地球重力场空间探测: 回顾与展望

地球重力场的科学数据在地球测绘学、冰川学、陆地水循环、固体地球物理、灾害监控及国防军事等领域具有重要应用价值. 美、德合作研制的地球重力场反演与气候实验(gravity recovery and climate experiment, GRACE)卫星, 有力地推动了地球重力场测量、反演和应用. 为进一步提高重力卫星科学数据的时、空分辨率, 扩展应用领域, 中国及欧美等国都考虑发射升级的重力卫星, 即后GRACE 计划(GRACE-follow-on). 本文将简单回顾重力卫星的发展历程, 介绍重力卫星的数据采集技术和反演方法, 亦着重阐述后GRACE计划的测量方法学、关键技术及预期结果.      

二氧化硅-十八烷基三氯硅烷界面的和频光谱相位测量及其测量精度分析

相位测量和频振动光谱（SFG）可以获得物质表面分子取向等信息,但在实验重复性、实验设计和界面分析等方面仍有一些关键问题没有解决。相位误差会引起光谱变化并误导界面结构分析,因此分析并准确控制误差是相位测量SFG的关键技术。使用z-切石英作为相位标准,测量了修饰在熔融石英基底上的十八烷基三氯硅烷（OTS）在C-H振动波段的和频振动光谱,对OTS的相位光谱进行了解析,结果表明OTS虚部光谱中,2 878和2 936 cm-1处的两个正峰分别是末端CH₃的对称振动（CH₃ss）和费米共振（CH₃FR）,2 960 cm-1处的负峰为CH₃的反对称伸缩振动（CH₃as）,这三个峰的光谱特征和指认与文献一致。2 910 cm-1附近的负峰为CH₂反对称伸缩（CH₂as）,与文献比较,约有20 cm-1的偏移,且在2 850 cm-1附近还观察到一个负峰,归属为CH₂对称伸缩（CH₂ss）,分析认为与文献的差异可能是因为样品制备时间影响了OTS的分子排列结构。通过建立OTS虚部谱与CH₃取向角的关系,发现CH₃的三种振动模式的c轴与表面法线的夹角均小于90°,其H更多为向上取向且排列有序,表明相位测量相较于强度测量可以获得更丰富的表面信息。同时,讨论了待测样品和参考样品位置的非一致性对相位测量精度的影响。通过测量OTS在三个不同位置（12.1,12.3和12.73 mm）的虚部谱,并与模拟相位误差的引入对虚部谱的影响对比,发现待测样品与参考样品测量位置间2.5 μm的位移对应于1°的相位误差,20°相位的偏移会导致零点位置移动约6 cm-1,从而引起振动峰位置和符号等的改变,导致对光谱的错误解析。为了获得界面分子稳定可靠的相位信息,需要严格控制两次样品测量位置一致。实验研究结果为提高和频振动光谱相位测量的精度与准确性提供了指导,为界面分子表面态的检测与分析、及微小信号的探测提供了有效手段。     

Two-photon induced optical-power limiting in N-vinylcarbazole tricarbonyl chromium

The nonlinear optical properties of a new organic material, N-vinylcarbazole tricarbonyl chromium, are reported. The large two-photon absorption (TPA) coefficient and nonlinear refraction index are measured by an open-aperture Z-scan technique and closed-aperture Z-scan technique, respectively. The sample solution shows excellent optical limiting response.     

980 nm激光泵浦下掺Er3+碲酸盐玻璃的光子雪崩上转换

在980 nm激光二极管的抽运下,掺Er3 碲酸盐玻璃辐射出很强的绿色上转换荧光,荧光强度与抽运功率呈非线性关系,发光强度和积累时间与激光抽运功率的关系研究表明存在雪崩阈值44 mW.发现光子的积累时间(几十毫秒量级)远大于荧光的寿命,且积累时间随抽运功率的增大而减小.与早先报道的690和579 nm抽运波长相比,980 nm是更加有效的抽运波长.     

掺Er3+玻璃上转换荧光的时间相干控制

在无序固体掺Er3 玻璃中实施了时间相干控制,对波长为670 nm的上转换荧光进行了调制,荧光强度随着延迟时间的变化而振荡变化,通过拟合得到波包的退相特征时间为300 fs;同时由光子回波信号测得由声子作用引起的波包退相特征时间.上述两个数据的一致性表明波包的快速退相是玻璃基底的声子作用引起的,从而为探索在无序固体中的相干时间控制提供了线索.     

超低温下掺Er3+玻璃的相干拍频调制效应研究

采用非相干光时延四波混频(TDFWM-IL)实验装置,在7K温度下,利用波长为800 nm的飞秒脉冲激光,观测到掺Er3+玻璃的光子回波效应,发现信号随延时变化的拍频调制结构.根据TDFWM-IL多能级理论,运用其非均匀加宽占主导时的公式拟合实验结果,从最佳拟合获得的退相时间T2=300 fs,这与由相干控制实验测得的...     

利用干涉探测技术对相干声子的研究

利用带有环形回路的干涉探测装置,研究了光程差精确为零时参考光和探测光的相干振荡信号,对数据的拟合给出了相干声子诱导的折射率相关变化.由信噪比较高的反射率相位变化信号,不仅清楚地辨别出铝膜中的四种相干声子模式,还分辨出声子回波信号.     

天然杂质对黄铁矿的电子结构及催化活性的影响

采用密度泛函理论和平面波赝势方法对含天然杂质黄铁矿的电子结构和光学性质进行了计算,并讨论了二十种天然杂质:钴、镍、砷、硒、碲、铜、金、银、钼、锌、铊、锡、钌、钯、铂、汞、镉、铋、铅和锑,对黄铁矿催化活性的影响.结果表明在过渡金属杂质中,杂质能级主要由它们的d轨道产生,而在主族金属及非金属杂质中,杂质能级主要由它们的s或p轨道产生.含铜、钼、砷、金、银或镍的黄铁矿对氧的还原的电催化能力增强.除锌、钼、钌、砷、锑、硒和碲外,其余杂质能增强黄铁矿表面俘获电子的能力,使光生电子和空穴复合的概率减小.光学性质计算表 关键词： 天然黄铁矿 杂质 电子结构 光学性质     

Pr3+:Y2SiO5中的反斯托克斯荧光谱及其对基态Stark分裂能级的确定

掺杂在晶体Y2 SiO5(YSO)中的Pr3 ,运用脉冲激光激发 3H4 → 1 D2 跃迁 ,粒子通过非辐射能量转移从能级 1 D2 转移到能级 3P0 ,测得了对应于 3P0 → 3H4 跃迁的反斯托克斯荧光光谱 ,由此可确定 3H4 的Stark分裂能级以及 3P0 能级的能量高度。与运用激光激发 3H4 → 1 D2 跃迁 ,通过观察 1 D2 → 3H4 斯托克斯荧光光谱确定3H4 的Stark分裂能级方法相比 ,该过程避免了不同晶点位置中 (Crystallographicsite)Pr3 的 1 D2 能级间的能量转移影响 ,从而具有较高的确定性。同时 ,我们观察了反斯托克斯荧光的时间特性     

Optically pumped infrared stimulated radiation in Pr~(3+):Y_2SiO_5

The infrared stimulated radiation of 1D2-3F2 and 1D2-3H6 transitions in Pr3+:Y2SiO5 (YSO) via pulsed laser pumping has been observed. The threshold energy, temperature dependence and divergence angle for the stimulated radiation are also measured.