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[博士论文] 胡海波
无机化学 中国科学技术大学 2013(学位年度)
摘要:利用外磁场诱导具有超顺磁性的胶态纳米粒子进行自组装来制备光子晶体的技术是近年来才发展起来的一种快速光子晶体制备技术。相对于传统的制备胶态光子晶体的自组装技术,磁诱导自组装技术具有多种优势:首先,传统的胶态纳米粒子自组装技术,例如重力自组装、离心力自组装、电泳自组装以及静电和毛细管力自组装等,需要较长的时间来构筑光子晶体结构。其短则需数小时,长则几天的时间来制备厘米级尺度的光子晶体,难以满足实际应用的要求。而利用磁诱导自组装技术可以瞬间完成光子晶体结构的构筑,实现从无衍射颜色到有衍射颜色的巨大变化。其次,通过磁场强度和磁场方向的改变,可以很容易地操纵其诱导形成的一维光子晶体的结构,从而实现衍射颜色的改变。最后,不同于利用传统的胶态纳米粒子自组装技术所构筑的光子晶体结构,基于磁诱导自组装技术形成的光子晶体结构是可逆的,可以通过磁场的施加和撤销,实现光子晶体结构的形成和消散。磁诱导自组装技术的发展使得人们随意的调控光子晶体的光学性能和制备更加精细和复杂的光子晶体结构成为可能。
   基于磁诱导自组装技术的这些巨大优势,本论文旨在探索磁性胶态纳米粒子的磁诱导自组装机制以及基于磁诱导自组装技术制备功能化的光子晶体材料,例如光子晶体写字板、光子晶体湿度传感器和光子晶体防伪标识等。此外,还着重研究了一种新颖的隐形光子晶体印刷术。详细内容归纳如下:
   1、通过超顺磁性胶态纳米粒子的快速磁诱导自组装和随后的自由基聚合反应,将一维链状光子晶体结构固定在聚丙烯酰胺乙二醇凝胶基体中制备了一种新型的光子晶体写字板。用蒸馏水做墨水,通过聚合物基体的膨胀作用可以在光子晶体写字板上书写各种字母或文字符号。通过去除光子晶体印迹中的水分可以拭去光子晶体符号,使得光子写字板可以重复多次使用。由于写字板可重复书写且墨水无毒,这种光子晶体写字板/墨水系统具有环境友好性。得益于快速的磁诱导自组装技术和自由基聚合反应,这种光子晶体显示写字板的制备时间比基于传统的自组装方法大大减少,这对于未来工业化生产具有重要的意义。
   2、利用快速磁诱导自组装技术和自由基聚合反应,制备了高度稳定的,肉眼可视的自显示光子晶体湿度传感器。随着相对湿度从11%变化到97%,该光子晶体湿度传感器的颜色可以自动从深蓝色到浅红色之间逐渐转变。其整个衍射波长的变化区间接近160nm,这几乎覆盖了整个可见光范围,并且其强度肉眼可见。另外,循环试验表明该光子晶体湿度传感器在光学信号上具有良好的稳定性和重复性。这种低成本、无功耗的光子晶体湿度传感器系统可以实现类似于pH试纸的比色湿度检测。
   3、基于最近发展起来的磁诱导自组装技术,设计了一种新颖的、简单且低成本的制备具有双光子带隙异质结构的光子晶体的方法,并且最终达到了调制其光学衍射颜色的目的。这种方法极大地简化了具有多重光子带隙异质结构的光子晶体的制备过程,并且扩充了调节光子晶体光学衍射颜色的方法。源自这种具有双光子带隙异质结构的光子晶体的结构色,因其具有双重衍射峰且可以通过磁场的施加与撤销实现衍射颜色的显现和消散,难以被普通的化学染料和颜料所模仿。基于这种特殊的具有双光子带隙异质结构的磁响应光子晶体,我们进一步制备了一种新颖的光子晶体防伪标识。由于商品防伪保护的迫切需求,这种光子晶体防伪标识将在防伪领域具有良好的应用前景。
   4、基于磁诱导自组装技术和前期的工作基础,发展了一种新颖的隐形光子晶体印刷术。利用这种隐形光子晶体印刷术,可以简单、快速、方便的制备各种图案的隐形光子晶体印迹,且隐形的光子晶体印迹可以使用随处可见的磁铁来使之显现。这种隐形光子晶体印刷术不仅可以实现光子晶体图案的电脑设计化,人工设计化,此外,印刷在光子晶体纸基底上的隐形光子晶体图案还可以保持较长时间的稳定(三个月以上),这使得这种隐形光子晶体印刷术具有很强的实用性。
[博士论文] 张涛
凝聚态物理 兰州大学 2010(学位年度)
摘要:OASIS程序将直接法与常用的蛋白质晶体学方法相结合,用于推演蛋白质晶体的衍射相位,已经证明非常有效。本文吏进一步从理论、应用和自动化三个方面,发展了OASIS的方法和程序。
   1.OASIS程序破解单波长反常衍射(SAD)相位模糊问题的一个关键,在于:将SAD相位的双峰概率分布表示为中心值在φh″+|△φh|和φh″-|△φh|的两个高斯概率分布之和。利用直接法中的Cochran概率可以求出△φh取正号时的概率P+。因此SAD相位模糊可以通过P+乘以中心在φh″+|△φh|的高斯分布以及P-(=1-P+)乘以中心在φh″-|△φh|的高斯分布来破解。这种破解相位模糊的方法已经证明是行之有效的,特别是在反常散射信号微弱的情况下。但是将相位概率分布表达为两个高斯分布的和会带来一些不可忽略的误差。本文利用vonMises分布代替高斯分布来拟合SAD相位的双峰概率分布,使拟合的精度大为提高,从而显著地增强了OASIS推演SAD相位的能力。
