利用米散射理论数值计算分析了尺度参数为0.1～100时球形典型气溶胶粒子的散射和吸收特性对复折射率的依赖性关系。气溶胶粒子复折射率的实部和虚部是一个有机的整体, 粒子复折射率的实部和虚部可以分别影响其散射和吸收特性。若实际大气气溶胶粒子大多是成核模态和积聚模态的小粒子, 基于气溶胶的散射和吸收特性可以获得其复折射率的唯一解。但是, 如果大气中存在大量的粗模态粒子时, 气溶胶散射和吸收特性对其复折射率的依赖性较为复杂, 只有选择有限的合适复折射率库区间, 才有可能获得更合适的有效复折射率。

本文在收发光轴共面的紫外光单次散射链路模型基础上,分析了收发光轴非共面时紫外光单次散射链路模型,推导了收发光轴非共面时收发光锥在空中相遇时形成的共同散射体体积的近似推导公式。分析了三种非共面的情况,第一种是收发任一端没有准确朝向对方时的链路模型,第二种是收发光轴均偏向同一侧的链路模型,第三种是收发光轴偏向不同侧情况下的链路模型。通过对三种情况下接收功率的仿真分析得到,前两种情况均可以进行通信,但接收功率不会很高,第三种情况基本不能通信,因为很难在空中形成共同散射体。

在环己烷/水界面以自组装的方式将单层密排的银纳米粒子膜转移到亲水性的硅片上,以罗丹明6G(R6G)为探针分子,通过与直接滴加银胶溶液和混合R6G后的银胶溶液得到的两种SERS基底对比,密排银纳米粒子膜展现了极高的灵敏度(R6G的检测极限为10-9mol/L)和信号再现性。结合有限时域差分法(FDTD)对其增强原因进行了模拟分析,实验结果与理论模拟基本相符。

本文研究了间羟基苯甲酸(m-hydroxybenzoic acid,MHBA)的常规拉曼散射(normal Raman scattering,NRS)光谱及其吸附在Ag纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱。采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP/6-31+G**(C、H、O)/LANL2DZ(Ag)水平上,对MHBA分子进行了几何结构优化,在此基础上计算了MHBA分子的NRS光谱以及其吸附在Ag纳米颗粒上两种不同吸附构型下的SERS光谱,并和实验值进行比较。结果表明,间羟基苯甲酸分子通过羧基与羟基共同吸附构型的计算结果比该分子通过羧基吸附构型的计算结果更符合实验值。最后,利用GaussView可视化软件对其振动模式进行了全面归属。

本文采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP杂化泛函,6-31++g(d,p)(C,H,N)和LanL2DZ(Ag)基组下对杀草强分子及其Ag复合物的结构进行了优化; 通过频率计算,获得了杀草强分子及其Ag复合物的拉曼光谱,并利用势能函数分布(PED)对拉曼光谱进行了指认,结合SERS光谱推测了杀草强和增强基底之间的吸附方式; 采用含时密度泛函理论(time dependent density functional theory,TDDFT)对杀草强分子和杀草强分子-Ag复合物进行了激发态的分析计算。

建立窄带薄层色谱-表面增强拉曼光谱(narrow-band TLC-SERS)分析方法来改善传统薄层色谱-表面增强拉曼光谱法(TLC-SERS)在色谱展开过程中斑点横向扩散以及由于滴加SERS基底而导致的斑点二次扩散的不足,进一步提高TLC-SERS方法的检测灵敏度。本文采用色谱层析硅胶GF254制备并优化出宽度为2 mm的窄带TLC板,待样品在窄带TLC板上分离后,在分离斑点表面喷洒银溶胶,然后对斑点进行SERS检测。结果表明,narrow-band TLC-SERS法具有简便、快速、灵敏的特点,不仅改善了传统TLC-SERS方法斑点横向扩散的不足,而且降低了固定相的用量,节约了成本,具有非常广阔的应用前景。

