一种新型掺镱磷酸盐激光玻璃的性质

制备了可商品化的一种新型大尺寸Yb︰磷酸激光玻璃──NEW/Yb, 并与美国Kigre公司的QX/Yb掺镱磷酸盐激光玻璃的物质、光谱等性质进行对比研究, 结果表明NEW/Yb玻璃的热光稳定性优于QX/Yb玻璃, NEW/Yb玻璃内部玻璃态性质较QX/Yb好, NEW/Yb玻璃的受激发射截面和荧光寿命分别为0.53×10－20 cm2和2.2 ms, 高于QX/Yb玻璃所对应的0.50×10－20 cm2和2.0 ms.     

固态电解质Li3PS4晶相结构转变

硫化物Li₃PS₄是重要的含硫快离子导体,锂离子电导率高,机械性能优异,化学兼容性好,属于全固态电池中一类重要的固态电解质.Li₃PS₄具有多种晶体结构（玻璃态、α相、β相、γ相）,而晶体结构对于材料离子电导率有决定性的影响,因此探究不同Li₃PS₄晶体结构的合成条件及其转变过程对固态电解质的应用有重要意义.本文通过原位变温Raman和室温X射线衍射（XRD）分析发现,通过球磨法所得glass-Li₃PS₄在首次升温过程中（240℃）优先转变为亚稳态的β-Li₃PS₄,此时冷却到室温能保持β相结构,并具有较高的离子电导率(0.65 mS cm^–1).当烧结温度继续升高（>480℃）,β相会转变为离子电导率更高但热力学不稳定的α-Li₃PS₄,在后续的降温过程中,α相会直接转变为热力学更稳定但离子电导...     

选区激光熔化(FeCoNi)86Al7Ti7高熵合金腐蚀性能研究

 选区激光熔化技术(SLM)制备的(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金，经780 ℃退火处理后，深入分析打印态和退火态合金在 0.5mol/L H₂SO₄溶液中的电化学腐蚀性能。通过电化学工作站测试高熵合金的开路电位、交流阻抗与极化曲线，发现退火态(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金自腐蚀电位更高，自腐蚀电流密度更低，容抗弧直径更大，阻抗值更高，以及电荷转移电阻更大。X射线光电子能谱(XPS)，分析腐蚀表面钝化膜的成分及含量表明，退火态高熵合金腐蚀表面氧化物的种类更丰富，含量更高，更易形成稳定的钝化膜。结果表明，780 ℃退火处理能显著改善(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金的耐腐蚀性能。     

基于MOF和激光的纳米金属冶炼及图案化

金属纳米颗粒具有其宏观块体材料不具备的物化性质,在能源环境、生物医药和光电传感等领域有着广泛的应用.传统的制备工艺往往难以同时实现金属纳米颗粒的图案化排列.金属有机框架材料(metal-organic framework,MOF),有规则排布的金属离子和有机配体,其结构和成分多样,结合激光相干性高,单色性以及高能量等特点,能实现MOF到金属纳米颗粒的瞬时转化,在激光扫描路径的引导下实现空间排布及图案化.本文总结了以MOF为前驱体,以激光为能量来源的金属纳米颗粒打印技术,快速制备不同种类的MOFs衍生纳米金属材料,包括金属单质(Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Cd,In,Bi,Pb)、合金(CuZn,CuPd,BiSb,FeNi,FeCo,FeCoNi,MnFeCoNiCu,MnFeCoNiZn)、碳化物(HfC,ZrC,TiC,V₈C₇,α-MoC,Cr₃C₂,FeC_x)、氧化物(Tb₂O₃)及碳材料,并实现其空间排列的图案化.同时,对...     

