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激光超声技术在工业检测中的应用与展望

振动.测试与诊断 2021年第4期41卷 631-643+826页

作者：卢明辉丁雷颜学俊陈延峰南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京大学现代工程与应用科学学院

国防和工业现代化建设的发展对无损检测技术的需求越来越高,激光超声技术(laser ultrasonic technology,简称LUT)作为一种完全非接触式无损检测技术(nondestructive testing,简称NDT),可以在高温、高压、辐射等环境中对复杂结构件进行... 详细信息

国防和工业现代化建设的发展对无损检测技术的需求越来越高,激光超声技术(laser ultrasonic technology,简称LUT)作为一种完全非接触式无损检测技术(nondestructive testing,简称NDT),可以在高温、高压、辐射等环境中对复杂结构件进行原位检测与监测。首先,介绍了超声的激光检测技术及LUT的优势;其次,举例说明激光超声无损检测技术(LUT&NDT)在工业中的具体应用案例以及存在的一些问题,并给出解决途径;然后,对超声信号的处理方法进行阐述;最后,对LUT&NDT在先进制造中的应用前景进行了讨论与展望。

关键词：激光超声无损检测技术先进制造极端环境深度学习

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毛发的梯度成熟实验对化石毛发的埋藏学启示

中国科学:地球科学 2025年第1期 62-74页

作者：李鑫周一擘赵涛何行健泮燕红南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室关键地球物质循环前沿科学中心生物演化与环境科教融合中心地球科学与工程学院云南大学古生物研究院云南省地球系统科学重点实验室云南省古生物学重点实验室

哺乳动物毛发作为与内温性、物理保护和伪装相关的关键特征,其地质历史记录可追溯至中生代.然而,关于毛发化石埋藏学的认识有限,阻碍了对其深时演化意义的理解.为此,我们对黑色毛发样品开展了梯度成熟实验来模拟化石毛发的埋藏过程.通... 详细信息

哺乳动物毛发作为与内温性、物理保护和伪装相关的关键特征,其地质历史记录可追溯至中生代.然而,关于毛发化石埋藏学的认识有限,阻碍了对其深时演化意义的理解.为此,我们对黑色毛发样品开展了梯度成熟实验来模拟化石毛发的埋藏过程.通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱技术记录了模拟过程中毛发的形态结构、微观特征和化学成分的变化.结果表明,毛发的形态在温度达到150～175℃时就出现了损伤,在更高温度(200℃)下,毛发的形态完全丢失转变为流体状物质.但是毛发中黑素体的形态结构则具有更高的保存潜力,其微观结构也更稳定.拉曼光谱和FTIR光谱显示,随着温度升高,黑色素和角蛋白的特征峰发生了变化.尽管化学信号并未完全丧失,但FTIR光谱中酰胺特征峰的变化表明,角蛋白在高温(>200℃)下严重降解,而拉曼光谱中的黑色素特征峰则在高温下仍可被识别.这些结果通过主成分分析(PCA)和主成分分析-线性判别分析(PCA-LDA)得到了进一步的验证.此外,所有毛发样品在模拟实验中的拉曼信号均可与常见的地质碳质材料(腐殖酸)信号相区分,这表明拉曼光谱可用于检测化石中的黑色素.

关键词：哺乳动物毛发黑色素角蛋白化石化模拟埋藏

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纳米线减反层的解析设计法

物理学报 2013年第15期62卷 420-426页

作者：朱兆平秦亦强南京大学现代工程与应用科学学院南京大学光伏工程中心南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京210093

本文通过分析比较给出了常用二维等效介质理论解析解的适用条件并且将有效介质理论的适用范围推广至零级衍射边界处,并通过FDTD模拟验证了该解析方法的准确性.这不仅解决了长期以来没有精确二维有效介质理论(2D-EMT)解析解的困境,而且... 详细信息

本文通过分析比较给出了常用二维等效介质理论解析解的适用条件并且将有效介质理论的适用范围推广至零级衍射边界处,并通过FDTD模拟验证了该解析方法的准确性.这不仅解决了长期以来没有精确二维有效介质理论(2D-EMT)解析解的困境,而且使得直接用解析公式设计和定量解释减反微结构的减反效果变得可能,有着广泛的应用前景.

