《中国科学E辑:信息科学》第35卷2005年总目次

·i·题目作者期页原位转化法制备TiO2/SiC纳米功能陶瓷膜的研究....周春华尹衍升张书香刘威11双折射消偏振薄膜设计..................齐红基洪瑞金贺洪波邵建达范正修19环路热管启动特性的实验研究.................................................................张红星林贵平丁汀邵兴国R.G.Sudakov Y.F.Maidanik117吸附制冷中CaCl2-NH3的化学吸附前驱态研究......王丽伟王如竹吴静怡王凯131标准吸湿含水率对膨胀土进行分类的理论与实践....姚海林程平杨洋吴万平143沙纹床面明渠层流稳定性特征的研究..........................…     

倾斜光纤Bragg光栅偏振特性理论分析

基于耦合模理论与Mueller矩阵方法,理论分析了倾斜光纤Bragg光栅(TFBG)的偏振特性.推导计算了不同倾斜角度下,TFBG的波长相关偏振依赖损耗(PDL)表达式.比较不同倾斜角度下的计算结果,发现45°的TFBG偏振能力强于其他较小倾斜角度的TFBG.同时,计算了非偏振光通过TFBG后的偏振度,以探讨各种倾斜角度的偏振特性.另外,讨论了TFBG的几种物理参数与其偏振能力间的关系.     

随机双折射光纤中色散控制孤子的相互作用

构建了高速色散控制系统中的孤子传输模型, 导出了随机双折射光纤中OTDM孤子的多重相互作用方程, 并用分步Fourier方法对偏振模色散影响下两类系统中孤子相互作用进行了分析. 揭示了同时考虑偏振模色散和色散控制时孤子相互作用的规律和碰撞长度的变化, 证明了色散控制孤子在相互作用过程中对偏振模色散仍表现出坚挺的粒子性.     

应用偏振非均匀性实现多波长振荡的掺铒光纤激光器

利用掺铒光纤激光器腔内的偏振非均匀性 ,实现了多波长的同时激射 .实验表明 ,改变多量子阱光波导上的偏置电流和腔内光的偏振态 ,可增强偏振烧孔效应 .室温下产生了间隔为 0 .9nm的 1 0个波长     

表面凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征研究

表面凹坑阵列结构具有良好的陷光特性,能有效地降低电池表面的光能反射和延长光在电池吸收层中的光程,因此在光伏领域,特别是在硅薄膜太阳能电池中具有良好的应用前景.本文采用理论分析与实验验证相结合的方法,对凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征进行研究,并讨论了凹坑阵列结构的衍射效应对硅薄膜太阳能电池吸收特性的影响.研究结果发现,凹坑阵列陷光结构的深宽比越大,其衍射效率越好,越有利于光的均匀散射,越有利于电池对入射光的吸收和电池效率的提升.另外,凹坑阵列结构的衍射特性还与入射波的波长有关,入射波长越长,其衍射效果越好.本研究对于高效表面陷光阵列的设计以及高效衍射效率光栅的制备具有重要的参考价值.     

利用轴电子通道统计法测定杂质原子的占位

根据电子衍射多束动力学原理，分别计算了与入射电子束方向相关的γ相TiAl中Ti和Al位置的沿［100］、［110］和［011］的快电子概率密度. 在计算中考虑了吸收效应.计算和实验结果显示了在不同的晶带轴，或同一晶带轴的不同方向，电子通道效应有很大的差别. 因此在用轴电子通道统计法测定杂质原子占位的实验中，必须选择合适的晶带轴和电子束入射方向. 在实验前先进行模拟计算是一个可取的方法.     

载流子浓度与迁移率对氧化物薄膜红外透明导电性能影响的研究进展

红外透明导电薄膜凭借其在可见光-红外光范围内高透过和高导电的优点引起了广泛关注.根据德鲁德自由电子理论可知,透明导电薄膜的光学性能和电学性能之间难以协调.为了探明透明导电薄膜能否同时具有中-远红外光学透过性能和高导电性能,首先从电子与光子相互作用的机制出发,分析红外波段光电性能难以协调的本质原因,并提出实现红外透明导电的可能性.其次对近几年氧化物薄膜光电性能研究成果进行综述,探讨其光学性能和电学性能之间的作用关系,揭示了载流子浓度和迁移率与等离子波长和导电性能的关系,得出透明导电薄膜可以同时实现红外宽波段透过性能和高导电性能.最后得出可以通过调节薄膜的载流子浓度和迁移率,实现同时具有红外光学性能和电学性能的薄膜.     

硅氧合金薄膜结构光电特性及其在硅基薄膜太阳电池中的应用

硅薄膜合金化可调控硅基薄膜的光学带隙、折射率等特性,是提高硅基薄膜太阳电池性能的重要途径之一.硅氧合金薄膜是由富硅相和非晶富氧相组成的双相体系,具有高电导、宽带隙、低折射率等特性,可用于硅基薄膜太阳电池的吸收层及辅助层,提高太阳电池的性能,是近期硅基合金薄膜的研究热点.本文将概述硅氧合金薄膜的微观结构、光电特性,及其在硅基薄膜电池窗口层、吸收层、中间反射层、背反射层等的应用.     

