质子交换X切LiNbO_3光波导的光学特性及其电光调制研究

为了研究质子交换条件对光波导特性的影响,利用棱镜耦合m线法和IWKB(Inverse Wentzel-KramersBrillouin)法,研究了质子交换温度、交换时间和退火累积时间对光波导光学特性的影响。实验结果表明,在相同交换温度条件下,交换时间越长,波导表面折射率增量越大,波导深度越深;在相同交换时间条件下,温度越高,波导表面折射率增量越大,波导深度越深,温度对光波导的光学特性起重要作用。退火前波导折射率分布为阶跃型分布,退火后波导折射率为渐变型分布。在苯甲酸中掺入1%的苯甲酸锂、交换温度为230℃以及交换时间为45 min条件下可获得单模平面光波导。制作了X切Y传LiNbO_3单模条形光波导,并对单模条形光波导的电光调制进行了研究。结果表明,在半波电压范围内,随着调制电压的增加,光波导透射光相位增加,光波导透射光强随调制电压增加而减少。     

质子交换在铌酸锂和同化学剂量比铌酸锂晶体中形成光波导

报道了用质子交换法在铌酸锂晶体和同化学剂量比铌酸锂晶体中形成了光波导,在633和1539nm波长下,用棱镜耦合法测量了波导的暗模特性;端面耦合得到波导的近场光强分布,与普通铌酸锂质子交换形成光波导的近场输出相比,输出光强均匀而且比较亮,说明在同化学剂量比的铌酸锂中形成的光波导质量要好些．对普通铌酸锂晶体质子交换光波导,研究了波导退火特性,经过退火,折射率分布由阶跃型转变成渐变型的,退火的时间越长,折射率分布变化的趋势越缓慢;并给出了不同交换时间下样品的RBS／Channeling谱,与未进行交换的样品相比,质子交换铌酸锂的沟道谱的产额有增高,而且交换时间的越长,产额增高的越多．     

X切铌酸锂(LiNbO_3)晶体Z方向传播声表面波特性研究及参数测定

本文运用晶体的压电方程组及有关边界条件,解出X切割Z方向传播(简称XZ)铌酸锂(LiNbO_3)晶体的声表面波位移和伴随电势的特征,并辅以电子计算机运算,求得它们的数值表示式。理论上,还求出了XZ-LiNbO_3声表面波速度值以及它的应变场和伴随电场分别对波导声光Bragg衍射效率的贡献量。实验上,在X切LiNbO_3扩钛平面波导上实现了声光Bragg衍射,效率为99.7%。并采用光探针技术,测定XZ-LiNbO_3声表面波的波速(精度0.5%),声表面波位移振幅值以及表面皱折,应变场和伴随电场对波导声光Bragg衍射效率的总贡献量。各实验值与理论计算值均得到良好的一致。     

质子交换膜中质子传递机理的分子模拟研究进展

利用分子模拟手段来解析质子交换膜中质子的传递规律,对于深化质子传递机理研究,指导高效质子交换膜的开发工作,从根本上提升燃料电池性能有着重要的意义。根据质子载体的不同类型,介绍了质子传递机理的分子模拟研究现状,指出了适用于分析Vehicle机理和Grotthuss机理的常用模拟方法,通过各模拟方法的比较,阐述了单一方法在模拟尺度和计算量方面的局限性,认为多尺度模拟法能够有效地解析影响质子传递的多重因素。在此基础上,指出开发高效、适用面广的多尺度模拟法是今后全面深入研究质子传递机理的有效途径。     

