提出了一种短脉冲间隔、子脉冲峰值功率高的脉冲组输出电光调Q激光器。以激光二极管(LD)侧面抽运Nd∶YAG晶体,谐振腔单次储能,控制Q开关台阶式多次开启,将单次抽运能量分多次调Q输出,实现短脉冲间隔脉冲组激光输出,为高重复频率、高峰值功率激光器提供研究思路。实验结果表明,用一组半环形激光二极管模块作为工作物质Nd∶YAG的抽运源,铌酸锂(LN)晶体作为Q开关,激光二极管模块单次抽运工作物质储能,台阶式开启Q开关,激光器在1~20 Hz频率范围内能够稳定运行,得到子脉冲间隔最小为100 ns的脉冲组输出,子脉冲频率在1.1~10.0 MHz范围内可调,子脉冲能量大于23 mJ,能量波动小于10%,单个脉冲宽度小于37 ns,子脉冲峰值功率接近1 MW,光-光转换效率为22.5%。

报道了一种基于大模场光子晶体光纤放大的高峰值功率飞秒脉冲激光系统。该激光器系统采用光纤啁啾脉冲放大结构,种子源采用重复频率为40 MHz,脉冲宽度为500 fs,输出功率为10 mW的光纤激光器。利用体布拉格光栅(VBG)将脉冲展宽至500 ps,经过多级放大并利用声光调制器降频为500 kHz,然后采用大模场纤芯直径为40 μm和85 μm光子晶体光纤作为功率放大器,最后采用VBG压缩脉宽至767 fs,得到平均功率为104 W的激光输出,其中心波长为1030 nm,实现了峰值功率为0.271 GW的近衍射极限激光功率输出。

针对棱镜式激光陀螺稳频精度较低的现象,系统地研究了棱镜式激光陀螺稳频控制系统特性。理论分析了光强调谐曲线及稳频执行机构的特征,建立了棱镜式激光陀螺稳频控制系统数学模型。进一步分析了系统稳态性能及动态性能,分析结果表明,系统在定温及慢变温作用下具有不同程度的稳态误差且调节时间过长,从而导致稳频精度下降。优化控制器参数使二阶系统具有最佳阻尼比及快速性,采用按温度补偿的前馈控制系统,实现了对温度所引起的稳频误差的全补偿,提高了系统的稳频精度。实验结果表明,优化后的稳频控制系统比原稳频控制系统的稳频精度提高一个数量级,陀螺精度提高30%以上。

研制了1550 nm波段的窄线宽、低噪声混合集成外腔半导体激光器,将保偏光纤布拉格光栅(FBG)作为反馈元件与半导体增益芯片进行耦合,并利用FBG斜边处的大群时延特性将半导体激光器的线宽压窄。所得到的蝶形封装激光器原型器件实现了稳定的单纵模、单偏振激光的保偏输出,在1 kHz处积分线宽为15.9 kHz的输出功率≥30 mW,洛伦兹线宽为4.85 kHz,本征线宽为4.06 kHz,相对强度噪声≤-155 dB·Hz ^-1@1 MHz,偏振消光比>25 dB,无跳模电流调谐范围≥8 GHz,无跳模温度调谐范围≥14 GHz,6 h功率稳定度为1.7%,频率漂移量<50 MHz。

自发辐射放大(ASE)光源作为一种非相干光源,在生物医学等领域发挥着重要作用。利用脉冲ASE光源作为抽运源激发非线性介质产生的超连续谱,具有低时间相干性和宽光谱特性,使其具备更加广阔的应用前景。研究了脉冲ASE光源的产生和放大过程,获得瓦级纳秒脉冲ASE 光源;采用光纤环形反射镜结构提高带内功率,得到280 mW连续窄谱带ASE输出;利用声光调制器和电光调制器共同调制连续窄谱带ASE,得到脉宽为8 ns、重复频率为50 kHz、平均功率为50 μW 的脉冲ASE;并且详细研究了具有不同脉冲波形的ASE的放大过程。

