摘要：为提高探测性能,可通过在石英音叉周围设计声学谐振管以增强光声信号。然而,不同形状、尺寸和结构的谐振管会对音叉谐振信号产生不同程度的增强效果。旨在探究谐振管参数对石英增强光声光谱(QEPAS)探测性能的影响,通过理论建模和COMSOL Multiphysics软件仿真,研究不同参数下共轴对称和非对称结构谐振管对系统的增益性能,并进行多组对照实验。仿真及实验结果均表明,在共轴对称结构谐振管系统中,随着谐振管内径的减小,对应的最佳长度增加,相对于裸音叉系统可获得更显著的增益效果。在相同内径的谐振管条件下,相较于非对称结构,对称结构显示出更优的增益性能。仿真及实验获得的谐振管最优参数:内径为0.5 mm、长度为5.04 mm,将该谐振管作用于QEPAS探测系统,相较于裸音叉系统,该系统增益性能提高了15倍。采用该系统对体积分数为5×10^(-3)的甲烷标准气体进行长时间测量,结果显示当积分时间为72 s时,系统的探测下限为2.07×10^(-6)。

摘要：由于红外热释电探测器在低温环境下易发生温度漂移,导致非分散红外(NDIR)二氧化碳(CO_(2))农业火灾检测仪受低温影响较大。针对上述问题,本文设计了一种应用于-40℃低温环境的探测器温度控制系统。给出了NDIR农业火灾检测仪的原理,探究了热释电探测器温度漂移现象,在此基础上,设计了以STM32F103为核心的温度控制系统。将温度控制系统集成于火灾检测仪中,在-40℃环境温度下,将探测器温度从20℃起始温度控温,稳定在21℃的响应时间为16 s,温度波动的1σ值为0.0126℃,响应时间和稳定性均满足低温环境下的控温需求。在控温条件下,对传感器进行了标定,将气体标定实验得到的吸收通道与参考通道电压信号的一次谐波幅值比和标准气体浓度值进行指数拟合,拟合优度达到了99.852%。利用纯氮气(N_(2))样品,对检测仪进行了25 min的稳定性测试,测得的浓度波动范围为-28.12876×10^(-6)~27.2405×10^(-6)。引入Allan方差进行评估,当积分时间为0.25 s时,检测下限为1.21301×10^(-6);当积分时间为114.75 s时,理论上系统的检测下限可达到4.8225×10^(-7)。实验结果表明,该温度控制系统可以保证火灾检测仪在低温环境下的正常工作。

摘要：基于非分散红外吸收光谱技术,利用CO气体分子在4.6μm处的基频吸收带,采用宽带红外热光源和双通道热释电探测器,研制了一种用于早期火灾探测的红外CO传感系统。根据系统检测原理,对CO分子在红外波段的吸收谱线进行了选择;推导了光学矩阵理论,设计并优化了气室结构,优化后气室的吸收光程达到180 cm。对研制的锁相放大器进行标定,1σ检测下限为0.15μV,背景噪声为38.89~43.23μV。对传感系统的性能进行了实验测试。结果显示,CO的检测分辨率优于2.00×10^(-5),响应时间为35~38 s。对纯氮气(N_(2))样品进行了长达80 min的监测,其浓度波动范围为-1.42×10^(-5)~1.51×10^(-5),当积分时间为0.25 s时,系统的检测下限为1.54×10^(-6);当积分时间为300 s时,系统的理论检测下限可达3.50×10^(-7)。引入卡尔曼滤波算法来提高系统的稳定性,对纯氮气进行长达80 min的探测,引入该算法后系统的检测下限降低到原来的23%,同时,当积分时间为0.25 s时,检测下限降低到3.60×10^(-7)。利用该传感系统,开展了棉花、纸张和木材的火灾阴燃实验,研究了CO浓度随阴燃时间的变化关系,验证了可通过CO浓度的变化来探测火灾发生的方法,证实了该传感系统呈现出良好的早期火灾探测能力。

摘要：为研究中红外波段的片上波导传感性能,针对2172.75 cm-1处的一氧化碳吸收线,提出基于InGaAs-InP平台的悬浮光子晶体波导传感器和悬浮脊形波导传感器。基于朗伯—比尔定律,通过Rsoft和COMSOL软件设计波导结构,优化了光子晶体波导的晶格常数、孔半径、中心孔半径和脊形波导的脊宽、条宽、脊高和条高。仿真结果表明,光子晶体波导和脊形波导的功率限制因子分别为250.69%和115.65%。对两种传感器进行计算和性能评估,得到两种传感器的传输损耗分别为27.5 dB/cm和3 dB/cm,最佳波导长度分别为72μm和162μm。设定探测器最小可检测信噪比为10,得到两种传感器的最小可检测气体浓度分别为9.13×10-6和8.51×10-6。讨论了波导传输损耗对传感器性能的影响,若能有效降低波导损耗,可进一步降低最小可检测气体浓度。对比两种传感器,光子晶体波导具有更大的功率限制因子,脊形波导具有低传输损耗和横磁模兼容性的优点。

