有机非线性光学晶体DAST及其在太赫兹领域的应用研究进展

主要介绍DAST晶体的基本结构和物理性能参数,几种不同生长方法及基于有机DAST晶体通过光学差频法产生THz波.重点研究了基于DAST晶体利用光学差频法产生太赫兹(THz)波过程中,泵浦光源的双波长调谐范围及光束质量对THz调谐范围及转换效率的影响,及其利用光整流法产生THz波的过程中,泵浦光(飞秒激光的波长、脉冲宽度和能量)对THz脉冲输出能量和转换效率的影响.综合分析影响THz辐射性能的因素及其获得大尺寸高质量晶体的主要挑战.本课题组在系统分析利用自发成核、斜板、籽晶和双温区法生长晶体优缺点的基础上,利用自发成核结合顶部籽晶法生长出高质量、尺寸为25 mm×22 mm×2 mm的晶体.下一步计划从晶体生长和泵浦光束的质量两方面改善THz输出能量及光-THz波转换效率.     

啁啾飞秒激光脉冲在ZK7玻璃中成丝传输的物理特性

采用具有不同初始负啁啾量的飞秒激光脉冲, 研究了其在ZK7玻璃中非线性成丝传输的物理特性. 实验表明激光成丝的阈值功率随着脉冲初始啁啾量的增大而升高, 但啁啾导致的光学细丝长度将逐渐变长. 通过光丝超连续谱的测量与分析, 发现了啁啾激光成丝过程中等离子体的非线性作用随着初始啁啾量的增大而减弱, 并在较长空间距离内形成了非电离特性占主导的光学成丝的新现象. 另外, 实验观察到了啁啾脉冲激光成丝过程中的多光丝干涉图像, 理论分析和讨论了非电离光学成丝的物理机制. 这些研究结果表明初始啁啾量对于超短激光脉冲成丝过程将起到至关重要的作用.     

对位取代苯乙烯吡啶衍生物分子内电荷转移与双光子吸收效应关系的研究

以对位取代苯乙烯碘化吡啶为体系，进行了“D-π-A”型化合物分子内电荷转移 (ICT) 与双光子吸收效应关系的研究. 在锁模Nd∶YAG脉冲激光器（1064 nm, 40 ps脉宽）抽运下, 通过开孔Z-扫描技术测量双光子吸收截面、双通道能量计测试输入/输出(或透过) 曲线和双光子上转换激射效率、条纹相机记录双光子荧光寿命和双光子上转换激射谱等测试方法，系统研究了双光子机制导致的双光子吸收效应，如光限幅特性、双光子上转换荧光及双光子上转换激射等光物理性能，并结合理论计算研究了激发态分子内电荷转移对双光子吸收截面的影响.     

GaN基β辐射伏特效应微电池的优化设计研究

β辐射伏特效应同位素微电池具有体积小、工作稳定性好、寿命长、能量密度高、抗干扰性强等优点，逐渐成为微能源研究的方向．本文以半导体物理理论为基础，提出基于宽禁带半导体材料GaN和放射性同位素^147Pm的同位素微电池最优化设计方案．引入对同位素源自吸收效应的考量，通过蒙特卡罗程序MCNP模拟计算β粒子在半导体材料中的输运过程，对同位素源与半导体材料的最优化厚度，半导体材料PN结结深、耗尽区厚度、掺杂浓度，以及电子空穴对的产生及收集情况进行了研究和分析．提出的β辐射伏特效应同位素微电池最优化设计方案可实现：^147Pm单次衰变在能量转换单元中沉积的能量为28．2keV；同位素电池的短路电流密度为1．636μA／cm^2，开路电压为3．16V，能量转化率为13．4％．     

Bulk-Micromegas快中子成像转换层的Geant4优化

基于Bulk-Micromegas探测器的快中子成像实验中,中子转换质子的转换层效率低是一个瓶颈.利用基于Geant4工具包的蒙特卡洛模拟程序并使用ROOT工具对不同中子源(Am-Be源和14MeV中子源)以及不同转换层结构和厚度对转换效率的影响进行了模拟,得到了转换率达到饱和时反冲质子的能量角度分部信息.结果表明,常规聚乙烯转换膜在转换层厚度为400和1600μm时,对Am-Be源和14MeV中子源的探测效率分别达到饱和,其效率分别为0.12%和0.35%.其次设计了3种新的转换层结构,模拟了转换率以及在气体间隙中的能量沉积.新转换膜的转换效率要明显优于传统转换层的转换效率.最高转换率达到常规转换膜的3倍.     

