Compact polarization-insensitive arrayed waveguide grating based on SOI material

A compact polarization-insensitive 8x8 arrayed waveguide grating with 100GHz channel spacing at 1.55 mu m is presented on the material of silicon on insulator (SOI). Increasing the epitaxial layer thickness can reduce the birefringence of the waveguide, but the wvaeguide's bend radius also increases at the same time. We choose the SOI wafer with 3.0 mu m epitaxial layer to reduce the device's size and designed the appropriate structure of rib wave-guides to eliminate the polarization dependant wavelength shift. Compared to the other methods of eliminating the polarization dependant wavelength shift, the method is convenient and easy to control the polarization without additional etching process. The index differences between TE0 and TM0 of straight and bend waveguides are 1.4x10(-5) and 3.9x10(-5), respectively. The results showed that the polarization dependant wavelength shift is 0.1nm, and the device size is 1.5x1.0 cm(2).

Continuous-flow polymerase chain reaction microfluidics by using spiral capillary channel embedded on copper

This paper presents a novel method for performing polymerase chain reaction (PCR) amplification by using spiral channel fabricated on copper where a transparent polytetrafluoroethylene ( PTFE) capillary tube was embedded. The channel with 25 PCR cycles was gradually developed in a spiral manner from inner to outer. The durations of PCR mixture at the denaturation, annealing and extension zones were gradually lengthened at a given flow rate, which may benefit continuous-flow PCR amplification as the synthesis ability of the Taq polymerase enzyme usually weakens with PCR time. Successful continuous-flow amplification of DNA fragments has been demonstrated. The PCR products of 249, 500 and 982 bp fragments could be obviously observed when the flow rates of PCR mixture were 7.5, 7.5 and 3.0 mm s(-1), respectively, and the required amplification times were about 25, 25, and 62 min, respectively. Besides, the successful segmented-flow PCR of three samples ( 249, 500 and 982 bp) has also been reported, which demonstrates the present continuous-flow PCR microfluidics can be developed for high-throughput genetic analysis.

Photochromic fulgide for holographic recording

(N-4'-methoxy-2-methyl-5-phenyl)-3-pyrryl-ethylidene (isopropylidene) succinic anhydride fulgide, doped in PMMA matrix, exhibits photochromic behavior. The fatigue resistance experiment shows no photodegradation is detected after more than 450 writing-erasing cycles. Study of fulgide material for holographic recording media shows the optimal exposure and the diffraction efficiency is 1047 mJ/cm(2) and 2.26%, respectively, with 10 mum thickness polymer film. Holographic grating with 1680 lines/mm at writing angle theta = 30degrees is also obtained. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Dual-wavelength photochromic fulgides for parallel recording memory

Two photochromic fulgides, 2-{2-[4-(N,N-dimethylnilino)-5-methyl-4-oxazoly]}ethylidene-4-(1-methylethylidene) tetrahydrofuran-2,5-dione (A) and 3-(1,2-dimethyl-5-phenyl-3-pyrolloethylidene)-4-(1-methylethylidene)tetrahydrofuran-2,5-dione (B), doped in PMMA as candidates of dual-wavelength optical memory for parallel recording has been investigated. With 488 nm-laser and 650 nm-laser, both "cross" and "star" images are recorded on the fulgides-PMMA film and read out clearly, respectively. Crosstalk between two fulgides in PMMA matrix and nondestructive readout has also been explored. The results show that no significant cross-talk is detected between them, and nondestructive readout is up to 201 times. (C) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis and application on parallel image storage of bisfurylfulgide

A bisfurylfulgide, E, E-3,4-bis[1-(2,5-dimethyl-3-furyl)ethylidene]-3,4-dihydrofuran-2,5-dione, is synthesized by Stobbe condensation reaction. The molecular structure of target compound is confirmed by single crystal X-ray crystallography analysis. It shows that the distances between two possible reaction sites of molecule are 0.3394 and 0.3406 nm respectively, which is favorable to photocyclization. The photochromic properties of this compound in different solvents are investigated, and the result shows that the compound exhibits excellent photochromic behavior. The primary result of applied research on parallel image storage is also presented.

