碘分子的荧光谱和激发光谱的测量和研究

观察到碘分子在光谱线514.5nm感应作用下的荧光谱,同时得到了在514.5nm附近碘分子的激发光谱。这两种谱的测量和研究表明,两能极模型对碘分子是一个很好的近似,普通光感应的碘分子荧光谱明显不同于激光感应的碘分子荧光谱。 在上面测量和研究的基础上,建立了新的物理模型以应用到激光感应荧光测量技术中。在488.0～544.0nm间,观察到了碘分子的激光感应荧光。     

长波通滤波器的研究

用激光照射掺有碘分子的流场，感应的碘分子荧光包含着流动参数如速度、压强、温度和密度的信息，可用其来对这些参数进行测量。但荧光信号通常很弱，在没有合适滤波器的情况下，测量的信噪比是差的。为了去掉作为噪音的散射的激光和背景光，设计和制造了长波通滤波器，它们具有高质量性能，相应的测量有好的信噪比。     

蓝宝石光学窗口辐照效应

蓝宝石光学窗口在空间环境服役时,将会受到不同射线(如γ射线、X射线)以及离子流(如电子、质子等)的辐照作用,使其光学性质及结构发生变化,影响使用性能.为模拟空间环境,采用60Co源及电子流对蓝宝石进行辐照,研究了蓝宝石经辐照后的光学性能及结构变化,测试了蓝宝石辐照前后的表面粗糙度以及吸收光谱和荧光光谱变化.AFM实验表明,γ射线辐照对蓝宝石表面粗糙度几乎没有影响,而电子流辐照使得蓝宝石表面粗糙度增加.吸收光谱结果显示,蓝宝石经射γ线及电子流辐照后在紫外可见波段表现出较强的吸收,出现206,238,300和330 nm等吸收峰.荧光光谱发现335 nm和410 nm等荧光发光峰.曩后分析了色心产生原因,计算了辐照前后的色心浓度.     

压强场非接触测量新建议

掺有碘分子的流动流体,在激光的作用下会产生感应的荧光发射,激光感应的碘分子荧光包含有压强的信息,采用成像法,得到的是压强场在一个平面上的分布,因而这一测量是多点测量。作者测量了压强对激光感应的碘分子荧光的影响,去除喇曼散射引起的散射峰,提出了直接利用激光感应的荧光测量流动流体的压强场的非接触测量新方法,还探讨了这一方法的理论和实验方案。     

平面激光诱导荧光显示火焰中OH的分布图像

用平面激光诱导荧光技术测量了平面火焰炉、原子气化炉和超声速燃烧室的单脉冲激光诱导OH荧光。由平面荧光图可得到氢氧基相对浓度分布和它的厚度。由超声速燃烧室的OH荧光测量 ,可以看出不同时间OH分布的差别。氢氧基的PLIF图像是研究火焰结构和流场的有力工具。     

KrF激光对高速飞片的驱动特性研究

利用诱导空间非相干技术平滑的KrF准分子(248nm)激光驱动带有烧蚀层的平面靶,研究激光空间均匀性对产生完整飞片的影响,结果表明激光不均匀性在2%以下,能够产生完整的高速飞片,且完整飞片能够维持20ns以上不破裂;当激光不均匀性达到5%,激光引入流体力学不稳定性种子应很强,冲击波在靶内输运过程中不稳定性不断发展增强,到靶背时强到足以使飞片解体甚至气化,不能产生完整的飞片。为了获得尽可能高的飞片速度,采用激光与烧蚀层参数不匹配方法,使冲击波对飞片作多次加速。利用功率密度为1012 W/cm2的KrF激光与含50μm Kapton烧蚀层的5μm铝飞片作用,得到速度约10km/s的高速飞片,与模拟结果吻合得很好。     

平面双光子激光诱导荧光技术在高焓气流氧原子测量中的初步应用

基于双光子吸收激光诱导荧光（Two-photon absorption laser-induced fluorescence，简称TALIF）技术，在纯净的高焓流场环境中进行测量，获得氧原子的荧光信号。为了获取更大区域内的流场信息，将激发激光整形成80mm宽的薄片状激光。通过对测试镜头的优化选择和对ICCD参数的合理设置，实现了对距离镜头大于1.2m超远目标的清晰成像。对所获取的荧光图像进行分析，在测试结果中可以清晰地看到超声速流场中在模型头部形成的弓形激波，亚声速流场中氧原子浓度在距头部30~50mm处最强，靠近模型头部处浓度较前方偏弱，这些结果符合实验预期。测试方法将在下一步运用到流场定量测量中。     

球形ZnS纳米粒子的制备和光学性质

用快速均匀沉淀法制备了平均粒径3nm左右的球形ZnS纳米粒子。并且讨论了成长时间，反应温度，体系pH值，反应物浓度和配比对ZnS纳米粒子尺寸的影响。通过XRD，BET，紫外可见吸收光谱表征了ZnS纳米粒子的尺寸、结构和表面态性质。通过红外吸收光谱证明了吸附在ZnS纳米颗粒上的乙酸基起到控制粒子长大和防止团聚的作用。研究了ZnS纳米晶粒的荧光光谱，证实其在425nm处的蓝色发光峰是来源于表面硫空位与锌空位之间的电子-空穴复合跃迁发光。     

