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关键词： 光纤激光   线偏振   窄线宽   相干合成   非线性频率变换  

摘要： 回顾了近年来高功率窄线宽线偏振光纤激光器的重要研究进展，对各类线偏振光纤激光器的技术特点进行了简要分析，并展示了高功率窄线宽线偏振光纤激光在相干合成、非线性频率变换等主要应用领域中的代表性应用成果。

关键词： CdO薄膜   热电效应   CdO/c-STO超晶格   CdO/a-STO超晶格  

摘要： 随着全球变暖和能源危机的问题的加剧,社会对于绿色环保能源的需求越来越迫切,而热电材料作为一种能够实现热、电能源转化的材料,因其具有无污染、结构简单、使用寿命长等优势而进入人们的视野。当前国内外有关高性能热电材料的研究主要集中在Bi2Te3、PbSe、Cu2Se等硫族金属材料上,但这些材料不具有在复杂环境下长期工作的能力,这极大减弱了热电器件本身的优势,而氧化物热电材料具有耐腐蚀、耐高温、抗氧化性强等优点,在热电领域的应用中具有较大的优势。 CdO作为氧化物热电材料的一种,其块体材料具有优异的热电性能。热电材料的薄膜化有利于提高其热电性能,而且热电器件的功率密度与特征尺寸成反比。因此,相比于三维材料,CdO薄膜在微器件、可穿戴设备和微器件透明制冷模块中具有不可替代的优势。然而,CdO等氧化物热电材料的热导率远高于其它半导体材料,使其热电优值（ZT）的提高受到限制,导致热电器件性能偏低,制约了CdO等氧化物热电技术的大规模推广和应用。在本论文中,我们利用脉冲激光沉积系统（PLD）在单晶SrTiO3（STO）衬底上外延沉积了本征CdO薄膜。在此基础上,我们进一步制备了Ag复合的CdO薄膜,优化了其热电性能。最后构建了CdO/STO超晶格薄膜,进一步降低了薄膜的热导,并利用Fuchs-Sondheimer（FS）模型拟合了热导率。主要研究内容及结论如下: 1.本征CdO薄膜的制备及其热电性能。通过控制生长温度、生长气氛和生长压强等条件制备了不同厚度的本征CdO薄膜,并利用XRD、SEM、AFM、XPS等仪器对其微观组织和电子结构进行了表征,证明我们生长出了高质量的外延CdO薄膜。随后利用塞贝克测试系统、Hall测试系统和薄膜热导仪等设备对薄膜的热电性能进行了表征,确定了CdO的最佳生长条件。在370 K时,最佳生长条件下生长的样品获得了12.3μW·cm-1·K-2的功率因子。而且所有样品在波长为560 nm以上的透过率均超过80%,表明CdO薄膜在热电性能和透光率方面的优异表现。 ***:Ag纳米复合薄膜的制备及其热电性能。由于本征CdO薄膜载流子浓度较高,这会限制其在热电领域的应用,于是我们在之前实验的基础上在CdO薄膜中复合了不同含量的Ag,并利用XRD、SEM、AFM、TEM、XPS等仪器对其微观组织和电子结构进行了表征。由于部分Ag的掺杂替代和Ag纳米颗粒的形成,我们在保持一定塞贝克系数的情况下,显著提高了电导率,我们制备的CdO:0.3%Ag复合薄膜在568 K时获得了高达26.88μW·cm-1·K-2的功率因子,这一数值是本征CdO薄膜的两倍以上。Ag纳米结构的加入同时降低了薄膜的热导,在室温下CdO:1%Ag复合薄膜样品热导率从单层CdO的4.26 W·m-1·K-1降至2.2 W·m-1·K-1,实现了电学性能和热学性能的同时优化。 ***/STO超晶格薄膜的热学性能。由于CdO晶格结构简单,载流子浓度较大,导致其热导率较大,CdO块材在室温时的热导达到了8.1 W·m-1·K-1,尽管我们将其二维化后将室温热导率降低到了2.2 W·m-1·K-1,但相对其他高性能热电材料来说依旧偏高。而超晶格结构已经被证明是降低薄膜热导的有效途径,所以,我们想要利用超晶格结构来实现其热学性能的优化。于是,我们生长了一批CdO/结晶STO([（CdO）m/（c-STO）10]15,其中m为CdO层厚度,周期为15)和CdO/非晶STO([（CdO）_n/（a-STO）_n]200/2n,其中n为CdO层和a-STO层厚度,周期为200/2n)超晶格薄膜,并对其热学性能进行了测试,面外热导测试结果显示[（CdO）m/（c-STO）10]15超晶格薄膜的面外热导率小于本征CdO薄膜的热导率,在室温下降低到3.4 W·m-1·K-1。此外,由于a-STO热导率远小于STO晶体材料,使得我们所构建的[（CdO）_n/（a-STO）_n]200/2n超晶格薄膜表现出更低的热导率,室温面外热导率降低至1.5 W·m-1·K-1,面内热导率降低至1.1 W·m-1·K-1。最后,我们对超晶格结构的导热性能进行了模拟计算,证明了界面粗糙度决定了材料的面内热导率,在这里粗糙度与声子的波长为特征尺度相比拟。对于垂直输运方向的界面,材料的面外热导率由异质结结构和界面透射率决定。