关键词：零级衍射光栅有效介质理论太阳能电池减反纳米线阵列

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金属亚波长结构的表面增强拉曼散射

物理学报 2019年第14期68卷 167-174页

作者：秦康袁列荣谭骏彭胜王前进张学进陆延青朱永元南京大学现代工程与应用科学学院固体微结构物理国家重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心

灵敏度高、可重复性好的固态表面增强拉曼散射基板可作为生物医学、环境科学、化学化工、纳米科技等领域的生化感测器,具有十分重要的实际应用价值.传统的表面增强拉曼散射基于金属颗粒提供的局域表面等离谐振这一物理机制,但其组装不... 详细信息

灵敏度高、可重复性好的固态表面增强拉曼散射基板可作为生物医学、环境科学、化学化工、纳米科技等领域的生化感测器,具有十分重要的实际应用价值.传统的表面增强拉曼散射基于金属颗粒提供的局域表面等离谐振这一物理机制,但其组装不易且模式损耗大.本文基于周期性金属亚波长结构,构建增强拉曼散射信号的“热点”,同时保证测量信号的可重复性.从表面光子能带结构出发,提出了区别于局域表面等离谐振的其他三种增强机制:表面等离子极化激元带边增强机制、间隙等离子极化激元增强机制以及二者相耦合增强机制.采用一定的工艺,提高金属表面平整度,抑制表面等离子极化激元的传播损耗,从而提高表面增强拉曼散射的增强因子.理论结合实验,且二者一致性好.研究结果有望将表面增强拉曼散射光谱技术进一步向实用化方向推进.

关键词：表面增强拉曼散射表面等离子极化激元亚波长结构近场光学

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太赫兹表面极化激元

物理学报 2017年第14期66卷 280-299页

作者：张学进陆延青陈延峰朱永元祝世宁南京大学现代工程与应用科学学院固体微结构物理国家重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093

作为束缚于表面或界面的电磁波与极性元激发的耦合模量子,表面极化激元是克服衍射极限的核心物理.在紫外、可见以及近红外波段,表面等离子极化激元展现出了亚波长特性,具有高分辨成像等应用,并发展成为"表面等离子极化激元亚波长光学"学... 详细信息

作为束缚于表面或界面的电磁波与极性元激发的耦合模量子,表面极化激元是克服衍射极限的核心物理.在紫外、可见以及近红外波段,表面等离子极化激元展现出了亚波长特性,具有高分辨成像等应用,并发展成为"表面等离子极化激元亚波长光学"学科;在中红外波段,表面声子极化激元发挥着同样的作用.太赫兹波段曾是人类认识的空白区域,近三十年来得以高速发展,其战略意义重大.具有克服衍射极限能力的太赫兹表面极化激元同样是小型化与集成化太赫兹器件,以及太赫兹超高分辨成像的重要物理基础.近几年来,对以石墨烯为代表的二维材料的研究突飞猛进,诞生了"石墨烯表面等离子极化激元亚波长光学"这门学科,并贡献于太赫兹领域.本文对可在太赫兹波段工作的人工超构材料、掺杂半导体、二维电子气、二维材料、拓扑绝缘体等结构材料的表面极化激元进行了较为全面的总结与介绍,为研制克服衍射极限的太赫兹集成光子学器件提供可资借鉴的物理基础.

关键词：太赫兹表面极化激元二维材料近场光学

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低维超导材料中的量子振荡现象

物理学报 2022年第12期71卷 332-350页

作者：毕翔宇黄俊伟秦峰邱彩玉袁洪涛固体微结构物理国家重点实验室南京大学现代工程与应用科学学院南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心南京210000

低维超导材料由于具有尺度接近量子临界尺寸的优势,能够观测到显著的超导量子振荡效应,因此成为研究超导量子振荡效应的优异平台.由于这些量子振荡效应的周期、振幅、相位与磁通涡旋的量子化及运动方式、超导电子的配对机制、特定外部... 详细信息

低维超导材料由于具有尺度接近量子临界尺寸的优势,能够观测到显著的超导量子振荡效应,因此成为研究超导量子振荡效应的优异平台.由于这些量子振荡效应的周期、振幅、相位与磁通涡旋的量子化及运动方式、超导电子的配对机制、特定外部条件下超导体中的涨落和激发现象密切相关,并且它们还能直观地反映超导材料的几何结构对其超导物性的影响,因此对低维超导体中振荡效应的研究直接反映了超导体的本质规律,成为研究材料超导机制的一种重要手段,有着深邃的物理内涵和丰富的研究价值.本文将探讨三类能够在低维超导材料中观测到的典型超导量子振荡效应:利特尔-帕克斯效应、磁通涡旋运动导致的振荡效应和韦伯阻塞效应,从研究手段、理论预期、实验现象以及实验结果诸方面综述其中所揭示的深刻物理规律,并展望低维超导体的量子振荡效应在量子计算、器件物理和低温物理等领域的应用价值.