具有优良喇曼增益属性的新型非对称双芯光子晶体光纤

提出了一种新型非对称双芯光子晶体光纤,通过对其横截面结构的合理设计,可以使该光子晶体光纤的喇曼增益系数gR和其有效纤芯面积Aeff接近同步变化,从而使其喇曼增益效率系数rR=gR/Aeff在一定的波长范围内接近常数,进而可为增益谱平坦宽带光纤喇曼放大器提供优良的增益介质．数值计算结果表明,在C波段（1530～1565nm）和L波段（1565～1625nm）,该光子晶体光纤的喇曼增益效率系数rR的波动率△rR分别约为2．2％和5．7％．     

基于发射方向图合成的低PAPR宽带MIMO雷达波形设计

本文研究了单向和宽角度的宽带MIMO雷达发射方向图合成.首先构造了单一范数优化准则下单向发射方向图合成的统一框架,使得已有的一些方法可视为其特例.在此基础上,提出了一种基于单向发射方向图合成的波形设计方法,并考虑了设计的波形具有单模或低的峰均比(PAPR)特性;进而提出了一种混合范数的宽角度的发射方向图合成方法.本文将上述的方向图合成和波形设计问题转化成凸优化问题,然后利用公开的模型系统CVX求解.仿真结果表明,本文方法设计的单向方向图能有效地逼近了期望的方向图,也验证了合成波形满足期望的单模或PAPR约束;另外,仿真显示设计的宽角度的方向图在主瓣区域内逼近了期望主瓣响应,而将旁瓣峰值比控制在-40 dB以下.     

颗粒污染诱导薄膜元件产生激光损伤

采用Nd:YAG单纵模调Q激光器,研究了溶胶-凝胶SiO_2薄膜表面颗粒污染对激光辐照损伤的影响.实验表明当膜面存在颗粒时,激光破坏阈值明显降低.尤其是前表面颗粒,最容易诱导损伤,损伤斑中央处基底的烧蚀很严重,且伴有环状变化.从损伤形貌来看,污染后的薄膜更容易出现场致损伤和基底破坏.为了深入研究这一现象,采用了电磁波时域有限差分(FDTD)法对减反射薄膜表面的颗粒污染进行了模拟研究.结果表明,前表面颗粒的调制强度要大得多.颗粒污染诱导的调制最强区位于基底一侧一个波长内,容易诱发损伤.在元件体内,光强呈衰减趋势,在3倍波长深度后逐渐趋于稳定.颗粒物诱导激光损伤问题的量化,可为亚表面缺陷的检测和控制提供依据.     

醋酸处理对TiO2薄膜亲水性的影响

本文用溶胶-凝胶法制备均匀透明的TiO2薄膜,在400℃锻烧2 h,再在一定浓度的醋酸中浸泡处理24 h,最后在300℃、400℃、500℃进行第二次热处理0.5 h.用X射线衍射、原子力显微镜、紫外-可见分光光度计表征了处理前后薄膜的晶相结构、表面形貌及薄膜的光学性能.研究了醋酸的浓度、避光时间及光照时间对薄膜亲水性的影响.实验表明：用醋酸浸泡处理后的薄膜亲水性明显提高.光谱及AFM分析表明,导致TiO2薄膜亲水性改善的原因是醋酸浸泡处理后的薄膜表面结构的发生了变化.醋酸的最佳浓度为1 mol/L.     

La和Nd掺杂的硅基Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的无疲劳特性及其机理的比较研究

采用优化的溶胶-凝胶(Sol-gel)技术,同一工艺条件下在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上成功地制备了Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)和Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜.X射线衍射(XRD)测试表明BLT和BNT薄膜具有单相的取向随机的多晶微结构;扫描电镜(SEM)的观测显示了这些薄膜具有50~100nm晶粒构成的均匀致密的表面形貌.利用铁电测试仪测定了以Cu为上电极而形成的金属-铁电薄膜-金属结构的电容器的铁电性能,得到了很好的饱和电滞回线.在最大外加场强为400kV/cm时,BLT和BNT薄膜的剩余极化强度(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别为25.1μC/cm2,203kV/cm和44.2μC/cm2,296kV/cm.疲劳测试表明,在1MHz频率测试下经过1.75×1010次读写循环后,由BLT和BNT薄膜组成的电容器几乎没有表现出疲劳,呈现很好的抗疲劳特性.分析比较了La和Nd掺杂对薄膜结构及铁电性能的影响及其机理.     

基于变密度法的水声隔声超材料拓扑逆向设计

低声阻抗超材料在水下环境中可以被视为声学软边界,并且在水声隔声方面具有重要应用前景.然而,设计出能够有效阻隔低频水声声波(<1000 Hz)的低声阻抗超材料仍然面临挑战.本文基于变密度法,对具有90°旋转对称性的低声阻抗超材料开展拓扑逆向设计,得到了一类具有中心四边形框架附着变截面韧带拓扑特征的声学超材料,其声阻抗只有水的1/40～1/30.有限元仿真揭示了超材料在薄厚度约束下(41 mm)能够在200～1000 Hz低频宽带范围内实现高效的水声隔声,平均隔声量大于19 dB.进一步等效参数分析发现,通过改变超材料方位角,能够产生纵波速度远小于横波速度的新颖物理现象.慢纵波速度使得超材料获得更低的等效声阻抗,从而进一步实现低频宽带水声隔声性能.本文的工作有望为低频宽带水声隔声超材料设计提供一种新的思路.     

