高温热重生光纤布拉格光栅制备及其性能研究

通过高温(850～950℃)退火方法使光纤布拉格光栅在高温擦除后重新生长形成热重生光纤光栅,其能够在大于1 000℃以上的高温环境中稳定工作,但经高温退火处理后的热重生光纤光栅机械强度较一般光纤布拉格光栅显著下降.本文通过采用单模石英光纤进行实验,对光纤光栅的轴向应力和光纤光栅中石英分子组分的变化进行研究分析.结果表明,经过高温热退火后的热重生光纤光栅与未退火的光纤布拉格光栅相比,纤芯处压应力减少了80 MPa,远离纤芯的包层处拉伸应力由22 MPa逐渐减小;同时,随着热退火气氛中氧含量的增加,退火后生成的热重生光纤光栅SiO_2逐渐增加,占比从52.99%上升至69.92%.虽然SiO_2具有较高的密度,其机械强度大于Si_2O_3,但热退火后的热重生光纤光栅脆性仍增大,故推论:组分变化对热重生光纤光栅脆性增大无明显影响,脆性增大主要原因为高温导致的应力松弛.本文研究为提高热重生光纤光栅的机械性能,解决其脆性问题提供了可靠的理论与实验依据.     

Janus材料微结构精细调控进展

Janus材料由于其拥有两个具有不同化学组成的表面而备受关注,其特殊的结构和性能已成为材料科学研究热点.如何实现Janus材料形貌可控、化学组成严格分区、不同位点复合功能分区、微结构精细调控和批量化制备是该研究方向中的重点和难点.针对上诉问题,基于本课题组研究工作,本文总结了Janus材料微结构精确控制和批量化制备的方法,为Janus材料大规模制备和应用提供新思路和新方法.     

基于纳米孔阵列增透膜的光伏器件特性分析及实验研究

利用严格耦合波理论分析了纳米孔阵列薄膜的光学特性,提出将纳米孔阵列薄膜作为光伏器件 增透膜来提高器件的光吸收和转换效率.理论分析表明:纳米孔阵列薄膜比单层增透膜有更好的增透效果, 能够更好地提高光伏器件的转换效率,在400 nm-600 nm波段尤为显著.纳米孔阵列薄膜的最优结构参数: 周期为500 nm,填充率为0.2,厚度为110 nm.采用微纳加工技术,在Φ 200 μm Si 探测器的增透膜上制作了不同周期的纳米孔阵列,并搭建了相应的测试系统.实验结果表明: 周期为500 nm时器件的性能提高最为明显,短路电流在400 nm-1100 nm波段提高约为6%, 在400 nm-600 nm波段提高约为15%;开路电压提高约为2%.纳米孔阵列薄膜能够很好地提高光伏器件 的转换效率.     

基于栅绝缘层表面修饰的有机场效应晶体管迁移率的研究进展

栅绝缘层的表面性质对有机场效应晶体管（OFETs）的半导体薄膜的形貌、晶粒生长的有序性和载流子的传输有着重大的影响．研究表明,通过改进栅绝缘层的表面性质,可以有效提高有机场效应晶体管的迁移率．本文综述了OFETs绝缘层表面的粗糙度和表面能对OFETs迁移率的影响,重点探讨了栅绝缘层表面修饰常用的方法,即自组装单层（SAMs）修饰和聚合物修饰与迁移率改进之间的研究进展．最后,展望了该研究方向未来可能的发展趋势．     

氧化石墨烯修饰倾斜光纤光栅10–12级重金属离子传感

设计了一种氧化石墨烯(GO)功能化的倾斜光纤光栅(TFBG)传感器,用于检测水溶液中的重金属离子.通过氧等离子体活化光纤表面,以及采用GO的无水乙醇分散液,避免了咖啡环效应引起的GO的团聚和堆叠,充分了暴露GO的表面和羧基.吸附重金属离子后, GO-TFBG传感器的透射光谱中的谐振峰发生红移,这是由GO向重金属离子的电子转移导致的有效折射率变化造成的.对Pb²⁺和Cd²⁺离子最低检测限可达到10^–10 mol/L (ng/L量级),相应灵敏度分别为0.426 d B/(nmol·L^–1)和0.385 d B/(nmol·L^–1)(2.06和3.43 d B/(μg·L^–1)).此外, GO-TFBG传感器具有出色的器件一致性, 5组传感器的传感性能稳定.本研究实现了GO纳米片在光纤表面的无团聚和均匀成膜,获得了具有超大表面积的GO并充分暴露表面羧基实现对重金属离子的吸附,利用了TFBG不同模式谐振对环境的高度敏感性,完成了对低浓度重金属离子的高灵敏度、可重...     