关键词：低维超导体利特尔-帕克斯效应磁通动力学韦伯阻塞

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弹性板波超材料研究进展

科学通报 2022年第12期67卷 1232-1248页

作者：杨世礼钟雨豪颜士玲张子栋李鑫余思远卢明辉南京大学现代工程与应用科学学院南京210093 南京大学固体微结构国家重点实验室南京210093

超材料指具有超越天然材料性能的人工材料,因其独特的物理性质及广泛的应用领域而受到人们的关注.固体中的弹性波被广泛应用于无损检测、无线通讯、无源传感等领域,具有重要的应用价值.不同于流体声波,固体中的弹性波由于存在纵波与横... 详细信息

超材料指具有超越天然材料性能的人工材料,因其独特的物理性质及广泛的应用领域而受到人们的关注.固体中的弹性波被广泛应用于无损检测、无线通讯、无源传感等领域,具有重要的应用价值.不同于流体声波,固体中的弹性波由于存在纵波与横波的耦合及模式转换,更难以进行精确操纵,这就给超材料的应用提供了很好的舞台.本文以弹性波中极具代表性的板波作为焦点,较为系统地回顾了板波超材料的发展历史、主要研究进展及其在未来信息功能器件发展方向的潜力.

关键词：超材料板波亚波长成像隔振微波声学能量收集

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基于线性成像系统的光学超分辨显微术回顾

物理学报 2017年第14期66卷 119-132页

作者：胡睿璇潘冰洋杨玉龙张伟华南京大学现代工程与应用科学学院南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093

随着纳米科学技术的发展,如何打破光学衍射极限,将光学显微术的分辨本领推进到纳米尺度,已经成为光学领域的一个核心议题.在此背景下,过去的三十年间,发展了多种超分辨光学显微技术,并在生物、材料、化学领域取得了一系列令人瞩目的应用... 详细信息

随着纳米科学技术的发展,如何打破光学衍射极限,将光学显微术的分辨本领推进到纳米尺度,已经成为光学领域的一个核心议题.在此背景下,过去的三十年间,发展了多种超分辨光学显微技术,并在生物、材料、化学领域取得了一系列令人瞩目的应用.本文以衍射理论为线索,回顾各类基于线性成像系统的超分辨光学显微技术;对以固浸物镜、结构光照明、扫描近场光学显微术、完美透镜以及超振荡透镜为代表的超分辨光学显微技术进行综述,讨论各种技术的原理,对其特点、应用与局限加以总结,并对该领域的未来发展予以展望.

关键词：衍射极限空间频率超分辨

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任意光束形状和介质厚度的Z扫描技术

光学学报 2014年第12期34卷 160-166页

作者：赵刚吕新杰秦亦强南京大学固体微结构物理国家重点实验室江苏南京210093 南京大学现代工程与应用科学学院江苏南京210093

利用分步傅里叶算法结合坐标变换理论,建立了在光致折射率改变介质中任意形状光束的传输、聚焦模拟方法,能够用于计算任意光束形状、任意介质厚度的Z扫描开孔和闭孔拟合曲线。在薄介质和高斯光束条件下,该方法的拟合曲线与经典算法相吻... 详细信息

利用分步傅里叶算法结合坐标变换理论,建立了在光致折射率改变介质中任意形状光束的传输、聚焦模拟方法,能够用于计算任意光束形状、任意介质厚度的Z扫描开孔和闭孔拟合曲线。在薄介质和高斯光束条件下,该方法的拟合曲线与经典算法相吻合。在平顶光束情况下,该方法的拟合结果与实验数据基本一致。利用此方法测量了LiTaO3晶体的非线性吸收和非线性折射率系数,并对高斯光束和涡旋光束在厚介质中的Z扫描过程进行了分析。

关键词：激光光学 Z扫描傅里叶变换厚介质