Optical properties of a novel neodymium pentafluoropropionate binuclear complex

A novel neodymium pentafluoropropionate binuclear complex, Nd(C(2)F(5)COO)(3)Dipy (Dipy: 2,2'-dipyridyl), was synthesized and characterized by single-crystal X-ray diffraction. At a concentration of 0.2 M in DMSO-d(6), the Judd-Ofelt parameters (Omega(2), Omega(4), Omega(6)) were calculated from the UV-Vis spectrum. According to the small value of Omega(2) and the zero splitting energy of (4)F/(3/2) level, a symmetric ligand field of the complex was confirmed in DMSO-d(6). Strong emission of the complex in DMSO-d(6) at 1057 nm with a decay time about 1.3 mu s were detected when excited at 800 nm pumped by a laser diode. The stimulated emission cross-section of (4)F(3/2) -> (4)I(11/2) fluorescence transition was 2.36 x 10 (20) cm(2) and comparable with some laser glasses, which indicated good radiative properties of this neodymium pentafluoropropionate binuclear complex in liquid matrix. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

基于DEM的黄河中游植被恢复对年均径流量影响的估计

植被恢复及其对年均径流量影响的空间格局对黄土高原生态环境建设及水资源管理具有重要指导作用。在分析植被适宜性分布规律的基础上,基于黄河中游河口-龙门区间100m地形高程模型(DEM)和专家经验进行了区域植被适宜性制图,并基于参数率定后的多年平均蒸散量计算公式和水平衡模型,估算了不同植树造林情景下年均径流量的变化。结果表明,河龙区间符合植被带分布规律的适宜区植树面积为6.6×103km2,次适宜区植树面积为4.8×103km2,分别占研究区总面积的5.8%和4.3%。土地覆被现状条件下区域产水约为33.8mm(38.07×108m3)。适宜区植树后,区域产水减少量约为1.9mm(2.12×108m3),减少5.6%。适宜区和次适宜区均植树后,区域产水减少量约为3.1mm(3.49×108m3),减少9.2%。空间分布格局表明,区域局部减水最大达到48mm。受气候条件影响,东南部高降雨量地区的流域适宜植树面积达45.1%,相应减水比例达36.0%。西北部低降雨量地区的流域植树面积约为0.7%,相应的减水比例为0.4%。

子午岭辽东栎天然林土壤种子库研究

结合野外调查与室内试验对子午岭辽东栎天然林的种群生长状况,枯落层种子库,不同坡位土壤种子库物种组成、数量特征、生活型及其与地上植被的相似性进行了较为系统的研究。结果表明:(1)试验萌发鉴定出的幼苗共有24种,隶属于16科,其中多年生草本和落叶灌木物种比例最高,分别占种子库物种总数的58.33%和12.5%;(2)整个子午岭天然辽东栎林土壤种子库总密度为12 761.44粒/m2,种子主要分布在枯枝落叶层和0-2.5 cm土层中,其中,辽东栎种子密度为752.5粒/m2,占整个样地土壤种子库总密度的5.89%,表明辽东栎种子萌发能力很差,该林分群落天然更新缓慢。(3)子午岭天然辽东栎林的下坡位物种多样性指数较其它坡位高,但各个样地物种多样性指数均高于对照;(4)天然辽东栎纯林的种群生长状况良好,树龄均为成年树种;(5)方差分析表明:辽东栎的胸径、地径在不同坡位之间均具有显著性差异(P>0.05);(6)相关分析表明:枯枝落叶层厚度,重量与土壤种子库密度之间具无显著相关性(P<0.05)。

低定额畦灌技术参数研究

基于有限水资源的农田补充灌溉,以寻求不产生深层渗漏的节水型地面畦灌灌水定额为目标,在陕西省杨陵区中壤土玉米地,开展了畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌水均匀度影响的田间试验。通过水流推进、消退过程、土壤水分变化的测定,利用地面灌溉水流运动曲线拟合对畦灌条件下的最佳灌水技术要素组合进行了分析。结果表明:畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌水均匀度具有明显影响,对于试验田块,田面坡度为1.5‰时,入畦单宽流量控制在3～6L/(m.s)范围内,畦宽2～3m,畦长50m左右,可达到较高灌水效率(Ea>80%)和灌水均匀度(DU>80%),并能将灌水定额控制在设计范围之内,实现畦田的小定额灌溉。

近地表土壤水分条件对坡面农业非点源污染物运移的影响

采用人工模拟降雨实验,研究了近地表土壤水分条件,尤其是土壤水分饱和条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物运移的影响.结果表明,前期近地表土壤水分条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物的迁移有着很大影响.饱和含水量时径流及泥沙中非点源污染物的流失浓度和流失量大于非饱和含水量,且前期近地表土壤含水量越大,径流及泥沙中农业非点源污染物的流失浓度和流失量越大.土壤氮素的主要流失途径是降雨所产生的径流,约占总流失量的90.4%～99.8%;土壤磷素的流失途径是降雨径流和侵蚀产沙,分别占总流失量的2.67%～23.5%和76.5%～97.3%.同时,土壤质地对磷素养分的流失有很大影响,杨凌土随泥沙流失的DP浓度和流失量均大于安塞黄绵土.最后,提出了采取最佳管理措施等控制农业非点源污染的针对性建议.

