作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学光电子信息科学与技术系,黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080
毛细管放电极紫外激光是一种小型化的纳秒极紫外激光光源。相比自由电子激光和同步辐射等短波长光源,该光源具有运行成本低、单脉冲能量高和机时充足等显著优势。随着毛细管放电极紫外激光光源的发展,其输出已提高至深度饱和区,并且实现了重复频率输出、多波长输出等多样化输出方式。小型化的灵活性和优质的输出参数使其逐渐成为进行极紫外激光应用研究的理想光源。本文介绍了自1994年毛细管放电极紫外激光成功输出至今,该光源在微纳结构加工、物质成分检测、生物科学以及高分辨成像等领域的前沿应用。在微纳加工方面,极短的波长和极小的能量衰减深度使得该光源能够在纳米量程内进行材料的刻蚀。同时,较长的激光脉宽增加了极紫外激光诱导自组织微纳结构的可能性。在物质成分检测方面,极紫外激光的高能量光子能够以单光子电离材料表面,结合飞行时间质谱仪测量纳米尺度范围内的材料成分,便可实现超高分辨的物质组成分布检测。在生物科学领域,极紫外激光能够实现对微观生物样本的三维成分扫描,获得更多的表征信息。在高分辨成像方面,基于极紫外激光的短波长和良好的相干性,以Gabor同轴等方法进行高分辨成像能达到接近照明光水平的成像分辨率。已有的应用成果表明,毛细管放电极紫外激光是探索微观世界、制造微观结构的有力工具。在人类对短波长光源需求日益增长的今天,毛细管放电极紫外激光将有更多的机会展现它的应用价值和优势。
激光技术 极紫外激光 毛细管放电 激光微纳加工 高分辨成像 质谱检测 
中国激光
2024, 51(7): 0701009
作者单位
摘要
1 北京邮电大学 电子工程学院, 安全生产智能监控北京市重点实验室, 北京 100876
2 解放军总医院第三医学中心 放射诊断科, 北京 100039
实时便捷的pH检测对于环境监测和医学诊断等领域具有重要应用价值。本文通过溶胶?凝胶法制备了一种比率荧光毛细管pH传感器。该传感器以2.8?羟基芘?1,3,6?三磺酸三钠盐(8?hydroxy?pyrene?1,3,6?trisulfonate,HPTS)作为pH敏感的荧光探针,利用HPTS与十六烷基三甲基溴化铵(hexadecyl trimethyl ammonium bromide,CTAB)结合形成HPTS?IP离子对,然后将离子对分散于溶胶?凝胶中,并将其固定于毛细管内壁即制得比率荧光毛细管pH传感器。该传感器利用HPTS在双激发带下的发射强度比值实现比率荧光检测,当pH从5.0上升至8.0时,HPTS的荧光强度比率随pH值增加逐渐增强,pKa值为6.95,通过分析HPTS的比率荧光强度变化可间接监测pH波动。该传感器具有较好的pH敏感性、稳定性和可逆性,且可快速、灵活、便捷地进行实际操作,在环境保护和生物医学领域的pH监测分析方面拥有良好的应用前景。
荧光探针 光学传感器 pH检测 毛细管 比率荧光 fluorescence probe optical sensor pH detection capillary ratiometric fluorescence 
发光学报
2024, 45(1): 177
Tong Yang 1,2Zhen Guo 1,2Yang Yan 1,2Minjian Wu 1,2[ ... ]Chen Lin 1,2,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, and Key Laboratory of HEDP of the Ministry of Education, CAPT, Peking University, Beijing, China
2 Beijing Laser Acceleration Innovation Center, Beijing, China
3 Institute of Guangdong Laser Plasma Technology, Guangzhou, China
The discharged capillary plasma channel has been extensively studied as a high-gradient particle acceleration and transmission medium. A novel measurement method of plasma channel density profiles has been employed, where the role of plasma channels guiding the advantages of lasers has shown strong appeal. Here, we have studied the high-order transverse plasma density profile distribution using a channel-guided laser, and made detailed measurements of its evolution under various parameters. The paraxial wave equation in a plasma channel with high-order density profile components is analyzed, and the approximate propagation process based on the Gaussian profile laser is obtained on this basis, which agrees well with the simulation under phase conditions. In the experiments, by measuring the integrated transverse laser intensities at the outlet of the channels, the radial quartic density profiles of the plasma channels have been obtained. By precisely synchronizing the detection laser pulses and the plasma channels at various moments, the reconstructed density profile shows an evolution from the radial quartic profile to the quasi-parabolic profile, and the high-order component is indicated as an exponential decline tendency over time. Factors affecting the evolution rate were investigated by varying the incentive source and capillary parameters. It can be found that the discharge voltages and currents are positive factors quickening the evolution, while the electron-ion heating, capillary radii and pressures are negative ones. One plausible explanation is that quartic profile contributions may be linked to plasma heating. This work helps one to understand the mechanisms of the formation, the evolutions of the guiding channel electron-density profiles and their dependences on the external controllable parameters. It provides support and reflection for physical research on discharged capillary plasma and optimizing plasma channels in various applications.