理论研究了氢分子离子在波长800 nm短周期啁啾脉冲方案下的高次谐波发射与孤立阿秒脉冲产生。经计算发现,当选取合适的啁啾参数时可以限制高次谐波同时由两核发射,从而减弱其空间的相互干涉,得到光滑连续且只有单核贡献的高次谐波谱平台区域。当啁啾参数β=6、激光脉冲半峰全宽τ₀=5 fs时,通过在单核贡献的连续谱上截取100阶谱线宽度合成了持续时间约为98 as的孤立阿秒脉冲。同时通过另一组参数计算也验证了当两核对高次谐波谱均有贡献时,不利于阿秒脉冲的产生。讨论中使用了经典的回碰动能图和时频分布图来解释高次谐波谱发射的物理机制。

通过激光搭接焊试验,研究了不同接头试样的拉伸剪切性能和疲劳性能,结合焊缝横截面及断口形貌,对试验结果进行了分析。结果表明,对于宽度为80 mm的非熔透型接头,残余应力导致接头拉剪强度减小4.1%,疲劳极限值减小26.4%;0.2 mm搭接间隙使得接头的拉剪强度减小8.8%,疲劳极限值减小6.25%;20°激光斜入射使得接头的拉剪强度增大3.8%, 疲劳极限值增大18.7%。对于相同板厚组合,母材的冷轧状态对接头的力学性能会有一定的影响。

利用激光增材制造技术制备了MC碳化物增强Inconel625复合材料,研究了TiC添加量对复合材料显微组织、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,添加TiC的复合材料的显微组织由枝晶状γ基体与枝晶间呈弥散分布的增强体组成。随着TiC添加量的增大,复合材料中一次枝晶间距逐渐减小,而枝晶间碳化物含量和显微硬度逐渐增大,抗磨损性能比Inconel625合金提高80%以上。当TiC的质量分数为1%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度比Inconel625合金分别提高了21.9%和27.5%,但延伸率减小。

利用超窄间隙激光填丝焊技术实现了P92/Inconel 625异种接头,研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊接接头的焊缝整齐,侧壁熔合良好,无气孔等缺陷;焊缝具有典型的凝固组织特征。P92钢热影响区的组织为马氏体,并分为粗晶区和细晶区。焊接接头界面中P92钢粗晶区的硬度最大,经热处理后硬度减小。常温拉伸试验中试样均断裂于Inconel 625合金,高温拉伸试验和高温持久试验中试样均断裂于P92钢,焊接接头的冲击韧性介于两种母材之间。

建立了熔石英元件修复点交联分布数值模拟模型,利用标量衍射理论结合快速傅里叶变换算法,分析了351 nm激光辐照下修复区域对下游光传输的调制影响。研究结果表明,交联修复区域对下游光传输的调制主要受修复点间交联程度的影响,随着交联程度的增大,调制光场极大值迅速增大后快速减小,其分布位置先逐渐靠近后迅速远离修复元件出光面。光场调制随着传输距离的增大先快速增大后迅速减小。优化交联修复区域形貌结构参数可有效避免下游元件发生级联损伤。

利用激光熔覆技术在38MnVS6钢基体上熔覆了CoCrW 粉末,研究了不同扫描速度下基体中活性元素对涂层形貌和组织的影响。结果表明,当送粉速率为5.60 g·min ^-1,扫描速度小于5 mm·s ^-1时,涂层的熔深较大,涂层与基体的结合线向下凹陷;当扫描速度大于6 mm·s ^-1时,涂层的熔深较小,涂层与基体的结合平整光滑。送粉率的增大使得涂层的形貌发生变化。基体中硫元素的含量决定了涂层表面张力温度系数,改变了熔池中马兰戈尼对流方向,并最终影响涂层的成分和组织。