钇和镧系元素萃取热力学及双水相体系分离氨基酸的研究

本文研究了一种中性萃取剂支链三烷基氧化膦（Cyanex 925）和一种羧酸类萃取剂仲辛基苯氧基取代乙酸（CA-12）萃取稀土元素和钇的热力学性能。探讨了利用CA -12为萃取剂将钇与其他稀土分离的可行性，遵循基础－应用的原则，完成了从龙南离子型矿的浸出液中提取钇的分馏串级模拟实验。在此基础上还进一步研究了“绿色溶剂”离子液为溶剂，CA-12萃取稀土和钇的热力学机理。我们还考察了双水相中氨基酸的分离，为利用双水相体系萃取稀土元素奠定了一定的基础。具体的研究内容如下： 1.系统的研究了Cyanex 925在硝酸体系中萃取稀土和Y的规律，由斜率分析方法确定了反应机理，发现了明显的四分组效应，并确定了Y在萃取中所处的位置。同时发现Cyanex 925有可能用于轻、重稀土分组，易反萃。 2.CA-12对Y萃取具有高的选择性，研究了Y与其他稀土分离的可能性。进行了CA-12从混合稀土中提取Y的工艺模拟实验，并获得纯度为99.5％Y2O3，该工艺高效简便，具有好的应用前景。 3.系统的研究了离子液作为溶剂，CA-12从硝酸介质中萃取稀土和Y的规律。考察了不同水相酸度、水相中相关各种离子及萃取剂浓度变化对CA-12萃取稀土和钇的影响，从而推导了萃取反应方程式及机理。并发现在同样萃取剂浓度和水相条件下，CA-12-离子液体系中萃取稀土和钇的能力低于CA-12-庚烷体系中。 4.研究了赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸和半胱氨酸在聚乙二醇（PEG）－磷酸盐双水相体系（ATPSs）中分配行为，分别考察了PEG分子量、水相pH、氨基酸侧链结构等对分配比的影响，得出氨基酸在双水相中的分配行为取决于双水相体系的性质和氨基酸的支链结构与带电情况。

