东南大学 仪器科学与工程学院, 江苏 南京 210096
为了给国内重力梯度仪的实物制造夯实理论基础, 该文主要研究了伞型全张量旋转加速度计重力梯度仪信号模拟的产生。通过半物理仿真实验模拟了伞型重力梯度仪的测量过程, 并对全张量重力梯度仿真系统进行性能测试。测试数据为MATLAB生成的理想状态下的伞型重力梯度仪三圆盘加速度计数据, 将该数据载入全张量重力梯度仿真系统中, 解调得到交叉和内联重力梯度分量, 经过线性运算得到测量坐标系下的全张量重力梯度值, 再进行坐标系转换, 得到平台坐标系下的重力梯度值。结果表明, 该仿真系统测量精度达到1E(1E=1×10-9 s-2)。
仪器仪表技术 半物理仿真 旋转加速度计 重力梯度 梯度解调 全张量 instrumentation technology semi-physical simulation rotational accelerometer gravity gradient gradient demodulation full tensor
强激光与粒子束
2022, 34(11): 111005
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
1064 nm半导体激光器在光纤通信系统方面有重大应用,但随着脊波导宽度增加,出现输出模式增加,近场光斑“多瓣”现象,导致其光束质量降低,影响其光纤耦合效率。为此提出一种侧向微结构宽脊波导半导体激光器,根据其腔内各阶侧模光场分布特点,在宽脊两侧引入微结构,以此增大高阶侧模衍射损耗,提高高阶侧模阈值增益,增大基侧模与高阶侧模的阈值增益差,消除近场光斑“多瓣”现象,改善侧向光束质量。在条宽120 μm、腔长1 mm的结构参数下,制作了宽脊波导半导体激光器和具有侧向微结构的激光器件。测试结果表明,在输入电流为0.5 A时,与宽脊波导半导体激光器相比,引入侧向微结构后器件输出功率提升了58.5%,斜率效率提升了80%,电光转换效率提升了55.9%。
激光器 半导体激光器 侧向微结构 侧向模式 阈值增益 近场光斑 中国激光
2021, 48(13): 1301003
细胞微环境的稳定是保持细胞正常增殖、 代谢和功能活动的重要条件, 微环境成分的异常变化可使细胞发生病变。 采用荧光光谱技术研究离体白细胞在多糖微环境中荧光发射特性的变化规律和发光机制, 并进一步的分析了多糖对白细胞的生物活性的影响。 实验结果表明: 当白细胞受波长为407 nm的激光照射时, 发射位于450 nm的荧光。 在加入脂多糖或葡聚糖时, 白细胞的荧光发射峰的位置不会变化, 峰值受到影响。 脂多糖的加入会减弱白细胞荧光峰强度, 且荧光强度随脂多糖浓度（0～500 μg·mL-1范围内）的增加而持续减弱。 而葡聚糖可以一定程度增加白细胞的荧光强度, 浓度越高, 荧光强度越大。 分析认为白细胞发射的450 nm荧光来自发射物质烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)。 白细胞内NADH随着离体时间的增长, 被氧化成不发荧光的烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸（NAD+）, 导致细胞荧光峰值下降, 从而引起细胞凋亡。 加入脂多糖产生的羟自由基（·OH）会与NADH发生氧化反应, 因此脂多糖加速了NADH的消耗, 导致白细胞荧光减弱, 加快细胞凋亡。 而葡聚糖主要是由葡萄糖单体组成, 葡聚糖的加入会将NAD+还原成NADH, 因此延缓了白细胞的凋亡。 分析认为脂多糖可以加速白细胞的凋亡, 提高细胞发生炎症甚至是肿瘤的机率, 而葡聚糖对白细胞有保护作用。 该研究为研究肿瘤的发生和发展过程以及治疗提供有价值的参考。
白细胞 脂多糖 葡聚糖 荧光光谱 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 White blood cell Lipopolysaccharide Dextran Fluorescence spectroscopy Nicotinamide adenine dinucleotide 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1050
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
