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关键词： 光催化光纤   光催化还原CO2   可见光驱动   g-C3N4   空心光纤  

摘要： 在社会和经济日益发达的过程中,人类对能源需求日益增长。人类对于化石能源的过度使用,不仅会带来能源危机问题,同时会释放大量CO引发全球变暖等环境问题。光催化将CO转变为碳氢燃料可缓解能源和环境危机,成为国际前沿研究热点。但目前光催化还原CO技术受光催化剂载体导光性能限制导致光能利用效率低、光催化剂活性低、CO还原产率与选择性低的瓶颈问题。对此,本文采用石墨氮化碳基复合材料及空心石英光纤（HOF）构建了一种新型的可见光驱动CO还原光催化光纤。首先,制备了改性石墨氮化碳（g-CN）材料,对其形貌、化学成分、气体吸附特性以及电化学性能进行了表征;制备了光催化光纤,并表征了其物理光学特性;构建了光催化光纤反应器,并搭建了光催化光纤还原CO测试系统;利用该测试系统评价了不同材料涂覆的光催化光纤还原CO的活性、产物选择性及稳定性;研究了CO吸附时间、CO初始浓度、湿度、催化剂涂层厚度、光纤直径以及入射光强度等因素对光催化光纤还原CO性能的影响。本文研究内容主要包括以下3个方面: （1）CO还原光催化剂制备及表征。为了提高g-CN的光催化活性,选用铅基金属有机框架（TMOF-10-NH）对其改性,制备了不同掺杂质量比的TMOF-10-NH/g-CN（TMOF/CNNS）复合材料。采用SEM-EDS、FTIR、XPS、XRD、TPD和电化学工作站表征了光催化剂的形貌、成分、气体吸脱附性能和电化学特性。实验结果表明:对于改性材料,TMOF和CNNS之间存在电子相互作用,能促进光生载流子的迁移。掺杂质量比为10%的TMOF/CNNS（10TMOF/CNNS）光催化剂对CO的吸附性最高,且更有利于CO在其表面解吸。10TMOF/CNNS复合材料产生的光电流密度最大（3.6μA/cm）,电化学阻抗最小,具有良好的光电性能。 （2）CO还原光催化光纤制备及表征。为了提高光催化剂的激发光强,制备了CNNS、TMOF和TMOF/CNNS光催化剂溶胶凝胶,并将其涂敷在空心石英光纤外表面获得光催化光纤。分析了光催化光纤的内部光传输机理,并使用光谱仪表征了光催化光纤的物理光学特性。实验结果表明:10TMOF/CNNS涂覆光催化光纤的紫外-可见光吸收光谱范围最广（300-661 nm）,可见光吸收能力最强。空心石英光纤能够将光耦合进入光催化剂涂覆层中,增强了催化剂的激发光强。 （3）光催化光纤反应体系还原CO性能研究。为了研究光催化光纤还原CO的性能,设计了光催化光纤反应器,并搭建了光催化光纤还原CO测试系统。利用该测量系统,测量了不同光催化剂涂覆光催化光纤还原CO的产率以及产物选择性。研究了CO初始吸附时间、CO初始浓度、相对湿度、催化剂涂层厚度、光纤直径以及入射光强度等因素对10TMOF/CNNS涂覆光催化光纤还原CO性能的影响。测试了10TMOF/CNNS涂覆光催化光纤还原CO的稳定性,并分析了光催化光纤还原CO的机理。测量结果表明:在CO吸附时间为1 h、CO初始浓度为90 vol%、湿度为88%RH、催化剂涂层厚度约为25μm、光纤内/外直径为1000/2000μm以及入射光强度为73.19 m W/cm的条件下,10TMOF/CNNS涂覆光催化空心光纤还原CO产CH、CO、H的产量最佳,分别达到6.02μmol g、68.15μmol g、3.84μmol g。10TMOF/CNNS光催化剂涂覆的光催化空心光纤还原CO的产率(12.36μmol g h)是CNNS涂覆滤纸(2.12μmol g h)和CNNS涂覆光催化空心光纤(3.79μmol g h)的5.83倍和3.26倍。此外,10TMOF/CNNS涂覆光催化光纤还原CO生产CO的选择性达到了89.64%,且具有较高的稳定性。