channel-guided laser discharge capillary plasma density profile 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(6): 06000e85
作者单位
摘要
1 四川蜀道铁路投资集团有限责任公司,成都 610000
2 贵州大学土木工程学院,贵阳 550025
为研究高温后水泥砂浆内部水分迁移特征,将水泥砂浆试件300、400、500 ℃高温处理后表面镀蜡(留有一个上表面),随后将试件未镀蜡一端置于液面下2 cm进行自渗吸试验。采用核磁共振(NMR)技术T2谱及核磁共振成像研究高温作用后水泥砂浆试件水分迁移情况及特征。结果表明,随着处理温度升高,试件胶凝孔和气孔或裂隙占比增大,而毛细孔占比逐渐降低,试件吸水质量减小,吸水质量前24 h内快速增加,随后减缓并趋于稳定。同时,高温作用影响毛细管吸水率,当处理温度小于等于400 ℃时,高温可增大毛细管吸水率;当处理温度大于400 ℃时,高温反而削弱毛细管吸水率。通过引入毛细吸收系数S来表征毛细管吸水率,S在6 h前大于10,而在6 h后减小超过2个数量级。另外,水分迁移存在优先孔径,在毛细孔中迁移的优先孔径为10~480 nm,在气孔或者裂隙中迁移的优先孔径为1 680~16 800 nm,且随浸水时间增加,水分更倾向由大孔传输到较小孔隙中。最后,通过核磁共振成像可实时观测到水分迁移位置由外到内,迁移速度与试件处理温度呈正相关。
孔隙结构 水分迁移 高温 吸水质量 毛细吸收系数 水泥砂浆 pore structure water migration high temperature water absorption mass capillary absorption coefficient cement mortar 
硅酸盐通报
2023, 42(7): 2336
袁国庆 1,2,3李红 1,2,3罗新建 2鹿利单 2祝连庆 1,2,3
作者单位
摘要
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室,北京 100016
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室,北京 100016
3 北京信息科技大学 广州南沙光子感知技术研究院,广东 广州 511462
面向毛细管微反应器固相状态检测需求,提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型,通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理,仿真模拟楔形端面光场分布情况,并分析了光纤楔形端面与微管腔耦合谐振的光谱特征。研磨制备耦合器件,搭建实验系统进行实验验证。实验采集到洛伦兹凹谷型耦合谐振谱,与理论仿真分析相一致。谐振谱1563.074 nm波长附近的自由光谱范围约为1.734 nm,Q值约为6.15×103。所提出的光纤楔形端面耦合器具有较好的器件鲁棒性,耦合谐振结构简单,易于器件集成和小型化。
回音壁模式 毛细管 光纤耦合器 楔形端面 whispering gallery mode capillary fiber optical coupler wedge end-face 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20220851
Author Affiliations
Abstract
Grupo de Investigación en Aplicaciones del Láser y Fotónica, Departamento de Física Aplicada, Universidad de Salamanca, 37008, Salamanca, Spain
Advances in the generation of the shortest optical laser pulses down to the sub-cycle regime promise to break new ground in ultrafast science. In this work, we theoretically demonstrate the potential scaling capabilities of soliton self-compression in hollow capillary fibers with a decreasing pressure gradient to generate near-infrared sub-cycle pulses in very different dispersion and nonlinearity landscapes. Independently of input pulse, gas and fiber choices, we present a simple and general route to find the optimal self-compression parameters which result in high-quality pulses. The use of a decreasing pressure gradient naturally favors the self-compression process, resulting in shorter and cleaner sub-cycle pulses, and an improvement in the robustness of the setup when compared to the traditional constant pressure approach.
