以均匀有序的聚丙烯腈(PAN)纳米柱阵列薄膜为基材, 结合水热法以及离子溅射方法制备大面积有序的Fe2O3@Ag纳米棒复合结构阵列。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪、紫外可见光吸收光谱仪、X射线衍射仪以及拉曼光谱仪对复合材料进行表征。以罗丹明6G(R6G)和4-氨基苯硫酚(4-ATP)为探针分子, 对结构阵列的表面增强拉曼散射(SERS)性能进行研究。结果表明,制备的结构阵列具有较高的SERS活性和信号均匀性, 对R6G和4-ATP可以实现10-10 M和10-9 M低浓度探测。以10-6 M的4-ATP为探针分子, 计算得到基底的SERS信号相对标准偏差(RSD)值为7.5%。所制备的复合结构在SERS检测中具有良好的潜力。

本文以表面超疏水性的紫竹梅叶片为基质, 用疏水浓缩效应制备了银纳米粒子基底。所制备的基底同样具有超疏水性。对探针分子R6G进行了表面增强拉曼散射光谱检测, 当R6G的浓度稀释到 5×10-11 mol/L时都有很明显的特征峰, 说明该基底具有很好的增强效果。另外对紫竹梅叶片的正反表面制备的基底的增强效果进行了研究, 发现其增强程度差别不大, 于是采用正面来制备基底进行进一步实验研究。利用所制备的基底对福美双残留进行检测, 发现其检测限度可达5×10-8 mol/L。低于国标福美双0.1 mg/kg(对应摩尔浓度为4.16×10-7 mol/L)的最大残留限量, 可作为福美双农药残留一种快速的检测方式。该基底制备简单, 在普通实验室就能完成, 有望作为农药残留一种快速有效的检测方法。

金纳米粒子具有较大光吸收截面和光谱选择性, 在激光点火含能材料中具有极大的应用潜力。本文根据目前实验中所制备的纳米金属复合炸药的结构和尺寸, 构建了三种复合炸药的光吸收模型, 分别为Au核RDX壳球形纳米粒子, Au-RDX-Au-RDX均匀相间的球形纳米粒子, 以及RDX核Au壳的纳米粒子。利用离散偶极近似方法(DDA)对纳米金复合炸药的近红外吸收光谱进行了分析, 并考虑了多种模型核壳尺寸及周围环境介质对光吸收性质的影响。获得了近红外光辐照下, 纳米复合结构的最佳结构尺寸参数。结果表明, 当制备成纳米级Au核RDX壳球形粒子时, 其对近红外光(800 nm)波长具有较高的光吸收, 相应的核壳尺寸约为60 nm和20 nm左右, 且在水中的吸收要比在空气中的吸收强。

Na0.5K0.5NbO3是一种不含铅的新型压电材料。理解该物质在高压下的晶体结构变化, 有助于深入认识并提高其材料的稳定性及压电性能。然而目前关于该物质在高压下的相结构演化过程还缺少实验研究。本工作采用基于金刚石对顶砧(DAC)的高压拉曼光谱技术, 研究了Na0.5K0.5NbO3的高压拉曼光谱特性与压致相变行为。研究发现Na0.5K0.5NbO3在高压环境下由于NbO6八面体的振动模式发生改变, 会依次发生正交相到四方相和四方相到立方相的可逆相变过程, 其相变压力分别为4.0~5.5 GPa和5.5~6.4 GPa。

为了探究激光的束腰半径b0对高能电子与激光脉冲对撞辐射特性的影响, 以Lorentz方程以及电子辐射方程为基础建立了紧聚焦圆偏振激光与单电子对撞模型。使用MATLAB进行数值计算, 获得了笛卡尔坐标系中电子的运动轨迹, 基于模拟计算的结果深入研究了紧聚焦圆偏振激光脉冲的束腰半径与电子间的辐射功率峰值之间的关系。结果表明: 当束腰半径较小时, 峰值辐射功率随着束腰半径的增大而增加, 在b0=1.7λ0处达到最大峰值辐射功率, 接着束腰半径的增大反而会引起峰值辐射功率的缓慢降低。此外, 寻找到了一个最佳的观测θ角区间［144°, 151.5°］, 在这一观测范围内能观测到较高的辐射功率, 且电子与圆偏振激光脉冲的对撞能产生超短阿秒脉冲。