在TC4粉末中加入不同含量的Si粉末进行激光熔覆沉积试验,研究了感应加热对试样微观组织的影响。结果表明,在没有引入感应加热的沉积态试样中,Si能够有效地细化柱状晶,柱状晶宽度由285.5 μm减小至12.1 μm。引入感应加热后,试样中柱状晶的宽度未变,但沉积方向上的部分柱状晶被打断,没有形成贯穿生长;晶内组织为α集束,且α片层上析出无规则呈弥散分布的硅化物。

用高温熔融法制备了Tm₂O₃掺杂的55GeO₂-15PbO-5PbF₂-10BaO-10ZnO-5K₂O锗酸盐玻璃,测试了该玻璃的热稳定性和结构,得到其热稳定性参数大于180 ℃。通过红外光谱测试了该玻璃的羟基含量,得到羟基吸收系数小于0.51 cm ^-1。测试了不同Tm₂O₃掺杂浓度下样品的吸收光谱和荧光光谱。研究结果表明,随着Tm₂O₃质量分数的增加,Tm ³⁺之间的交叉弛豫速率增大。当Tm₂O₃的质量分数为5%时,1880 nm处的荧光强度最强, ³F₄到 ³H₆能级跃迁的峰值发射截面高达5.84×10 ^-21 cm ²。

采用湿法硫钝化的方式,显著降低了砷化镓(GaAs)材料的表面态密度。钝化处理后的GaAs薄膜光致发光强度提高了约14倍,光电流和响应度均增大。从能带角度分析了样品性能提升的原因,结果表明,钝化处理有利于表面态密度和肖特基势垒高度的调节,进而提升了样品性能。

通过激光辐照固态Al膜,制备了一种p型重掺杂4H-SiC,分析了Al膜厚度、激光脉冲个数对掺杂结果的影响,验证了不同工艺参数对p型掺杂层表面电学性能的调控作用。结果表明,当Al膜厚度为120 nm,脉冲个数为50时,掺杂试样的最大载流子浓度为6.613×10 ¹⁷ cm ^-3,最小体电阻率为17.36 Ω·cm,掺杂浓度(粒子数浓度)可达6.6×10 ¹⁹ cm ^-3。4H-SiC的Al掺杂改性机理为:在紫外激光作用下,Si—C键断裂,Al原子替代Si原子形成p型掺杂层。

提出了一种基于空间频域分析的白光干涉测量算法,该算法通过消除相位信息中的2π模糊来实现高精度的表面形貌测量。在频域分析中可以同时提取样品的相干形貌和相位形貌。相干形貌虽然不受2π模糊的影响,但是包含测量误差,精度较低。相位形貌虽然能够实现较高精度的表面形貌测量,但存在2π模糊问题。因此采用相干信息与相位信息相结合的方式来消除相位信息中的2π模糊。此外,针对由背景噪声和光源扰动所引起的局部相位突变,提出了相邻像素点差分分析方法,有效消除了局部相位突变,从而提高了测量的稳定性。该方法不需要复杂的计算,工作效率较高。分别从理论和实验两个方面进行分析,以验证提出方法的有效性。

基于结构光的主动视觉测量技术因具有诸多优点在工业测量领域得到广泛应用,而投影仪和相机组成的测量系统的Gamma非线性、系统抖动以及噪声等因素,均易导致相位和三维测量结果出现较大误差。针对测量系统出现的Gamma非线性问题以及投影仪亮度分布不均匀导致Gamma值不同,投射单一灰度的图像于表面光滑的均匀白板,利用灰度特征对采集图像进行分区和直方图统计,建立不同区域的模型后,进而完成对初始相位的补偿。在求解相位之前,为避免系统抖动和噪声影响相位误差对图片进行预处理。将该方法应用于实际测量中,相位精度和测量精度大幅提高,该方法比已有的消除Gamma非线性影响的方法更简单方便。

