1 济南大学前沿交叉科学研究院，济南 250022
2 山东大学晶体材料研究所，济南 250100
传统光催化是光照射半导体催化剂时经表面光电耦合产生的载流子对有机污染物降解。这种外通光光催化模式使得光的利用率低、催化剂易失效、回收利用困难、难以实现连续水处理，制约了其在环保中的应用。本研究提出利用光的波导传输与界面耦合原理，通过在非晶光导纤维表面组装四氧化三锡纳米片，实现光的收集、传输及向纳米晶中注入，和内通光模式的光催化，从根本上解决上述问题。实验证明了四氧化三锡/光导纤维具有增强的光催化性能。这一研究首次提出光催化为目的非相干光波导传输和内通光光催化，拓宽了光波导理论并提出新的光催化反应机制，具有重要理论价值和巨大的工业应用前景。
光催化 四氧化三锡 光导纤维 降解 通光模式 photocatalysis tin oxide optical fiber photodegradation light pass mode
1 长春大学, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对多光谱图像存储和传输安全性问题, 提出一种将混沌思想、 小波变换和KL(karhunen-loeve)变换相结合的多光谱图像压缩加密算法。 首先, 采用K-means聚类方案将多光谱图像聚类为通用像素, 通过选择合适的K值使算法的性能最优, 同时便于后续处理; 然后对通用像素进行二维离散9/7小波变换, 对变换后的系数进行Arnold变换以及加密处理, 消除多光谱图像大部分空间冗余, 减少压缩过程中的块效应; 之后对产生的小波系数进行改进的KL变换, 消除残余空间冗余和光谱冗余; 最后采用差分脉冲滤波器对系数进行编码, 并采用Tent映射对码流进行混淆扩散加密。 通过实验可知, 本算法的信息熵达到11.794 3(选取12位多光谱图像), 信息熵更接近最大值12, 优于现有算法, 可以更好的隐藏原图特征; 该算法的像素变化率(NPCR)和归一化平均变化强度(UACI)分别为99.81%和34.19, 优于现有的其他算法, 本算法可以更好的抵御差分攻击; 输出比特流变化率保持在47.62%~47.71%之间, 密文比特流变化率保持在47.45%~47.52%, 本算法具有较好的密钥敏感性; 在压缩比为4∶1~32∶1范围内, 系统PSNR在42 dB以上, 具有很高的压缩性能。 在4∶1~32∶1范围内, 本压缩算法达到很高的峰值信噪比, 优于现有的压缩算法, 在正常工作压缩比为16∶1时, 比现有压缩算法的信噪比提高了0.64 dB以上。 为进一步验证算法在高压缩比情况下的压缩性能, 该研究测试了压缩比为128∶1时系统的信噪比为31.28, 此时, 重建后的图像较为清晰, 优于现有算法1 dB以上。 可见, 该算法可行, 且特别适合对压缩比要求较高的场合, 并在频谱保真方面具有较好的效果。
KL变换 Arnold变换 差分脉冲滤波器 KL transform Arnold transform NPCR UACI Differential pulse filter NPCR UACI 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2976
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
光声光谱技术因其灵敏度高、可靠性强、响应速度快等优点,在气体检测方面得到了广泛的应用。积分球气室内壁的高反射率涂层能有效增大光程,所以常被应用于吸收光谱技术中以提高检测灵敏度。在光声光谱气体检测中,以积分球气室作为吸收池,并在球上附加一根铝管作为共振腔,二者构成耦合声学系统。通过仿真与实验得到系统的实际共振频率,以此共振频率调制LED光源,气体受激产生光声信号;利用嵌入式技术,采集球上与铝管末端的两个微音器信号,并进行数据处理、分析、上传与显示。使用NO2气体进行实验,对比实验结果,发现铝管末端的信号值可有效反演出NO2气体浓度,最低检测浓度(体积分数)为3×10 -6。
测量 光声光谱 积分球 耦合声学系统 嵌入式技术 光学学报
2021, 41(16): 1612002