利用原位高压拉曼散射和X射线衍射技术,研究了KBrO3在高压下晶格振动和晶体结构演化行为。最高压力达30.9 GPa。通过拉曼光谱发现,在高压下拉曼峰位除了单调移动,没有其它变化,表明KBrO3在研究的压力范围没有发生相变。原位高压X射线衍射实验数据显示,其在高压下依然保持常压的六方结构。通过进一步分析,分别得到了体弹模量B0=25.9(2) GPa(B′0=5.68(0.38))和部分拉曼峰的Grüneisen参数。

石墨微结构的表面一般为原子级光滑或纳米级光滑,是研究表面、界面物理性质的重要基础,对结构超润滑、微机电器件的研究和应用非常重要。为了解石墨微结构表面的状态和性质,其无损表征具有重要意义。通过微加工方法制备出石墨微结构,使用微纳机械手上的针尖推动石墨微结构上部可以得到原子级光滑或纳米级光滑的石墨表面。使用拉曼光谱对获得的石墨表面进行表征。通过与原子力显微镜和电子显微镜的表征结果进行对比发现,拉曼光谱能够准确反映石墨表面的缺陷程度,同时具有非接触、无损和快速的优点。这表明拉曼光谱在纳米级光滑石墨表面的表征中能够提供可靠表征信息,并且检测快速、不破坏样品,为石墨结构超润滑和MEMS器件的后续研究和应用奠定了基础。

本文采用有限元软件COMSOL结合双温度模型模拟了含金纳米颗粒复合介质的光热效应和温度分布,分析了金纳米颗粒非独立散射的影响,讨论了发生光热效应时复合介质内能量的传递方式。结果表明: 将双温度模型与Fourier导热定律结合可以描述纳米颗粒及周围介质的温度变化; 与独立散射的颗粒相比,非独立散射情况下光热效应与颗粒间的耦合现象有关,并且这种耦合效应与颗粒间的距离相关。v

利用超景深显微镜和激光共聚焦显微拉曼光谱仪,对重庆市云阳县丝栗包遗址出土的一件青铜耳杯的锈蚀产物进行分析。通过分析可知,该耳杯的锈蚀物主要有: 磷氯铅矿(Pb5(PO4)3Cl)、白铅矿(PbCO3)、氧化铅(PbO)、赤铜矿(Cu2O)、孔雀石(Cu2CO3(OH)2)和蓝铜矿(Cu3(CO3)2(OH)2)。铅的腐蚀产物由内向外的分布为氧化铅、白铅矿和磷氯铅矿。据此推断锈蚀外层磷氯铅矿的形成过程可能为: 铅氧化成氧化铅,之后转换成白铅矿,白铅矿在酸性、富含磷和氯的环境下转变成化学性质稳定的磷氯铅矿。

采用激光拉曼光谱技术对10种印文色料进行了测试研究,基于R软件编写测试所需源代码,根据实验所得印文色料的拉曼测量数据,设定不同参数范围后对数据进行聚类分析,从而得到印文色料的分类。与传统方法中根据拉曼特征峰位置进行分类的方法相比,采用R软件对印文色料进行分析是一种更为准确高效的方法。实践中,可采取两者相结合的方式,提高效率。

本文研究了在实测的南京地区五种气溶胶分布下,大气气溶胶对三波长差分吸收激光雷达(Dual-DIAL)臭氧探测结果的影响,使用波长对266 nm,289 nm,308 nm进行了误差分析。通过对实际气溶胶的误差分析,模拟出在大部分高度上误差最小的C值(为消去后向散射及消光项误差引入的比值)C=1.7,并与传统方法取得的C=23/19进行了对比。讨论了气溶胶分布及含量对C值选取的影响及不同C值下误差随气溶胶变化的规律; 分析得出对于本文所使用的气溶胶分布以及波长对,取C=1.7时在气溶胶较均匀时误差接近于零,误差不会大于5%,当气溶胶变化率变高且频繁变化时误差最大可达40%。取C=23/19时误差很稳定,不随气溶胶分布变化,误差高度增加误差减小且小于10%。本文还讨论了不同气溶胶分布下C的选取方法。