高脉冲能量大模场面积光子晶体光纤飞秒激光器

报道了一种支持高单脉冲能量输出的被动锁模飞秒光纤激光器. 该激光器使用具有极低非线性系数的掺Yb³⁺双包层大模场面积偏振光子晶体光纤作为激光增益介质, 具有很好的环境稳定性. 激光器基于线形腔结构, 没有色散补偿, 利用半导体可饱和吸收镜 (SESAM)实现自启动锁模, 获得了平均功率为2.5 W, 重复频率为51.4 MHz (对应于50 nJ的单脉冲能量), 脉冲宽度为4.2 ps的稳定的连续波锁模脉冲输出. 经腔外色散补偿, 脉冲宽度压缩至410 fs. 当激光器输出功率比较低时, 脉冲成形由SESAM的非线性吸收决定, 而在高功率输出的情况下, 激光器的锁模运转主要取决于自相位调制展宽光谱与增益带宽的限制之间的平衡.     

耗散孤子光纤激光器的研究进展和应用

光纤激光器以高光束质量、高效率、高集成、高可靠性等特点给科学研究和技术应用带来了巨大的影响.超短高能量脉冲光纤激光器在通信、传感、精密机械加工、材料处理、超快诊断、生物医学和国防军事等领域均有重要的应用.如何提高激光脉冲的功率和能量,掌握和利用超短脉冲光纤激光的复杂非线性,开展大功率、高能量、超宽带全光纤超短脉冲激光应用的关键技术研究,成为光纤脉冲激光新现象、新方法和实现技术体系突破的重大科学问题.本文简要总结了近年来国内外关于锁模光纤激光器研究的一些关键技术和重要成果,分析了各类激光器及所产生脉冲的优缺点,并介绍了过去几年中我们对如何提高光纤脉冲激光器性能和实现新型脉冲的研究成果.重点讨论了不同色散区内光纤激光器的典型行为特征,从理论与实验两方面揭示了传统孤子和多种耗散孤子的产生机理、输出特性及其演化规律.此外,还介绍了几种新型的高能量无波分裂脉冲.本文的成果可为进一步研究新型高能量脉冲提供有益的理论及实验基础.通过这些介绍和讨论,期望同行能够共同研究和探索基于新型锁模技术超短超强脉冲的新现象和新机理,并且在超短高能量脉冲的极端非线性科学问题上获得新认识.     

掺Nd3+双包层光纤的泵浦波长及其光谱特性的研究

掺Nd~(3 )双包层光纤是近年来研制出的一种新型光纤,跟单包层光纤相比,它具有数值孔径大、接收面积大等优点,能直接用大功率半导体阵列激光器泵浦,而且机械调整方便。掺Nd~(3 )双包层光纤可以用来做大功率光纤激光器、高增益的光纤放大器和高功率的放大自发辐射源,在光纤通信、传感、医疗等领域具重要的应用前景。国外一些掺Nd~(3 )双包层光纤的研究工作,并未对半导体阵列激光泵浦波长进行仔细分析,大多采用808nm左右半导体阵列激光器泵浦。不同的光纤器件为了获得最佳的泵浦效率,要选择不同的泵浦波长。本文利用钛宝石激光器波长的宽调谐特性,对国产掺Nd~(3 )双包层光纤的泵浦波长和光谱特性进行了研究,发现907和1080nm光发射的最佳泵浦波长分别为833和835nm。若用808nm波长的激光泵浦,会产生很强的激发态吸收,因此在红外波段的光发射的效率较低,但这对上转换的光发射却很有利。同时,还发现用532 nm波长激光泵浦时,由于光纤外包层的光化学反应,580nm处的荧光峰强度随时间衰减。研究掺Nd~(3 )双包层光纤的泵浦波长及其光谱特性,对双包层光纤及其器件的设计和研制有重要的实际意义。     