准相位匹配PPLN波导全光开关特性研究

本文利用一种具有半圆形极化畴结构的PPLN晶体,在慢变振幅近似条件下,基于二阶非线性效应并考虑到控制光和信号光简并二波耦合时周期性极化铌酸锂波导内的耦合模方程,用数值方法对小信号时相位失配情况下的全光开关特性进行了研究,分析了由于光栅周期、晶体温度和控制光波长变化引起的相位失配对输出的信号光功率的影响,并给出了输出信号光功率与控制光功率之间的关系曲线。发现在相位失配的情况下增大控制光的功率可以达到信号光的关断,具有较好的开关特性。     

三掺杂化学计量比钽酸锂晶体的非挥发光存储性能

采用顶部籽晶助熔剂法生长了三掺杂近化学计量比Mg:Fe:Mn:Li Ta O3晶体,通过红外吸收光谱和居里温度研究了晶体缺陷结构.以蓝色激光为光源,获得了优异的光折变性质;采用多波长技术,研究了单晶的非挥发全息存储性能,得到了较高的固定衍射效率和灵敏度.蓝光具有较高能量,足以激发深(Mn)浅(Fe)陷阱中心的空穴,这大大提高了蓝光光折变性质和非挥发存储能力.在蓝色激光下,Mg2+不再是光损伤离子,而可以提高光折变特性.采用476 nm激光记录光栅,633 nm激光读取,在2.0 mol%Mg2+掺杂的晶体中获得了62.5%的固定衍射效率,非挥发全息存储的灵敏度提高到0.335 cm/J.     

光在介质层中的路径散射及在下垫面的多次反弹

辐射传输方程通常用于解有限厚度水平均匀介质层中光的透射和反射。全当下垫面的边界条件下不能简化时，光在介质层中的辐射传输与下垫面的反射的相互影响，使方程的求解极为复杂和困难，其解也难于理解与验证，将这一复杂耦合系统分解为假定下垫面无反射时光的路径散射和光在介质层与其下垫面之间的多次反弹，导出了下垫面非Ｌａｍｂｅｒｔ时多次反弹的四通量完整公式，并进而对路径散射建立了有明确物理意义的解析近似，为建立三维     

树冠承照面反射辐射的分布特征

在“光在介质层中的路径散射及在下垫面的多次反弹”一文的基础上，采用针叶树承照面反射辐射分布的野外直接观测，和树冠内叶面积体密度断层重构的间接据，将求解光在有限厚度介质层中路径散射的解析近似模型。     

涂硼MRPC热中子探测器性能的模拟研究

介绍了涂硼MRPC热中子探测器的原理,利用蒙特卡罗方法模拟研究了涂硼MRPC热中子探测器对于不同能量中子的响应以及不同涂层厚度对于0.025eV热中子的转换效率,分析了其对射线的响应,并计算了该探测器的时间分辨和本征探测效率.通过模拟结果给出了涂硼MRPC热中子探测器对于0.025eV热中子的探测效率.对转换效率进行理论计算验证,模拟结果和理论计算值吻合较好.     

