一、光学全反射与折射角(论文文献综述)
罗英捷[1](2021)在《基于SPR效应的生物医学光纤传感器的理论模拟》文中研究说明随着光纤传感器被广泛应用到生产生活的各个领域,生物医学的发展也对光纤传感器的性能提出了新的要求,普通的光纤传感器存在材料损耗大、测量精确度低等问题。因此,为了适应生物医学检测的灵敏度要求和临床实验需要,一种用于检测生物细胞是否癌变的光纤传感器的研究日趋活跃,其特征为在普通生物医学光纤传感器的表面覆盖纳米金颗粒,利用纳米金颗粒的表面等离子体共振对效应可以有效的增加光纤传感器的灵敏度。然而,目前的研究大多为实验研究,需要首先制造出不同形状和尺寸光纤传感器,才能进行后续的实验测量。这些光纤传感器的主要区别在于内部纤芯直径、探头几何形状和弯曲直径以及表面覆盖的纳米金颗粒尺寸等。这种实验研究通常效率不高且容易造成材料的浪费。另一方面,相关的理论研究又无法将毫米级尺寸的光纤传感器和探头表面纳米级尺寸的纳米金颗粒进行合理的建模和模拟。因此,在本领域的完全理论模拟分析具有重要的科学意义和实用价值。本文以完全理论模拟的方式对生物医学检测中常见的探头形状为U型的、表面覆盖纳米金颗粒的光纤传感器进行研究,重点模拟了一种裸U型光纤传感器的吸光度和灵敏度和一种覆盖纳米金颗粒的U型光纤传感器的吸光度和灵敏度以及表面等离子体共振效应。本文结合几何光学模型和波动光学模型,创新性地提出了一种等效方法和一个等效方程,并验证了其自洽性和合理性。通过有限元方法求解多物理场中的偏微分方程组,得到了相关光纤传感器模型的出射光强和透射率,再利用朗伯-比尔定律计算其吸光度,从而根据吸光度随外界溶液折射率的变化率计算得到U型光纤传感器的折射率灵敏度。该折射率灵敏度正是判断正常细胞是否癌变的重要参数,即折射率灵敏度越大,则检测的精度越准确,细胞癌变检测的可靠性也就越高。上述全理论模拟的方式不仅能避免实验中因制造光纤所产生的浪费,对实验无法制造或制造困难的探头形状进行计算,还能对实验研究起到指导作用。
张慈航[2](2021)在《交叠二维层状材料的量子隧穿特性研究》文中研究说明本文采用了一种赝区域方法并用以研究部分交叠二维狄拉克材料的电子输运。利用赝透射区域来连接两片半无限大的单层石墨烯可以更自然地使波函数在边界上匹配。我们给出了赝区域方法满足量子力学连续性方程的理论推导。我们证明通过选取合适的赝区域哈密顿量与合适的参数,电子不会向赝区域有任何泄漏,也即流进赝区域的几率流严格为0。因此,量子隧穿完全限制在真实的部分交叠区域中,几乎与赝区域无关。为了简化问题,我们研究所提出的赝区域形式的一个特例,赝势垒模型。通过选取赝势垒模型中合适的势垒高度,电子波函数在赝区域呈指数衰减且入射电子全部在赝区域的边界被反射回来。通过理论分析,我们证明赝势垒模型所导出的边界条件和zigzag石墨烯条带的边界条件几乎完全一样,除了前者的赝自旋与整个体系的无限小平移对称性方向的宇称之间有耦合。对于AA堆叠,我们发现电导的震荡存在两个频率,由交叠区域的两个独立的波矢解所决定。在低能极限下,两个频率会趋近于之前研究观察到的电导的震荡的两个频率。通过在AB堆叠部分交叠石墨烯上施加层间电压降,电导会被抑制到单位电导的10-28。这个结果比之前研究所提出的利用加电压的AB堆叠区域作为势垒来阻断单片石墨烯的电导的结果要好10个数量级。通过施加费米速度调制,我们使得上下两层石墨烯的费米速度互不相同。研究发现石墨烯的狄拉克载流子表现出满足光学的现象,符合斯涅尔定律。我们从理论上证明了这一点。并且数值计算的结果与理论推导的临界角精确符合。对于部分交叠AA堆叠石墨烯,低能区的电导对费米速度调制高度敏感。通过费米速度调制小幅度降低入射层的费米速度,低能区的电导显着降低。综上所述,如果要降低AB堆叠部分交叠石墨烯的电导,施加层间电压降是更佳的方案;如果要降低AA堆叠部分交叠石墨烯的电导,施加层间费米速度调制是更佳的方案。本文所提出的赝区域方法可以广泛应用在更复杂的量子隧穿问题与定态问题,例如部分交叠异质结、扭角双层器件、以及部分交叠半导体/超导体异质结。
程虎[3](2020)在《水下环境多参数测量及三维成像的方法研究与系统设计》文中研究说明近年来,随着我国对海洋战略价值认识的深化和面临的海洋权益争夺的日益加剧,建设海洋强国成为越来越重要的发展战略。其中,智能化海洋监测能力的建设,包括对海洋水体水质参数信息的测量和对水下景物深度分布信息的感知,是全面开发海洋经济、提升可持续远洋活动能力的必备基础。本论文依托课题组承接的国防“十二五”总装备部预先研究项目“基于XX技术的XX目标检测”,研制了一套可同时在线测量水体环境p H值、盐度参数并集成水下3D成像功能的海洋环境信息综合感知系统,技术选型采用无芯光纤结构p H值传感、阿贝折射仪式盐度传感和基于距离选通机制的3D成像,论文完成了整机集成方案设计并对其中涉及的p H值传感和3D成像关键技术进行了深入研究。主要研究内容与创新成果如下:(1)无芯光纤涂覆p H敏感涂覆层后,环境p H值变化将导致涂覆层折射率变化,从而对光纤传输光信号模式泄露产生调制关系。利用该原理,研制了基于光纤透过率测量实现p H值测量的无芯光纤结构p H值传感器。涂覆层采用正硅酸乙酯凝胶结构,并采用制备可重复率高的浸涂方式制作传感头。凝胶担载甲酚红、氯酚红和溴酚蓝作为p H指示剂后,测量范围高达1~13,在2 cm尺寸的传感头上测量线性度达到99.7%。