基于模型的无波前探测自适应光学系统具有收敛速度快、校正效果好的优势,在实时波前校正中具有较大的应用潜力。成像掩模探测器信号S_MD与波前相位的平均梯度平方和S_MG 之间的线性关系是系统控制算法设计的基础。为了验证S_MD和S_MG之间的线性关系,使用37单元压电变形镜、CCD相机和哈特曼传感器等主要元件建立自适应光学系统实验平台,其中利用变形镜产生波前畸变信息,利用CCD探测远场光强分布,利用哈特曼获取波前信息。基于获得的光强信息和波前畸变信息,分别计算S_MD值和S_MG值。实验结果验证了S_MD和S_MG之间的线性关系,且线性值为0.018,非常接近理论值1/(4π ²)。

具有自聚焦性的阵列艾里光束的光束强度较强,光束密度较大,对大气湍流和大气散射的抑制优势明显,可在接收端接收到较强的光信号,提高大气激光通信质量。将多个可产生艾里光束的立方相位膜片进行有序排列可生成多相位膜片,利用多相位膜片可产生具有自聚焦性的阵列艾里光束。仿真和实验说明了阵列艾里光束的自聚焦过程及光斑尺寸对其自聚焦性能的影响。结果表明,基于多相位膜片产生的阵列艾里光束具有自聚焦性,且其自聚焦的聚焦位置随光斑尺寸的变大而变大。因此,通过控制阵列中每个艾里光束的光斑尺寸,可有效控制艾里光束的自聚焦位置。

运用空间矢量角谱法,分析了低阶拉盖尔高斯光束(LGB)在空间中的非傍轴矢量传输特性,得到了LGB远场矢量分布的解析式。基于广义Mie散射理论,分析了单个均匀球形粒子对LGB的散射特性。研究结果表明,随着LGB拓扑荷数的增大,光斑中空的面积增大,位于光轴上的微分散射截面减小;随着粒子尺度参数的增大,消光效率因子、散射效率因子和吸收效率因子出现峰值,并且峰值随着拓扑荷数的增大向着粒子尺度增大的方向移动。

建立了发射光束通过带有波像差的望远镜系统后的远场光斑分布数学模型,采用数值计算,结合Monte Carlo方法分析了波像差方均根(RMS)值对发射光束远场发散角的影响,据此确定望远镜波像差的容差,以实现特定发射光束的远场发散角。结果表明:对于采用偏轴发射方案的激光通信系统,当望远镜的波像差RMS值优于0.13λ(λ为光束的波长)时,发射光束远场发散角小于10 μrad,当RMS值小于0.2λ时,发射光束远场发散角小于16.2 μrad,且仍有60%的概率小于10 μrad。在实验室中,不同温度下望远镜波像差及其对应的发射光束远场发散角的测试结果很好地验证了以上分析结果。

为了改善半导体激光光束质量,使其能够满足大距离高精度干涉测量的要求,使用空间光调制器对半导体激光光束进行整形,提出了一种基于复振幅调制算法的光束整形方法。利用该方法可将半导体激光光束整形为准直性好、光强分布均匀的无像散基模高斯光束。通过光束质量分析对整形后的光束进行评估,实验结果显示整形后半导体激光光束在x和y方向的M²因子均趋于1,像散接近于0,验证了该光束整形方法的有效性。将提出的半导体激光光束整形方法应用于大距离干涉测量中,在8 m处进行了微米级步进位移测量,与纳米位移工作台相比,所得结果达到了亚波长的测量精度。实验结果表明整形后的光束能够满足大距离高精度干涉测量的要求,验证了提出的半导体激光光束整形方法的可行性。

推导了最优误码率(BER)性能对应的判决门限计算公式,并在此判决门限基础上,推导出大气湍流影响下基于自适应判决门限的逆向调制(MRR)自由空间光通信(FSOC)系统BER解析表达式,推导过程考虑了判决门限本身的干扰和探测器噪声的影响。根据所推导的表达式,仿真研究自适应判决门限参数和调制消光比对BER的影响,仿真结果表明:自适应判决门限系统BER性能优于固定判决门限17.5 dB(误码率为10 ^-5,弱湍流),并且当训练数据比特位数大于3时,自适应判决门限系统的BER性能与根据瞬时信道状态信息计算判决门限系统的BER性能相近。