   2.本文提出了一种新的、结合SAD/SIR迭代与MR迭代的结构模型完善化方案。在OASIS程序中含有两种利用双空间迭代以扩展部分结构的功能。第一种是利用单波长反常衍射(SAD)或单对同晶置换(SIR)信息和部分结构模型的迭代;另一种是只利用部分结构模型的“分子置换法模型”迭代(MR迭代)。一般来说,SAD/SIR迭代更为有效,因为它利用的实验信息吏多。因此,若衍射数据中含有SAD/SIR信息,就会使用SAD/SIR迭代;若衍射数据中刁含SAD/SIR信息,则使用MR迭代。本文将展示,对于含有SAD/SIR信息的数据,一个结合SAD/SIR迭代和MR迭代的方案相比于单纯的SAD/SIR迭代可以得到更好的结果。
   3.我们开发了一个用于设定和实时监控自动化迭代过程的用户图形界面(GUI)本文将详细介绍这个图形界面的功能。
[硕士论文] 安伟
光学 北京工业大学 2008(学位年度)
摘要:本文研究基于压电性能的铌酸锂表面波声电光效应,介绍了表面波声电光效应的基本原理、铌酸锂晶体的压电性能及对其他物理性质的影响、表面波声电光效应的最佳工作模式及表面波声速的计算、建立表面波声电光效应的耦合波方程,通过求解耦合波方程得出衍射效率的计算公式,并进行计算机模拟分析。 本文首先给出了晶体压电性能的几种表达形式,并对各个系数之间的关系做了推导,详细介绍了压电性能对其他物理性质的影响,尤其是对弹性系数、介电系数、声光系数和电光系数的影响,并以铌酸锂晶体为例,计算了压电增劲情况下的各个系数表达形式。通过求解铌酸锂晶体表面波声学基本方程--Christall方程,以及电光效应基本方程,选择YZ模式为铌酸锂表面波声电光效应最佳工作模式。结合边界条件运用matlab计算得到了最佳工作模式下的声速。 其次推导参量互作用基本方程,建立铌酸锂表面波声光耦合波方程,考虑声致动量失配和电致动量失配的影响,对耦合波方程进行修正,得出了在具有压电性能的铌酸锂晶体表面波声电光效应的耦合波方程。最后通过求解耦合波方程,得出衍射效率的计算公式,并进一步得出在动量匹配情况下的计算公式,同时研究了衍射效率与直流电压、频率偏移量之间的关系。
[硕士论文] 路洋
物理电子学 天津大学 2004(学位年度)
摘要:本文主要在周期极化晶体准相位匹配技术的非线性频率变换方面展开了一些初步的研究和分析。第一章在对准相位匹配技术的基本理论,特点和未来前景以及周期极化晶体的特性,制作和分类做了必要的介绍以后,第二章对THz辐射的产生方法进行了综述,对其各种常用的探测手段进行了比较。特别分析和总结了差频产生THz波的方法,并详细介绍了THz辐射的特性,对其研究现状进行了分析。在第三章中提出我们自己的研究方法和具体的项目实施方案。多年来,科学界对THz波段的各种特性知之甚少,主要是由于没有切实可行的THz波产生方法和检测手段,以至于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙,可以说是电磁波谱研究的空白,也是电磁波谱中有待进行全面深入研究的最后一个频率段。 本文第四章对宽带光源的发展进行了综述,列举了宽带光源的种类,分析了其优缺点及适用范围。在此基础上对基于准相位匹配的新型宽带光源进行了介绍;探讨了准相位匹配参量过程实现宽带光源的原理;对QPM-OPG的泵浦波长的选择和极化周期的确定进行了数值计算;对参量振荡器的泵浦源946nm激光器进行了理论实验研究,并对未来做了展望。最后,本文第五章对准相位匹配二次谐波产生进行了综述,并进行了理论分析和基于PP-MgO:SLT的外腔倍频实验研究。 本文的创新点如下:1.直接利用增益介质(如Nd:YAG)的发射截面相近的谱线作为泵浦光和信号光,注入到PPLN中,获得THz的准相位匹配差频输出; 2.利用两个波长接近的信号光在倾斜周期PPLN中实现差频,产生THz波,通过对光学参量振荡PPLN晶体的温度和角度调谐,实现双波长信号光的可调谐运转,从而获得宽调谐范围的THz波输出; 3.实验上进行了LD端面泵浦的946nmNd:YAG激光器的研制,获得最大功率为3.05W,斜效率为24%的连续输出,并以此为PPLN-OPG泵浦源的实验研究基础; 4.实验上,我们获得平均输出功率为1.8W,重复频率为50kHz的准连续946nm激光输出。同时进行了946nm准连续激光倍频的相关实验。在基频光入射平均功率为525mW时,获得473nm激光最高平均输出功率为79.5mW,倍频所用晶体为MgO:PPLN,晶体周期在室温下为4.75μm,尺寸为20×3×0.5mm3。 5.实现了1064nm同946nm双波长运转连续Nd:YAG激光器,获得双波长输出总功率最高为1.5W。 6.报道了倍频转换效率达11.77%的PP-MgO:SLT倍频实验。晶体尺寸为20×10×1m3,1064nm连续基频光的输入功率最高为7.69W。
[硕士论文] 范长林
电磁场与微波技术 电子科技大学 2003(学位年度)
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