(2)系统性分析了基于距离选通技术的3D成像系统的噪声模型,从对测距方差的研究出发,以解析形式推导了系统噪声特征、环境因素和模块配置参数对3D成像系统包括测距精度、测距范围和空间分辨率性能的影响关系,揭示了如下规律:强度随机噪声和器件计时抖动协同影响了测距精度,介质吸收效应则进一步恶化了该精度对远距离目标的表现,从而限制了系统测距范围。介质散射效应则降低了系统空间分辨率,对远距离、低反射率目标条件尤为严重,目标表面反射信号被介质散射噪声淹没后,3D恢复结果呈现遮挡效果和大量离群噪点。依据分析结果选型了3D成像系统光电器件,并完成样机搭建和配套软件设计。(3)为优化成像系统参数配置以提升3D成像信噪比,研究了距离选通成像系统的智能化参数配置方法。基于切片扫描型测距原理,改进了传统用于表征距离选通分辨能力的眼图模型,使其能够用于在无合作目标的条件下表征3D成像系统测距精度性能。针对改进型眼图参数的优化,设计了基于高斯过程回归的机器学习在线优化算法,从而在无需了解器件具体特性、无需了解成像环境参数的条件下即实现对成像系统各模块可调参数的全局优化。为验证该优化方法的环境适应性,在水槽内模拟了远海、沿岸和港湾等水体环境成像实验,结果表明在数次迭代后,系统配置参数包括激光器调Q延迟、像增强器选通门宽、增益都达到收敛,并相应提高了测距精度。(4)为克服水下强散射环境引起的3D成像空间分辨率性能下降,基于散射噪声成像模型开发了多脉冲回波鉴别去噪算法。创新性地在贝叶斯图像估计模型中引入PSF描述图像序列生成过程,针对该模型形式设计了迭代更新反射和散射图像的ICM优化算法。3D重构结果在目标轮廓重建、测距精度方面大幅优于传统方法,实现了对环境引入外部噪声的抑制。利用所搭建的样机系统在船池进行的水下远距离成像实验可达到10 m探测距离内优于3%的测距精度,水槽环境模拟水体实验则验证了其环境鲁棒性。本论文所设计的海洋环境信息光电感知系统测量数据丰富而应用范围广阔,此外装置成本相对较低、尺寸小,也保证了其灵活的部署方式,未来可安装于各类船只或水文站,提供环境感知功能从而为各类任务需求提供支持。目前工程样机已完成研制并在现场海试中达到项目各指标需求,顺利完成验收。
董晓东[4](2019)在《光纤液位传感器在动车组真空集便装置污物箱中的应用》文中进行了进一步梳理以CRH380A型动车组在检修运用中多发的真空集便装置污物箱误报故障为基础,分析了导致故障发生的原因,并结合现阶段动车组污物箱上普遍使用的浮球液位传感器因浮球脏堵导致故障频发的现状,提出一种基于光学全反射和折射原理的光纤液位传感器,重点介绍了传感器的探头选型,这种光纤传感器具有外形适应性高、灵敏度高,抗电磁干扰,耐腐蚀的特点,能够明显消除传感器探头挂覆异物情况的发生,保证液位检查可靠性,有效降低了污物箱误报故障的发生率。
陈俊尧[5](2019)在《海水盐度光电检测装置的研制与现场实验研究》文中认为海洋是地球最大的水体,覆盖了地球超过百分之70的表面积,研究海洋,探索海洋是人类社会发展的重要课题。我国建设海洋强国,发展海洋经济,离不开海洋科技的创新与发展。海水作为海洋环境的最基本组成,是研究海洋的基础。海水盐度是海水这一复杂溶液的重要参数。研究海水盐度在各大海域的分布与变化是海洋测绘的重要课题,也是研究海洋中各种水文现象的基础。在最新的盐度标准TEOS-10推出后,光学方法测量盐度引起了广泛的研究热潮,研发相关的海水盐度现场测量装置展开现场测量研究更是其中的热点。目前,国内外的光学盐度测量方法主要以传统折射法的方式展开,虽然可以获得较高的精度与稳定性,但是无法克服其容易受到浑浊水体干扰的缺点。因此,在海洋学盐度分布研究的重点近岸海域,现有的光学盐度现场测量装置存在一定的应用难题,在河口区浑浊环境等特定的应用场景下无法实现对盐度参数的正确获取。因此,本文针对海洋现场盐度测量环境的特点,结合浑浊环境测量的要求,提出了基于光学临界角法对海水盐度进行现场测量研究,并完成了测量装置的研制与现场测量环境下具体实验问题的研究,为光学临界角法在海水盐度高精度现场测量领域的应用奠定基础。论文的主要研究内容有如下几个方面:(1)本论文首先在理论上对海水盐度与折射率测量之间的关系进行了分析与总结,得出了海水盐度与折射率、温度之间的对应关系。并对基于折射率测量的光学盐度测量方法进行了总结,归纳并总结了以上技术在海洋现场应用的优缺点。提出采用基于全内反射的临界角法对海水盐度进行测量,来弥补传统光学方法容易受到浑浊环境干扰的缺点。(2)针对光学方法在海洋现场测量应用上的具体情况,在发挥光学方法测量盐度的理论优势的基础上,设计了可以应用于海洋现场测量的临界角盐度计来完成真实海洋环境下的盐度现场测量。针对海水盐度折射率变化范围小的特点,对样机光学系统进行了相关的优化改进,增强系统有效光场的信号,提高测量系统的信噪比,以实现稳定现场测量的目的。(3)通过一系列的实验室实验,确定了样机对折射率的分辨率。然后从测量重复性和长时间测量稳定性方面对测量的结果进行了评估,确认装置在长时间海洋现场环境测量中是否能够保持稳定,充分验证了所设计临界角盐度计在测量上的可靠性。并通过机械偏移校正技术,防止临界角盐度计在长期使用过程中受机械偏移的干扰,产生明显的测量偏差。在此基础上,充分考虑海水盐度、温度与折射率之间的相互关系,分析了温度变化给测量系统带来的影响,通过完整的温度实验,得出了系统适用的温度补偿参数与相关公式,降低了温度对测量系统带来的误差。