1 哈尔滨工业大学可调谐(气体)激光技术重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学动力工程及工程热物理博士后流动站, 黑龙江 哈尔滨 150001
石英增强光声光谱(QEPAS)是近年来发展起来的一种痕量气体探测技术, 具有系统体积小、 价格低廉、 探测灵敏度高等优点。 乙炔(C2H2)是一种化学性质活泼的有毒气体, 对它进行高灵敏度检测在变压器故障诊断、 环境监测等领域有着重要的意义, 基于此, 采用QEPAS技术对C2H2微量气体展开高灵敏度检测研究。 采用输出波长为1.53 μm的连续波分布反馈半导体激光器作为激发光源。 为了提高信噪比和简化数据处理过程, QEPAS传感器系统采用波长调制和2次谐波探测技术。 为了提高QEPAS系统信号幅值, 相比于常见的共振频率为32.768 kHz的石英音叉, 采用了共振频率较低的30.72 kHz石英音叉作为声波传导器, 同时还优化了石英音叉与激光束的空间位置、 激光波长调制深度, 并添加了声波微共振腔, 选择的微共振腔长度为4 mm、 内径为0.5 mm, 最终获得了2.7 ppm的优异检测极限, 归一化噪声等效吸收系数为1.3×10-8 cm-1·W·Hz-1/2。
C2H2气体 共振频率 微共振腔 QEPAS QEPAS C2H2 trace gas Resonance frequency Micro-resonator 光谱学与光谱分析
2017, 37(9): 2869
1 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨工业大学理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
研究了高功率Yb∶YAG薄片激光器连续及腔倒空调Q输出性能。基于平面波理论, 建立Yb∶YAG准三能级激光连续运转模型, 对薄片激光器的晶体掺杂和抽运结构进行优化。通过优化实验方案, 研究半导体激光器抽运Yb∶YAG薄片激光器连续输出性能, 在抽运功率为199 W时, 获得功率为100 W的1030 nm激光输出, 光-光转换效率为50.2%, 斜率效率为56.8%。利用RTP电光调Q开光, 搭建Yb∶YAG电光腔倒空激光器, 研究1030 nm脉冲输出性能, 获得了脉冲宽度为20.2 ns的高重复频率1030 nm脉冲激光, 脉冲重复频率为10~100 kHz, 当重复频率为10 kHz时, 1030 nm激光的最大峰值功率达到109.8 kW。
激光器 薄片激光器 调Q技术 LD抽运 高重复频率
可调谐激光技术国家级重点实验室 哈尔滨工业大学, 黑龙江 哈尔滨 150001
石英增强光声光谱(QEPAS)技术是一种新颖的气体探测技术, 具有体积小、灵敏度高等优点, 是痕量气体检测技术的研究热点。本文对QEPAS技术的基本原理、发展历史及发展现状进行了综述, 并对多种不同结构的QEPAS系统发展情况进行了介绍, 最后对该技术的发展前景进行了展望。
石英增强光声光谱 痕量气体检测 激光器 石英音叉 QEPAS trace gas detection laser source quartz tuning fork
1 哈尔滨工业大学可调谐(气体)激光技术重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学动力工程及工程热物理博士后流动站, 黑龙江 哈尔滨 150001
HCl是一种有毒有害气体, 对其高灵敏度探测具有非常重要的意义, 然而到目前为止, 采用激光光谱的手段对其探测的研究报道很少。 石英增强光声光谱(QEPAS)是近年来发展起来的一种痕量气体探测技术, 具有系统体积小、 价格低廉、 探测灵敏度高等优点。 以5 000 ppm HCl∶N2混合气作为待测目标, 采用输出波长为1 742.38 nm的分布反馈连续波单纵模半导体激光器, 开展对基于QEPAS技术的HCl高灵敏度探测研究。 为了提高信噪比和简化数据处理过程, QEPAS传感器系统采用波长调制和2次谐波探测技术。 研究中, 首先对声波探测系统中微共振腔强声波增强特性进行了讨论, 选择了“共轴”形式的声波微共振腔, 并对其尺寸进行了优化, 选择的微共振管长度为4 mm、 内径为0.5 mm。 实验中研究了激光波长调制深度对QEPAS系统产生的信号幅度的影响, 当QEPAS系统积分时间为1 s、 激光波长调制深度为0.23 cm-1时, 获得了815 ppb的优异检测极限, 归一化噪声等效吸收系数为7.41×10-9 cm-1·W·Hz-1/2。 在后续的实验中, 可在待测HCl气体中加入水汽分子, 提高HCl分子的热弛豫速率, 进一步提高HCl-QEPAS传感器系统的信号强度。
