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基于磁场调控微波等离子体的发射光谱特性研究

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光学学报 2024年第14期44卷 336-343页

作者：张昊王御睿高登张宇黄戈豪曹为马志斌武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室湖北武汉430073 黄冈师范学院物理与电信学院湖北黄冈438000

通过在双基片台波导耦合微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置上安装两组同轴型磁场线圈对微波等离子体进行调控。利用光学发射光谱法对磁场调控下的氢等离子体进行了原位在线诊断,研究了基片台间距为20 mm和30 mm时,均匀磁场对等离子... 详细信息

通过在双基片台波导耦合微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置上安装两组同轴型磁场线圈对微波等离子体进行调控。利用光学发射光谱法对磁场调控下的氢等离子体进行了原位在线诊断,研究了基片台间距为20 mm和30 mm时,均匀磁场对等离子体形状、基团空间分布及电子温度的影响。结果表明:在工作气压为400 Pa时,均匀磁场的存在使等离子体沿着垂直于磁场的方向膨胀,平行于磁场的方向被压缩,从而导致等离子体从圆球形转变为椭球形。基片台间距为30 mm时,在均匀磁场作用下等离子体中H_α、H_β基团沿径向分布的均匀性得到显著提高。同时,由于磁场的加入,等离子体电子温度沿着基片径向的分布也更均匀。

关键词：发射光谱微波等离子体磁场电子温度

氮化硼功能化改性高分子导热复合材料的制备及性能研究进展

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高分子材料科学与工程 2024年第3期40卷 180-190页

作者：柯雪董姗刘婵玉李梦莎游峰江兵兵江学良姚楚武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室湖北武汉430205 湖北大学材料科学与工程学院功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室湖北武汉430062

高导热绝缘材料在应对日益严峻的电子元器件领域的热管理问题中的应用广泛,以氮化硼改性高分子基导热复合材料已成为其中的研究热点之一。引入具有高导热系数的氮化硼纳米材料,不仅可以解决高分子材料热导率低的问题,还能使得所制氮化... 详细信息

高导热绝缘材料在应对日益严峻的电子元器件领域的热管理问题中的应用广泛,以氮化硼改性高分子基导热复合材料已成为其中的研究热点之一。引入具有高导热系数的氮化硼纳米材料,不仅可以解决高分子材料热导率低的问题,还能使得所制氮化硼改性高分子导热复合材料的力学性能、电绝缘性能和热稳定性能得到提升。文中简要介绍了氮化硼的结构特性及各种制备方法,结合课题组的研究工作综述了六方氮化硼从功能化、取向分散、三维导热网络构建3个方面对高分子材料的改性,以及六方氮化硼和零维、一维、多元导热填料协同杂化高分子材料。最终,提出现阶段六方氮化硼改性高分子导热复合材料存在的主要问题,并对未来的研究方向进行了分析与展望。

关键词：氮化硼导热性能填料杂化复合材料功能化改性

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W^(6+)离子的电子碰撞电离研究

物理学报 2024年第12期73卷 136-146页

作者：马莉莉张世平张芳军李麦娟蒋军丁晓彬颉录有张登红董晨钟西北师范大学物理与电子工程学院甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室兰州730070

采用细致能级扭曲波方法计算了W^(6+)离子基态[Kr]4d^(10)5s^(2)4f^(14)5p^(6)和亚稳态[Kr]4d^(10)5s^(2)4f145p^(5)5d^(1),[Kr]4d^(10)5s2^(4)f^(13)5p^(6)5d^(1),[Kr]4d^(10)5s^(2)4f^(14)5p^(5)5f1,[Kr]4d^(10)5s^(2)4f^(13)5p^(6)5f^(1)的电子碰撞单电离(EISI)截面.为了考虑亚稳态离子对电离的贡献,本文采用了3种模型来确定母离子束中处于长寿命能级的比值.与Pindzola和Griffin(1997 Phys.A 561654)的理论结果和Stenke等(1995 ***.B:***.282711)实验结果进行比较,发现在考虑了亚稳态的贡献后本文结果与Stenke等的实验结果吻合得很好.