光纤环形外腔延时光反馈自相位调制提高半导体激光器混沌载波发射机带宽方法研究

提出光纤环形外腔延时光反馈半导体激光器混沌自相位调制(SPM)提高混沌载波发射机带宽方法, 建立了有光纤环形腔传输的SPM光反馈控制下的激光动力学物理模型. 理论导出SPM作用下激光双反馈频率失谐公式, 指出SPM产生的非线性相移影响了激光器增益和线宽增强因子, 其光纤二阶非线性效应使激光振幅和相位变化更加丰富, 其产生的非线性相移进一步增加了新的频率分量并使频谱展宽. 数值结果表明, SPM确能让激光器混沌带宽增加到4倍以上, 能使激光混沌张弛振荡频率增加到2.56倍, 激光混沌带宽随光纤长度、光纤耦合比例系数、反馈系数、光纤二阶非线性系数等增加而增宽.     

长江三角洲区域细颗粒物和臭氧对前体物减排的响应及政策启示

大气细颗粒物(PM_2.5)和臭氧（O₃）污染已成为中国当前最严峻的大气环境问题.氮氧化物（NO_x）与挥发性有机物（VOCs）是PM_2.5和O₃的共同前体物,准确量化NO_x与VOCs对PM_2.5和O₃的非线性响应关系,是实现PM_2.5和O₃的协同防控、持续改善环境空气质量的前提.本研究构建了长江三角洲（简称长三角）地区大气PM_2.5和O₃对其前体物排放的响应曲面模型（RSM）,探究了长三角41个城市不同季节大气PM_2.5和O₃对NO_x与VOCs减排的协同响应,提出了在长三角地区应采取分区域、分阶段、分季节的PM_2.5和O₃的协同调控策略.本研究还发现长三角地区不同城市的排放-浓度响应关系具有显著差异.对于O_3<...     

硬X射线自由电子激光：揭示微观世界的奥秘

<正>自从1960年美国物理学家西奥多·梅曼（Theodore H.Maiman）发明世界上第一台红宝石激光器以来,激光被广泛应用在材料、物理、生物以及化学等领域的研究,并且已经深入到了生活的方方面面。例如,我们现在的互联网就是使用特定波段的激光在光纤中以光速传递信息。此外,自动驾驶中的激光雷达、手机显示屏中的量子点激光、虚拟现实（VR）中的全息投影以及美国正在进行的“星链”系统都依赖激光。目前激光器通过使用不同的激光材料以及光学非线性效应覆盖了紫、红外甚至太赫兹波段,但对于物质内部结构的探测以及微纳加工层面来说则需要使用更短的波长。     

2013～2020年北京大气PM2.5和O3污染演变态势与典型过程特征

细颗粒物(PM_2.5)和臭氧（O₃）是我国当前最受关注的两种大气污染物,影响空气质量并危害人体健康.本文以2013～2020年北京大气污染物浓度水平和气象数据为基础,揭示PM_2.5与O₃污染的逐年变化特征及典型污染过程的“发生-发展-消除”规律.研究表明, PM_2.5污染过程的发生频次、持续时间、峰值浓度均逐年下降;相比之下, O₃污染过程的年际变化趋势不明显,在历年的5～7月中大约1/3时间处于O3污染过程;且在2018年, O₃超标天数首次超过PM_2.5超标天数,暗示O₃可能正在取代PM_2.5成为北京空气质量超标的主要污染物.通过剖析3次PM_2.5污染过程、3次O₃污染过程、3次PM_2.5与O₃双污染过程,发现PM_2.5爆发时和O3爆发前对应着高氮氧化物（N...     