为实现单个平面透镜在10.6 μm波长处的会聚功能,本文设计并制备了一种一维亚波长光栅面型超表面(electromagnetic meta-surface)。基于电磁谐振现象,利用双条形介质耦合结构模型设计了会聚超表面单元结构,并采用FDTD Solution软件进行仿真计算证明了其对光波位相的调制作用,筛选出了10个位相梯度。通过对10个位相梯度的自由组合形成会聚超表面平面透镜,并进行了实验验证。实验结果表明: 在设计波长上,超表面平面透镜对TM模式平面波能够较好地实现透射会聚的功能,焦距为49 mm,会聚光斑最小宽度是0.7 mm,工作效率达到60 %。

本文研制了一种光纤耦合湿敏监测装置,此装置采用MEMS微位移传感器来进行湿敏微腔耦合位置的辅助校准,再用光强传感器对耦合输出的光波进行湿度感测和量化。这种基于MEMS位移传感器的耦合位置校准方法与现有的校准平台相比,无需外加太多繁琐、庞大的仪器装置,就可获得精准又便捷的校准效果。另外在传感系统后端可进行可编程控制程序开发,用加载的数据采集卡来实现湿度敏感单元敏感量的采集与显示。

水热法合成水晶与天然水晶的物理化学性质相似、内含物少见,常规检测方法无法鉴别。本论文采用德国布鲁克(Bruker)TENSOR27红外光谱仪测试分析,发现合成无色水晶以3585 cm-1谱带为特征; 烟水晶特征吸收峰在3300~3000 cm-1附近,而合成烟水晶位于3600~3300 cm-1附近; 合成黄水晶仅有5200 cm-1吸收峰,黄水晶不具有此特征吸收; 紫水晶具有5228 cm-1、4450 cm-1特征谱带,合成紫水晶在4000~3000 cm-1内有特征吸收峰;合成绿水晶仅有5200 cm-1吸收峰。

基于傅里叶变换红外光谱技术,利用光谱检索的方法对苹果叶病害进行病害类型的鉴别研究。测试了正常苹果叶片和4种病害叶片共75份样本的红外光谱,光谱显示,各类样品的红外光谱非常相似,主要由纤维素、木质素、蛋白质和脂类的吸收带组成。利用omnic8.5 软件依次建立了由每类样品的平均红外光谱、一阶导数光谱和二阶导数光谱组成的光谱库Lib1、Lib2、Lib3。各样品红外光谱分别与光谱库Lib1进行专家检索和绝对微分差算法检索,专家检索的正确率为80%,绝对微分差检索的正确率为82.7%。各样品红外光谱的一阶导数光谱和二阶导数光谱分别与光谱库Lib2、Lib3在全谱范围进行绝对微分差检索,基于一阶导数光谱的检索正确率为93.3%,二阶导数光谱的检索正确率为82.7%。结果表明: 基于一阶导数红外光谱的绝对微分差算法的检索更适合于苹果叶病害的鉴别。基于红外光谱技术的光谱检索的方法能较好地鉴别苹果叶病害,有望成为简便、快捷、低成本的植物病害的鉴别方法。

本文探索在SOI基片上通过顶层Si直接与碳源反应,反向外延生长3C-SiC薄膜的工艺条件和技术。采用LPCVD技术,以CH4和H2混合气体为反应源,在SOI衬底上生长3C-SiC薄膜。采用X射线衍射分析仪、场发射扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱来研究样品的结构和性质; 并研究反应前、后样品电压-电容特性的变化。研究结果表明,通过反向外延的方法,能够在SOI基片反向外延生长得到3C-SiC薄膜,但目前的工艺条件有待进一步的改善。

基于平面波法, 本论文对应变引起的二维蜂巢晶格光子晶体的能带结构进行了数值计算。选取的两个方向分别是锯齿型边界(zigzag)方向和扶手椅型边界(armchair)方向, 在这两个典型方向上对二维蜂巢晶格进行了正负各20%的单轴应变。由于应变导致的对称性破缺, 能带结构会有显著的变化。在沿锯齿型边界方向上, TE模带隙随着晶格被拉伸逐渐减小, TM模带隙在应变量大于16%时消失。对于沿扶手椅型边界方向, TE模带隙在压缩15%以上时逐渐减小, 在其他应变量的情况下几乎保持不变; TM模带隙在应变量大于18%时消失。这些结果对于完善应力工程和设计二维光子晶体器件有重要的指导意义。