度为245 ℃和255 ℃时,载流子迁移率会显著提高, 这一现象被归结为Mg—N成键抑制了氧位上N—N对的形成, 缓解了晶格的扭曲。同时当Mg源温度为275 ℃时, 能够使N掺杂ZnO薄膜中的施主浓度降低一个量级, 有利于实现p型掺杂。

使用常规固相法制备了不同Sm3+掺杂浓度的BaGd2ZnO5∶Sm3+的微晶粉末。通过X射线衍射图分析确认所有产物均为纯相BaGd2ZnO5。采用积分球测量微晶粉末的漫反射谱并计算得到其吸收谱, 通过吸收谱采用Judd-Ofelt理论计算得到样品的谱线强度参数Ωλ(λ=2,4,6), 从而计算出理论振子强度和实验振子强度, 其偏差为δrms=1.26×10-7。计算了Sm3+的各个能级跃迁的电偶极矩跃迁几率、磁偶极矩跃迁几率、跃迁分支比及能级寿命参数。发现4G5/2能级的寿命较长, 为4.82 ms, 可用作激光发生过程的上能级; 4G5/2到6H9/2和4G5/2到6H7/2的跃迁几率和跃迁分支比明显高于其他跃迁, 对应于Sm3+发射光谱中610 nm和660 nm处两个强发射峰。测量了发射波长为610 nm的激发光谱, 发现了由于Sm3+的4f-4f跃迁引起的6个激发峰。另外, 测量了410 nm激发下的发射光谱, 发现分别在570, 610, 660 nm处的强发射峰。通过研究3个强发射峰处的发光强度随Sm3+的掺杂浓度变化, 发现了Sm3+发光的浓度猝灭现象。根据能量转移理论的分析结果表明, Sm3+离子中的浓度猝灭机制属于偶极-偶极相互作用。CIE颜色坐标的计算结果表明, 5个样品的所有坐标都位于橙红区域。

对5-苯基-2-(4-甲氧基)-2H-1,2,3-三氮唑-4-羧酸乙酯(Ethyl 2-(4-methoxyphenyl)-5-phenyl-2H-1,2,3-triazole-4-carboxylate, 简称EMPC)进行了理论光谱及结构计算, 并与实验光谱作对比。设计合成了其罗丹明B衍生物REMPC, 用荧光和紫外吸收光谱法研究了REMPC与15种金属离子的作用, 在DMF(N, N-二甲基甲酰胺)-水溶液 (pH=7.4, 体积比1∶1)中, 肉眼可观察到REMPC仅对Hg2+有粉红色的快速显色反应, 使其在相应波长处的荧光强度及紫外吸收增强, REMPC与Hg2+的络合比为1∶2, 显色机理为Hg2+诱导REMPC中的罗丹明螺环开环。在HeLa细胞中的荧光成像实验表明: REMPC探针可成功用于生物体内的Hg2+标记。

为了研究点缺陷对Al0.5Ga0.5N纳米片电子结构和光学性质的影响, 建立了Al、Ga、N空位和N取代Al、N取代Ga的经典点缺陷结构。基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势的方法和GGA-PBE交换互联函数计算了能带、态密度、复介电函数、复折射率、吸收谱和能量损失谱等信息。结果表明, 空位缺陷和替代缺陷会导致带隙变窄, 其中Al空位和Ga空位均使费米能级进入价带, N空位使纳米片显n型性质; 替代缺陷会使纳米片显示半金属性质。在光学性质上, 缺陷导致纳米片复介电函数虚部低能区出现峰值, 说明有电子跃迁的出现。同时空位缺陷导致吸收光谱在低能区有扩展, 可见光范围也包含在内。

为了实现光动力治疗过程中单线态氧的检测, 设计了一种水溶性良好的单线态氧纳米探针。首先利用再沉淀法将1,3二苯基异苯并呋喃(DPBF)封装于纳米颗粒中, 然后对纳米探针进行透射电镜、动态光散射粒径和吸收光谱表征, 表明纳米颗粒具有良好的分散性, 粒径约为200 nm, 在426 nm左右具有DPBF的特征吸收峰, 最后选择吲哚菁绿(ICG)作为光敏剂, 利用纳米探针的吸收峰变化检测单线态氧的产生。结果表明该纳米探针对单线态氧具有高灵敏度, 在光动力治疗过程中单线态氧的检测方面具有良好的应用价值。

采用化学共沉淀法制备了磁性壳聚糖, 然后以制得磁性壳聚糖纳米粒子为基体, 利用层层自组装原理, 在磁性壳聚糖表面原位生长ZnS∶Fe纳米晶, 制备得到磁性壳聚糖/ZnS∶Fe复合纳米粒子。采用XRD和VSM对其进行表征, 结果表明, 制备得到的磁性壳聚糖/ZnS∶Fe复合纳米粒子具有超顺磁性能, 室温下饱和磁化强度为15.88 A·m2·kg-1。以孔雀石绿为模型污染物, 采用UV-Vis手段研究磁性壳聚糖/ZnS∶Fe复合纳米粒子的光催化降解性能。 实验结果表明, 向初始浓度为10 mg/L孔雀石绿溶液中加入100 mg/L磁性壳聚糖/ZnS∶Fe复合纳米粒子, 60 min时孔雀石绿的去除率为95.3%, 重复使用5次后, 降解率略有降低(从95.3%降低到80.8%), 其反应过程符合假一级动力学的假设。因此, 磁性壳聚糖/ZnS∶Fe复合纳米粒子可以光催化降解孔雀石绿。