关键词： 妊娠期高血压疾病   胎儿窘迫   彩色多普勒超声   峡部收缩指数  

摘要： 目的 分析彩色多普勒超声检测胎儿峡部收缩指数(ISI)在诊断妊娠期高血压疾病(HDCP)患者胎儿窘迫中的价值。方法 选取绍兴市中心医院医共体总院2020年5月—2021年5月收治的60例确诊为HDCP且发生胎儿窘迫的孕妇作为胎儿窘迫组，选取40例确诊为HDCP但未发生胎儿窘迫的孕妇作为非胎儿窘迫组，另选取40例健康无疾病妊娠孕妇为对照组。3组均通过彩色多普勒超声对收缩末期最低点流速(NS)、收缩期峰值流速(PSV)进行检测，并计算获得ISI值。结果 与对照组相比，非胎儿窘迫组、胎儿窘迫组NS(-0.33±0.08 vs.-0.45±0.07 vs.-0.52±0.05)m/s、PSV(0.93±0.11 vs. 0.80±0.10 vs. 0.71±0.09)m/s、ISI值(-0.35±0.03 vs.-0.56±0.05 vs.-0.73±0.07)水平降低，差异有统计学意义(P<0.05);与非胎儿窘迫组相比，胎儿窘迫组NS、PSV、ISI值水平降低，差异有统计学意义(P<0.05),且胎儿窘迫组NS、PSV、ISI值水平随孕周下降而下降。与轻度胎儿窘迫相比，重度胎儿窘迫NS(-0.50±0.05 vs.-0.56±0.07)m/s、PSV(0.76±0.10 vs. 0.68±0.06)m/s、ISI值(-0.66±0.06 vs.-0.82±0.08)水平较低，差异有统计学意义(P<0.05)。胎儿ISI与Apgar评分、胎儿最慢心率、最快心率呈正相关，与羊水污染呈负相关(P<0.05)。与对照组相比，非胎儿窘迫组不良妊娠结局发生率略高(5.00%vs.10.00%),但差异无统计学意义(P>0.05),胎儿窘迫组不良妊娠结局发生率较高(5.00%vs. 25.00%),差异有统计学意义(P<0.05);与非胎儿窘迫组相比，胎儿窘迫组不良妊娠结局发生率较高(10.00%vs. 25.00%),差异有统计学意义(P<0.05)。与NS、PSV单项诊断相比，ISI值对HDCP患者胎儿窘迫诊断的灵敏度(60.00%vs. 63.33%vs. 88.33%)、准确性(70.71%vs 71.43%vs.80.71%)均较高，差异有统计学意义(P<0.05)。与NS、PSV单项诊断相比，ISI值预测HDCP患者不良妊娠结局的灵敏度(53.33%vs. 66.67%vs. 93.33%)、准确性(81.67%vs. 83.33%vs. 88.33%)均较高，差异有统计学意义(P<0.05)。结论 HDCP患者胎儿窘迫中NS、PSV、ISI值水平较低，ISI值对胎儿窘迫的单项诊断价值及预后不良预测价值高于NS、PSV。

关键词： 稀土离子掺杂光纤   氟碲酸盐玻璃光纤   异质光纤熔接   放大自发辐射   可调谐光纤激光器  

摘要： 碲酸盐玻璃光纤具有光学透过窗口宽、非线性系数大、声子能量低、稀土离子掺杂浓度高、热学稳定性和化学稳定性好等优点,因此被用于研制S波段、C+L波段光纤放大器以及宽带超连续光源,并在光通信、光传感等领域中获得应用。在S波段光纤放大器方面,利用Tm掺杂碲酸盐玻璃光纤作为增益介质可实现覆盖S波段光放大,但目前报道的增益较小。在C+L波段光纤放大器方面,利用Er掺杂碲酸盐玻璃光纤作为增益介质已实现高增益、宽带光纤放大器,并获得应用,但其工作波长范围未覆盖整个L波段。在前期工作中,我们课题组制备出了Er掺杂碲酸盐玻璃微结构光纤,利用其作为增益介质,实现了覆盖整个C+L波段的光放大。最近,我们课题组设计并制备出Tm掺杂氟碲酸盐玻璃光纤（70Te O-20Ba F-10YO,简称TBY玻璃光纤）,利用其作为增益介质,实现了覆盖整个S波段的光放大。以上实验结果表明,稀土离子掺杂碲酸盐玻璃光纤具有宽的增益带宽。利用该特性不仅可以实现宽带光纤放大器,而且有望实现S波段、C+L波段宽带ASE光源和可调谐激光器,但目前基于稀土离子掺杂TBY玻璃光纤的宽带ASE光源和可调谐激光器未见报道。在攻读博士期间,作者围绕TBY玻璃光纤熔接技术及S波段、C+L波段ASE光源和可调谐激光器展开研究,获得如下创新性研究结果: （1）利用改进的低温熔接技术实现了Er掺杂TBY玻璃光纤与石英光纤的低损耗熔接,在实验上分别研制出L波段以及C+L波段全光纤ASE光源。在实验中,利用Er掺杂浓度为～4000 ppm,芯径为8.5μm的TBY玻璃光纤作为增益介质,利用1480 nm激光作为泵浦源,通过优化光纤长度与泵浦功率等参数,实现了覆盖整个L波段的全光纤ASE光源,其10 d B带宽为～65.6 nm（1560.1～1625.7 nm）,最大功率为～69.2 mW。进一步,通过双向泵浦方式,实现了C+L波段全光纤ASE光源,其10 d B带宽为～80.8 nm（1529.9～1620.7nm）,输出功率为～207 mW。 （2）利用Tm掺杂TBY玻璃光纤作为增益介质,首次在实验上实现了覆盖整个S波段的全光纤ASE光源。在实验中,利用Tm掺杂浓度为～4000 ppm,芯径为～4μm的TBY玻璃光纤作为增益介质,利用1400 nm和1570 nm激光作为泵浦源,采用双向泵浦方式,并通过优化光纤长度和泵浦功率等参数,实现了覆盖整个S波段的全光纤ASE光源,其10 d B带宽为81 nm（1449～1530 nm）,最大输出功率为45.6 mW。 （3）利用Tm掺杂TBY玻璃光纤作为增益介质,首次在实验上研制出S波段可调谐光纤激光器。在实验中,采用环形腔结构,利用1400/1570 nm双波长激光作为泵浦源,利用可调谐光学滤波器作为波长调谐元件,利用Tm掺杂TBY光纤作为增益介质,研制出工作波长覆盖1460～1526 nm的可调谐光纤激光器,其最大输出功率为～22 mW。

