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光学微腔荧光和拉曼光谱增强技术研究进展

发光学报 2025年第1期46卷 23-45页

作者：姚瑶闫胤洲蒋毅坚北京工业大学物理与光电工程学院北京100124

光学微腔通过在介观尺度上增强光与物质相互作用,可作为通用功能结构用于增强荧光辐射与拉曼散射过程,在痕量物质检测、光电发光器件等领域具有独特的优势。随着微纳加工技术的不断进步,光学微腔的设计朝着更高品质因子和更小模式体积... 详细信息

光学微腔通过在介观尺度上增强光与物质相互作用,可作为通用功能结构用于增强荧光辐射与拉曼散射过程,在痕量物质检测、光电发光器件等领域具有独特的优势。随着微纳加工技术的不断进步,光学微腔的设计朝着更高品质因子和更小模式体积方向发展,光与物质相互作用效率持续提升,展现出了更多独特的光辐射及光散射增强特性。然而,相比于金属表面等离激元近场调控,光学微腔在增强荧光及拉曼痕量检测方面仍面临挑战。为了克服这一难题,人们提出了光学微腔-金属/二维半导体复合结构,为不同场景下的高性能荧光增强和拉曼痕量检测提供了全新的解决方案,展现出光学微腔在光辐射和光散射增强领域巨大的应用潜力。本文总结了近20年来光学微腔荧光和拉曼光谱增强技术的研究进展,详细介绍了光学微腔的种类及其光学特性,深入探讨了光学微腔及其复合结构荧光和拉曼增强机制与前沿研究成果。最后,对未来光学微腔荧光和拉曼光谱增强技术的发展和应用前景进行了总结与展望。

关键词：光学微腔荧光光谱拉曼光谱表面增强荧光光谱表面增强拉曼光谱

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一种基于光纤环镜的保偏光纤对轴方法

光电子·激光 2025年第3期36卷 268-275页

作者：胡曙阳吴娴张芸山翟天瑞北京工业大学物理与光电工程学院

本文提出并实现了一种新颖的基于光纤环镜(fiber loop mirror, FLM)的保偏光纤(polarization maintaining fiber, PMF)对轴方法。该方法把两段待熔接的保偏光纤接入3 dB耦合器，将它们的端面对接，构成含两段保偏光纤的环镜。对环镜的... 详细信息

本文提出并实现了一种新颖的基于光纤环镜(fiber loop mirror, FLM)的保偏光纤(polarization maintaining fiber, PMF)对轴方法。该方法把两段待熔接的保偏光纤接入3 dB耦合器，将它们的端面对接，构成含两段保偏光纤的环镜。对环镜的透过光谱进行数据处理和分析，计算出对轴角度，从而实现保偏光纤的对轴。本文推导了含有两段保偏光纤的光纤环镜的透过率函数，分析得到了根据透过率光谱反演对轴角度的方法，并进行了数值仿真和实验研究。该方法直接根据偏振轴的夹角来定轴，适用于所有类型的保偏光纤，具有实际应用价值。

关键词：保偏光纤(PMF) 偏振对轴光纤环镜(FLM) 光谱分析

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低损耗中红外复合材料空芯反谐振光纤

红外与激光工程 2025年第2期54卷 68-76页

作者：金宇龙张鑫姚静远顾帅王璞北京工业大学物理与光电工程学院激光工程研究院

为进一步优化石英基空芯反谐振光纤在中红外3～5μm波段的传输损耗，提出一种中红外波段低损耗导光的复合材料空芯反谐振光纤结构，通过在石英基空芯反谐振光纤包层毛细管外侧添加中红外波段高透过率材料作为沉积层，进而降低其在中红... 详细信息

为进一步优化石英基空芯反谐振光纤在中红外3～5μm波段的传输损耗，提出一种中红外波段低损耗导光的复合材料空芯反谐振光纤结构，通过在石英基空芯反谐振光纤包层毛细管外侧添加中红外波段高透过率材料作为沉积层，进而降低其在中红外波段的吸收损耗。利用有限元分析软件系统地研究了该结构中沉积层材料厚度占比、沉积层材料性质等因素对中红外波段复合材料光纤传输性能的影响。当复合材料空芯反谐振光纤的纤芯直径为120μm，石英层厚度为400 nm，沉积层为1 022.98 nm厚的InF3材料时，复合材料空芯反谐振光纤在5μm波长处的传输损耗为0.83 dB/m，与谐振波长一致的同结构石英基空芯反谐振光纤相比传输损耗降低了～48.51%。证明该结构可实现中红外波段激光的低损耗传输，有望为中红外波段激光柔性传输提供新的解决方案。