微型燃料电池设计与三维数值模拟分析

以一反应面积2.5 cm 2利用微机电制程蚀刻流场板之微型质子交换膜燃料电池为研究对象,利用CFD-ACE+软件仿真燃料电池电化学反应分析微型燃料电池内部质子交换膜电化学反应分布情形,三维数值仿真电池性能与实验测试数据相互验证。三维模型仿真分析2个不同气体流量电流密度、温度、水和水含量于质子交换膜上的分布情形。结果表明：微型燃料电池内部温度分布受质子交换膜上气态水分布所影响,当操作电压定在0.4 V时,质子交换膜上较低的气体流量会有较佳的电化学反应,因此会有较均匀的电流密度分布,而质子交换膜上水亦较多且均匀分布,产生较低且较均匀的温度分布,仿真结果阐明微型燃料电池内部物理现象。     

条形波导的三维标量FDTD法分析

发展了一种实用的对条形结构波导中光的传输特性进行模拟计算的三维标量时域有限差分(FDTD)数值计算方法,并对在电吸收调制器条形波导中的光场分布进行数值模拟计算,得到了在条形波导中光传输方向上不同横截面上的光场分布形式,这些光场分布是由波导中不同模式场叠加形成的,反映了波导中多模干涉的现象.数值模拟计算的结果与实验测试结果相一致,证明了这种三维标量FDTD法应用于条形光波导结构分析的有效性.此方法具有掌握容易,计算分析简便等优点,适用于条形结构波导的设计、模拟和特性分析.     

质子辐照后的KNbO3晶体的光折变响应特性

实验研究了质子辐照的KNbO₃晶体随光强变化的光折变响应特性,并测量了其光折变时间常数。实验结果揭示出在质子辐照后的KNbO₃晶体中存在着2种不同的光栅,其一是慢成分,是由晶体本身的光折变效应所产生;另一个则是快成分,是由于质子辐照后所产生的辐照效应。实验结果还反映出这2种光栅是由2种不同种类的载流子产生的。     

近化学计量比和同成分铌酸锂晶体中质子交换扩散系数的比较

利用不同条件下进行的质子交换和退火技术,在Z切近化学计量比和同成分铌酸锂晶体上制作了一系列平面光波导,并计算了相应的交换和退火扩散系数.实验结果表明,近化学计量比晶片中的退火扩散系数始终比同成分晶片中的值小,而两种材料中交换扩散系数的大小关系要根据交换液质量分数和交换温度而定.在交换液质量分数为0%、3%时,交换扩散系数随着温度的增加呈现增加的趋势;在交换温度225℃时,当交换液质量分数逐渐增大时,交换扩散系数迅速减小.通过对比近化学计量比和同成分晶片中交换和退火扩散系数的大小关系,总结出两种扩散机制:交换扩散机制和退火扩散机制.交换扩散机制工作原理是氢离子从外界溶液中不断进入晶体内部,同时锂离子则源源不断地从晶体向溶液中逸出,让出来Li空位逐渐被氢离子占据.退火扩散机制工作原理是没有离子进入或逸出晶体的情况,氢离子只是从晶体表面往内部扩散,与典型的铌酸锂晶体中的钛扩散过程相似,氢离子的运行需要借助Li空位.质子交换过程是这两种扩散机制共同作用下的结果.本文工作为制作高质量的周期性极化铌酸锂波导开辟了一条新的路径.     

FDTD法计算波导截止频率时激励源的优化设计

分析了利用时域有限差分法结合傅立叶变换计算波导截止频率时激励源的设计方法,讨论了面源、线源、点源等不同空间分布的激励源对截止频率的影响,并提出了一种激励源的优化设计方法。该方法也适用于多连接波导截止频率的计算。     

质子交换膜燃料电池性能影响因素的数值分析

为研究交指流场质子交换膜燃料电池的输出性能,分析影响其性能的因素,寻找改善其性能的可行措施,探讨了使用交指流场流道的必要性和优越性,建立了包括质子交换膜燃料电池阴极/阳极侧流道、扩散层和催化层以及质子交换膜在内的完整的稳态、三维、两相数学模型.基于计算流体力学方法,用该模型对交指流场质子交换膜燃料电池的全流场进行了统一的数值计算以模拟其输出性能,分析了流场流型、氧化剂种类、反应气体进气速度、质子交换膜厚度和双极板筋宽对质子交换膜燃料电池输出性能的影响,确定了提高质子交换膜燃料电池输出性能的一些方法.将理论模型的模拟计算结果与实验结果进行比较,两者较为吻合.     