应用于热光伏电池的一维Si／SiO2光子晶体滤光器研究

光谱控制方法被广泛应用于热光伏系统以提高系统的热电转换效率．针对锑化镓（GaSb）电池热光伏系统的光谱控制要求，选用Si和SiO2设计了8层一维光子晶体滤光器结构；重点结合滤光器与高温辐射源辐射光谱功率分布和GaSb电池量子效率的匹配，对设计结构加以改进优化得到最佳匹配滤光器结构；采用光学镀膜技术加工了滤光器结构，并测试其光谱特性，根据测试结果计算滤光器的光谱控制效率、系统转化效率和能量密度．最后，测试了滤光器的抗高温性能．     

基于色散渐减光纤环镜的光脉冲压缩方法

提出了一种基于色散渐减光纤环镜的光脉冲压缩方法. 理论计算表明, 该方法不仅能避免常规孤子效应脉冲压缩过程中由于非线性效应引起的脉座和频率啁啾, 而且可克服绝热孤子压缩技术光纤长度随输入脉宽增大而指数规律增大的困难. 对于峰值功率达到一定程度的输入脉冲, 压缩后的输出脉冲均接近基阶孤子, 且输出性能对环镜长度的选取误差不敏感, 同时还具有比绝热孤子压缩技术更强的抗高阶效应能力和抗初始频率啁啾能力, 表明了该方法的有效性和实用性.     

脉冲管制冷机多种直流效应研究进展

脉冲管制冷机是一种有很好应用前景的小型低温制冷机．首先简要介绍了脉冲管制冷机的发展历史，指出脉冲管制冷技术的改进和理论发展与对其内部直流效应的研究密切相关．然后概述了直流效应的发现历程和分类，首次提出了直流的物理意义包含驱动机制和传输机制两个要素，明确了直流的驱动机制是流动和温度的不对称性，传输机制是靠环路或涡量两种方式进行非线性耗散．接着重点介绍近二十年来国内外在脉冲管制冷机直流效应研究方面所取得的重要进展，包括在Gedeon流、Rayleigh流、第三种直流、蓄冷器内的环流4种主要的直流上取得的重要突破和创新．针对Gedeon流主要回顾了理论和实验分析的研究，对不同的抑制方法进行了归纳总结．对于Rayleigh流主要阐述了二阶质量流的解析特点和关于锥形脉冲管的研究．还指出了目前对第三种直流和蓄冷器内环流研究的成果和不足，概述了直流的实验测量技术发展现状，最后扼要地对脉冲管制冷机直流效应研究还存在的问题和该研究领域的发展方向进行展望．     

光纤孤子型3R中继器及其性能分析

面对高速光脉冲信号长距离传输的需要，基于光孤子效应构造了一种新型光纤孤子3R中继器，建立了在调制器和滤波器作用下光脉冲的传输方程，采用变分法分析了变形光脉冲在中继器中的传输演化过程及再放大、再整形和再定时功能，讨论了中继器结构参数对中继器输出特性的影响关系，揭示了中继器的稳定运行条件．     

表面介质阻挡纳秒脉冲放电能量特性和诱导流动特性研究

聚焦于表面介质阻挡纳秒脉冲放电(NS DBD)基本问题,设计不同结构激励器,研究放电能量特性、诱导流动特性.结果表明:单位展长激励器单次放电能量随激励电压增大而非线性增大,其值在0.1~1 m J/cm量级,与激励器长度和激励频率无关;NS DBD瞬时功率可达几百千瓦,而时均功率较低,仅为瓦量级.NS DBD诱导流动的速度较低,在0.1 m/s量级上;提升激励电压对诱导速度提升不明显;随激励频率增大有所增大.NS DBD可诱导形成冲击波,其初始运动速度稍高于音速,不同结构激励器诱导冲击波在传播位置上无明显差别,主要影响诱导冲击波个数;激励电压对冲击波传播速度无明显影响;唯象学仿真表明不同沉积能量诱导冲击波速度不同,实验对应下的沉积能量诱导冲击波波速近于音速.     

利用光子晶体抑制大气窗口发射辐射的优化设计及实验研究

利用传输矩阵法讨论了光子晶体对大气窗口（8～14μm）内发射辐射的抑制作用.根据材料的光学特性,选择了Ge与ZnS作为光子晶体的组成材料.对光子晶体的结构进行了优化,优化值为Ge与ZnS的厚度分别为0.63和1.11μm,光学厚度比为1：1,周期数为8.利用蒸发镀膜制备了光子晶体,并对制得的光子晶体的光学性质进行了测定,验证光子晶体对大气窗口发射辐射的抑制作用.     