(4)针对海水浑浊对目前光学盐度测量方法造成干扰的问题,进行了进一步深入研究。通过使用福尔马肼浊度标准溶液,模拟海洋河口区域浑浊环境,分析了浑浊环境对折射法与临界角法测量光斑的影响,充分验证了临界角盐度测量方法在浑浊环境下测量较传统方法的优越性。在此基础上,创新性地提出对反射光斑图像进行处理的抗干扰算法,提高临界角法与测量装置在浑浊环境下测量的抗干扰能力。(5)使用所研制的临界角盐度计测量样机在实际海洋环境中进行了相关测量实验。在2016年夏季搭乘“东方红2号”海洋科考船参加了黄渤海海洋科考调查,使用临界角盐度计完成了黄海与渤海表面海水折射率参数的走航式测量,验证了测量装置在海洋环境下测量的可行性;2017年夏季,在提升了临界角盐度计测量精度与温度补偿的优化的情况下,搭乘“润江1号”科考船参加了长江口海洋现场科考调查,在海洋实验过程中,实现了临界角盐度计与电导率CTD的同步比测实验,并完成了昼夜潮汐盐度变化实验与剖面盐度测量实验,验证了临界角盐度计在多种海洋测量环境下的适用性。根据临界角盐度计与电导率CTD的同步比测结果,测量的相关系数达到0.994。实现了海水现场测量环境下使用临界角盐度计对海水盐度的有效测量。
李红有[6](2019)在《波动冷凝液膜流动与传热特性实验研究》文中研究表明蒸汽冷凝传热过程常常伴随着冷凝液膜的波动现象,冷凝液膜波动在空间和时间上蕴含着丰富的动力学行为,动力学行为又与蒸汽冷凝传热过程复杂耦合,强化了冷凝传热,因此通过实验研究冷凝液膜波动对蒸汽冷凝传热过程的影响,研究液膜波动强化冷凝传热的机理,对高效传热技术的开发具有重要的科学价值和实际意义。本文设计搭建了水平管内冷凝液膜波动可视化实验台,实验通过蒸汽干度调节器对水平管入口蒸汽干度进行调节,利用函数发生器控制扬声器添加不同频率的周期性正弦扰动,使冷凝液膜产生波动。基于光学全反射技术(Total Internal Reflection-TIR)测量水平管内底部(0°)、侧部(90°)、顶部(180°)位置处的基底液膜厚度,基于LED/光敏晶体管光学测试技术测量波动液膜波频、波速、波长,这两种可视化测量技术实现了非接触定量测量,避免了对液膜流动的干扰。通过定量分析波动液膜基底膜厚、波频、波速、波长以及局部传热系数随蒸汽干度和扰动频率的变化规律,探讨液膜波动强化冷凝传热的机理。实验结果表明:添加特定频率的周期性正弦扰动能够使冷凝液膜产生波动,不同扰动频率下的波动液膜波频分布体现了波频对扰动频率的继承性。波动液膜波速和波长都随蒸汽干度的减小而减小;扰动频率为18Hz时,波动液膜波速最大,波长最长。添加扰动与不添加扰动相比,管底部、侧部、顶部基底液膜厚度都有明显的减薄,其中管底部基底液膜厚度减薄最显着;扰动频率为18Hz时,基底液膜厚度减薄幅度最大;基底液膜厚度随蒸汽干度的增加而减小;低蒸汽质量流率下,平均基底液膜厚度主要取决于管底部基底液膜厚度。添加扰动,管周向各处局部蒸汽冷凝传热系数都有所提高,其中水平管下部(90°以下)局部蒸汽冷凝传热系数提高幅度最大;液膜波动强化传热的效果随着蒸汽干度的增加而减弱;在18Hz扰动下,液膜波动强化冷凝传热的效果最佳;在实验测量范围内,液膜波动引起的基底液膜厚度减薄对强化冷凝传热的贡献在高蒸汽干度下最大为76%,在低蒸汽干度下最小为30%。
杨现辉[7](2019)在《可用于微流控芯片的中空光纤SPR传感器及其特性研究》文中提出基于光纤的表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感器对于外界的折射率变化非常敏感,常用于测量液体折射率,在生物医学、药品研发、环境监测等领域有广泛的应用。随着工业对小剂量检测技术精确度的提高,基于光纤的可用于微流芯片的SPR传感器亟待研发,本文提出并且制作了一种基于空心光纤的SPR传感器,不仅将SPR与微流通道相结合,还为SPR的研究和应用提供了更多的参考和思路。本课题研究的传感器相比于制造工艺复杂、造价昂贵的微流芯片,制作工艺简单,造价便宜,在小剂量液体检测方面具有更广阔的研究前景。主要研究内容如下:1、提出了新型的基于中空光纤的双微流通道SPR传感器。在中空光纤的端面研磨焊接并镀制金膜,然后采用毛细管和PDMS芯片两种不同的封装方式进行封装,实现双微流通道中液体折射率的传感。相比于采用毛细管制作的微流通道传感器,该结构由于使用能使光束单模传输的中空光纤,从而使灵敏度有了较大的提升,同时也减小了传感器体积。本文分别从理论仿真和实验测试对该双微流通道SPR传感器进行了研究,确定了最佳的金膜厚度和光纤研磨角度,并对该传感器进行封装,实现了对两个微流通道中液体折射率的传感测试。内外两个微流通道能独立工作,并对小剂量的液体折射率进行检测。实验结果与毛细管微流SPR传感器对比,得出该传感器内通道的灵敏度有着约两倍的提升。2、提出了新型的基于悬挂芯的单微流通道SPR传感器。在中空光纤的悬挂芯镀制金膜,制作单微流通道SPR传感结构,用于液体折射率的检测。本文从理论仿真和实验测试两方面对该传感器进行了研究,采用毛细管和PDMS芯片两种不同方式进行封装,实现了对微流通道中液体折射率的传感测试。同时,对不同金膜厚度的传感特性进行了研究,并根据实验结果确定最优的金膜厚度。综上所述,本课题提出的基于中空光纤的双微流通道SPR传感器,结合了小剂量检测与光纤SPR传感器的优点;并与分布式结合,有两个微流通道;又设计了基于悬挂芯的单微流通道SPR传感器,首次利用悬挂芯制作微流通道SPR传感器。
