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基于FPGA的光纤声波传感实验装置

实验科学与技术 2024年第05期 129-134页

作者：陈珂张广寅宫振峰陶鹏程梅亮王晓娜韩秀友大连理工大学光电工程与仪器科学学院大连理工大学物理学院

设计了一种基于光谱解调的光纤法布里-珀罗(F-P)声波传感实验装置，该装置主要由超辐射发光二极管（SLED）光源、高速光谱模块和现场可编程门阵列（FPGA）信号处理电路组成。单模光纤端面和声波敏感膜片之间的空气间隙构成光纤F-P腔，... 详细信息

设计了一种基于光谱解调的光纤法布里-珀罗(F-P)声波传感实验装置，该装置主要由超辐射发光二极管（SLED）光源、高速光谱模块和现场可编程门阵列（FPGA）信号处理电路组成。单模光纤端面和声波敏感膜片之间的空气间隙构成光纤F-P腔，将声波信号转换为F-P腔长的变化量，利用FPGA对F-P干涉光谱信号进行高速采集，并对F-P腔长进行实时解调，实现对声波信号的高灵敏度探测。该实验教学装置涉及光纤传感、光学干涉、光电探测、FPGA和数字信号处理等诸多内容，适合于光电类高年级本科生的专业教学实验。

关键词：现场可编程门阵列光纤声波传感法布里-珀罗干涉仪光谱解调实验教学

有机染料D-SS和D-ST用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较(英文)

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物理化学学报 2012年第1期28卷 78-84页

作者：詹卫伸潘石王乔李宏张毅大连理工大学物理与光电工程学院近场光学与纳米技术研究所辽宁大连116024

为了揭示D-SS和D-ST分子敏化的染料敏化太阳能电池(DSSCs)的物理机制,采用密度泛函理论(DFT)、含时密度泛函理论(TDDFT)和自然键轨道(NBO)分析,模拟计算染料D-SS和D-ST分子的结构、紫外-可见吸收光谱和能级结构.D-SS的紫外-可见吸收光... 详细信息

为了揭示D-SS和D-ST分子敏化的染料敏化太阳能电池(DSSCs)的物理机制,采用密度泛函理论(DFT)、含时密度泛函理论(TDDFT)和自然键轨道(NBO)分析,模拟计算染料D-SS和D-ST分子的结构、紫外-可见吸收光谱和能级结构.D-SS的紫外-可见吸收光谱相比于D-ST的有明显的红移,而且D-SS分子的摩尔吸光系数也高于D-ST分子的.D-SS分子本应该比D-ST分子拥有更高的俘获太阳辐射光子的能力,但由于D-SS分子的最高占据分子轨道(HOMO)能级位置比氧化还原电解质(I-/I-3)的氧化还原能级高,处于光激发态的D-SS分子向TiO2电极注入电子而被氧化后,不能顺利地从电解质中得到电子而还原,使得D-SS分子俘获光子的能力不能充分发挥,从而严重地降低了由其敏化的DSSCs的光电性能和光电能量转换效率.揭示了D-SS敏化的DSSCs的光电性能,特别是光电能量转换效率比D-ST敏化的DSSCs的低的原因.染料敏化剂分子的HOMO能级的位置对于DSSCs来说也是很重要的,用于DSSCs的有机敏化剂分子的HOMO能级的位置必须低于氧化还原电解质的氧化还原能级.

关键词：密度泛函理论含时密度泛函理论染料敏化太阳能电池分子模拟电子结构吸收光谱能级结构

染料敏化太阳能电池中染料分子共轭π桥的扩展(英文)

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物理化学学报 2013年第2期29卷 255-262页

作者：詹卫伸李睿潘石郭英楠张毅大连理工大学物理与光电工程学院近场光学与纳米技术研究所辽宁大连116024

以染料分子D5为原型,采用不同类型和数量的共轭桥单元来设计D-π-A型有机分子,采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)来模拟计算分子的形貌、分子轨道能级以及紫外-可见光谱,为染料敏化太阳能电池(DSSCs)的敏化分子寻找适合... 详细信息

以染料分子D5为原型,采用不同类型和数量的共轭桥单元来设计D-π-A型有机分子,采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)来模拟计算分子的形貌、分子轨道能级以及紫外-可见光谱,为染料敏化太阳能电池(DSSCs)的敏化分子寻找适合的共轭桥.采用"次甲基链"、"呋喃环"或"噻吩环"、"次甲基链和呋喃环"或"次甲基链和噻吩环"作为共轭桥单元,使得分子的吸收光谱依次红移.随着共轭桥单元的增加,分子的吸收光谱有剧烈的红移,但随着共轭桥单元数量的进一步增加,分子吸收光谱的红移现象减弱.分子的最低未占据分子轨道(LUMO)能级逐渐降低,而最高占据分子轨道(HOMO)能级逐渐升高.采用3个"次甲基链和呋喃环"或者"次甲基链和噻吩环"作为共轭桥时,HOMO能级已经高于氧化还原电解质的能级,而在极性溶液中,由2个"次甲基链和噻吩环"单元作为有机分子的共轭桥时,分子的HOMO能级已经高于氧化还原电解质的能级了.采用"次甲基链和呋喃环"或"次甲基链和噻吩环"单元作为有机分子的共轭桥时,吸收光谱有明显的红移,但对于DSSCs的敏化分子,这样的共轭桥单元只能有1-2个,不宜过多.