无机功能晶体材料的结晶过程研究

功能晶体材料作为光、声、电等转换的重要介质,已经被广泛应用于能源、信息、航空航天等高新技术领域,是目前国际材料科学与工程学科发展的热点和前沿课题.结晶过程是制备功能材料的核心环节,结晶习性直接影响材料的光、电、磁、催化等功能特性.在无机材料的结晶过程中,晶体组成在微观上经历了从自由态离子到结晶态固体的相变过程.可以借助晶体组成离子的电负性及基团微观对称性的变化,研究结晶过程中聚集体的形成和结构演变规律.利用分子振动光谱能够从分子尺度上揭示非线性光学晶体材料在水溶液结晶过程中结晶学结构的形成过程,克服了传统原位观测手段中缺乏对非长程有序结构的确定.利用结晶生长的化学键合理论从热力学和动力学两个方面指导大块晶体的生长实践,合理调控晶体的生长表/界面热力学和动力学.将结晶生长的化学键合理论应用到大尺寸晶体提拉生长参数的设计和优化,成功搭建了大尺寸晶体智能生长系统,并成功生长了φ2″蓝宝石晶体、φ3″YAG晶体和φ4″铌酸锂晶体.     

电光调Q晶体研究进展

电光调Q激光系统由于峰值功率高,在医疗、美容、测量、加工以及军工等领域得到了广泛应用,而电光调Q晶体是获得高峰值功率激光脉冲输出的核心光电材料,随着短脉冲、高重率、大功率激光系统的应用需求发展和技术进步,对电光调Q晶体的性能要求也不断提高.本文对目前常用的电光调Q晶体的基本特性、晶体制备技术和电光调Q应用技术等研究进展进行了综述,主要包括铌酸锂晶体、磷酸二氘钾晶体、低温相偏硼酸钡晶体、磷酸氧钛铷晶体和硅酸镓镧晶体等,认为实用化的电光调Q晶体材料研究和开发工作亟待突破,在相当长一段时期内,电光系数高、激光损伤阈值高、性能稳定、温度适用性高和成本低的电光晶体材料探索仍然是晶体材料研究领域的重要课题.     

Ag生长温度对Ag／ZnO肖特基接触特性的影响

利用脉冲激光沉积（PLD）方法在Si衬底上制备了ZnO单晶体薄膜，并在不同温度下生长了Ag膜作为肖特基电极，研究了Ag与ZnO的接触特性．利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和I-V测试方法对样品的晶体质量、结构和电学性质进行了分析．结果表明，ZnO薄膜具有高度的c轴择优取向，Ag膜随生长温度的不同的晶体质量有较大差异．样品在室温下的I-V测试结果表明Ag电极的生长温度对Ag／ZnO接触性能有重要影响．在150℃和200℃生长的Ag电极实现了Ag与ZnO的肖特基接触，电极生长温度低于150℃和高于200℃的样品Ag与ZnO均为欧姆接触．经过分析，肖特基接触的形成依赖于在Ag与ZnO接触界面处形成的p型反型层．     

非导电工程陶瓷高能量电容单脉冲放电高效加工试验研究

针对传统加工方法在加工非导电工程陶瓷时存在加工效率低、成本高以及加工表面质量差等缺点，本文提出了非导电工程陶瓷高能量电容高效电火花加工新方法，并进行了单脉冲放电试验研究，结果表明，该方法采用高电压大电容以及较高的放电能量，能够较大地提高材料去除效率，单次脉冲放电陶瓷去除量可达17．63mm3．对加工极性、峰值电压、电容、限流电阻、工具电极进给方式、工具电极截面积以及辅助电极厚度等参数对陶瓷蚀除坑体积、工具电极损耗以及辅助电极损耗等性能的影响进行了试验研究与理论分析，得到了相应的规律关系．采用扫描电子显微镜对单脉冲放电坑的微观形貌进行了观测．结果表明：放电坑表面呈溅射状，陶瓷主要以剥落方式去除，放电通道中心区域部分材料以熔化蒸发方式去除，且材料去除效果随着加工参数的增大而增强．