关键词： 管道   超声导波   无损检测   自编码器   一维卷积  

摘要： 管道被广泛应用于石油、天然气等的运输中,常常在高温、高压、内外荷载等复杂环境下工作,容易因管道的小缺陷发展到具有破坏性损伤而发生严重的事故。管道的小缺陷检测意义重大。超声导波检测技术沿管道长度方向激发,全截面传播,遇到缺陷会产生缺陷回波,通过分析回波信号,可以确定缺陷位置和损伤程度。导波检测具有检测速度快、检测范围广等优点。然而,由于导波在传播过程中受到频散性、衰减性以及噪声等影响,使得待分析的小缺陷导波回波信号容易被噪声淹没,无法识别缺陷回波特征。为了识别出强噪声背景下的小缺陷的导波回波信号,提出了基于自编码器的超声导波弱信号检测方法。主要研究内容为: 先研究了基于降噪自编码器降噪超声导波信号的原理。研究结果表明,将降噪自编码器和超声导波结合能自适应地学习超声导波弱信号中的噪声特性,并进行有效的降噪处理。通过数值仿真,获取加入不同强度的高斯白噪声的混合导波信号数据集,利用卷积降噪自编码器进行信号的采集和处理。仿真结果表明,该方法可以将信噪比为-20 d B的导波信号提高到20.48 d B,且对信噪比为-15 d B以上的信号还原程度极高。 然后进行了基于自编码器弱导波信号降噪的实验验证。该自编码器具有较强的特征保留能力,在去除噪声的同时,能够保留超声导波信号中的关键信息,包括超声导波的特征频率和波形结构。为了进一步验证自编码器识别强噪声背景下弱导波信号的有效性,对截面损失率分别为1%～8%的超声导波信号进行实验研究,采集5400组数据进行测试集和训练集划分。然后,对实验数据进行预处理和特征提取,训练出高准确度和泛化能力的DAE模型。实验结果表明,自编码器提取超声导波缺陷回波特征具有明显优势。 提出了结合DAE和CNN模式识别模块的超声导波弱信号检测新方法。其中,DAE用于降维去噪,CNN模式识别模块捕捉缺陷回波信号特征进行分类。采用准确度、召回率、F1分数评估模型。实验结果表明,DAE＿CNN方法具有精度高和识别效率高等优点,对管道是否有缺陷分类精度达到98.5%。 综上,通过所提出的方法,可以有效提升混合信号信噪比,可准确分类无缺陷管道和小缺陷管道,且可识别的管道的最小截面损失率为1%,分类精度达到98.5%,这对于提高小缺陷的检测精度具有重要意义。

关键词： 高功率光纤激光   光纤随机激光   受激拉曼散射   超连续谱产生   无散斑成像  

摘要： 光纤随机激光器结合了光纤波导和随机激光器的特有优势，近年来快速发展成为获得高时域稳定性、高空间亮度、低相干性、高功率激光光束的重要途径。不同于点反馈机制的传统固定腔长光纤激光器，光纤随机激光器为高性能光纤激光的输出功率提升和谱段拓展开辟了全新的道路。本文总结回顾了光纤随机激光器以其时域稳定和波长灵活的特性赋能高功率、新波长光纤激光产生的最新研究进展，介绍了光纤随机激光器以其高亮度和低相干特性在当前的实际应用情况，并展望了其未来的发展方向和可能面临的挑战。

关键词： 光纤Mach-Zehnder干涉仪   光纤耦合   偏振  

摘要： 实验教学是大学物理大类课程教学中非常重要的一环，实验设备就是连接抽象理论和直观现象最好的桥梁。实验授课教师不仅需要对实验涉及的各个知识点做深入讲解，还需要将实验关联课程中的理论知识和应用技术进行融会贯通，利用实验课这种面对面高效沟通的教学方式，引导同学们更深刻地理解物理现象的本质。本文以光纤Mach-Zehnder干涉仪实验为例，介绍了在该实验教学中的融会贯通相关知识点的方式，旨在让学生通过实验操作过程和结果分析来拓展完善自身物理相关知识体系。