华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
掺铋（Bi）光纤由于其超宽带近红外发光性能引起了广泛关注，然而实现U波段高效放大的高锗（Ge）掺铋光纤在国内依然尚未研制成功，这是因为在掺铋光纤中实现高掺锗是一项极具挑战的工艺难点，同时如何实现Bi向Ge相关铋活性中心高效转化也是一个难题。基于改进的化学气相沉积技术，制备了一种纤芯GeO2摩尔分数约为42%的高锗掺铋光纤。其吸收测试结果显示，在1650 nm处出现明显的Ge相关铋活性中心的吸收峰。通过单级放大系统表征了其放大性能，在1670 nm处实现了26.3 dB的最高增益，增益效率达0.165 dB/mW。
光纤光学 高锗掺铋光纤 改进的化学气相沉积 U波段 放大
1 喀什大学化学与环境科学学院新疆特色药食用植物资源化学实验室，新疆 喀什 844000
2 上海工程技术大学化学化工学院前沿医学技术研究院，上海 201620
采用共沉淀法制备了Bi2-xGa3.985O9∶1.5%Fe3+，xEu3+（BGO∶1.5%Fe3+，xEu3+，x=0~2%）长余辉纳米粒子（PLNP），详细研究了Eu3+掺杂浓度及煅烧温度对BGO∶1.5%Fe3+ PLNP晶体结构和光学性质的影响。结果显示，最佳的PLNP组成为Bi1.99Ga3.985O9∶1.5%Fe3+，1%Eu3+，属于莫来石晶体结构，发射峰处于798 nm，在900 ℃煅烧1 h时，可获得高纯度的BGO∶1.5%Fe3+，1%Eu3+ PLNP，其平均电子陷阱能级深度为0.676 eV。与Fe3+单掺杂BGO∶1.5%Fe3+ PLNP相比，Eu3+共掺杂BGO∶1.5%Fe3+，1%Eu3+ PLNP后，荧光寿命（τav）从13.77 s增大至15.56 s，余辉发光时间从3 h延长至8 h以上。由于共掺杂BGO∶1.5%Fe3+，1%Eu3+ PLNP中存在从Eu3+到Fe3+的能量传递，共掺杂PLNP的余辉强度增大，发光时间延长。制备了长波长发射、具有余辉发光性能的BGO∶1.5%Fe3+，1%Eu3+ PLNP，该材料在生物成像、疾病检测及生物传感等领域具有巨大的应用潜力。
材料 近红外发光 长余辉纳米粒子 共掺杂 镓酸铋
1 北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044
2 北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
掺铋光纤放大器有助于将光纤通信系统拓展至新的传输波段。然而，其增益和噪声性能存在相互制约的关系，提升增益往往会导致噪声性能的恶化，反之亦然。因此，提出一种结合反向传播神经网络（BPNN）和带精英保留策略的快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多目标优化方法，通过对两级掺铋光纤放大器结构进行设计，实现了增益和噪声性能的同时优化。使用经过训练的BPNN对增益和噪声系数预测的均方根误差分别为0.191和0.084，具有较高预测精度。以高增益和低噪声系数为目标，使用NSGA-Ⅱ算法进行优化，得到包含500个解的Pareto最优解集。优化后，放大器所能实现的平均增益范围为15~37 dB，相应的平均噪声系数范围为4.95~5.31 dB。利用BPNN代替求解耦合微分方程来评价个体适应度，使得优化时间较传统方法由106 s左右降低为80 s左右，大幅提升了优化效率。所提方法也为其他掺杂光纤放大器的高效率、多目标结构优化设计提供了一种新的思路。
光纤通信 掺铋光纤放大器 反向传播神经网络 多目标优化 带精英保留策略的快速非支配排序遗传算法
华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