HCl气体 波长调制 微共振腔 QEPAS QEPAS HCl trace gas Wavelength modulation spectroscopy Micro-resonator 光谱学与光谱分析
2017, 37(4): 1033
1 哈尔滨工业大学 机电工程学院 精密工程研究所, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009
3 哈尔滨工业大学 航天学院 光电子技术研究所, 哈尔滨 黑龙江 150080
为了实现新型红外陶瓷ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削加工, 首先根据ALON的材料属性和高陡度薄壁保形非球面的结构特性, 进行了其超精密磨削加工工艺性分析, 并基于有限元计算方法, 完成了面向ALON高陡度薄壁保形非球面的精密夹具的设计以及关键参数的优化。然后完成了ALON的超精密磨削工艺实验, 工艺实验结果表明减小工件转速和砂轮粒度都会降低ALON的平均表面粗糙度Ra值, 但砂轮粒度对磨削后ALON的表面粗糙度影响更显著。最后实现了ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削加工, 磨削后的ALON高陡度薄壁保形非球面的面形精度PV值为2 μm, 表面粗糙度Ra值可达8.6 nm。
高陡度薄壁结构 保形非球面 超精密磨削 夹具设计 high-gradient thin structure conformal aspheric ALON ALON ultra-precision grinding jig design
1 哈尔滨工业大学 航天学院 光电子技术研究所, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学 动力工程及工程热物理博士后流动站, 黑龙江 哈尔滨 150001
激光诱导等离子体点火是一种新颖的发动机点火方式, 这种技术点火位置精确可控, 点火延迟时间短, 无烧蚀作用, 还可实现同时多点点火, 能够提高发动机的燃烧效率, 具有良好的发展前景。主要针对用于激光诱导等离子体点火技术中的核心元件——激光光源的发展状况及最新成果作了全面的综述, 并对该种类型激光器的发展前景进行了展望。
激光诱导等离子体点火 固体激光器 被动调Q技术 laser induced plasma ignition solid-state laser passively Q-switched 红外与激光工程
2016, 45(11): 1136003
1 哈尔滨工业大学 可调谐(气体)激光技术重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨工业大学 光电子技术研究所, 黑龙江 哈尔滨 150080
激光等离子体点火以其点火位置和时序方便可控、工况适应性好、电磁干扰小、启动快、可实现重复点火等优点, 成为航空航天动力系统极具潜力的一种点火技术。介绍了激光等离子体点火的技术特点及其基本物理过程; 其次, 回顾了激光等离子体点火在航空航天动力系统应用的研究现状, 尤其是哈尔滨工业大学近年来取得的研究成果; 最后, 分析了激光等离子体点火面临的问题, 并对其发展前景进行了展望。分析表明, 激光等离子体点火在无毒非自燃推进剂的火箭发动机和碳氢燃料的超燃冲压发动机的可靠重复点火上具有广泛的应用前景, 但要实现工程应用, 仍需要解决激光点火器与航空航天动力系统的一体化设计、激光点火器的小型化和工程化等问题。
激光等离子体 点火 航空航天动力系统 laser plasma ignition aerospace propulsion systems 红外与激光工程
2016, 45(11): 1136001