珐珀解调的石英增强光声光谱气体探测系统

提出一种珐珀解调,适用于开放环境的全光式石英增强光声光谱气体探测系统。基于石英增强光声光谱系统,采用法珀干涉解调代替传统的电解调方式,通过拾取石英音叉的叉指侧面与光纤端面之间形成的法珀腔的腔长变化解调得到被测气体的光声光谱信号。构建了实验系统,在开放环境中完成了对空气中水蒸气的探测实验,得到其归一化噪声等效吸收系数为2.80×10-7 cm-1.W.Hz-1/2。结果表明,该探测系统的探测灵敏度是传统石英增强光声光谱探测系统的2.6倍。该系统具有极强的抗电磁干扰能力、能够用于易燃易爆气体检测、适用于高温、高湿度等恶劣环境并实现远距离多点、组网探测。     

种电热驱动法布里 珀罗光调制器

提出了一种用于显示基于微机电系统的电热驱动法布里 珀罗光调制器.利用多光束干涉理论分析了该调制器的原理及光学特性.分析表明:当腔长为(2k+1)λ/4时,反射光强取极大值|当腔长为2kλ/4时,反射光强取极小值|通过改变腔长可以实现显示.光源谱宽越窄,衬比度越高|干涉级次越低,衬比度越高|衬比度随反射率的增加而减小.借助Ansys软件仿真分析了调制器的驱动特性.加工了器件并搭建实验装置进行了动态响应特性测试实验.结果表明,该调制器具有驱动电压低至3.2 V,响应速度约为5 kHz的良好驱动特性.实验结果初步验证了该结构的可行性.     

Experimental study of Fourier transform spectrometer based on MEMS micro-mirror

We propose a new Fourier transform spectrometer based on programmable microelectromechanical systems(MEMS) micro-mirror and an improved Michelson interferometer.The principle of the spectrometer is theoretically analyzed.A signal acquisition unit and an experimental set-up are designed.The spectrum of the polychromatic light source is obtained at a slantwise reflector angle of 0.238°.The spectrum is analyzed by this system within the near infrared.The experimental results show that the spectral accuracy is less than 3 nm,and the signal-to-noise ratio(SNR) is 18 dB.The spectral resolution is less than 16 nm.     

一种基于MEMS光栅光调制器的近红外光谱探测系统

基于微机电系统技术的近红外光谱探测系统已成为了近红外光谱仪研究的一个新方向。文章提出了一种基于光栅光调制器的新型近红外光谱探测系统。该系统采用微加工技术制造的光栅光调制器阵列与单点近红外探测器相结合使用的方法进行光谱探测。设计了该光谱探测系统的光学结构, 论述了系统光谱探测原理, 并使用经表面微加工工艺得到的光栅光调制器器件进行了系统分辨本领、波长准确性、系统稳定性、器件响应频率等特征参数测试实验。结果表明,该探测系统在1 320到1 400 nm波长范围内,分辨本领小于10 nm, 波长准确性小于1 nm, 系统稳定性小于0.5%, 光栅光调制器的响应频率为5kHz。实验结果证明了该近红外光谱探测系统的可行性, 为研制基于微机电系统光栅光调制器的微型化近红外光谱仪提供了理论基础及实验指导。     

用于极寒温度的特种光纤的结构与弯曲损耗研究

设计了一种适用于极寒温度(-70℃)条件的耐低温的特种光纤,其结构包括纤芯层、内包层、凹陷包层和外包层.研究了光纤芯层/内包层的相对折射率差与弯曲损耗之间的关系,对比了不同涂覆层模量厚度和对光纤微弯损耗的影响.优化光纤拉丝工艺,获得了一种可长期应用于-70℃极寒温度下,在1 550nm、1 625nm波段处附加损耗低于0.01dB/km的石英光纤.本文研究工作为耐极寒光纤、光纤复合架空地线的制备及产业化提供了可靠的理论与实验依据.