EVOH质子交换膜的制备及表征

以碳酸钾为催化剂由乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)与1,3丙烷磺酸内酯(PS)的磺化反应制得离子聚合物(EVOH-g-SO3K),该离子聚合物透析后通过流延法成膜得到质子交换膜(EVOH-g-SO3H).探讨了离子交换容量(IEC)对质子交换膜传导率的影响,当K2CO3/PS摩尔比为1:2,PS用量为0.03mol,IEC=0.67mmol/g时电导率达到最大值0.003S/cm;研究了S-EVOH与EVOH溶液共混后其质子传导率的变化,当S-EVOH/EVOH的质量比为7∶3时电导率可达到0.012S/cm.研究了质子交换膜的质子传导率,离子交换容量(IEC),热学方面的性能.     

质子交换膜厚度对全钒液流电池性能的影响

目的研究质子交换膜厚度对全钒液流电池充放电性能及交流阻抗的影响.方法选取4种不同厚度的质子交换膜Nafion117、Nafion115、Nafion212和Nafion211分别内置于电池单体,运用全钒液流电池测试系统对电池的伏安特性和交流阻抗特性进行测试分析.采用等效电路法,分析全钒液流电池的等效元件,获得电池的欧姆阻抗和法拉第阻抗.结果在相同电解液浓度下,质子交换膜厚度的增加能延长电池的充放电时间;在膜厚度一定的情况下,增大电解液浓度,能增加电池充放电时间;随质子交换膜厚度的增加,交流阻抗图谱右移;增大质子交换膜厚度,可提高电池的欧姆阻抗.结论全钒液流电池等效电路由欧姆阻抗、正极法拉第阻抗、负极法拉第阻抗和正、负极电容组成;减小质子交换膜厚度能显著降低电池的欧姆阻抗,有利于提高电池的充放电性能.     

湿法刻蚀制备铌酸锂锥形脊波导

采用由质子交换辅助湿法刻蚀技术,在Z切铌酸锂晶体上成功制备锥形脊波导.该波导脊高为1.2μm、脊宽从4μm增大至8μm,插入损耗4.4 dB.波导表面光滑,表面粗糙度为0.84 nm,没有出现塌边或横向刻蚀的现象.波导宽度从4μm增大至8μm,模式尺寸在水平方向上从4.3μm增大至6.8μm,在垂直方向上从3.2μm增...     

质子与Ti离子注入LiNbO3光波导

用１８０～３８０ｋｅＶ质子注入ＬｉＮｂＯ３造成折射率减小的埋层，以形成近表面处的平面波导；用３５０ｋｅＶ高注量Ｔｉ离子注入增加折射率，在注入区形成平面波导；用不同能量质子叠加注入，退掉由Ｔｉ内扩散制成的波导层。离子注入能在纵向与横向上改变ＬｉＮｂＯ３的折射率剖面分布，可用于制作集成光学器件。     

基于故障树模型的燃料电池安全性评价

安全性是质子交换膜燃料电池的重要指标,而燃料电池最大的安全问题是质子交换膜超压破裂造成火灾或爆炸。实验构建了5 kW氢空质子交换膜燃料电池发电系统,用故障树方法对电池堆系统发生膜破裂造成火灾或爆炸等事故进行了概率评价,质子交换膜超压破裂氢气体积分数达到4.1%发生氢气火灾或爆炸的频率是4.744×1-0 6次/a,评价结果表明这个风险是可以接受的,完全满足此实验系统安全性要求。此结果可以作为论证燃料电池系统安全性的依据之一。     