在光电振荡器(OEO)混沌系统的基础上,将混沌激光输出重新反馈到马赫-曾德尔调制器(MZM),使原系统的增益系数发生动态变化,同时在系统中引入第二个时间延迟。从理论上研究了改进后混沌系统的反馈时间和反馈强度对系统复杂性和延时特征的影响。仿真结果表明:光反馈OEO输出的混沌激光更复杂,延时特征更低。当光反馈的延时时间与光电反馈的延时时间相同时,光反馈OEO系统表现出较好的混沌动力学特性。该方法在不过多增加系统成本的前提下,可产生更复杂的混沌信号,同时可以降低信号延时特征,有利于提高通信系统的安全性。

对微纳光纤耦合器(OMC)光吸收致热引起的全光强度调控特性进行了理论分析和实验研究。理论分析结果显示,OMC全光强度调控器件的调制响应效率与OMC腰区长度、抽运光在OMC腰区的损耗系数及抽运调制光强成正比,而与OMC腰区耦合光纤的半径成反比。通过实验将强度调制的980 nm抽运光注入OMC以加热其腰区,实现了对OMC传输的1550 nm工作光的全光调控功能。在百微瓦量级的调控光功率作用下,OMC全光强度调控器件即可实现整周期、大调制深度的强度调制,且在较小调制光功率下,调制响应信号幅度与调制信号幅度呈线性响应关系。OMC光热调控最小响应调制光功率为几十微瓦量级。研究成果为开发基于OMC光致热效应的光衰减、光开关及强度调制器等全光功能器件提供了实验数据,并为微纳光子集成光路热稳定性管控及片基量子通信系统安全性研究提供了可借鉴的研究方案。

提出一种在线同步监测光纤布拉格光栅(FBG)损耗与折射率增长的方法,深入分析FBG的损耗特性在刻写时的演变过程,实验结果显示FBG的损耗系数α随耦合系数κ线性增长。为了优化FBG的损耗性能,采用损耗-耦合斜率系数α/κ衡量FBG损耗特性,结果表明:增加光纤与相位掩模板距离和使用0级衍射光衍射效率更强的相位掩模板均会使FBG的损耗-耦合斜率系数更大,这可能是与耦合系数无关的背景折射率增加所致;而且相比于载氢,采用载氘增敏方式可使FBG在1550 nm附近的损耗-耦合斜率系数下降50%以上。

采用时间相关单光子计数原理搭建荧光寿命测量光学系统,实验验证了单量子点发射荧光的单光子性。针对石英玻片、硅片、金膜等不同基片上多处具有单光子荧光发射特性的单量子点,对其发射荧光的寿命进行了测量、对比,计算了不同基片上单量子点发射荧光的衰减速率、量子产率等与量子点到基片有效距离的相关性,解释了实验数据。此外,分析了石英玻片、硅片、金膜上单量子点发射荧光的闪烁行为,结果表明不同基片对单量子点单光子荧光的闪烁与衰减速率具有调控作用。

神经元是生物神经系统结构与功能的基本单位,它通过放电活动对信息进行编码、传递和整合,在生命活动中起到重要作用;基于神经元放电活动的动力学本质和相位成像技术,探讨对活细胞及其内部亚结构进行无损、免标记成像的方法,根据神经元模型的相位信息对其静态形态特征和放电行为的动态表征进行研究;运用光学成像仿真技术建立神经元相位模型并获得其相位分布信息,从相位函数的物理意义出发分析模型的亚结构特征;考虑放电活动中样品胞内离子浓度变化对其折射率及相位信息的动态影响,初步探讨用相位信息直观表征该动态过程的方法;对于该较复杂的非均质相位体模型,引入异质对比补偿思想,免相位解耦地获得样品亚结构局部的静态形态信息及其动态放电活动的相位表征结果,并通过仿真分析验证该方法的有效性。结果表明,神经元放电特征及其形态的光相位表征方法具有无损、免标记、可定量的优势。