氧化镓异质集成和异质结功率晶体管研究进展

超宽禁带氧化镓(Ga₂O₃)半导体具有临界击穿场强高和可实现大尺寸单晶衬底等优势,在功率电子和微波射频器件方面具有重要的研究价值和广阔的应用前景.尽管Ga₂O₃材料与器件研究已取得很大进展,但其极低的热导系数和缺少有效的p型掺杂方法成为限制其复杂器件结构制备和器件性能提升的主要瓶颈.针对上述两大关键瓶颈,本文综述了利用异质材料集成的方法实现高导热衬底Ga₂O₃异质集成晶体管与基于p型氧化镍/n型氧化镓(pNiO/n-Ga₂O₃)异质结的Ga₂O₃功率二极管和超结晶体管的研究进展.采用离子刀智能剥离-键合技术实现的高导热衬底Ga₂O₃异质集成方案可有效解决其导热问题,碳化硅(Si C)和硅(Si)基Ga₂O₃异质集成晶体管展现出远优于Ga₂O₃     

受限条件下玻璃基质中LaF_3微晶生长机理的光谱学探究

利用高温熔融法制备了Eu3+掺杂的45SiO2-25Al2O3-18Na2O-9.5LaF3玻璃,并将基础玻璃在可控条件下进行晶化热处理后获得了性能良好的玻璃陶瓷.通过XRD,TEM和光谱学手段对玻璃陶瓷进行了表征,结果表明晶化热处理后,LaF3纳米晶体从原有单一的玻璃相中析出,晶粒大小约为25 nm.Eu3+掺杂玻璃陶瓷、纳米晶体和玻璃3种基质的光谱分析及XRD结果证明稀土离子进入到LaF3纳米晶体中并计算出在其中富集的比例.进一步利用源自于Eu3+离子的发射谱和激发谱研究了退火温度和前驱物中重金属离子对玻璃网络结构中LaF3纳米晶体生长影响的机理,为玻璃陶瓷的人工设计合成提供了理论支持.     

新型差分速度调制激光光谱技术

报道新型差分速度调制激光光谱技术的实验研究工作.利用这种新型差分速度调制激光光谱技术,测量了N+2A2ΠuΣ+g(2,0)带的跃迁谱线,得到的谱线信噪比超过500∶1,较非差分速度调制光谱技术提高60倍左右.利用这套光谱仪,观测到了CS+A2Π3/2-X2Σ+(1,0)带的高分辨电子吸收光谱,表明这种激光光谱技术在探测分子离子方面有着广阔的应用前景.     

中国PM2.5与O3协同控制路径

基于WRF-CAMx（the weather research and forecasting model and the comprehensive air quality model with extensions）空气质量模型定量分析了不同NO_x、挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）在减排情景下全国及重点区域PM_2.5与O₃浓度变化情况,并通过引入敏感度的概念,评估PM_2.5与O₃对NO_x、VOCs减排的敏感性,直观地揭示了NO_x、VOCs减排对PM_2.5与O₃浓度改善效益,以此提出中国PM_2.5与O₃协同控制路径.模拟结果表明,NO_x减排可有效降低全国及重点区域PM_2.5与O₃浓度,减排比例较小时,PM_2.5浓度...     

我国城市大气PM2.5与O3浓度相关性的时空特征分析

近些年,我国大气PM_2.5的质量浓度显著降低, O₃污染加剧.为了厘清PM_2.5和O₃浓度相关性的时空差异,本研究分析了我国城市大气PM_2.5浓度与O₃日最大8 h滑动平均值（MDA8 O₃）和大气总氧化剂（Ox=O₃+NO2）浓度之间的相关性. 2015年以来, PM_2.5与O₃双超标天数大幅下降,现阶段双超标情况主要发生在京津冀地区的4～5月.在40°N以南的地区, PM_2.5与O₃浓度的相关性呈现显著的“南高北低、夏高冬低”的时空分布规律.较强的正相关关系出现在中纬度京津冀地区的夏季以及低纬度的珠江三角洲地区,表明这些区域O₃和PM_2.5的浓度具有相同的变化趋势;而在京津冀地区的冬季,由于PM_2.5中一次组分占比增高以及较弱的O₃光化...     