关键词：钨离子电子碰撞亚稳态直接电离激发自电离

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一种基于反谐振结构的三能级掺钕激光光纤设计

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物理学报 2024年第14期73卷 121-126页

作者：许海琛付士杰田浩盛泉史伟姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

900 nm掺钕光纤激光器可广泛应用于生物医学诊断、激光检测和光谱分析等领域.钕离子在1060 nm波段四能级跃迁的增益竞争,严重限制了900 nm三能级掺钕光纤激光器输出功率的提升.本文设计了一种纤芯直径为27μm的大模场掺钕实芯双层反谐... 详细信息

900 nm掺钕光纤激光器可广泛应用于生物医学诊断、激光检测和光谱分析等领域.钕离子在1060 nm波段四能级跃迁的增益竞争,严重限制了900 nm三能级掺钕光纤激光器输出功率的提升.本文设计了一种纤芯直径为27μm的大模场掺钕实芯双层反谐振光纤,用于产生高功率900 nm激光.通过在有源光纤中引入双层反谐振单元结构,并对光纤结构参数和折射率分布进行优化,模拟结果表明光纤在880—913 nm波段基模损耗小于0.1 dB/m,高阶模式损耗大于10 dB/m,同时在1060 nm波段所有模式损耗达到100 dB/m.本文提出的掺钕实芯反谐振光纤在900 nm高功率光纤激光器和放大器等领域具有广泛的应用前景.

关键词：实芯反谐振光纤掺钕光纤大模场面积光纤单模光纤

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磁约束等离子体电子回旋加热技术发展现状

南方能源建设 2024年第3期11卷 14-22页

作者：夏冬辉卢婧陈曦璇方新宇华中科技大学电气与电子工程学院强电磁技术全国重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学电气与电子工程学院磁约束聚变与等离子体国际合作联合实验室湖北武汉430074

[目的]磁约束聚变研究中,电子回旋加热(ECH)和电流驱动手段应用广泛,包括但不限于等离子体的启动、加热、无感电流驱动和磁流体不稳定性控制等。近年来,针对未来聚变堆发展需求,电子回旋加热相关技术得到了长足发展,ECH已成为磁约束聚... 详细信息

[目的]磁约束聚变研究中,电子回旋加热(ECH)和电流驱动手段应用广泛,包括但不限于等离子体的启动、加热、无感电流驱动和磁流体不稳定性控制等。近年来,针对未来聚变堆发展需求,电子回旋加热相关技术得到了长足发展,ECH已成为磁约束聚变装置中主要的辅助加热手段之一。[方法]首先对ECH系统进行简介,阐述了其组成部分、特点和应用现状;然后重点从4个方面论述了目前ECH系统相关技术的发展现状与趋势。[结果]结合ECH相关技术的研究现状及应用需求,得出各相关技术发展的重难点。[结论]文章立足于ECH相关技术的发展现状与趋势,从高频以及多频回旋管(微波源)、ECH系统智能控制技术、高效电流驱动技术以及基于回旋管的相干汤姆逊散射技术等多个方面,对ECH系统相关技术的未来研究方向及应用进行了展望。

关键词：电子回旋加热回旋管智能控制电流驱动相干汤姆逊散射

TC4表面TiN/Ti涂层的热腐蚀行为研究及第一性原理计算

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表面技术 2024年第10期53卷 156-166页

作者：孙志平郭红星唐昌伟何光宇李玉琴陈永刚长安大学材料科学与工程学院西安710064 空军工程大学等离子体动力学重点实验室西安710038 大连理工大学超级计算中心辽宁大连116024

目的综合评估涂层性能、延长压气机叶片的使用寿命,进行TiN/Ti涂层及冲蚀后TiN/Ti涂层的热腐蚀行为机制研究。方法进行了完整TiN/Ti涂层及冲蚀后TiN/Ti涂层300℃/120h的热腐蚀实验,腐蚀介质为95%(质量分数)Na_(2)SO_(4)+5%(质量分数)NaC... 详细信息