谢灵骁[8](2016)在《高灵敏度光学折射率传感系统的研制》文中研究表明光学传感技术在光通信技术的发展中孕育而生,并逐渐演变成为一个衡量国家信息化程度的重要标志。光学传感器具有高灵敏度、耐腐蚀、抗电磁干扰、传输损耗小等显着优势,越来越引起人们的关注,已被广泛应用于环境监测、智能电网、和生物传感等领域。目前,随着光学解调技术进一步发展,光学传感技术已经越来越成熟,很多机理的传感器已经商业化。但是,为了提高光学传感的性能和功能,人们对光学传感器研究没有停下脚步,新的传感结构、传感机理的光学传感不断出现。本论文主要阐述硕士研究生期间的自己做的一些工作,包括对基于表面等离激元共振(SPR)机理的光学传感系统进行搭建,和基于弯曲光纤的传感器进行设计,以及对两种不同机理的折射率传感器进行理论推导和实验探究,主要内容如下:1 SPR技术以其灵敏度高、需要样品量少、样品不需要进行标记等优势很快被国内外研究机构所关注。本文中从基础理论出发,开始推导产生SPR现象的条件,然后根据条件来进行编程模拟,选择用于搭建仪器的合适参数和材料,并最终从硬件和软件两方面着手开始设计基于角度式的表SPR光学传感分析仪器:使用基于Kretchmann结构的棱镜作为传感核心结构,然后布局激光器、旋转台、探测器等设施,并通过微机对它们进行软件控制,达到我们所设的要求。最后我们对搭建完成的系统进行了评估:系统在长时间的工作下稳定性达到我们的预设,并且在在角度分辨率设定为0.00375°情况下,对不同折射率盐溶液的共振角分析结果可以知道,折射率与共振角之间拥有非常好的线性特性,系统测量的灵敏度是1.935×10-5RIU。但是为了得到更加高的灵敏度,系统有待进一步改进。2根据现有的基于光纤弯曲结构的传感器的研究现状,分析了现有结构存在的不足与局限性,针对这些问题,我们设计了一种基于波长调制的光纤弯曲结构的传感器;随后对该结构的原理与制备方法做了详细的阐述,并对该传感器结构的折射率与温度传感特性进行实验研究。实验表明:当环境温度从23到33摄氏度增长时,两个共振峰的温度灵敏度分别为-280pm/℃和-460pm/℃;然而,当环境温度低于23℃时,传感器对温度响应非常低,随着温度的变化,共振峰波长没有明显的变化。所以,该光纤折射率传感器更适用于在低于23℃时进行测量,作为一种温度不敏感的折射率传感器,并且折射率灵敏度可以分别达到了147.602 nm/RIU和125.459nm/RIU。
焦奎嵩[9](2016)在《T3晶格中无质量Dirac-Weyl费米子的势垒隧穿》文中进行了进一步梳理粒子通过势垒的隧穿是当前量子输运中最活跃的课题,特别是石墨烯的发现更刺激了对这个问题的研究。石墨烯中无质量Dirac-Weyl费米子通过电势的Klein隧穿不仅从理论上被证明,而且也被实验证实。在当今电子器件中存在各种形式的势垒,研究载流子通过势垒隧穿对电子电路具有重要的意义。T3晶格是不同于石墨烯的二维平面材料,本文研究T3晶格中无质量Dirac-Weyl费米子在各种势垒中的隧穿。主要内容和重要结果如下:分析了T3晶格结构,用紧束缚模型得到了系统的低能哈密顿量。T3晶格由三个子格构成,其中两个子格的格点构成六边形蜂巢结构,另一个子格格点在六边形的中心。我们引入3×3赝自旋矩阵得到了系统的低能哈密顿量。能量色散除了具有与石墨烯相同的线性Dirac圆锥外,还存在一个能量为零的完全平坦能带。研究了T3晶格中无质量Dirac-Weyl费米子的电势垒隧穿。给出了存在电势时T3晶格中粒子在给定能谷K的哈密顿量,通过求解本征值方程得到了有电势时系统的三旋量波函数。由概率波守恒导出了波函数在界面的连续条件,即hub子格波函数连续和两个rims子格波函数之和连续。研究了粒子通过阶梯势的行为,发现势垒区域的波矢与波的传播方向相反,这被认为势垒区域实际上中反粒子在运动。计算了粒子通过阶梯势和方势垒的透射概率,发现了类光学的全反射现象。特别有趣的是发现当入射能量正好为势垒高度的一半时,粒子完全透射而与入射角无关。研究了粒子通过磁势垒的行为。当磁场垂直于二维材料平面时,在Landau规范下描述磁场中的粒子波函数用抛物线柱函数表示。当存在阶梯磁势时在磁场区域出现粒子的束缚态,其束缚态能量与平行于势垒方向动量满足确定的关系。研究了粒子通过磁势垒的隧穿,关于平行势垒方向的动量守恒导致透射概率并不正好等于透射系数的平方。研究发现粒子通过磁势垒的透射概率对入射角具有非对称性;对确定的入射能量和势垒宽度存在入射临界角。对确定的入射能量存在势垒宽度的极限值,当势垒宽度大于这个值时,粒子不可能透射过势垒;对任意入射能量,当势垒宽度接近临界宽度时透射概率急剧下降;对确定的入射角,当入射能量较大时透射概率为1的范围大而且振动小,而入射能量小时透射概率随着势垒宽度的变化振荡较大。研究了粒子能过磁矢势垒的隧穿。非均匀磁场产生的磁矢势垒区域的波函数为平面波。研究了入射能量与势垒宽度对透射概率的影响,这里引入了传递矩阵方法求解透射系数。我们分别研究了单势垒,两平行势垒和反平行势垒的透射概率。在磁矢势中透射中也存在入射临界角,对单势垒发现当势垒宽度不变,入射能量增加时透射为1入射区域增大;保持入射能量不变而增加势垒宽度,透射概率的振荡加剧。