场发射(FED)用荧光粉的研制与改性

场发射平板显示器（Field Emission Displays, FED）是一种新发展起来的平板显示器，由于其在亮度、视角、响应时间、工作温度范围、能耗等方面具有优良的特性，成为近年新型显示器研究的热点之一。为实现高效的FED红、绿、蓝全色显示，荧光粉在其中起着十分重要的作用。制备性能优良的场发射用彩色荧光粉是决定将来FED技术成功与否的关键因素之一。 本论文研究的内容包括场发射(FED)用荧光粉的研制和改性工作。在场发射(FED)用荧光粉研制方面，采用溶胶-凝胶方法，制备了一系列新型场发射(FED)用荧光粉，包括稀土离子激活的镓酸镧 [(LaGaO3: Re3+ (Re = Eu, Tb, Dy, Tm, Sm)]体系、铟酸钙[(CaIn2O4: Re3+ (Re = Eu, Pr, Tb, Dy,)]体系、铟酸锶[(SrIn2O4: Re3+ (Re = Pr, Tb, Dy)]体系、镓酸镥[Lu3Ga5O12:Re3+ (Re = Eu, Tb，Pr)]体系，并研究了Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Tm等稀土离子在这些基质中的光致发光、低压阴极射线发光性质和能量传递等性质。在荧光粉的改性方面，采用喷雾热解法制备了Sr2CeO4球形场发射用荧光粉，研究了喷雾前驱体溶液中，聚乙二醇浓度、金属离子浓度、烧结温度对形貌及发光性能的影响；采用溶胶－凝胶方法成功将SiO2表明包覆一层CaTiO3:Pr3+, Y3Al5O12:Ce3+/Tb3+荧光粉，得到单分散，球形形貌，分布均匀，具有核/壳结构的球形荧光粉；另外研究了不同的制备方法对Ga2O3:Dy3+荧光粉的发光性能的影响。所得样品用XRD、FTIR、SEM、TEM、漫反射光谱、光致发光(PL)光谱、荧光寿命曲线、低压阴极射线(CL)光谱等进行表征。 在紫外光激发下，稀土离子激活的镓酸镧彩色荧光粉有基质(LaGaO3)的发射和稀土离子(Eu3+, Tb3+, Dy3+, Tm3+, Sm3+)的特征发射，研究表明在基质和稀土离子之间存在能量传递，其能量传递效率因离子而异。在阴极射线激发下，样品仅有稀土离子(Eu3+, Tb3+, Dy3+, Tm3+, Sm3+)的特征发射。如：LaGaO3: Eu3+发红光，LaGaO3: Dy3+发白光，LaGaO3: Tm3+发蓝光，LaGaO3: Sm3+发黄光，LaGaO3: Sm3+,Tb3+发白光。LaGaO3: Tb3+的发光颜色可通过不同Tb3+的掺杂浓度从蓝光到绿光进行调控。在相同的激发条件下，所制备的蓝光发射的LaGaO3: Tb3+和LaGaO3: Tm3+荧光粉与商业FED用蓝粉(Y2SiO5: Ce3+，日亚化学工业株式会社，NP-1047)相比具有更好的色纯度和更高的发光效率；所制备的黄光发射的LaGaO3: Sm3+荧光粉与商业低压黄色荧光粉((Zn,Cd)S: Ag，日亚化学工业株式会社，NP-1020)相比，色纯度接近，但具有更高的发光效率。并首次实现了单一基质中白光发射(LaGaO3: Sm3+,Tb3+), 所制备的稀土离子激活的镓酸镧彩色荧光粉[(LaGaO3: Re3+ (Re = Eu, Tb, Dy, Tm, Sm )]在场发射器件有潜在的应用。 在稀土离子掺杂的Sr/CaIn2O4荧光粉体系中，在基质Sr/CaIn2O4和掺杂离子Pr3+/Tb3+/Dy3+存在高效能量传递。基质Sr/CaIn2O4吸收能量向激活离子Pr3+/ Tb3+/Dy3+传递，发射为稀土离子Pr3+/Tb3+/Dy3+的特征发射，发光强度、荧光寿命等符合应用要求，在低压电子束激发下，Sr/CaIn2O4: Pr3+/Tb3+/Dy3+荧光粉为稀土离子的特征发射，其低压阴极射线发光(CL)光谱与光致发光(PL)发射光谱一致，CL强度随激发电压，电流密度增加而增强。 对于CaIn2O4:Eu3+荧光粉，进一步研究表明CaIn2O4:Eu3+荧光粉的光致发光和阴极射线发光颜色可以通过掺杂不同浓度的Eu3+从白光，黄光，到红光进行调控。低浓度掺杂发白光，高浓度掺杂发红光，适当的浓度发黄光。 在Lu3Ga5O12:Re3+ (Re = Eu, Tb，Pr)荧光粉体系中，在紫外（UV）和低压阴极射线激发下，所制备的荧光粉Lu3Ga5O12: Eu3+, Lu3Ga5O12: Pr3+为稀土离子Eu3+, Pr3+的特征发射，分别发黄光和绿光。Lu3Ga5O12:Tb3+的发光颜色因Tb3+掺杂浓度不同而不同，低浓度掺杂发蓝光，高浓度发绿光。 Sr2CeO4荧光粉在UV及低压阴极射线激发下发出强烈蓝光，源于配体到金属离子电荷迁移带跃迁(Ce4+-O2-)。其阴极射线发光强度与电压及灯丝电流呈良好的线性关系。 采用溶胶－凝胶方法的核壳结构的SiO2@CaTiO3:Pr3+和SiO2@Y3Al5O12: Ce3+/Tb3+荧光粉, FESEM和TEM结果表明这种核壳结构的发光材料表面致密，厚度均匀，保持了单分散SiO2微球的形貌特征。在UV及低压阴极射线激发下，SiO2@CaTiO3:Pr3+呈强红色发射，源于Pr3+ 的1D2—3H4 (612 nm)跃迁；SiO2@Y3Al5O12:Ce3+和SiO2@Y3Al5O12:Tb3+ 分别发黄绿光和绿光，源于Ce3+的5d-4f和Tb3+的5D4-7FJ (J = 6, 5, 4, 3)跃迁。PL强度可以通过包覆次数调控，CL强度随激发电压及灯丝电流增加而增强。 在Ga2O3:Dy3+荧光粉体系中，采用了溶胶-凝胶，氨水共沉淀，和高温固相法制备了Ga2O3:Dy3+荧光粉并比较了他们的结晶行为，形貌，光致发光和低压阴极射线发光性能。溶胶-凝胶法制备由于原料在分子层次上混合，可以得到纯相，氨水共沉淀和高温固相法原料不如溶胶凝胶法混合均匀，很难得到纯相。溶胶-凝胶和氨水共沉淀所得荧光粉为纳米级别大小，分别呈球形和玉米棒形状；高温固相法微米级别且呈不规则形状。Ga2O3向Dy3+传递能量效率依次按溶胶-凝胶，氨水共沉淀，和高温固相法逐渐降低。在紫外光激发下，分别发白光，蓝白光，蓝光。其低压阴极射线发光与光致发光类似。相比之下，溶胶-凝胶法制备Ga2O3:Dy3+荧光粉比氨水共沉淀和高温固相法制备要好。