目的综合评估涂层性能、延长压气机叶片的使用寿命,进行TiN/Ti涂层及冲蚀后TiN/Ti涂层的热腐蚀行为机制研究。方法进行了完整TiN/Ti涂层及冲蚀后TiN/Ti涂层300℃/120h的热腐蚀实验,腐蚀介质为95%(质量分数)Na_(2)SO_(4)+5%(质量分数)NaCl。冲蚀实验采用形状不规则的SiO_(2)颗粒,冲蚀角为45°,冲蚀速度为130 m/s,供砂速率为6.4 g/min。建立了完整TiN涂层、表面具有孔洞的TiN涂层及表面具有Ti液滴的TiN涂层3种第一性原理腐蚀计算模型。结果TiN/Ti涂层热腐蚀后,液滴处发生氧化并且变得疏松;样品切割边缘产生腐蚀锈迹,最终出现鼓包和裂纹;冲蚀后,涂层表面的完整性受到破坏,相较于未冲蚀区域,冲蚀坑周围更容易出现腐蚀。在热腐蚀过程中,SO_(4)^(2-)中的O和完整TiN涂层中的Ti以及液滴中的Ti电子云团接触,存在电荷转移及成键倾向,具体为Ti失电子、O得电子,腐蚀主要发生在SO_(4)^(2-)中的O与Ti之间。结论第一性原理计算结果与热腐蚀的实验结果相一致,第一性原理计算结果可以从微观上反映液滴和孔洞等缺陷对涂层热腐蚀行为的影响,能够为分析涂层的热腐蚀机制提供理论依据。

关键词：氮化钛涂层热腐蚀行为冲蚀第一性原理电荷转移

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基于硫基相变材料的存内计算器件与集成芯片(特邀)

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光学学报 2024年第15期44卷 382-401页

作者：许恺贠亦婷张嘉欣李想王威权魏茂良雷坤皓李钧颖林宏焘浙江大学信息与电子工程学院脑机智能国家重点实验室微纳电子学与智能系统浙江省重点实验室浙江杭州310027 国科大杭州高等研究院浙江杭州310024

从材料、集成工艺、器件和网络4个方面回顾了硫基相变材料及其集成器件与集成存内计算光网络的研究进展,聚焦于材料损耗、器件性能、大规模集成工艺和网络可扩展性问题,探讨了存内计算器件与集成芯片存在的挑战和可行的解决方案。构建... 详细信息

从材料、集成工艺、器件和网络4个方面回顾了硫基相变材料及其集成器件与集成存内计算光网络的研究进展,聚焦于材料损耗、器件性能、大规模集成工艺和网络可扩展性问题,探讨了存内计算器件与集成芯片存在的挑战和可行的解决方案。构建高速、低功耗的硫基相变材料通用型存内计算芯片,是实现大数据量计算应用场景下高性能加速、计算能效大幅提升的一个极具前景的技术路径。

关键词：集成光学器件存内计算硅基光子学硫基光子学相变材料光学神经网络

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苹果霉心病不同光谱检测方式对比研究

光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 883-890页

作者：张仲雄刘昊灵魏子朝浦育歌张佐经赵娟胡瑾西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室陕西杨凌712100

苹果霉心病是一种对消费者健康产生威胁的水果内部病害,在苹果进入消费市场前实现霉心病的快速无损检测有助于提升苹果品质和保障消费者安全。近年来,可见/近红外光谱技术凭借其快速无损、操作简单、成本低和批量在线检测等优势,被广泛... 详细信息