用全场光学相干层析成像(FFOCT)系统对人体离体结肠组织与肾脏组织进行了高分辨率层析成像。该系统基于Linnik干涉系统,采用白光光源照明,理论分辨率可达0.5 μm。通过面阵电荷耦合元件(CCD)采集多张样品和参考镜的干涉图,以四步移相法获取层析图。运用该系统对人体肾组织进行成像,基于肾的组织学切片特征成功辨认肾组织结构;运用系统对人体结肠组织及结肠腺癌组织进行成像,以组织学切片图像为对照,分析正常结肠组织与结肠腺癌组织的FFOCT断层图像,验证了该成像系统对人体癌变组织的鉴别能力,研究结果为FFOCT技术的临床诊断应用打下了基础。

生物发光断层成像(BLT)是利用生物体表面光强信息,重建出荧光光源在生物体内三维分布的一种新兴光学分子影像技术。由于生物体表面的测量信息有限,并且生物体内组织结构复杂,BLT的光源重建有着严重的病态性。为提高光源重建质量,提出了一种结合可行域收缩策略的多级自适应有限元光源重建方法。为了评估该方法的光源定位能力和能量密度定量能力,在数字鼠模型上分别设计了单光源和双光源实验。结果表明,本文方法可以显著提高光源的定位精度和能量密度。

研究应用光声-光学相干层析成像(PA/OCT)双模式成像方法测量血流绝对速度和角度。在双模式成像方法中,利用光声相关谱方法测量血流速度在垂直于探测激光光束传播方向的速度分量,利用多普勒光学相干层析成像测量血流速度在平行于探测激光光束传播方向的速度分量,最终得到血流绝对速度和角度。在不同倾斜角度条件下,针对绝对速度为1 mm·s ^-1的血液样品,PA/OCT测得流速结果的标准差为0.02 mm·s ^-1,测得的血流角度与实际样品倾斜角度的相关系数为0.997。实验结果表明,PA/OCT可用于测量血流绝对速度和角度。

提出了一种基于固定光程差干涉信号的光谱标定方法。在频域光学相干层析成像(OCT)系统中引入一个光程差为固定值的干涉信号,则每次采集的信号同时包含该固定光程差的干涉信号和样品的干涉信号,通过滤波的方式将该固定光程差的信号分离出来,再利用其相位实现对系统样品干涉信号的光谱标定。理论分析了该方法的可行性。在100 kHz扫频光源OCT系统中,用反射镜作为样品在不同深度位置进行了光谱标定实验,获得了不同深度位置的点扩展函数和轴向分辨率,与利用光源clock触发采集的波数等间隔干涉信号处理结果对比,该方法具有更好的有效性。

当被测物体不满足稀疏条件时,传统同轴数字全息相位恢复方法无法消除共轭像的干扰,也无法获得正确的相位重建结果;而离轴数字全息受最小记录距离的限制分辨率较低。为此,提出了一种将离轴和同轴数字全息相结合的复合数字全息成像方法。该方法只需记录一幅离轴全息图和一幅同轴全息图;采用约束最优化算法从离轴全息图中得到记录平面内物光波的近似相位分布;将此相位信息与同轴全息图的强度信息合成记录面内物光波复振幅的初始值;再利用迭代算法实现物体强度像和相位像的高分辨率重建,该方法的理论分辨率与图像传感器的分辨率相同。实验结果表明,该方法可以充分利用图像传感器的空间带宽积,能在对复杂物体成像时消除共轭像,实现大视场、高分辨率数字全息成像,实验成像分辨率接近理论分辨率。

介绍了位于南京北郊的拉曼散射激光雷达的基本结构,描述了使用拉曼散射激光雷达反演平流层大气气溶胶消光系数廓线的数据处理方法。重点研究了南京北郊2011-12-08与2011-12-09晚间平流层气溶胶观测数据,对拉曼散射激光雷达距离矫正信号进行4种不同阈值的小波去噪,选择出合适的阈值,然后利用反演原理公式,得到平流层大气气溶胶消光系数廓线,分析了平流层大气气溶胶消光系数的变化特征。