由于平坦能带的存在,在相同条件下能完全透射区域大于石墨烯。粒子通过两个平行势垒时,势垒宽度和两势垒间距对透射概率都有影响,当两者都固定条件下透射范围随入射能量增加而增加。当势垒间距和入射能量不变时,较宽势垒透射反而更强。对反平行势垒透射具有对称性,且反平等势垒透射区域比平行势垒小,好像第二个势垒区域的磁场起到了抑制透射的作用。研究了磁电组合势垒对粒子的约束和波导。同时存在磁矢势和电势时,势垒区域可得到行波而势垒外面为衰减波,因此电势形成势阱从而约束准粒子。我们研究了在磁电组合势垒中的束缚态波函数和能量,发现在确定的势垒宽度下,束缚态能量和动量的关系取决于其中电势阱深度,增加电势阱深度可增加束缚态数,增加势阱宽度也可增加束缚态数。研究了磁电组合势垒可构成波导的条件,分析了沿势垒方向形成的波导的概率流,得到了对应波导模的概率密度流与势垒宽度,粒子能量和电势强度的关系。本文研究的T3晶格是一种类似于石墨烯的二维结构,它即存在于现实的材料中也可以用光学手段加以产生。相信对这种材料各种性质的研究会推动它在纳米器件应用中的光明前景。
刘学聪[10](2015)在《角度调制型表面等离子体共振谱仪研究》文中研究说明表面等离子体共振技术(SPR)是生化传感器的重要方向,其具有灵敏度高、无需分离纯化、抗电磁干扰等优点,因此SPR技术在各个领域得到广泛应用。本文研究一种角度调制型表面等离子体共振谱仪;通过理论和实验分析,本文完成系统优化改进工作,激光的功率稳定性对测量结果的精度影响较大,因此系统增加激光功率测量通道来修正测量结果;其次本文分析对比三角型棱镜和半圆柱型棱镜,得出半圆柱型棱镜更适合本系统;最后根据系统结构建立合理的理论模型,通过数值模拟得出最佳铬膜厚度为3nm,最佳金膜厚度为44nm,最终得到待测电介质折射率和共振角的理论关系。本人自行设计PIN前置放大电路模块、半圆柱型蓝宝石棱镜以及LabVIEW软件系统,最后搭建系统完成实验,实验包括激光器稳定性实验、双通道系统稳定性实验、系统标定实验以及重复性测量实验。通过实验,双通道设计将系统功率稳定性提高了一个数量级达0.3%,本文利用不同摩尔浓度葡萄糖水溶液进行系统标定,得出系统折射率和共振角之间的关系,线性拟合系数高达0.99972。然后再利用甘油水溶液进行重复性测量,重复扫描六次,得出六个共振角,利用标定结果得出甘油水溶液折射率,计算其标准差来评估系统的折射率分辨率,系统折射率分辨率达到4×10-6RIU,对比未做优化前系统折射率分辨率提高一个数量级。
二、光学全反射与折射角(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光学全反射与折射角(论文提纲范文)
(1)基于SPR效应的生物医学光纤传感器的理论模拟(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究工作的背景与意义 |
1.2 基于SPR效应的U型光纤传感器的国内外研究历史与现状 |
1.3 本文的主要贡献与创新 |
1.4 本论文的结构安排 |
第二章 裸U型光纤传感器的理论模拟 |
2.1 相关物理概念 |
2.1.1 全反射原理与倏逝波 |
2.1.2 朗伯-比尔定律与吸光度 |
2.1.3 折射率灵敏度 |
2.2 裸U型光纤传感器的理论模拟 |
2.2.1 裸U型光纤传感器的几何光学建模 |
2.2.2 吸光度与灵敏度分析 |
2.3 本章小结 |
第三章 基于SPR效应的U型光纤传感器的理论模拟 |
3.1 表面等离子体共振(SPR)效应 |
3.2 单个纳米金颗粒的理论模拟 |
3.2.1 单个纳米金颗粒的波动光学建模 |
3.2.2 SPR效应分析 |
3.3 等效方程 |
3.3.1 校正因子 |
3.3.2 自洽性分析 |
3.4 基于SPR效应的U型光纤传感器的吸光度和灵敏度分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 全文总结与展望 |
4.1 全文总结 |
4.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的成果 |
(2)交叠二维层状材料的量子隧穿特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 石墨烯及相关的二维材料与理论物理的联系 |
1.2 交叠石墨烯 |
1.3 部分交叠石墨烯 |
1.4 本文的结构安排 |
第二章 理论及方法 |
2.1 石墨烯的连续狄拉克模型 |
2.2 双层石墨烯连续类狄拉克模型 |
2.3 赝区域 |
2.4 概率流及波函数连续性条件 |
2.5 介观量子器件中的输运性质 |
2.5.1 电导 |
2.5.2 散粒噪声 |
2.6 本章小结 |
第三章 部分交叠双层石墨烯的电压降隧穿 |
3.1 研究背景 |
3.2 理论模型及推导 |
3.3 数值计算结果和讨论 |
3.4 本章小结 |
第四章 部分交叠双层石墨烯的费米速度调制 |
4.1 引言 |
4.2 部分交叠石墨烯费米速度调制的理论模型 |
4.3 数值计算结果与讨论 |
4.4 本章小结 |
总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的成果 |