声波作为具有能量的机械波, 在传播过程中与大气相互作用, 扰动大气湍流的时空分布特性。本文基于声波的波动方程和叠加原理, 结合大气折射率与大气物理参数的关系式, 通过理论建模和仿真模拟, 数值分析了基于单个点阵列相干声源的五种不同类型组合阵列相干声源模型激发的人工折射率不均匀体分布情况。结果表明: 组合阵列声源在局部空间平面上激发的不均匀体分布特征受阵列声源的数量和分布位置共同影响, 组合阵列模型内部声源个数越多, 激发出的人工不均匀体的数量级以及起伏更大, 同时声波之间的干涉条纹也更加的明显。本文为生成或抑制湍流效应提供了新思路, 数值计算结果可为光工程选择合适的声源模型提供依据。

痤疮是属于丙酸杆菌皮肤病脉的一种慢性炎症, 它危害着人体健康。虽然市面上存在痤疮识别手段, 但其仪器较大且费用昂贵, 目前尚无民用级别的痤疮识别系统投入使用。本文提出一种基于多光谱成像技术的面部痤疮识别方案, 即利用多光谱相机设备, 分别对面部正常与不同严重程度痤疮皮肤进行多光谱图像信息采集, 通过图像处理方法对采集的信息进行多光谱图像分析, 并通过光谱反演算法获取光谱信息。然后将反演出的正常和不同严重程度痤疮皮肤的反射率谱线, 与高精度光谱仪在同等实验条件下探测的谱线趋势进行对比。最后建立支持向量机(support vector machine, SVM)面部痤疮三度四级分类模型, 准确率为90%, 验证了基于多光谱成像技术对面部痤疮无创识别与分类的可行性。

基于矢量分解及双随机相位编码设计了一种光学图像加密系统。通过矢量分解将原始图像分解为两个相位模板, 其中一个相位模板通过双随机相位编码系统进行加密, 另一个相位模板作为额外的密钥, 参与图像的解密, 通过与解密光束相干叠加恢复出原始图像。数值模拟表明, 所设计加密系统具有较好的加密和解密效果, 以及较强的抗噪声和剪切攻击能力。相较于双随机编码系统, 文中加密系统通过矢量分解增加了一个密钥, 拓展了系统密钥空间, 且矢量分解破坏了加密系统的线性关系, 加密系统能够抵御唯密文攻击、已知明文攻击及选择明文攻击, 具有较高的安全性。

缔合液体是日常生活和工业生产过程中的常见媒介之一, 而声学和粘弹性质是其十分重要的基础性质之一。为此, 本文作者将布里渊散射测试方法用于纯水和甘油两种代表性缔合液体不同温度下的声学和粘弹性质的测试, 在180°背散射几何设置下测得了完整布里渊散射谱图。在构建系统理论描述的基础上, 计算获得了它们的声速、声吸收系数和剪切粘度等参数值, 从而进一步分析得到温度变化对液体材料声学性质及剪切粘度的影响。

酒精中低浓度甲醇和乙醇的精准检测是十分重要的。低频拉曼散射是研究液相分子间相互作用最有效的方法之一。本文采用新型超低频拉曼光谱, 对不同浓度的乙醇以及乙醇-甲醇混合液进行研究。实验发现, 不同浓度下乙醇溶液在78 cm-1和170 cm-1存在两个特征峰, 不同浓度下乙醇-甲醇混合液在85 cm-1和178 cm-1存在两个特征峰。其中, 78 cm-1特征峰是由于OH-O伸缩振动引起的, 178 cm-1特征峰是由于OH-O面内弯曲振动引起的, 85 cm-1和170 cm-1两个峰是由C-OH的伸缩振动引起的。同时, 我们发现了以上超低频特征峰频率与乙醇以及乙醇-甲醇混合液浓度的依赖关系, 能够为较低浓度的乙醇和甲醇溶液精确指认提供可借鉴的实验思路和依据。