关键词： 增敏   法布里-珀罗干涉仪   萨格纳克环   长周期光纤光栅   光学游标   敏感材料  

摘要： 随着光纤进入大众的视野,光纤传感技术也越来越受欢迎,这使得许多研究者对其研究颇感兴趣。本文从敏感材料增敏和光学游标效应增敏的角度研究三种光纤传感器,并对其制作、测量结果进行了介绍,其达到的灵敏度也较高,重复性较好。采用激光加工、光纤拼接的方式制作了以光纤光栅、法布里-珀罗光纤干涉仪、萨格纳克光纤干涉仪为基础的温湿度双参数光纤传感器、应变光纤传感器、横向负载轴向应变双参数光纤传感器。 (1)提出了一种基于两个级联长周期光纤光栅(LPFG)的同时测量温湿度的光纤传感器。在级联结构中,两个LPFGs(即LPFG1和LPFG2)的谐振峰波长处于不同的波段,其中LPFG1的谐振峰波长在1325 nm～1465 nm之间,LPFG2的谐振峰波长在1470 nm～1575 nm之间。将湿敏材料和热敏材料分别与LPFG1和LPFG2结合,实现高灵敏度的温湿度测量。在传感器结构中,将湿度敏感材料聚酰亚胺(PI)和石墨烯量子点(GQDs)的混合物涂覆在LPFG1表面,在45%RH～75%RH范围内获得了78 pm/%RH的湿度灵敏度。用二甲基硅油(DSO)热敏材料包裹LPFG2表面,LPFG2的温度灵敏度达到445 pm/℃。最后,利用两个LPFGs获得的温度和湿度灵敏度构建灵敏度测量矩阵,实现了湿度和温度的同时测量,消除了交叉灵敏度。 (2)提出了一种由两个法布里-珀罗干涉仪(FPI)并联构成的应变传感器。利用飞秒激光在单模光纤端面上加工微槽,然后与另一单模光纤熔接,在熔点处形成微泡,制成FPI。当轴向应变作用于微泡时,微泡的横向长度会发生变化,使FPI的气腔容易变形,FPI可以获得较高的应变灵敏度。制备了气泡尺寸分别为63、78和93μm的三种FPI,其应变灵敏度分别为2.9、2.0和1.5 pm/με。实验结果表明,微泡越小,FPI的应变灵敏度越高。由于三种FPI的自由光谱范围比较接近,将它们分别并联组成两个游标效应应变传感器,灵敏度分别为-14.9和-14.5pm/με。其灵敏度分别提高了5.1倍和7.3倍。此外,由于三个FPI是由气腔组成的,因此它们具有非常低的温度灵敏度。当它们并联时,它们的共振峰波长随温度的升高而向同一方向移动,形成减小游标效应,温度灵敏度放大很小。因此,传感器的温度交叉灵敏度极低,可以忽略不计。 (3)提出了一种基于级联法布里-珀罗(F-P)腔和光纤萨格纳克(Sagnac)环的高灵敏度光纤横向负载和轴向应变传感器。F-P空腔由石英毛细管放电拼接形成的气泡组成。光纤Sagnac环是由一段熊猫光纤(PF)通过一个3d B耦合器缠绕而成。当两个干涉仪的自由光谱范围(FSRs)相似时,它们级联形成光学游标效应,从而放大传感器的灵敏度。实验结果表明,该传感器对横向负载和轴向应变的灵敏度分别高达19.1 nm/N和28.9 pm/με。单腔测量横向负载和轴向应变的灵敏度分别为1.5 nm/N和2.4 pm/με。可以看出,利用光学游标效应,传感器对横向负载和轴向应变的灵敏度分别提高了12.7倍和12倍。利用单个F-P腔和级联结构的灵敏度构建测量矩阵,实现横向负载和轴向应变的同时测量,消除了它们之间的交叉灵敏度。