(3)水下环境多参数测量及三维成像的方法研究与系统设计(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 水体环境参数传感技术研究内容及国内外动态 |
1.3 水下3D成像系统研究内容及国内外动态 |
1.4 论文的内容安排和组织结构 |
2 系统总体设计 |
2.1 系统功能性能指标 |
2.2 系统总体构成和控制方式 |
2.3 pH值传感器 |
2.4 盐度传感器 |
2.5 距离选通水下三维成像系统 |
2.6 本章小结 |
3 多参数测量功能实现 |
3.1 pH值测量分系统研制 |
3.2 盐度测量分系统集成 |
3.3 本章小结 |
4 水下三维成像系统性能分析和样机研制 |
4.1 切片扫描型3D成像系统工作原理 |
4.2 噪声模型及对系统性能的影响 |
4.3 测距误差理论分析 |
4.4 水下三维成像系统样机研制 |
4.5 本章小结 |
5 基于高斯过程回归的系统配置参数优化 |
5.1 切片扫描型3D成像系统配置参数的优化 |
5.2 Lissajou型眼图模型 |
5.3 系统参数的高斯回归模型 |
5.4 系统参数在线优化实验 |
5.5 本章小结 |
6 成像系统去噪算法设计及实验验证 |
6.1 实验条件 |
6.2 散射噪声分析 |
6.3 能量衰减补偿算法 |
6.4 散射噪声去噪算法 |
6.5 三维重构结果 |
6.6 本章小结 |
7 全文总结与展望 |
7.1 全文工作总结 |
7.2 论文主要创新点 |
7.3 未来工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
(4)光纤液位传感器在动车组真空集便装置污物箱中的应用(论文提纲范文)
1 故障统计分析 |
2 光纤液位传感器原理及选型 |
2.1 传感器工作原理 |
2.2 传感器探头选型 |
2.3 光纤液位传感器结构 |
3 应用安装 |
4 试验验证 |
5 设计改进 |
6 结束语 |
(5)海水盐度光电检测装置的研制与现场实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 海水盐度测量的发展 |
1.3 光学盐度测量方法的优势 |
1.4 本论文的主要内容 |
2 基于折射率测量的海水盐度测量方法研究 |
2.1 海水盐度与折射率基本关系 |
2.2 常见的海水盐度测量的光学方法 |
2.3 海水盐度与折射率反演算法研究 |
2.4 基于光学临界角法的折射率测量技术 |
2.5 本章小结 |
3 临界角盐度计研制与优化 |
3.1 临界角盐度计设计指标 |
3.2 临界角盐度计光学结构设计 |
3.3 临界角盐度计电路系统结构 |
3.4 临界角盐度计图像处理方法 |
3.5 临界角盐度计机械外壳与水密结构设计 |
3.6 本章小结 |
4 临界角盐度计系统实验研究 |
4.1 临界角盐度计系统标定原理与实验 |
4.2 临界角盐度计测量可靠性实验 |
4.3 机械位置偏移校正技术研究 |
4.4 临界角盐度计温度影响与校正 |
4.5 本章小结 |
5 海水浑浊环境对盐度测量干扰及抗干扰算法研究 |
5.1 海水浑浊环境颗粒组成及散射类型 |
5.2 浊度的基本概念与实验样品制备 |
5.3 浑浊溶液对光学方法测量的影响 |
5.4 浑浊环境对临界角法盐度计测量影响分析 |
5.5 抗干扰方法研究及效果分析 |
5.6 本章小结 |
6 海洋环境海水盐度测量现场实验 |
6.1 海水盐度测量现场装置与测量环境 |
6.2 黄渤海海水盐度变化趋势现场测量 |
6.3 长江口海水盐度现场比测实验研究 |
6.4 本章小结 |
7 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 创新点总结 |
7.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
(6)波动冷凝液膜流动与传热特性实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 文献综述 |
1.2.1 液膜厚度的研究 |
1.2.2 液膜波动特性的研究 |
1.2.3 水平管内蒸汽冷凝传热的研究 |
1.2.4 液膜波动强化传热的研究 |
1.3 研究内容 |
2 可视化测量系统 |
2.1 基底膜厚可视化测量系统 |
2.1.1 基底膜厚测量系统 |
2.1.2 基底膜厚数据处理 |
2.2 波动特性数据可视化采集系统 |
2.2.1 波动特性数据采集系统 |
2.2.2 波动特性数据处理 |
2.2.3 实验测量实例 |
2.3 本章小结 |
3 实验台设计与数据处理 |
3.1 实验系统 |
3.2 实验主要装置设计 |
3.2.1 蒸汽发生器设计 |
3.2.2 蒸汽干度调节器设计 |
3.2.3 冷凝换热段设计 |
3.2.4 冷却水水箱和辅助冷凝器设计 |
3.2.5 气液分离器与冷凝器设计 |
3.2.6 扰动添加装置设计 |
3.3 实验方案 |
3.3.1 实验仪器 |
3.3.2 实验步骤 |
3.4 实验数据处理及不确定度分析 |
3.4.1 实验数据处理 |
3.4.2 实验不确定度分析 |
3.5 本章小结 |
4 扰动对波动冷凝液膜流动和传热特性的影响 |
4.1 扰动对波动特性的影响 |
4.1.1 波频 |