不同因素对质子交换膜燃料电池的影响

随着能源危机及环境问题日益加剧,一种无污染且效率较高的电池——质子交换膜燃料电池(PEMFC)的研究对实际应用也日趋重要,研究的主要指标则是输出特性。根据质子交换膜燃料电池的数学模型,在simulink环境下建立了其稳态模型并进行仿真。对影响质子交换膜燃料电池输出特性的因素(单个电池的电压,活化过电压,欧姆过电压,浓差过电压,功率以及电池效率)进行分析,以电流密度为横轴,得出在不同工作温度,不同气体压强以及不同膜的水含量的情况下质子交换膜燃料电池的最佳稳态输出特性。通过优化参数,改善燃料电池的性能,这对质子交换膜燃料电池的实际应用具有重要的意义。     

密度泛函理论研究镉的二卤化合物分子的结构和振动频率

利用12种泛函,结合大基组aug-ccpvqz(-pp),系统地计算研究了镉的二卤化合物分子Cd X2(X=F,Cl,Br,I)的结构和振动频率,并与实验值进行对比。得到了相当高精度的关于Cd X2分子的结构和振动频率的理论结果,并评估了这12种泛函用于计算这4个分子的结构和性质的适用性。研究结果显示:对于Cd Br2分子,CAMB3LYP和PBE0泛函更适用于研究其结构和性质;对于Cd I2分子,CAMB3LYP,M052X和PBE0泛函更适用于研究其结构和性质;对于Cd F2分子,由于缺少键长的实验值,不下定论哪种泛函更适用于研究其结构和性质;对于Cd Cl2分子,一些泛函适用于计算其结构,而另一些泛函适用于计算其性质。但总体而言,CAMB3LYP和PBE0泛函的表现最为优秀。     

双45°铌酸锂晶体实现Q突变的几个问题

铌酸锂(LiNbO_3)晶体在激光技术中的应用只是近几年的事情,但是它作为非线性晶体在激光谐振腔中用于实现Q突变和Q调制,却给激光技术带来了显著的变化。目前在中小功率激光器件中已经得到了广泛的应用。本文则是在一些实际工作的基础上,对双45~0LiNbO_3晶体的电光Q突变技术中的几个问题作一点理论上的探讨。我们将从以下四个方面来讨论:1.LiNbO_3晶体双折射;2.LiNbO_3晶体电光效应;3.电场;4.实验。     

直拉法LiNbO_3单晶体的小面生长

用直拉法生长了不同取向的LiNbO_3单晶体,通过对这些晶体的外部形态和不同截面的浸蚀图象的观测,获得不同方向提拉晶体的小面形貌。采用三种方法确定了LiNbO_3晶体小面面指数,它们是(10·2)、(11·2)和(01·2)及它们的反演面(10·2)、(11·2)和(01·2)。并测定了小面尺寸与界面曲率半径的关系和出现小面的临界曲率半径,其结果与理论预期相符。     

波导芯层折射率不同的定向耦合器研究

利用耦合理论研究了芯层折射率不同的定向耦合器的耦合特性,得到了其耦合波方程的通解.给出了不同入射条件下波导耦合引起的光场功率和相位的变化特性,并与通常理论研究的等芯层折射率的结果进行了比较.特别指出,等芯层折射率的光波导耦合特性是本文所研究耦合特性的特例,对于芯层折射率不同的双波导定向耦合器,当光从折射率较大的波导入射时,两波导中的光场功率存在着周期性的不完全交换,芯层折射率较大的波导相对于另一波导的相位差有起伏地反向增大,而等芯层折射率时两波导间有周期性的完全功率交换,光场间相位差为π/2;当等强度光从两个波导入射时,光在两波导传输过程中存在功率交换,芯层折射率较大的波导相对于另一波导的相位差有起伏地增大,而等芯层折射率时两波导间没有功率交换,光场等振幅、等相位传播.