层状二硫化钼纳米薄膜的制备及其光学特性

通过化学气相沉积法(CVD),以三氧化钼(MoO_3)粉末和硫(S)粉末作为反应物,将二硫化钼(MoS_2)纳米薄膜直接沉积到石英衬底上.通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行了观察.发现所生长的MoS_2薄膜为纳米层状结构.通过拉曼光谱和光致发光光谱对生长的薄膜进行结构及光学性能分析.结果表明生长的纳米薄膜中有单层、双层和三层MoS_2薄膜的存在,同时在单层、双层和三层MoS_2薄膜中观察到了光致发光现象.并分析解释了MoS_2纳米薄膜从体材料向单层转变时能带结构的变化.     

单层网壳在高温状态下的整体稳定承载力分析

在对单层网壳火灾升温下非线性分析原理总结的基础上,通过对约800例4种常见形式的单层球面网壳结构(K8型、短程线型、施威德勒型及联方型),在设置不同几何参数的条件下,进行了整体不均匀升温、局部高温下的双重非线性有限元全过程分析,得到了其弹塑性稳定承载力的计算结果.并通过数学回归得到了火灾下单层网壳结构弹塑性稳定承载力计算表达式,给出单层网壳结构的实用抗火设计方法.     

GaN蓝光材料新型ZnO /Si外延衬底的溅射沉积

采用常规磁控溅射方法 ,通过优化工艺 ,在Si( 10 0 ) ,Si( 111)多种基片上沉积ZnO薄膜 .利用透射电镜 (TEM)、X射线衍射 (XRD)和X射线摇摆曲线 (XRC) ,对ZnO薄膜的微区形貌、结晶情况、C轴择优取向进行了详细的测试分析 .结果表明 ,所制备的ZnO薄膜具有理想的结构特性 ,大多数样品测得ZnO( 0 0 2 )晶面XRC的半高宽 (FWHM)为 1°左右 ,最小值达 0 .3 5 3°,优于目前国内外同类研究的最佳结果 2°.并对ZnO/Si( 10 0 )与ZnO/Si( 111)衬底的结果进行了比较和讨论 .     

FeS2(pyrite)电沉积薄膜及其生长机制

采用电沉积硫化亚铁膜之后再硫化的方法制备了FeS₂薄膜材料. 即先用含铁和硫元素的水溶液在导电玻璃上电化学沉积FeS薄膜, 然后将薄膜在硫气氛中退火制得FeS₂样品. 计算了电沉积FeS薄膜的实验参数, 研究了硫化过程中温度对FeS₂结构的影响及晶粒的生长动力学过程, 计算了晶粒生长的表观活化能、生长速率常数及时间指数, 并对样品的电学性能进行了分析.     

集成于薄板的压电型随机振动能量收集器件优化设计

将压电薄膜粘贴于方形薄板表面即构成实用的振动能量收集器件,本文研究此类器件在受到宽带随机点激励作用时以平均输出功率最大为目标的优化设计问题,具体包括压电片布置位置和尺寸要求、最优负载电阻等.首先,导出机电耦合系统关于位移和输出电压的随机偏微分-积分方程组,通过模态分析技术消去空间项得到关于主坐标和电压的无限维随机常微分方程组.进而,由线性随机振动理论建立平均输出功率的解析表达,优化问题据此展开.研究表明:宽带激励作用时,压电片最优中心位置处于激励点及与之相应的3个对称点;在最优布置条件下,平均输出功率随压电片尺寸增加近于单调增加,而增速渐缓,据此可定义最优尺寸;在最优布置条件下,平均输出功率随外接电阻的变化有极值出现,可由此断定最优负载电阻.上述研究揭示了对称最优布置位置的存在性及输出功率对布置位置的敏感性,对平板型随机振动能量收集器件的优化设计有一定的指导意义.     

具有高温稳定性的ZrAlN薄膜的合成

干磨可以造成工具表面的温度上升到800~1000℃. 因此, 能在如此高温度下为切削工具提供保护的膜层已成为研究的热点. ZrAlN由于Al元素的存在可能具有高温稳定的结构和机械性能. 用直流磁控溅射的方法合成了ZrAlN 薄膜. 利用XRD与纳米压痕仪分析了反应气体分压和基底偏压对薄膜结构、机械性能及其高温热稳定性的影响. 在最佳条件(基底偏压-37 V, N₂分压为2×10^-5 Pa)制备的ZrAlN薄膜具有平滑的表面且其硬度具有热稳定性. 在退火之后, 该薄膜的应力由2.2 GPa降至0.7 GPa. 薄膜的高温热稳定性可能与Al₂O₃和ZrO₂晶相的形成有着直接的联系.