胶体体系的固化及分离过程的计算机模拟

胶体体系是自然界很重要的组成部分，广泛应用于工业生产和日常生活中。胶体体系在固化的过程中，会形成有序的晶体结构或无序的玻璃态结构。对胶体的结晶和玻璃化的认识对研究相变理论，纳米材料以及自组装有着重要的意义。事实上，在这一领域存在着许多悬而未决的问题。另一方面，胶体的分离也是胶体科学研究中不可或缺的步骤。特别是近年来微流器件技术的进步为流体动力学色谱分离方法带来了进一步发展的机会，这为胶体的分离提供了非常有效的实验手段。然而，由于实际应用过程的复杂性，理论方法还不足以深入探讨胶体粒子体系固化和分离的本质。作为一种可以直接反映物理过程的研究方法，计算机模拟成为一种有效的研究胶体粒子固化和分离的手段。 硬球模型是一种最简单的胶体粒子体系，能够很好地描述具有体积排斥作用的胶体粒子的行为，因此，对于胶体粒子体系固化问题，我们采用分子动力学方法研究了硬球粒子体系的固化过程。此外，对于胶体和高分子体系的分离过程，我们主要采用耗散分子动力学（dissipative particle dynamics DPD）进行研究。论文的主要内容包括： 1)采用硬球分子动力学模型，研究了胶体颗粒在不同的压缩速率下得到的堆积态的结构异质性。我们应用Lubachevsky-Stillinger方法，在不同的压缩速率下得到了一系列的结构受限的硬球堆积状态。这些体系的有序度随着压缩速率的减小而增加，而体系的密度则是先增加后减小又增加，在中间压缩速率时出现最小值。通过测量体系中的局域序参量分布，粒子位置的均方根涨落分布和直接观察受限粒子的位置，发现这些状态中包含有无规区域和结晶区域，存在显著的结构异质性。特别的是低密度状态中许多小的有序区域互相连接成贯穿体系的逾渗网络，说明晶区之间的结构不匹配是生成这些状态的重要机理。 2)用DPD方法模拟了线性高分子链和星形高分子链在穿越纳米孔道的输运过程。对复合管道中小管的半径分别为2.5 和2.0 的两种情况进行了研究。在各种情况下我们都发现了存在一个临界流量Jc，只有当流量大于Jc的时候高分子才能进入纳米孔洞。对于线性高分子，长链的高分子进入同样粗细的小管所需要的临界流量比短链大。线性链和星形链在半径是2.0小管子中的临界流量比通过半径2.5的管子的临界流量大，或者近似相同。在半径2.5的小管中，星形高分子的临界流量要大于同等尺寸的线性高分子。此外，我们没有观察到不同接枝数的星形高分子的临界流量之间的差异。出现这种情况的原因可能是DPD模型中粒子间的相互作用势能很软，所以不能很好地体现出不同接枝数的星形高分子在位阻上的差异。 3）我们利用DPD方法模拟了圆柱形管道中线性高分子链的输运过程。比较了模拟得到的高分子保留时间和DG理论预测值之间的差异。发现分子量越大的高分子对DG理论的偏离越显著。计算了高分子链在流动过程中伸长的情况，发现了链的伸长率S与Weissenberg number 有着明确的标度关系。与狭缝中的情况类似，对于圆柱型管道中流动的线性高分子，如果采用修饰过的Peclet number，则能够更好地满足Aris-Taylor分散的标度关系。 4)我们建立了纳米粒子在DPD模拟的动力学模型，研究了在本体溶液中纳米粒子的自扩散系数和速度关联函数对与胶体粒子的半径定性关系。发现纳米粒子的扩散系数随粒子半径的增加而减小。纳米粒子的半径越大，其速度关联函数的衰减越慢，同样大小纳米粒子的质量越大，其速度关联函数衰减得越慢。我们进一步模拟了在狭缝中纳米粒子的输运过程。通过观察流体受限方向的流速曲线，我们发现由于与器壁之间的体积排斥作用，使得纳米粒子远离流体的边界。对Aris-Taylor分散的研究结果表明，在λ不大的时候，应用不同的Peclet numbers 对分散方程结果的影响不大。