苹果霉心病是一种对消费者健康产生威胁的水果内部病害,在苹果进入消费市场前实现霉心病的快速无损检测有助于提升苹果品质和保障消费者安全。近年来,可见/近红外光谱技术凭借其快速无损、操作简单、成本低和批量在线检测等优势,被广泛用于水果品质无损检测研究中,而根据实际检测需求进行光谱检测方式选择是开展水果光谱无损检测的关键步骤,为探寻苹果霉心病光谱无损检测中最佳的检测方式,首先基于实验室自主搭建的苹果漫反射、漫透射和透射光谱采集系统分别获取了243个苹果样本的三种光谱数据,然后采用一阶导数(FD)、归一化(NOR)、 S-G平滑(S-G)、多元散射校正(MSC)和标准正态变量变化(SNV)五种方法对光谱数据进行预处理,其次将局部线性嵌入(LLE)、多尺度分析(MDS)、分布邻域嵌入(SNE)和t分布邻域嵌入(t-SNE)四种流形学习方法用于光谱数据降维,并与传统的主成分分析(PCA)降维方法比较,最后基于降维后数据建立了最小二乘支持向量机(LS-SVM)算法的苹果霉心病分类模型。结果表明:在三种不同的光谱检测方式中,透射检测方式优于漫透射检测方式,漫透射检测优于漫反射检测方式。在五种不同的光谱降维方法中,基于SNE的降维方法在三种不同的光谱数据中都优于其他降维方法,最终以透射检测方式结合SNE降维方法构建了最优的苹果霉心病判别模型,其校正集和测试集的准确率分别为99.52%和97.14%。该研究对苹果霉心病光谱无损检测研究中的实验平台搭建和检测装备研发提供了指导。

关键词：苹果霉心病可见/近红外光谱检测方式光谱降维流行学习

一种融合叶绿素荧光技术与可见-近红外光谱的番茄幼苗热胁迫无损检测方法

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1613-1619页

作者：魏子朝卢苗雷文晔王浩宇魏子渊高攀王东陈煦胡瑾西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

全球气温上升导致高温天气频发,番茄作为温度敏感型植物更易发生热胁迫,最终导致产量损失。在植物热胁迫检测中,温度通常被用作标定其受胁迫程度的依据,但由于不同植株个体的耐热性和自身健康状态存在差异,同一温度下的植株可能会产生... 详细信息

全球气温上升导致高温天气频发,番茄作为温度敏感型植物更易发生热胁迫,最终导致产量损失。在植物热胁迫检测中,温度通常被用作标定其受胁迫程度的依据,但由于不同植株个体的耐热性和自身健康状态存在差异,同一温度下的植株可能会产生不同程度热胁迫症状,以温度来标定热胁迫状态可能会导致误判。以番茄幼苗为研究对象,提出了一种融合叶绿素荧光技术与可见-近红外光谱的番茄幼苗热迫胁程度快速分类方法,以提高对番茄热胁迫程度评估的准确性。采集了对照组植株和热胁迫植株的叶绿素荧光参数与可见-近红外光谱数据,以叶绿素荧光参数为热胁迫评价指标,结合k-means++聚类算法评估了番茄幼苗受热胁迫影响的严重程度,通过对标定后样本的叶绿素荧光参数和植物逆境胁迫相关生理量进行分析,验证了标定结果的合理性。以聚类模型输出为依据对光谱数据进行标定,采用3种预处理方法及其组合,结合3种特征波长提取算法对光谱数据进行处理,获得了6个与样本热胁迫程度相关的特征波段。最后以6个特征波段为输入,热胁迫程度为输出,基于4种机器学习算法构建分类模型,实现了对样本热胁迫程度的分类。结果表明:样本叶绿素荧光参数F_(v)/F_(m),F_(v)/F_(o),NPQ,Y(NPQ)和Y(NO)与其胁迫状态存在显著的中高度相关,依据以上参数将所有样本标记为无胁迫,轻度热胁迫和重度热胁迫三类。三类样本的叶绿素荧光参数、丙二醛(MDA)含量以及光合色素含量均表现出了组间显著差异,聚类结果合理。基于聚类结果对光谱数据进行标定,根据标定结果提取光谱特征波长,99%以上的冗余特征被消除,进一步筛选获得了6个用建立分类模型的特征波长。在建立的4个模型中,线性判别分析(LDA)模型具有最优性能,其测试集分类准确率为92.45%,F1分数为0.9291,AUC为0.9780。结果表明,采用叶绿素荧光技术结合可见-近红外光谱技术检测热胁迫是可行的,该研究为热胁迫的快速检测、耐热性快速筛选以及高温灾害预警提供了一种有效方法。

关键词：热胁迫叶绿素荧光 k-means++算法可见-近红外光谱分类模型