关键词：中红外光纤空芯反谐振光纤复合材料光纤光纤结构设计

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小孔点衍射干涉仪中衍射小孔的可视对准技术

物理学报 2025年

作者：赵时雨高芬何俞谆西安工业大学光电工程学院

为解决小孔点衍射干涉仪构建中，显微物镜汇聚光斑与衍射小孔之间对准误差对波前误差、衍射强度、干涉条纹对比度产生影响，而导致实际测量精度降低的问题，本文提出一种衍射小孔可视对准方法，借助CCD和分光棱镜在小孔衍射前端搭建辅... 详细信息

为解决小孔点衍射干涉仪构建中，显微物镜汇聚光斑与衍射小孔之间对准误差对波前误差、衍射强度、干涉条纹对比度产生影响，而导致实际测量精度降低的问题，本文提出一种衍射小孔可视对准方法，借助CCD和分光棱镜在小孔衍射前端搭建辅助对准光路，通过对小孔衍射板反射图像进行采集及处理来监测小孔对准状态并计算对准误差。文中设计了可视精密对准光路方案，仿真分析了平移、倾斜以及离焦三种典型对准偏差下对准图像的视觉表现，构建了对准图像与对准误差之间物像关系数学模型，研究了对准图像处理算法。经原理性验证实验表明，本文所提辅助光路对准方法和对准图像处理算法可行，对准精度可达到0.05μm。研究成果有利于提高点衍射干涉仪的对准效率和精度，可为实用点衍射干涉仪开发奠定一定的技术基础。

关键词：点衍射干涉仪衍射小孔可视对准对准误差

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自动引线系统中旋转偏心检测与补偿方法

北京工业大学学报 2025年第1期51卷 1-12页

作者：王跃宗曲道多王盛逸北京工业大学机械与能源工程学院北京100124

在空心杯转子线圈的自动引线微操作系统中,线圈的几何中心很难与旋转台的回转中心重合,因此在旋转过程中产生偏心现象,进而导致线圈引线失败。为此,提出了一种检测和补偿线圈偏差的方法。从分析线圈偏心源出发,建立偏心数学模型,设计了... 详细信息

在空心杯转子线圈的自动引线微操作系统中,线圈的几何中心很难与旋转台的回转中心重合,因此在旋转过程中产生偏心现象,进而导致线圈引线失败。为此,提出了一种检测和补偿线圈偏差的方法。从分析线圈偏心源出发,建立偏心数学模型,设计了一种偏心模型与图像特征提取算法结合的偏差测量方法,并提出基于自动控制与补偿模型的校正方法。通过实验验证了模型的精确性以及偏心补偿的有效性,基于均方根误差的评价,模型对于偏差预测以及特征提取算法均具有较高的精度,补偿后的最大残余误差小于4μm,平均补偿幅度约为98.6%,引线实验展示了所提方法的优良性能。提出的偏心检测补偿方法具有精度高、复杂度低、效率高、实时性,以及嵌入式等优点,且在微操作以及微装配领域具有更合适、更广泛的应用。

关键词：空心杯转子线圈旋转偏心模型特征提取微操作微装配

高峰值功率2μm全光纤皮秒激光体外碎石研究

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红外与激光工程 2025年第1期54卷 108-119页

作者：曹思远招赫夏童宋伟华张倩王秀红王璞北京工业大学北京市激光应用技术工程技术研究中心北京100124 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室北京100124 北京工业大学物理与光电工程学院北京100124

钬固体激光器因其高效、安全和适用性广泛,成为肾结石手术中最常用的激光器之一,然而钬激光在碎石手术中还存在碎石不充分、热效应大等问题。2μm超快掺铥光纤激光器以其覆盖水吸收峰的发射波长、高效的转化效率、良好的光束质量以及结... 详细信息

钬固体激光器因其高效、安全和适用性广泛,成为肾结石手术中最常用的激光器之一,然而钬激光在碎石手术中还存在碎石不充分、热效应大等问题。2μm超快掺铥光纤激光器以其覆盖水吸收峰的发射波长、高效的转化效率、良好的光束质量以及结构稳定等特点,有望在激光碎石领域解决以上问题。并且由于其高峰值功率、低脉冲能量的性质,有望在提高碎石效率的同时,降低周围软组织的热损伤。以线形腔SESAM锁模光纤激光器作为种子源,采用MOPA结构放大的方式实现了波长1 962 nm,脉宽~50 ps,峰值功率大于20 kW的高峰值功率皮秒脉冲激光输出,并进行了体外碎石研究。研究结果表明:在固定光斑直径下,当激光功率提高2.4倍时,结石质量损失最大可提升12.9倍;在固定激光功率下,当光斑直径减小2倍时,碎石质量损失最大可提升1.8倍。其中,在光斑直径200μm,激光功率12 W时,获得了最大的结石质量损失为(75.2±9.1) mg。2μm皮秒激光碎石的主要机理为光热效应,其中光热烧蚀和液体微爆两种作用同时存在。