受光栅制作工艺的影响,光栅参数的轻微偏移极易导致耦合系数偏离设计值从而影响分布式反馈(DFB)半导体激光器性能。通过微扰下的耦合模理论与数值仿真相结合的方式,对侧向非对称光栅的耦合系数特性进行了深入分析。当光栅宽度与脊型区宽度之比在一定范围内时,两个亚光栅之间非对称距离的引入使波导内的光场产生轻微偏移,光场的耦合状态发生改变。这有利于光栅的耦合系数稳定在一个合理的范围内,有效地缓解了占空比等参数对光栅耦合系数的影响,降低光栅工艺误差对DFB半导体激光器性能的影响;此时谐振腔内光子密度均匀分布,避免了常规光栅结构易引发的空间烧孔效应,有助于半导体激光器窄线宽激光的输出。本文工作将为侧向非同步耦合光栅的设计与应用提供理论参考。
光学器件 布拉格光栅 耦合系数 非同步耦合 半导体激光器
大连海事大学信息科学技术学院, 辽宁 大连 116026
针对室内可见光通信链路性能提高问题,提出了一种适用于室内可见光通信的高效混合调制方案。该混合调制方案通过将频谱高效的多维无载波幅度相位(CAP)调制与功率高效的多脉冲位置调制(MPPM)相结合,利用MPPM的不同脉冲时隙信息控制CAP信号的传输。基于Lambertian光照模型,推导了高斯信道下N维DCO(DC offset)-CAP-MPPM方案的误码率(SER)解析表达式,仿真验证了其准确性。此外,对比分析了该混合调制方案与传统MPPM及多维DCO-CAP方案的性能优劣。通过数值仿真,分析了脉冲占比、调制阶数以及CAP维度等参数对混合调制方案误码性能的影响,仿真结果表明,混合多维DCO-CAP-MPPM方案在可以提供灵活的多址接入功能基础上,通过选择合适参数,可以得到优于传统MPPM或CAP调制的误码性能。
光通信 可见光通信 无载波幅度相位调制 多脉冲位置调制 误码率
江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏省先进激光材料与器件重点实验室, 江苏 徐州 221116
在食品和环境监测中, 大肠杆菌是一个重要指标细菌, 因此, 对大肠杆菌的监测和灭菌效果也引起了人们广泛的关注。 基于荧光光谱检测技术具有的灵敏度高、 速度快、 稳定性强等优点, 利用荧光光谱技术研究了大肠杆菌的发射峰强度与大肠杆菌浓度的内在变化规律, 得到了一种更加方便、 快捷、 监测浓度更低的大肠杆菌计数方法。 采用289 nm的激发光照射大肠杆菌水溶液, 得到大肠杆菌的荧光发射光谱; 改变大肠杆菌溶液的浓度, 得到不同浓度大肠杆菌溶液的荧光光谱, 并分析大肠杆菌特征峰强度与大肠杆菌浓度的关系。 在此基础上, 利用荧光光谱技术研究了银纳米颗粒对大肠杆菌荧光发射的影响, 分析了银纳米颗粒对大肠杆菌的灭菌效果, 结果表明: (1)当289 nm的激发光照射大肠杆菌水溶液时, 大肠杆菌分别在332和425 nm两处有明显的荧光特征峰; 荧光特征峰强度随着大肠杆菌浓度降低而降低; 当大肠杆菌浓度小于20%时, 332和425 nm处特征峰强度与大肠杆菌溶液的浓度均呈线性关系。 (2)当大肠杆菌水溶液中加入银纳米颗粒时, 在4个小时内, 银纳米颗粒的作用时间越长, 大肠杆菌的荧光特征峰越弱, 即灭菌率越高; 增加银纳米颗粒的浓度或者提高环境温度, 均可提高银纳米颗粒对大肠杆菌的灭菌率。 本文的研究结果对食品、 环境等中大肠杆菌的计数和灭菌研究有参考意义。
荧光光谱 大肠杆菌 银纳米颗粒 灭菌 Fluorescence spectrum Escherichia coli Silver nanoparticles Sterilization 光谱学与光谱分析
2019, 39(11): 3619
Author Affiliations
Abstract
Jiangsu Key Laboratory of Advanced Laser Materials and Devices, School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
The changes of mechanical properties and biological activities of monomeric erythrocytes are studied using optical tweezers micromanipulation technology. Firstly, the mechanical properties of irradiated erythrocyte membranes are obtained. Weaker power laser irradiation can delay the decay of the mechanical properties of erythrocytes and promote the biological activity of erythrocytes, while higher power laser irradiation damages erythrocytes. The