目前基于掺铒光纤放大器（EDFA）的光纤通信骨干网络仅能有效利用C+L波段（1524~1625 nm）。在E+S波段，锗硅酸盐掺铋光纤可进一步扩展放大器的增益带宽，具有重要研究价值，但其过长的使用长度严重制约了其应用。报道了一种高吸收锗硅酸盐掺铋光纤，其使用长度得到大大缩短，同时具有高增益。基于前向泵浦结构测试了掺铋光纤的增益性能，泵浦功率和波长分别为367 mW和1310 nm，输入信号总功率为-20 dBm。结果表明，50 m长的光纤在1414~1479 nm实现了大于20 dB的增益，65 m长的光纤的增益在1450 nm处达到最大（33 dB），单位长度增益系数达0.51 dB/m。研究结果证明了锗硅酸盐掺铋光纤在WDM光纤通信网络中的实际应用潜力。
光纤光学 锗硅酸盐掺铋光纤 高吸收 E+S波段 放大
华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
由于数据流量需求的逐年增加，现有光纤放大器的传输带宽已很难应对光纤通信系统的容量危机，实现扩展波段的光放大被认为是一种解决容量危机的有效方案。不同基质的掺铋光纤的发光范围可以覆盖大部分的传输窗口，因此具有重要的研究意义和广阔的应用前景。报道了一种基于改进的化学气相沉积技术制备的磷硅酸盐掺铋光纤，并测试了其基本参数及放大性能。该掺铋光纤在1550 nm处的背景损耗为21 dB/km，在1240 nm处的吸收系数达0.58 dB/m，非饱和损耗占比为13.6%。通过搭建单级前向泵浦结构测试了该掺铋光纤的放大性能，当输入信号功率为-15 dBm时，采用泵浦功率为460 mW的1240 nm半导体激光器进行泵浦，将光纤长度优化至140 m，实现了O+E波段（1270~1480 nm）的净增益，并在1340 nm处得到了最大增益（21.2 dB），其3 dB带宽约为55 nm（1310~1365 nm）。
光纤光学 掺铋光纤 宽带放大 O波段 E波段
1 1.南京理工大学 材料科学与工程学院, 南京 210094
2 2.罗斯国家科学院 材料科学与应用研究中心, 明斯克 220072, 白俄罗斯
BiFeO3是一种非常有前途的无铅铁电材料, 与大多数传统铁电材料相比, 它具有更大的极化和更高的居里温度, 为高温应用提供了可能。受到衬底强烈的夹持效应、较大的矫顽场和漏电流的影响, BiFeO3薄膜难以被极化。自极化是解决这一问题的可行方法。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si衬底上生长了BiFeO3薄膜, 向上梯度薄膜(从衬底BiFeO3过渡到薄膜表面Bi0.80Ca0.20FeO2.90)以及向下梯度薄膜(从衬底Bi0.80Ca0.20FeO2.90过渡到薄膜表面BiFeO3)。通过细致地调控薄膜内部缺陷的定向分布形成内置电场，从而导致薄膜具有自极化特性。压电力显微镜结果表明：在BiFeO3薄膜中, Ca的梯度方向可以调控自极化的方向。此外, 类似二极管的单向导通特性验证了薄膜的自极化是由Ca的浓度梯度掺杂导致。X射线光电子能谱结果表明, 氧空位的梯度分布导致的内置电场可能是造成自极化现象的原因。本研究为实现铁电薄膜的自极化提供了一种新的策略, 并在以自极化的内置电场为驱动, 提高光伏或光敏器件性能方面具有潜在的应用前景。
自极化 梯度掺杂 铁酸铋薄膜 溶胶-凝胶法 self-polarization gradient doping bismuth ferrite film Sol-Gel method
中国矿业大学材料与物理学院，江苏 徐州 221116