关键词：掺铥光纤激光器皮秒激光器激光碎石激光碎石机制

废旧涤纶织物的溶剂萃取剥色及其对醇解的影响

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纺织学报 2025年第1期46卷 103-110页

作者：朱琳王展鹏吴宝宅汪少朋刘一鸣代成娜陈标华北京工业大学环境科学与工程学院北京100124 北京芯友工程技术有限公司北京100124

针对有色废旧涤纶织物乙二醇醇解回收过程中染料残留问题,利用溶剂萃取法进行醇解前剥色处理,进一步考察剥色对涤纶织物醇解性能的影响。综合考虑涤纶织物的剥色率及质量损失情况,从多种类型溶剂(单一有机溶剂、混合有机溶剂、低共熔溶... 详细信息

针对有色废旧涤纶织物乙二醇醇解回收过程中染料残留问题,利用溶剂萃取法进行醇解前剥色处理,进一步考察剥色对涤纶织物醇解性能的影响。综合考虑涤纶织物的剥色率及质量损失情况,从多种类型溶剂(单一有机溶剂、混合有机溶剂、低共熔溶剂)中筛选出性能优异的乙酸和氯苯2种溶剂,系统探究了剥色温度、固液比和剥色时间等条件对织物剥色效果的影响,发现当剥色温度为130℃,固液比为1∶30,剥色时间为20 min时,乙酸和氯苯对9种市售涤纶织物都有较好的剥色效果,最佳剥色率分别为82.9%和88.4%。剥色前后对废旧涤纶织物进行乙二醇醇解实验,结果表明,乙酸和氯苯的使用能够普遍提高醇解产物的回收率,最高可使回收率分别增加11.44%和12.48%,且回收产物的纯度均高于90%,有助于废旧涤纶织物的高效回收。

关键词：废旧纺织品涤纶织物溶剂萃取剥色乙酸氯苯醇解回收再利用

对数动态骨架本构模型的多维实现及其在ABAQUS中的应用

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岩土工程学报 2025年第1期47卷 192-199页

作者：董青陈苏李小军董云陈亚东周正华朱俊淮阴工学院建筑工程学院江苏淮安223003 北京工业大学城建学部北京100124 南京工业大学交通运输工程学院江苏南京210009

对数动态骨架本构以对数函数作为骨架曲线,引入“修正动骨架曲线”和“阻尼比退化系数”的概念,考虑试验阻尼对滞回曲线的影响,实现试验阻尼和滞回阻尼在数学上自洽的非线性动力本构。该本构只适用于一维土层场地时域非线性地震反应分... 详细信息

对数动态骨架本构以对数函数作为骨架曲线,引入“修正动骨架曲线”和“阻尼比退化系数”的概念,考虑试验阻尼对滞回曲线的影响,实现试验阻尼和滞回阻尼在数学上自洽的非线性动力本构。该本构只适用于一维土层场地时域非线性地震反应分析。基于对数动态骨架本构函数关系式,给出对数动态骨架参数的求解方法,并推导出加卸载曲线的时变切线剪切模量。通过ABAQUS软件的操作平台和等效剪应变算法,开发了基于对数动态骨架本构模型的显式子程序模块,该模型适用于二维和三维土层场地非线性地震反应分析。选取含软弱淤泥质土层场地作为计算模型,将从基岩输入不同加速度峰值的EI centro地震动的数值模拟结果进行对比,验证可考虑土体阻尼效应的对数动态骨架本构以及开发子程序的合理性和可用性。

关键词：对数动骨架本构阻尼比场地地震反应时变切线剪切模量

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自锁状态下钳剪抓一体属具接触性能研究

中国机械工程 2025年

作者：王旭东赵京北京工业大学机械与能源工程学院

为了提高钳剪抓一体多功能属具中功能转换机构自锁性能的可靠性，研究了该机构在自锁状态下的接触性能，并基于测试条件设计了该机构的原始样机和测试样机，然后进行了测试研究。首先，设计了功能转换机构的样机，提出了一种基于滑块-... 详细信息

为了提高钳剪抓一体多功能属具中功能转换机构自锁性能的可靠性，研究了该机构在自锁状态下的接触性能，并基于测试条件设计了该机构的原始样机和测试样机，然后进行了测试研究。首先，设计了功能转换机构的样机，提出了一种基于滑块-滑槽的自锁机构；然后，在充分考虑样机自锁状态下的弹性变形、黏着、堆叠变形及滑动剪切的接触状态后，提出了新的接触模型；在此基础上，通过有限元分析研究了滑块-滑槽在接触区域的自锁状态和接触特性分布规律；最后，设计了测试试验以验证模型及设计的可行性。试验结果表明，样机能够实现自锁，且展现出良好的受力特性，另外，所提出的接触模型在最大剪切应力相关的指标上优于传统模型59.3%以上。该方法为多功能属具的设计提供了坚实的数据支持与理论基础。

关键词：多功能属具自锁条件受力特性接触特性