摘要：红外光谱技术因分子吸收截面较小限制了其灵敏度,采用光学性质相似且价格更低的银阵列替代金阵列,在节约成本的同时,利用表面增强红外吸收效应,以提高微量分析物的检测灵敏度。分别设计了微米尺度的中空十字形与六边形天线阵列结构,使用时域有限差分算法进行数值仿真,研究了天线尺寸对超表面光学性能的影响。利用紫外曝光技术,以银作为沉积金属,实现低成本、大尺寸天线阵列的制备。利用傅里叶红外光谱仪测量超表面基底,在400~800 cm^(-1)的中红外波段实现了表面增强吸收,十字形天线与六边形天线结构的消光系数最高分别可达20%与24.5%。为了评估超表面的传感性能,分别在硅基底和六边形结构的超表面基底上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯,六边形天线结构在483.14 cm^(-1)处实现了2.85倍的增强吸收,增强因子为1995。

摘要：稀土掺杂的上转换发光纳米材料在信息安全、生物医学、光纤通信、显示和能源等众多领域有着巨大的应用潜力,受到了相关各领域研究人员的广泛关注。特别是近年来发展起来的具有正交激发发射特性的上转换发光纳米颗粒,其可在不同的激发条件下产生动态变化的光色输出,因而具备一系列新的特性与功能,大大地扩展了应用范围。本文综述稀土离子正交上转换发光的发展历程,系统论述了基于核壳结构的正交激发发射体系的设计原理和构建方法,介绍了其在信息存储、安全防伪、显示、传感、生物成像及治疗等领域的最新研究进展,并探讨了未来相关研究中可能面临的机遇和挑战。

摘要：制备了下包层为氟化镁、芯层为硫系玻璃的梯形光波导甲烷传感器,采用片上波长调制光谱技术,开展了气体检测实验,将仿真结果与实验结果进行了对比,证明了基于波长调制光谱的仿真模型的准确性。狭缝波导是常用的非悬浮波导气体传感器结构,优化了下包层为氟化镁、芯层为硫系玻璃的狭缝波导传感器结构,外限制因子达到了42%。根据实验测试得到的噪声幅值,理论研究了狭缝波导气体传感器和波长调制光谱技术结合的性能,分析了环境压强和工艺误差对狭缝波导气体传感器性能的影响。本工作为基于波长调制光谱的片上气体传感器的设计提供了指导。

摘要：半透明钙钛矿太阳能电池具备集采光及发电于一身的优点,在新能源汽车、建筑集成光伏系统等领域具有巨大的应用前景。光伏系统主要位于车顶或屋顶或开放区域,以实现最大程度地暴露在阳光下,半透明太阳能电池可以集成到车体或建筑物的侧面,达到最大限度地提高空间容量,扩大能源产量。但是,半透明钙钛矿太阳能电池如何在保证光电转换效率的同时具备良好的透光率,一直是科学界面临的难题,设计新型器件结构、开发吸光层和透明电极材料等问题亟待解决。本文围绕高性能、半透明钙钛矿太阳能电池总结了器件结构设计、材料选择和制备工艺方面最新的研究进展,并讨论了目前研究中所面临的问题和未来的发展方向。

摘要：为了解决微小芯片表面测温的难题,设计了一种非接触式微区测温系统。首先利用光纤探头和光功率计测量微热板的辐射功率,再结合辐射功率与温度的关系,精确地测出微热板表面50μm×50μm区域内的温度。实验测试结果与利用有限元分析软件Ansys得到的模拟结果基本一致,并且更换不同口径的光纤探头可以满足不同面积的样品的测量要求。

摘要：依据阵列波导光栅(AWG)的传输理论,在中心波长为1550.918 nm、波长间隔为0.8nm的条件下,对33×33信道聚合物AWG波分复用器进行了参数优化,分析了阵列波导的弯曲对器件传输性能的影响。分析结果表明,波导的弯曲将使AWG中的传输光产生相移,引起传输光谱的漂移和串扰的改变。本文所设计的AWG器件的光谱漂移约为0.01 nm,远远小于波长间隔0.8 nm,串扰的变化也很小。