Ultrafast nonlinear optics Hollow capillary fibers Soliton-self compression Sub-cycle pulses 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023011
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学工程科学学院,安徽 合肥 230026
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室,安徽 合肥 230009
3 合肥工业大学材料科学与工程学院材料物理及新能源材料与器件系,安徽 合肥 230009
模板引导的毛细力驱动自组装技术逐渐被认为是制造一系列微纳米结构的一种替代方法。毛细力自组装微结构的稳定性取决于结构接触力和支撑力的竞争,接触面积越大,接触力越大。当接触面积大于临界值时,微结构的组装行为不可逆。利用飞秒激光打印具有各向异性的微结构,在不同温度的调控下实现其多方向运动,并借助温度响应水凝胶的反向变形能力,实现了线接触微结构的可逆自组装。此外还探究了该方法在微执行器、微传感器方向的应用。结果表明,通过改变环境的温度能够实现微结构的弯曲变形,且利用飞秒激光双光子加工的灵活性和毛细力驱动的简便性,可以实现可逆变形的微图案以及功能丰富的微传感结构。
激光技术 飞秒激光 双光子聚合 毛细力 自组装 温度响应 
中国激光
2023, 50(20): 2002401
作者单位
摘要
1 西安交通大学人居环境与建筑工程学院, 西安 710049
2 安徽中铁工程材料科技有限公司, 合肥 230041
3 西安交通大学化学工程与技术学院, 西安 710049
4 中南大学土木工程学院, 长沙 410083
水泥基材料具有高度的亲水性, 服役环境中的侵蚀性物质往往通过水的传输渗透到水泥基材料中, 从而导致钢筋腐蚀、混凝土碳化等耐久性问题。本工作利用具有疏水性的微生物菌体提高水泥基材料的疏水性能。研究发现熊蜂生假丝酵母和球形芽孢杆菌掺入砂浆后均可提高砂浆的疏水性能, 接触角可分别提升至122.7°和112.1°, 水滴在砂浆断裂面的扩散速率和吸收速率显著减缓, 毛细吸水最高下降39%左右。通过对内部微结构的分析初步得出菌体通过粗糙结构的构造及自身疏水性的共同作用提升了砂浆基体的疏水性能。虽然加入菌体后砂浆的流动性能和疏水性能得到提升, 然而力学性能显著下降, 这也为后续使用微生物菌体作为水泥基材料疏水剂提出新的挑战。
菌体 接触角 毛细吸水率 流动度 孔结构 microorganisms pellets contact angle capillary water absorption flowability pore properties 
硅酸盐学报
2023, 51(5): 1165
作者单位
摘要
1 青岛理工大学土木工程学院, 山东 青岛 266525
2 青岛理工大学, 山东蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心, 山东 青岛 266525
在基体上浇筑新拌砂浆是常见的修补与加固措施。当新拌砂浆与基体含水状态差异较大时, 会发生水分交换改变修补砂浆配合比, 并影响修补砂浆水化进程、微观特征、渗透性以及修补材料与基体间的粘结性能。对此, 利用称重法研究了新拌普通砂浆、应变硬化水泥基复合材料(SHCC)与不同初始含水饱和度旧砂浆基体(0、30%、70%和100%)粘结时的水分交换过程, 分析了修补砂浆类型和基体初始含水饱和度对水分交换速度、修补砂浆最终水胶比等的影响。通过力学试验、低场核磁共振技术和称重法进一步研究了水分交换对标准养护后修补砂浆与基体粘结强度、修补砂浆微结构和吸水性能的影响规律。结果表明: 在水分交换早期, 非饱和基体单位面积吸水质量与时间平方根存在良好的线性关系。基体含水饱和度为0时, SHCC或普通砂浆与基体间的界面剪切强度最高。SHCC作为修补材料与基体间的界面剪切强度普遍大于普通砂浆。随着基体饱和度的增大, 普通砂浆的孔隙率、小孔体积分数、毛细吸水系数逐渐增大, 中孔和大空隙的体积分数逐渐减小。随着基体饱和度的增大, SHCC孔隙率、中孔和大空隙的体积分数逐渐减小, 小孔体积分数和毛细吸水系数变化幅度较小。
修补砂浆 水分交换 粘结强度 微观结构 毛细吸水 repair mortar water exchange bond strength microstructure capillary water preoccupation 
硅酸盐学报
2023, 51(5): 1115
朱保鑫 1,*王洪升 1,2盖莹 1韦其红 1,2[ ... ]刘鹏 1
作者单位
摘要
1 山东工业陶瓷研究设计院有限公司, 淄博 255000
2 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院, 哈尔滨 150001
通过β-Si3N4长柱状晶粒生长搭接构建材料微孔隙结构, 成功制备了兼具高孔隙率、小孔径及窄孔径分布的多孔氮化硅毛细芯, 研究了不同烧结温度、成型压力、造孔剂含量对材料孔隙参数的影响, 测试了环路热管多孔毛细芯的热力学性能。结果表明: 当烧结温度、成型压力、造孔剂含量作用于材料微孔隙结构调控时, 均呈现与孔径分布相关的规律; 随孔隙率增加, β-Si3N4柱状晶粒直径减小、长径比增加, 形成的搭接骨架趋于细密, 起到分割晶间孔隙的作用, 在一定范围内抵消了由孔隙率增加引起的孔径增大, 实现了材料小孔径和高孔隙率的协同, 呈现出与常规颗粒堆积烧结成孔材料时, 随孔隙率的增加孔径增大不一样的作用规律; 当所制备的典型多孔毛细芯材料孔隙率为540%时, 渗透率达6.5×10-14 m2, 平均孔径仅为0.3 μm, 且超过95%的孔隙孔径介于0.1~0.4 μm, 最大毛细力达62 kPa, 热负荷功率大于200 W。
多孔氮化硅 毛细芯 孔隙参数 渗透率 毛细抽吸性能 环路热管 porous silicon nitride capillary wick pore parameter permeability capillary suction performance loop heat pipe 
硅酸盐通报
2023, 42(5): 1858

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