关键词：染料敏化太阳能电池有机光敏剂共轭桥密度泛函理论次甲基链呋喃环噻吩环

用于染料敏化太阳能电池的D5同类物分子设计(英文)

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物理化学学报 2010年第5期26卷 1408-1416页

作者：詹卫伸潘石李源作陈茂笃大连理工大学物理与光电工程学院近场光学与纳米技术研究所辽宁大连116023

使用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)以及自然键轨道(NBO)分析,设计比有机染料D5更优秀的用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的D5同类物分子.在D5骨架的给电子基团上对称地引入给电子基(—OH,—NH2,—OCH3),既可以使分子的最低... 详细信息

使用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)以及自然键轨道(NBO)分析,设计比有机染料D5更优秀的用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的D5同类物分子.在D5骨架的给电子基团上对称地引入给电子基(—OH,—NH2,—OCH3),既可以使分子的最低未占据分子轨道(LUMO)能级提高,又可以使吸收光谱红移,从而既提高染料分子捕获太阳辐射光子的能力,又提高由染料分子的激发态向TiO2电极注入电子的驱动力.在D5分子的骨架上,对称地引入受电子基(—CF3,—F,—CN),可以使染料分子的吸收光谱强烈地红移,从而更有效地利用太阳能.由LUMO能级的提高和吸收光谱的红移来考虑,所设计的D516,D536,D537分子是比D5优秀的同类物分子,其中D516是最好的.单从吸收光谱红移来考虑,所设计的D565,D567,D568分子是比D5优秀的同类物分子,其中D565的吸收光谱有望与太阳辐射光谱更好地匹配.挑选出来的这6种D5同类物分子都是D-π-A(电子给体-共轭π桥-电子受体)结构.这几种分子的光激发引起的最高占据分子轨道(HOMOs)到LUMOs的跃迁是π-π*跃迁,是分子内电荷转移,吸收光谱是电子吸收光谱,位于近紫外-可见光区.D516和D565有望成为比D5更优秀的用于DSSC的非金属有机染料分子.

关键词：密度泛函理论染料敏化太阳能电池染料D5 分子设计

二氢吲哚类染料用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

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物理化学学报 2009年第10期25卷 2087-2092页

作者：詹卫伸潘石李源作陈茂笃大连理工大学物理与光电工程学院近场光学与纳米技术研究所辽宁大连116023

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对四种二氢吲哚染料进行研究,从中筛选出相对优秀的染料敏化太阳能电池光敏剂.对前线分子轨道的计算表明,二氢吲哚染料的前线分子轨道结构非常有利于染料激发态向TiO2电极的电子注入.... 详细信息

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对四种二氢吲哚染料进行研究,从中筛选出相对优秀的染料敏化太阳能电池光敏剂.对前线分子轨道的计算表明,二氢吲哚染料的前线分子轨道结构非常有利于染料激发态向TiO2电极的电子注入.对真空中的紫外和可见光吸收光谱的计算表明,二氢吲哚染料的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配较好.对染料分子的能级计算表明,二氢吲哚染料的能级结构比较适合于I-/I-3作电解液的TiO2纳米晶太阳能电池的光敏剂.二氢吲哚染料最低未占据分子轨道(LUMO)能级均比TiO2晶体导带边能级高,能够保证激发态染料分子高效地向TiO2电极转移电子.二氢吲哚染料最高占据分子轨道(HOMO)的能级比I-/I3-能级低,保证了失去电子的染料分子能够顺利地从电解液中得到电子.与实验数据比较,得出在提高染料敏化太阳能电池转换效率方面,对染料的关键要求是LUMO能级的位置.染料分子的稳定性是染料敏化太阳能电池使用寿命的关键因素.通过对化学键键长的比较表明,二氢吲哚染料的分子稳定性基本相同.对计算结果的分析表明,二氢吲哚染料1(ID1)的LUMO能级最高,分子稳定性最好,在酒精溶液中的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配很好,在同类染料中是较好的染料敏化太阳能电池光敏剂.

关键词：密度泛函理论染料敏化太阳能电池二氢吲哚染料稳定性

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原子精度制造新原理和新方法

中国科学基金 2024年第1期38卷 146-158页

作者：张振宇李琳巨阳陈云飞许剑锋闫永达徐飞飞周天丰段辉高黄志权徐凯臣朱吴乐彭小强邓辉司伟王吉王金石吕鹏冯俊元大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室中国科学院宁波材料技术与工程研究所激光极端制造研究中心浙江大学机械工程学院东南大学机械工程学院华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室哈尔滨工业大学精密工程研究所中国工程物理研究院机械制造工艺研究所北京理工大学机械与车辆学院湖南大学机械与运载工程学院国家自然科学基金委员会工程与材料科学部太原科技大学机械工程学院国防科技大学智能科学学院南方科技大学机械工学院天津大学精密仪器与光电子工程学院杭州电子科技大学机械工程学院