4.1.2 波速 |
4.1.3 波长 |
4.2 扰动对波动液膜基底膜厚的影响 |
4.2.1 局部基底膜厚 |
4.2.2 平均基底膜厚 |
4.2.3 基底膜厚不对称度 |
4.3 扰动对蒸汽冷凝传热系数的影响 |
4.3.1 局部蒸汽冷凝传热系数 |
4.3.2 平均蒸汽冷凝传热系数 |
4.4 基底液膜厚度减薄对强化冷凝传热的贡献 |
4.5 本章小结 |
5 结论和展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
附录 主要符号说明 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(7)可用于微流控芯片的中空光纤SPR传感器及其特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 表面等离子共振技术 |
1.1.1 表面等离子共振技术的发展 |
1.1.2 表面等离子共振技术的应用领域 |
1.2 光纤SPR传感器概述 |
1.2.1 光纤SPR传感器的优点 |
1.2.2 光纤SPR传感器的应用 |
1.2.3 光纤SPR传感器的研究现状 |
1.3 微流光纤SPR传感器概述 |
1.3.1 微流控技术的发展 |
1.3.2 微流光纤SPR传感器的优点 |
1.3.3 微流光纤SPR传感器的研究现状 |
1.4 本论文的课题意义和主要研究内容 |
1.4.1 本论文的课题意义 |
1.4.2 本论文的主要研究内容 |
第2章 光纤SPR传感器的基本理论 |
2.1 光波的基本性质 |
2.1.1 全反射 |
2.1.2 光波的偏振态 |
2.2 表面等离子体波 |
2.2.1 等离子体波 |
2.2.2 倏逝波 |
2.2.3 金属表面等离子体波共振产生条件 |
2.3 表面等离子体共振激发形式 |
2.3.1 棱镜型结构 |
2.3.2 波导型结构 |
2.3.3 光栅型结构 |
2.3.4 光纤型结构 |
2.4 本章小结 |
第3章 双微流通道光纤SPR传感器模型设计仿真与实验 |
3.1 双微流通道光纤SPR传感器模型设计 |
3.1.1 课题基本思想简介 |
3.1.2 中空内壁波导光纤基本结构 |
3.1.3 双微流通道光纤SPR传感器仿真模型 |
3.2 膜厚对SPR产生影响的研究 |
3.2.1 研究目的 |
3.2.2 研究工具 |
3.2.3 研究结果 |
3.3 角度对SPR产生影响的研究 |
3.3.1 研究目的 |
3.3.2 研究结果 |
3.4 测量不同折射率液体的研究 |
3.5 光纤传感结构制作 |
3.5.1 光纤端面的加工 |
3.5.2 光纤焊接 |
3.6 光纤镀膜 |
3.6.1 离子溅射仪 |
3.6.2 三维形貌分析仪 |
3.6.3 金膜质量研究 |
3.6.4 镀膜步骤 |
3.7 光纤结构封装 |
3.8 数据的测量与分析 |
3.8.1 测量所需仪器 |
3.8.2 SPR传感器测量系统的搭建 |
3.8.3 对液体折射率传感的测量 |
3.8.4 测量数据的处理分析 |
3.9 本章小结 |
第4章 新型单微流通道光纤SPR传感器模型设计仿真与实验 |
4.1 新型单微流通道光纤SPR传感器模型设计 |
4.2 不同膜厚测量不同折射率液体的研究 |
4.3 光纤传感结构的制作 |
4.4 光纤传感结构的封装 |
4.5 数据的测量与分析 |
4.5.1 对液体折射率传感的测量 |
4.5.2 测量数据的处理分析 |
4.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(8)高灵敏度光学折射率传感系统的研制(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 光学传感技术概论 |
1.1 光学传感技术简介 |
1.2 光学传感技术研究方法 |
1.3 不同机理的光学传感技术及应用 |
1.3.1 不同机理的光学传感技术 |
1.3.2 光学传感技术应用 |
1.4 本文主要研究工作 |
2 表面等离激元共振传感及弯曲光纤传感 |
2.1 表面等离激元共振传感 |
2.1.1 等离子体相关理论 |
2.1.2 金属-电介质边界的表面等离激元现象 |
2.1.3 衰减全反射理论 |
2.1.4 SPR现象的产生 |
2.2 弯曲光纤传感 |
2.2.1 弯曲光纤传感器的研究背景 |
2.2.2 弯曲光纤损耗 |
2.3 本章小结 |
3 基于角度式表面等离激元共振传感系统的模拟和设计 |
3.1 角度式表面等离激元共振的参数模拟 |
3.1.1 波长稳定性模拟 |
3.1.2 棱镜材质模拟 |
3.1.3 金属膜选择 |
3.1.4 金膜厚度的模拟 |
3.1.5 折射率样品对SPR曲线的影响模拟 |
3.2 角度式表面等离激元共振传感系统设计 |
3.2.1 硬件设计 |
3.2.2 软件设计 |
3.3 角度式表面等离激元共振传感系统特性研究 |
3.3.1 系统评估 |
3.3.2 折射率特性分析 |
3.4 本章小结 |
4 基于弯曲光纤传感系统的研究 |
4.1 弯曲光纤传感系统设计 |
4.2 弯曲光纤传感系统传感特性研究 |
4.2.1 折射率特性分析 |
4.2.2 温度特性分析 |