流场中柔性体摆动尾迹模态分析

在自然界和实际工程问题中,柔性体和流体的流固耦合现象广泛存在。本研究应用浸入边界方法模拟了柔性体在流场中从静止到稳定运动的过程,发现在摆动柔性体的尾迹中存在3种模态:即由强度较小的卡门涡街过渡为无规律的混沌状态,最后当摆动稳定后尾迹区呈现强度较大的卡门涡街;随着柔性体抗弯强度减小,柔性体摆动尾迹中的涡量增大,模态转变时间提前,而当摆动状态稳定后,抗弯强度对尾迹影响不明显,但对应的阻力系数并不是对应减小,只有合适的抗弯强度才能减少柔性体在流场中的阻力。此问题的探讨对生物学运动的反应时间差异和提高工程效率具一定的参考意义。     

强激光辐照下圆柱薄壳非线性振动分析

为了研究强激光辐照下的圆柱薄壳的动力响应，运用傅立叶级数展开法导出了强激光辐照下圆柱薄壳的温度场，在此基础上进行了圆柱壳的振动分析，计算中考虑了初始热应力与热软化对其固有频率和振动模态的影响，并与无激光束作用下的情形进行了比较。计算结果表明，激光照射区域产生的材料热软化是导致圆柱薄壳固有频率下降的主要原因。     

基于高斯分解的乙醚-水溶液荧光光谱分析

实验检测了波长为245nm的紫外光激发乙醚-水溶液的荧光光谱。在二阶导数分析的基础上,对乙醚-水溶液的荧光光谱作高斯分解,获得了7条高斯谱线并测定了各自的的中心波长、谱峰强度和半峰宽度。利用高斯基元参数进行了多峰高斯拟合,计算了各高斯谱线对应的基态中最高和最低振动能级差。研究发现,溶液中乙醚分子与水分子以不同的方式结合可以形成7种能发射荧光的缔合分子,其对应的最佳吸收波长不同,引起高斯谱线的半峰宽度各异,中心波长位于304nm的高斯谱线对应的能级差最大。研究结果为乙醚-水溶液中分子缔合结构的进一步研究提供了参考。     

可视化技术在分析新型蓄冷材料——笼型化合物(Clathrate)溶解过程中的应用(二)

运用折射率匹配 (Refractive IndexMatching)技术 ,使混浊液内部自然对流的可视化图像速度测量成为可能。但由于来自微粒子的散乱光的影响 ,所得到的速度场出现了少量的误对应现象。为了解决这个问题 ,开发了新的可视化实验组合技术———折射率匹配与激光诱导荧光法 (LIF :Laser InducedFluorescence)组合 ,利用不同种类的粒子发光波长不同的特性 ,有效地去除了微粒子的散乱光 ,获得了清晰的示踪粒子的图像。笔者将简要介绍激光诱导荧光法的工作原理及其实验结果。     

基于飞秒激光电子激发标记测速技术的剪切流场速度测量

流场速度测量精度会影响飞行器气动性能的预测精度，常用的基于激光技术的非接触式速度测量方法已不能完全满足流场速度高精度测量需求，飞秒激光电子激发标记（Femtosecond Laser Electronic Excitation Tagging，FLEET）测速技术有望解决这一问题。利用钛蓝宝石飞秒激光器搭建了FLEET测速系统，分析了流场中的N₂分子在飞秒激光激发下的电子荧光光谱；基于FLEET测速系统，在射流剪切装置上开展了剪切流场速度测量实验，通过调节高速通道的流量/压力获得了不同速度分布的流场，开展了不同流场速度（30～170 m/s）下的FLEET测速实验；研究了延迟时间对流场速度测量的影响。结果表明:随着延迟时间增加，荧光图像会由于等离子体的扩散而发生弥散；FLEET荧光信号衰减会使信噪比有所降低，但不同延迟时间下得到的流场速度分布形态基本一致；FLEET技术在有效荧光寿命范围内具有足够的准确性应用于剪切流场速度测量。     

EXCIMER LASER ABLATING OF LIQUID CRYSTAL POLYMER

利用波长为２４８ｎｍ的ＫｒＦ准分子激光对液晶聚合物材料进行了融蚀实验。系统研究了单位脉冲融蚀率及材料单位体积融蚀能量与入射激光能量密度之间的关系。结果表明,在恒定的激光能量密度下,融蚀深度与激光的脉冲数成正比。融蚀率是能量密度对数值的线形函数。单位体积融蚀能量与激光脉冲能量密度成正比。此外,由于热效应和加工所产生等离子体对激光能量吸收等因素的影响,融蚀率还与激光脉冲重复频率有关。     

水面波作用下平面射流振翅运动的频率锁定现象

通过激光流动显示 (LIF)和测量方法 ,就表面水波对垂直平面射流的振翅运动的影响进行了实验和理论研究。研究表明 ,在表面波的影响下 ,振翅运动依然存在。同时 ,波高计和多谱勒激光测速仪的测量结果显示 ,当表面波的频率接近但低于射流振翅运动的自然频率时 ,射流振翅运动的实际振动频率将被锁定在表面波的频率上。而当表面波的频率大于射流振翅摆动的自然频率时 ,频率锁定现象将不存在。     

电热破膜激波管及其PLIF测量系统的研制

探讨了用Nd:YAG脉冲激光器作为泵浦光源对激波管内瞬态非定常流场进行平面激光诱导荧光(Planar laser induced fluorescence,PLIF)测量的时序同步问题.由于该激光器需要预热以获得稳定的倍频输出,作者研制了低压大电流的电热破膜装置,实现对激波产生时机的控制.在大尺寸矩形截面的激波管上搭建了PLIF测量平台,并在此平台上进行了丙酮示踪流场显示和氢氧基分布测量.