目前航空航天、核物理、微电子、光电子和半导体等国家战略领域高性能装备的性能需求日渐严苛，核心零部件的制造精度必须迈进原子级水平，亟需研究原子精度的高性能制造新原理和新方法。本文归纳并提出了目前迫切需求的原子级表面精度... 详细信息

目前航空航天、核物理、微电子、光电子和半导体等国家战略领域高性能装备的性能需求日渐严苛，核心零部件的制造精度必须迈进原子级水平，亟需研究原子精度的高性能制造新原理和新方法。本文归纳并提出了目前迫切需求的原子级表面精度、原子级结构精度、原子级损伤控制以及原子级特征尺寸结构创成四大原子精度制造核心能力，从能场辅助原子级切削、多能场辅助原子有序排布、表面能弱化原子精度材料去除以及超光学衍射极限的原子精度制造四大方向进行系统梳理，介绍了面向不同应用场景的原子精度制造新原理和新方法的研究现状，并概述了各类方法的优势和缺点，从中提炼出多能场耦合条件下的能量和原子间相互作用机理这一关键科学问题，并从四大方向上对未来我国原子级制造的基础研究提出了建议。

关键词：原子精度制造原子级切削原子有序排布表面能弱化加工超光学衍射极限加工

用多元分析方法研究乳腺癌血清的表面增强拉曼光谱

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光谱学与光谱分析 2013年第6期33卷 1553-1556页

作者：郭丽张毅吕金燕高文斌吴世法王若雨大连理工大学物理与光电工程学院近场光学与纳米技术研究所辽宁大连116024 大连大学附属中山医院辽宁大连116001

借用两种化学计量学分析方法——主成分分析方法(PCA)和判别分析方法(LDA),进行联合运用,分析了乳腺癌血清的表面增强拉曼光谱(SERS)。首先从分子角度上讨论了蛋白质主侧链在乳腺癌血清中变化,结果发现:主链空间结构遭到破坏。侧链的有... 详细信息

借用两种化学计量学分析方法——主成分分析方法(PCA)和判别分析方法(LDA),进行联合运用,分析了乳腺癌血清的表面增强拉曼光谱(SERS)。首先从分子角度上讨论了蛋白质主侧链在乳腺癌血清中变化,结果发现:主链空间结构遭到破坏。侧链的有序性下降、糖质环境也发生了改变;其次采用上述两种计量学的多元分析方法对18例临床确诊为乳腺癌患者和20例健康人的血清样本进行了表面增强拉曼光谱分析。发现主成分分析方法对于样本区分未能达到80%,进而再用判别分析法,准确率达到100%,所得结果令人满意。

关键词： SERS光谱主成分分析(PCA) 判别分析(LDA) 乳腺癌血清

使用自激振荡法提高原子力光子扫描隧道组合显微镜的扫描速度

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光学精密工程 2010年第4期18卷 906-912页

作者：王昭吴世法刘琨大连理工大学物理系近场光学与纳米技术研究所辽宁大连116024

介绍了采用频率偏移控制样品/探针间距的原子力光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)。制备了尖端直径<100nm,锥角为60～90°的锐利大锥角探针用于轻敲自激振荡模式的AF/PSTM,该探针固定在压电陶瓷片上置于一个正反馈回路中激励探针振荡。... 详细信息

介绍了采用频率偏移控制样品/探针间距的原子力光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)。制备了尖端直径光学图像比外加激励模式更清晰,不仅响应时间更快,通过提高Q值还可以提高分辨率而不会增加系统进入稳态的时间。

关键词：原子力/光子扫描隧道组合显微镜自激振荡模式响应时间

带金属尖四棱锥小孔光探针光斑近场分布数值模拟

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物理学报 2010年第1期59卷 192-198页

作者：王国军吴世法李旭峰李睿段建民潘石大连理工大学物理与光电工程学院大连116024

采用时域有限差分法(FDTD)研究了带金属尖四棱锥小孔光探针光斑近场分布特性,分析了金属尖的长度、尖端半径及距离小孔位置等因素对近场电场分布的影响.讨论了该类光探针的电磁波通过等离子体激元方式从小孔传输到金属尖的机理.Taminia... 详细信息

采用时域有限差分法(FDTD)研究了带金属尖四棱锥小孔光探针光斑近场分布特性,分析了金属尖的长度、尖端半径及距离小孔位置等因素对近场电场分布的影响.讨论了该类光探针的电磁波通过等离子体激元方式从小孔传输到金属尖的机理.Taminiau等人用不同方法获得的计算结果在本文的计算结果中得到了印证.在此基础上,本文重点分析、讨论了Pohl等人在1984—1986年获得20—25nm高分辨率图像的原由,讨论了该实验系统的成像机理和类型的归属.计算结果表明:Pohl等人的实验系统成像机理已离开小孔径扫描近场光学显微镜类型,报告认为应归属金属尖散射扫描近场光学显微镜一类.本结果对设计性能优良的光探针具有参考意义.

关键词：扫描近场光学显微镜局域场增强时域有限差分法