4.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(9)T3晶格中无质量Dirac-Weyl费米子的势垒隧穿(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 二维平面上无质量Dirac-Weyl费米子 |
1.2 T_3晶格中无质量Dirac-Weyl费米子 |
1.3 无质量Dirac-Weyl费米子的势垒隧穿 |
1.4 本文的研究内容 |
第二章 T_3晶格结构及低能哈密顿量 |
2.1 T_3晶格结构 |
2.2 紧束缚模型 |
2.3 H矩阵元、耦合积分振幅和交叠积分矩阵 |
2.4 色散关系与低能哈密顿量 |
第三章 无质量Dirac-Weyl费米子电势垒隧穿 |
3.1 有电势时的三旋量波函数 |
3.2 概率流及波函数连续条件 |
3.3 准粒子通过阶梯势的隧穿 |
3.3.1 波矢与波函数 |
3.3.2 透射和反射概率 |
3.3.3 全反射和临界角 |
3.3.4 粒子入射能量高于势垒 |
3.4 方势垒情况 |
第四章 无质量Dirac-Weyl费米子磁势垒隧穿 |
4.1 准粒子在均匀磁场中 |
4.2 T_3晶格的阶梯磁场 |
4.3 磁势垒 |
第五章 无质量Dirac-Weyl费米子磁矢势垒隧穿 |
5.1 单个磁矢势垒 |
5.2 双磁矢势垒 |
第六章 磁电组合势垒的约束与波导 |
6.1 磁电组合势垒的构成 |
6.2 准粒子的约束方程 |
6.3 波函数与束缚态能量色散 |
6.4 概率密度 |
6.5 磁电势阱构成波导 |
第七章 总结与展望 |
参考文献 |
附录A 攻读学位期间发表的学术论文的目录 |
致谢 |
(10)角度调制型表面等离子体共振谱仪研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 表面等离体共振现象 |
1.2 SPR技术的发展 |
1.2.1 SPR技术发展进程 |
1.2.2 SPR技术发展现状 |
1.3 SPR传感器分类 |
1.3.1 棱镜耦合型SPR传感器 |
1.3.2 光纤型SPR传感器 |
1.3.3 光栅耦合型SPR传感器 |
1.3.4 集成光波导型SPR传感器 |
1.4 SPR技术的优势及应用 |
1.5 论文结构和主要内容 |
2 表面等离子体共振谱仪原理 |
2.1 金属表面等离子共振理论 |
2.2 电磁波在介质中的传播理论 |
2.3 倏逝波与衰减全反射 |
2.4 SPR现象产生条件 |
2.5 本章小结 |
3 光路设计及仿真 |
3.1 光路系统缺陷分析 |
3.2 双通道光路系统 |
3.2.1 He-Ne激光器的功率稳定性 |
3.2.2 双通道光路系统结构 |
3.2.3 光路系统模块介绍 |
3.3 棱镜结构分析设计 |
3.3.1 棱镜结构对比 |
3.3.2 半圆柱棱镜设计 |
3.3.3 两种棱镜比较 |
3.4 数值模拟仿真 |
3.4.1 多层Kretchmann结构 |
3.4.2 铬膜三维仿真 |
3.4.3 金膜三维仿真 |
3.4.4 待测样品折射率与共振角关系仿真 |
3.5 本章小结 |
4 硬件和软件设计 |
4.1 硬件设计 |
4.1.1 探测器类型选择 |
4.1.2 前置放大电路原理 |
4.1.3 本系统前置放大电路设计分析 |
4.2 LabVIEW上位机程序设计 |
4.2.1 LabVIEW程序设计目标 |
4.2.2 LabVIEW半圆柱转台算法 |
4.2.3 系统稳定性测试LabVIEW程序设计 |
4.2.4 SPR实验测量LabVIEW程序设计 |
4.3 本章小结 |
5 实验及系统性能测试 |
5.1 双通道稳定性测量 |
5.1.1 激光器实际稳定性测量 |
5.1.2 双通道稳定性测量 |
5.2 系统实验测量分析 |
5.2.1 系统标定 |
5.2.2 系统重复性测量 |
5.3 系统整体性能分析 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
四、光学全反射与折射角(论文参考文献)
- [1]基于SPR效应的生物医学光纤传感器的理论模拟[D]. 罗英捷. 电子科技大学, 2021(01)
- [2]交叠二维层状材料的量子隧穿特性研究[D]. 张慈航. 电子科技大学, 2021(01)
- [3]水下环境多参数测量及三维成像的方法研究与系统设计[D]. 程虎. 华中科技大学, 2020
- [4]光纤液位传感器在动车组真空集便装置污物箱中的应用[J]. 董晓东. 铁道机车车辆, 2019(06)
- [5]海水盐度光电检测装置的研制与现场实验研究[D]. 陈俊尧. 华中科技大学, 2019(03)
- [6]波动冷凝液膜流动与传热特性实验研究[D]. 李红有. 大连理工大学, 2019(02)
- [7]可用于微流控芯片的中空光纤SPR传感器及其特性研究[D]. 杨现辉. 哈尔滨工程大学, 2019(04)
- [8]高灵敏度光学折射率传感系统的研制[D]. 谢灵骁. 大连理工大学, 2016(03)
- [9]T3晶格中无质量Dirac-Weyl费米子的势垒隧穿[D]. 焦奎嵩. 中南民族大学, 2016(04)
- [10]角度调制型表面等离子体共振谱仪研究[D]. 刘学聪. 大连理工大学, 2015(03)