关键词： 水下无线传感器网络   路由协议   蚁群优化   人工势场   信道感知  

摘要： 海洋覆盖了地球总表面积的71%,一直是人类渴望开发的领域,水下通信技术是海洋资源开发不可或缺的一部分。近年来,越来越多的专家学者将目光投向了水下无线传感器网络技术。水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)根据应用场景可分为探测型网络和观测型网络,水下探测网的特点是实时性要求较高,通常用于水下指定目标的探测,例如水下沉船探测和水下管道故障探测等,观测型网络的特点是覆盖面积大,主要用于大范围海域的观测,如海洋环境观测和灾害预防等。 由于海洋传播特性的限制,水声通信是水下无线传感器网络最常用的通信方式之一,水声信道有着窄带宽、高延迟、易受环境影响等特性,此外还存在多普勒效应和多径效应,水下环境的复杂多变使得某些节点的水声信道的点到点可靠性较低。因此,水下无线传感器网络需要路由协议为每一个节点选择合理的下一跳中继节点来确保数据能够有效、安全地从源节点传输到目的节点,路由协议应能快速响应水声信道的变化,并且在保证传输可靠性的前提下,降低延迟和平衡网络能耗。面对水下探测网的可靠实时通信要求和大规模水下观测网端到端的可靠传输需求,水下路由协议面临的挑战如下: (1)由于水声信道易受水生生物、泥沙、湍流等不均匀介质的折射和海底海面的反射影响,节点与节点之间的单跳通信误码率较高。传统路由协议在面对信道变化导致的传输失败问题时通常用超时重传方式来处理,这种方式不仅处理时间长,而且在下一跳节点信道环境恶劣的情况下仍很难传输成功,因此无法满足水下探测网的及时可靠传输的需求。 (2)水下观测网覆盖规模大、通信距离远的需求,带来了链式网络的长距离节点间部署和多跳传输的端到端长跳距,如何保证在不稳定的水声信道条件下进行长距离多跳距的端到端可靠性传输是路由协议面临的巨大挑战。现有的水下路由协议大多只考虑了信道质量对单跳通信的影响,通过逐跳选择最佳中继节点最终转发到目的节点,却忽略了信道质量对整个路径的影响,在大规模网络中可能无法获得最佳路由路径。 因此,本文针对海洋环境复杂、水声信道多变和传输可靠性低的问题,借助人工势场法和蚁群优化算法,围绕信道感知和整体性能优化方面,展开对水下探测和观测网的可靠性问题研究。本文提出的方法如下: (1)针对信道复杂多变,探测型水声网络难以保证可靠及时传输的问题,本文提出了一种快速响应信道感知路由(Fast Response Channel-Aware Routing,FRCAR)协议。该协议通过由深度势场、能量势场和环境势场组成的目标势场(TPF)来引导路由决策,以感知水下恶劣信道环境,并结合单播组播策略高效应对信道质量差导致的传输失败情况,同时尽可能降低延迟和平衡能量消耗。 (2)针对水下观测网在信道恶劣情况下的长距离多跳距端到端传输可靠性低的难题,本文提出了一种自适应信道感知水下路由协议(Adaptive Channel-Aware Routing Protocol,ACARP),该路由协议针对大规模的UWSNs设计了具有迭代信息素分布机制和目标势场的分层蚁群优化(Ant Colony Optimization,ACO)算法。在每一层中,目标势场通过获取单跳信道质量、距离和能量信息来计算候选节点奖励,然后结合与候选节点间的信息素来选择最佳单跳中继节点。分层蚁群算法通过在路径上分布信息素来衡量整条路径的优劣。仿真结果表明,在大规模UWSNs中,该路由协议在可靠性、能量和延迟方面优于其他方案。

关键词： 小接管角焊缝   相控阵超声检测   对比试块  

摘要： 试块是相控阵超声检测重要的必备器材之一。为保证小接管角焊缝相控阵超声检测结果的准确性和可靠性，本文通过分析研究国家与行业标准中相控阵超声检测用对比试块的结构特点和主要功能，结合小接管角焊缝工程实际结构型式，设计制作小接管角焊缝相控阵超声检测对比试块，用于确定检测灵敏度、评判缺陷大小、制作TCG补偿曲线。并对制作的对比试块进行实验验证。验证结果表明：设计制作的小接管角焊缝相控阵超声检测对比试块满足相关标准及技术要求，检测结果准确、可靠。

关键词： 原子发射光谱法   地质样品   半定量全分析  

摘要： 利用WPP2型二米平面光栅摄谱仪，用碳电极直接装取地质试样进行摄谱，在映谱仪下肉眼观测比对元素谱线黑度，结合黑度比较法和显线法确定元素（组分）含量。实现了对样品中的铍、钡、硼、铅、锡、钛、锰、镓、铬、镍、钒、铜、锆、银、金、锌、钴、锶、钼、五氧化二磷、钪、钇、镧、铈、镱、铌、钽、铀、钍、砷、锑、铋、镉、钨、铟、锂等37种元素组分的半定量分析，分析灵敏度高，测试范围大（0.000X～10.00%）。方法最大的优势在于该方法比ICP、X荧光等现代仪器分析更为可靠，不会出现漏测、误测的问题，在判定矿物组成上远优于现代大型仪器。该法操作简单、快速、准确可靠。