stronger the laser irradiation is, the more obvious and rapid the damage will be. The temperature of the cell surface will be changed by regulating the laser power and irradiation time, so the biological functions of erythrocyte can be controlled. Secondly, the finite element simulation of the temperature change on the cell surface under the condition of laser irradiation is carried out using simulation software, and the precise temperature of the cell surface irradiated cumulatively by a laser with different powers is obtained. Finally, the processes of abscission, unfolding, and denaturation of hemoglobins in erythrocytes at different temperatures due to the photothermal effect are analyzed using the model. The mechanism of laser irradiation on the elasticity of erythrocyte membranes is also obtained.
170.4520 Optical confinement and manipulation 140.6810 Thermal effects 350.4855 Optical tweezers or optical manipulation 350.5340 Photothermal effects Chinese Optics Letters
2019, 17(6): 061701
1 天津大学材料科学与工程学院, 天津 300350
2 天津大学天津市现代连接技术重点实验室, 天津 300350
利用光谱诊断方法结合高速摄像研究所提出的药芯焊丝的填丝TIG焊接新工艺的电弧特性, 借助高速摄像研究药芯焊丝TIG焊的熔滴过渡方式； 通过对焊接电弧进行光谱采集点扫描, 对采集的谱线进行元素标定, 以药粉中活性元素K和Na作为追踪目标, 统计得到电弧中药粉成分的分布范围； 并利用Boltzmann图法计算TIG焊电弧的温度场分布, 分析了熔滴过渡方式对电弧温度场分布的影响。 研究结果表明, 通过调整丝极间距, 得到药芯焊丝TIG焊的三种典型的熔滴过渡方式: 滴状过渡(2 mm)、 渣柱过渡(5 mm)和搭桥过渡(7 mm)。 药粉中的活性元素K和Na等集中分布在熔池上方的电弧空间, 且其分布受丝极间距的影响, 丝极间距越小其分布越靠近钨极, 容易造成对钨极的污染。 不填丝TIG焊的电弧温度分布呈钟罩形, 等温线关于钨极轴线近似对称分布； 与不填丝TIG焊相比, 药芯焊丝TIG焊的电弧温度场受熔滴过渡的影响发生了不同程度的扭曲, 滴状过渡的电弧温度场扭曲严重, 焊接过程中飞溅较大； 相比于滴状过渡, 渣柱过渡和搭桥过渡的电弧温度场扭曲程度较小且焊接过程稳定, 适合该TIG焊方法的使用。
药芯焊丝 TIG焊 电弧特性 光谱诊断 Flux-cored wire TIG welding Arc characteristic Spectrum diagnosis 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2171
1 天津理工大学 计算机与通信工程学院, 天津 300384
2 天津大学 激光与光电子研究所, 天津 300072
提出了一种工作于太赫兹频段的双频微带天线。通过在天线辐射贴片上加载双T型辐射缝隙, 改变天线表面电流的路径来实现双频特性。对天线模型进行了仿真分析, 仿真结果表明, 所设计天线的谐振频率分别为300 和670 GHz, 最大增益达到了7.13 dB。该双频天线结构简单、易于加工且性能指标稳定, 可应用于太赫兹通信系统中, 其设计方法对双频微带天线的设计有一定的参考价值。
双频天线 太赫兹 回波损耗 方向性增益 dual-band antenna Terahertz return loss directive gain