数字全息显微术是数字全息术和光学显微术相结合的定量相位成像技术。为克服高相干光源(激光)照明产生的散斑噪声和寄生条纹噪声,以及参物光路分离系统结构的不稳定性(易受外界震动干扰),实现了白光照明(卤素灯照明)的基于光栅衍射的共路离轴数字全息显微定量相位成像。首先基于理论分析和计算,得出系统可采用的光学元件参数和系统结构参数;然后建立了一套卤素灯照明的光栅衍射共路数字全息显微成像系统;最后对系统的成像准确度和时空噪声进行了测量。实验结果表明,该系统具有高准确度的成像性能,并具有非常高的时空敏感性(空间噪声为0.6 nm,时间噪声为0.04 nm)。

对于飞行目标轨迹测量中常用的脉冲激光测距系统,回光波形的变化对其测距精度的影响尤为显著。为了研究回光波形变化造成的测距误差,深入分析了复杂三维飞行目标的回波特性。以典型的调Q脉冲激光测距为基础,探讨了调Q脉冲激光发射脉冲的数学描述,建立了一种通过飞行目标的反射特性、表面形状及姿态信息计算回波功率分布的理论模型。在此基础上,以典型目标为例建立了目标模型,通过仿真模拟研究了脉冲激光回波特性,分析了目标姿态变化对回波特性及回波畸变测距误差的影响。搭建了脉冲激光测距实验系统,加工制作了模拟目标并进行了验证实验。实验结果表明,飞行目标姿态变化引起的回波脉冲展宽及回波畸变测距误差变化规律与理论分析基本一致,验证了所建理论模型的有效性。

提出一种采用TiO₂膜增强双纤芯单通道光子晶体光纤表面等离子体共振生物传感器灵敏度的设计方案:在传感器银膜表面增加一层TiO₂薄膜,不仅可以隔绝氧气,防止银氧化,而且可提高传感器的灵敏度;采用全矢量有限元法数值分析传感器的耦合特性及其性能。结果表明,在待测介质折射率为1.33~1.38时,待测介质折射率与传感器的共振波长呈线性关系,线性相关度为0.9806,传感器的平均灵敏度为4200 nm·RIU ^-1。此外,进一步分析了光子晶体光纤空气孔大小、银膜厚度、TiO₂厚度等参数对传感器性能的影响。结果表明,改变结构参数可以优化生物传感器的输出光谱、改善传感器的性能。

针对工业废水重金属原位在线监测的需求,提出了基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的水体重金属连续在线检测方法。采用石墨基底蒸干的富集方式,通过研究样液富集模式、样液定量添加方式、样液蒸干富集方式等,实现了水体中重金属元素的快速自动检测,提高了检测效率和检测能力。对含有Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn重金属元素的不同质量浓度的标准溶液进行检测,分别建立了这6种元素的定标曲线,并得到了相应的检测限。多次测量光谱强度相对标准偏差分别为9.24%、10.45%、12.59%、11.58%、15.24%、6.87%,检测限分别为0.03,0.012,0.0047,0.033,0.071,0.0376 mg/L。该方法为水体重金属的在线监测提供了一种有效手段。

提出了一种以金属-电介质复合结构为基本单元的磁导率μ近零的太赫兹超材料。在太赫兹波垂直入射的情况下,当电场为横磁偏振时,在1.44 THz谐振频率附近,可得到μ实部的最优值为0,μ近零的带宽(|μ|<0.05)约为0.2 THz;当电场为横电偏振时,在0.978 THz谐振频率附近,得到μ实部的最优值为0,μ近零的带宽(|μ|<0.05)约为0.1 THz。在固定的几何参数下,通过改变偏振方向可以实现该超材料在不同频段内的近零效果。分析了聚酰亚胺介质层厚度、金属层数以及入射角度对磁导率近零效果的影响,并讨论了该结构的容差范围。