光面爆破是硬岩隧道控制开挖的主要方法, 由于爆破破岩机理与过程复杂, 炮孔与装药参数设计粗放, 因此实现隧道全断面光滑轮廓开挖较为困难。以寨山隧道Ⅲ级硬岩段工程为研究背景, 首先采用大量的爆破试验和调查研究的方法, 发现原爆破方案下, 爆后隧道洞周轮廓拱部至边墙存在超挖、欠挖分布, 以及存在盲炮、二次爆破施工等问题; 其次, 依据相关规范和工程经验, 提出了光面爆破炮孔与装药参数的优化措施, 包括减小周边眼间距、增加内圈眼数量、水袋间隔装药、炮泥堵塞和减小单孔装药量。结果表明: 合理设计光爆层炮眼数量、单孔装药量, 采用水袋间隔装药与炮泥堵塞, 可提高装药爆炸能量的利用率, 实现光爆层岩体的均匀破碎, 有利于控制洞周岩体超欠挖。采用优化的光面爆破参数, 爆后隧道全断面轮廓成形光滑、圆顺, 炮孔残痕清晰, 有利于提高隧道开挖质量和加快隧道整体施工进度。研究成果可为类似硬岩隧道全断面光面爆破开挖参数设计与优化提供一定的技术与方法借鉴。

海底光缆敷设投资巨大, 而近海区域人为导致的断缆故障频发。目前的技术手段只能在海缆被破坏后进行断点定位, 而无法对海缆潜在危害事件进行实时监测、提前预警和事件定位。提出了一种双向干涉多域相关识别技术, 通过海缆中已有光纤构建对外部安全侵害事件敏感的传感系统, 对无事件发生、敲击光纤和拉拽光纤这3类事件进行了实验与分析。实验结果表明: 该技术可有效预防海缆灾害, 提高重要海缆的安全性和生存性。

文章对柱面微透镜阵列纳米压印中用到的精密模具的制作过程开展了仿真分析和实验研究。超精密切削技术是制作精密压印模具的有效手段之一。基于Johnson-Cook本构模型,采用有限元分析方法模拟了超精密切削过程中切削参数与切削力之间的关系,获得了优选的切削参数。实验结果表明,采用优选后的切削参数进行柱面微透镜阵列模具切削能够获得良好的切削效果。切削后模具的面形精度RMS值达到19nm,表面粗糙度Sq达到4nm。

阵列微结构光学元件广泛用于各种光束匀化场合，而常规的加工方法难以满足大矢高凸柱面阵列的精度要求。本文采用超精密车削成型法，分析了影响金刚石车削的主要因素，设计了顺序搜索法和二分搜索法寻找车削轨迹，并对比了两种方法的优缺点，结合Matlab软件用二分搜索法成功找到车削轨迹及数控程序，并在超精密车床上进行了车削实验，得到了表面轮廓误差在135 nm的大矢高阵列微结构。证明了二分搜索法能够准确获得车削轨迹，并且此法可同时适用于球面轮廓和非球面轮廓，具有重要的工程应用价值。

设计了一种适用于光滑表面的调制度显微测量系统, 系统包括两个远心镜头、一个半透半反镜、一个显微物镜、一个 CCD相机和一个DMD数字投影仪。由远心镜头和显微物镜结合将数字投影仪产生的条纹图像成像到显微物镜物面, 得到虚拟的 标准条纹图, 待测表面对该虚拟条纹图的反射像将沿显微物镜光路返回进入CCD像平面, 待测物体在高精度一维平移台的控制 下沿光轴移动, 根据相移算法可以从获取的条纹图中计算出每个位置的图像调制度, 通过查找调制度最大值对应的位置, 即 可完成待测物点的三维形貌测量。实验结果表明该显微调制度测量方法能获得高精度面形, 特别适用于微小形貌剧烈变化物 体面形测量。

为了研究硅量子点薄膜在太阳电池中的应用, 本文采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术, 低温制备了镶嵌有纳米晶硅(nc-Si)的纳米硅氧多层(nc-SiOx/a-SiOx)薄膜样品。TEM图显示, 通过调整nc-SiOx层的厚度, 实现了薄膜多层结构的低温调控。利用拉曼散射光谱(Raman)、紫外可见透射光谱以及稳/瞬态光致发光(PL)谱等检测手段对薄膜的微观结构、能带特征以及发光特性进行了分析。光吸收谱分析表明, nc-Si粒子尺寸及其a-SiOx边界层共同影响薄膜的光学带隙。稳/瞬态PL谱分析表明, 多层结构发光表现为一个固定于1.19 eV附近的发光峰和一个随nc-SiOx层厚度增加而发生红移的发光峰, 其中固定发光峰归因于非晶SiOx网络中缺陷发光, 发光衰减寿命约在4.6 μs, 峰位可调的发光峰为nc-Si量子限制效应-缺陷态复合发光, 对应两个发光衰减过程, 其中慢发光衰减寿命随nc-SiOx层厚度增加由9.9 μs增加到16.5 μs, 快发光衰减过程基本保持不变。低温PL谱的温度依赖特性进一步表明, 薄膜样品的发光主要表现为nc-Si的量子限制效应发光。

为了研究硅异质结太阳电池中纳米硅氧薄膜的光电特性, 采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备了一系列不同晶态比例的nc-SiOx∶H薄膜, 利用拉曼散射光谱(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见透射光谱以及稳/瞬态光致发光谱等检测手段分别对薄膜的微观结构、键合配置, 能带特征以及发光特性进行了表征。薄膜结构特征分析显示, 随着氧掺入量的增加, 薄膜由微晶向非晶转化, 光学带隙逐渐增加, 而处在相变区(晶化度约为10%, nc-Si尺寸约为3 nm)的薄膜具有较高的中程有序度、较小的结构因子和较为致密的微观结构。薄膜稳/瞬态光致发光结果显示, 一定量的氧掺入可以钝化缺陷、增强发光, 而相变区薄膜的发光强度最大, 表明较小尺寸的nc-Si具有较强的量子限制效应, nc-Si的量子限制效应发光是主要的载流子复合机制。

采用田口方法, Minitab 16软件设计正交实验, 以反射膜、扩散膜、棱镜膜为3因素, 每种因素选择常见的4种材料即为4水平, 选择L16(43)正交表进行实验, 分析实验结果, 寻求最优实验条件, 获得最佳背光源光学薄膜组合配置。通过实际测试对预测结果进行验证后表明预测值与实测值均在可以接受的范围内, 在背光源光学薄膜选材领域可行。

为提高Monte Carlo激光传输模型中散射过程的处理精度，依据散射相函数的变化特征，提出了相函数分段加权采样方案，验证了其准确性与可行性。采用Monte Carlo方法模拟了在非球形沙尘气溶胶中，1.06 μm红外激光透射率、反射率随传播距离的变化规律，并将Henyey-Greenstein(H-G)相函数采样与相函数均匀采样方案的Monte Carlo模拟结果进行了比较。仿真结果表明；相函数分段加权采样方案可显著降低相函数抽样误差，提高空间散射角抽样精度；与H-G相函数抽样的模拟结果相比，采用H-G相函数模拟的透射率偏低，反射率偏高，且随距离增大，两者结果偏差随之增大。与相函数均匀采样的模拟结果相比，两者计算的透射率偏差值随距离增大而增大，反射率反之。