冷烧结(CSP)工艺是近年来新兴的一种高效、节能的材料方法。本工作采用CSP工艺，制备出致密度不低于97%的(1-x)BNT-xNN电介质陶瓷。研究了CSP工艺和NaNbO3含量对(1-x)BNT-xNN复相陶瓷的密度、相结构、显微形貌和介电性能的影响。结果表明：CSP工艺由于烧结温度低、保温时间短，可以显著降低晶粒尺寸，有效抑制Bi、Na等元素挥发，从而提高介电常数，降低介电损耗。随着NaNbO3含量的增加，(1-x)BNT-xNN复相陶瓷的剩余极化强度显著降低，并且介电常数的温度稳定性显著提升。当x=0.3时，0.7BNT-0.3NN陶瓷样品在25 ℃至400 ℃宽温范围内介电常数的变化率小于±6%，介电损耗小于5%，这表明CSP技术制备的(1-x)BNT-xNN陶瓷有望应用于温度稳定性陶瓷电容器。
冷烧结 介电常数 介电损耗 钛酸铋钠 高效节能 cold sintering dielectric constant dielectric loss bismuth sodium titanate efficient and energy saving
朱喻成 1,2,4范旭凯 1,2,3彭天骥 1,2,3,4,*范德亮 1,2,3,4[ ... ]田旺盛 1,2,3,4
1 中国科学院近代物理研究所兰州 730030
2 先进能源科学与技术广东省实验室惠州 516029
3 惠州离子科学研究中心惠州 516000
4 中国科学院大学北京 100049
为了预估在铅铋流量计标定过程中气缸驱动换向器因气缸正反行程不对称而造成的系统误差，实现对气缸驱动换向器的B类不确定度分量的先验分析，探究B类不确定度能否准确反映换向器引入标定相对系统误差的大小，本文基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法提出了一种用于开式换向器的双向耦合计算方法，对不同流量工况、不同力矩驱动下换向器使用行程差法得到的B类不确定度分量以及不同计时方式、换向器喷嘴出口不同速度分布下的标定相对系统误差进行了计算，并对气缸驱动换向器的运行特性进行了分析。结果表明：气缸推力越大，换向器B类不确定度越小；相较于采用行程起点或终点作为计时时刻，将换向器挡板运动至行程中点作为计时时刻，换向器引入的标定相对系统误差最低，为其他两种计时方式的1/7~1/30；换向器B类不确定度的大小可以反映使用不同计时时刻的换向器引入相对系统误差的包络值。
铅铋流量计 流量计标定装置 换向器 不确定度 系统误差 Lead-bismuth flowmeter Flowmeter calibration facilities Diverter Uncertainty Systematic error
铅铋冷却环形燃料组件具有许多安全性优势，但在其运行过程中由于铅铋冷却剂的腐蚀作用，易发生堵流事故而导致传热恶化，从而危及第一道屏障的完整性，为此，亟须开展铅铋快堆环形燃料组件堵流事故研究。建立5×5单盒环形燃料组件模型，基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）软件Fluent对内外通道不同堵塞面积、堵块厚度，以及堵块轴向位置下的堵流工况进行模拟分析，分析了内外包壳温度分布、堵块附近流场的轴向速度分布、通道质量流量变化、堵塞处燃料元件径向温度分布以及热量分配，并与正常工况下计算结果进行对比。结果表明：随堵塞面积增加，堵塞区域包壳温度显著上升，回流区域范围扩大，燃料芯块最高温度点位置向堵块侧偏移，堵块侧热流密度减小；当堵塞份额较大时，随堵块厚度增加，各参数变化与上述结论类似；堵块位于入口处时包壳局部温升较堵块位于中心处时更小；且随堵塞面积、厚度的增加以及堵块位置向活性区入口的不断靠近，内通道流量损失程度明显增大，而外通道流量几乎不受影响，因此，内通道发生堵流事故时危害更为严重。
铅铋快堆 环形燃料 堵流事故 计算流体力学 Lead-bismuth cooled fast reactor Annular Fuel Flow blockage accidents Computational fluid dynamics