2015～2050年南亚与东南亚输送对中国大气臭氧浓度的影响

使用戈达德对地观测系统化学传输模型（Goddard Earth Observing System Chemical Transport Model,GEOS-Chem）模拟了不同共享社会经济路径（shared socioeconomic pathways,SSPs）下2015～2050年中国、南亚和东南亚地区的日最大8小时臭氧（MDA8 O₃）浓度以及人为和生物质燃烧排放变化导致的南亚和东南亚输送变化对中国O₃浓度的影响.南亚和东南亚输送对中国O₃的影响涵盖珠江三角洲（简称珠三角）、广西、云南、贵州、四川盆地、青海、西藏以及新疆部分区域,使上述区域2015年MDA8 O₃年均浓度上升3.0～19.0μg m^-3.在典型污染区域,2015年南亚和东南亚传输对四川盆地MDA8 O₃浓度影响最大(+6.2μg m^-3),珠三角随后(+4.7μg m^-3),长江三角洲（简称长三角）影响最小(+0.6μg m^-3...     

高功率连续绿光激光器的研究进展

近年来,高功率绿光激光器的快速发展引起了国内外学者的广泛关注,已经逐步应用于工业加工、3C电子行业、医疗、军事国防等领域.本文首先对高功率绿光激光相比于近红外激光的优势和主要的应用场景进行介绍,然后对二极管泵浦全固态、半导体、碟片和窄线宽光纤倍频四种类型的高功率连续绿光激光器的国内外发展现状进行总结.其中,光纤激光器具有电光效率高、体积小、光束质量好、成本较低和散热好等特点,并且单通倍频的方案具有结构简单、易于调节安装等优势.将高功率窄线宽光纤激光器和单通倍频方案结合,是实现高功率高亮度小型化绿光激光输出的理想技术方案.然后,主要分析了当前高功率窄线宽绿光光纤激光器的关键技术、发展趋势和面临的主要挑战.最后,介绍了该类型激光器在焊接工艺中的应用,并对未来的发展进行了展望.     

980nm波段钛宝石可调谐激光泵浦Er~(3+)-Yb~(3+)双掺杂光纤的多光子过程和光放大

在石英单模光纤芯部掺入Er~(3+)的同时掺入Yb~(3+),可以增加光纤吸收谱的宽度,为泵浦提供了从810nm到1100nm的极宽的动态范围,其中最高的吸收峰在980nm附近,吸收达10~5dB/km.用980nm波段钛宝石可调谐激光泵浦Er~(3+)-Yb~(3+)双掺杂光纤,由于能量转移和多光子过程,可产生红外向可见和紫外辐射的转换.弄清980nm波段钛宝石可调谐激光泵浦Er~(3+)-Yb~(3+)双掺杂光纤的发光机理,对光纤上转换器件、激光器和放大器的研究具有重要价值.文献[2]曾报道1480nm LD泵浦的掺Er~(3-)光纤产生的逐步激发态吸收,本文首次报道     

宽禁带半导体掺杂机制研究进展

随着电子信息技术进入后摩尔时代,人们期望探寻一些新材料、新技术以推进半导体科学技术的发展.作为新一代战略电子材料,宽禁带半导体的技术应用近年来取得了飞速发展.宽禁带半导体的掺杂与缺陷调控是实现其重要应用价值的关键科学基础.本文主要介绍了我们和合作者近期围绕碳化物、氧化物、氮化物宽禁带半导体中掺杂与缺陷机理及性能调控展开的研究工作,具体包括:(1)探究4H-SiC中本征缺陷的电学和动力学性质,解释了实验上4H-SiC的有效氢钝化现象的内在物理机制;(2)研究In₂O₃中过渡金属元素的掺杂物理性质,提出了过渡金属掺杂的设计原则,并预测过渡金属Zr、Hf和Ta在In₂O₃中具有优异的n型特性;(3)采用轻合金化法调控Ga₂O₃材料的价带顶位置,并通过选取合适的受主杂质(如Cu_Ga),有望使(Bi_xGa_1–x)₂O₃合金成为高效的p型掺杂宽禁带半导体(4)...