基于Mueller矩阵分析测量的激光纳米增益介质在线诊断方法研究
批准号:
52106222
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
吴振杰
依托单位:
学科分类:
热物性与热物理测试技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴振杰
中文摘要
以掺杂稀土离子的气相纳米粒子为增益介质的纳米气体激光器,在实现高能激光输出的同时,结构紧凑,运行高效,散热良好。通过火焰燃烧的方式合成稀土掺杂YAG纳米粒子具有天然优势,是纳米气相增益介质的有效合成方式,但目前亟需解决的是粒子尺寸、形貌、体积浓度等多参数的在线诊断。本项目拟基于Mueller矩阵测量分析实现燃烧合成YAG纳米粒子的在线诊断方法。首先计算不同尺寸、晶相、体积密度的纳米粒子的Mueller矩阵,分析矩阵的各元素以及由矩阵得到的退偏振指数、偏振度等参数,探究这些参数反应粒子特性的可能性;之后,搭建亚微秒Mueller矩阵测量系统,针对标准粒子,实验验证上述参数的有效性;最后,优化设计,校正误差,将Muller矩阵测量系统应用于燃烧合成YAG纳米粒子的在线诊断。该项目为YAG粒子的调控燃烧合成及纳米气体激光器的发展提供技术支撑,同时为其他纳米粒子的燃烧合成在线诊断提供重要参考
英文摘要
The high-energy laser output can be achieved by using gas phase nanoparticles doped with rare earth ions as gain medium, which has compact structure, high efficiency and good heat dissipation. The synthesis of rare earth doped YAG nanoparticles by flame combustion is an effective method for the synthesis of nano-gas phase gain media, but the on-line diagnosis of particle size, morphology and distribution is urgently needed. This project is based on Mueller matrix measurement and analysis to realize the on-line diagnosis of combustion synthesis of YAG nanoparticles. The Mueller matrix of nanoparticles of different size, crystal phase and volume density, the elements of the matrix, the depolarization index and the degree of polarization obtained from the matrix are calculated to explore the possibility of these parameters reflecting the particle characteristics. Then, a sub-microsecond Mueller matrix measurement system is constructed, and the effectiveness of the above parameters is verified by experiments for standard particles. Finally, the Muller matrix measurement system is applied to the on-line diagnosis of combustion synthetic YAG nanoparticles by optimizing design and correcting error. This project provides technical support for YAG particle combustion synthesis and the development of nanoparticle gas laser, and provides important reference for on-line combustion synthesis diagnosis of other nanoparticles.
本项目聚焦高能纳米气体激光器发展需求,计划通过测量分析YAG 纳米粒子的Mueller 矩阵,提取与粒子自身性质相关的有效信息,建立基于Mueller矩阵测量分析的燃烧合成YAG 纳米粒子在线诊断方法。通过深入研究分析,形成并优化了偏振散射仿真计算程序通过该程序,实现了对纳米尺度粒子偏振散射过程的模拟计算,可得到纳米粒子散射光偏的振状态及相应的Mueller矩阵;利用光纤延迟及电光调制的方法,设计了改进型Mueller矩阵瞬态测量装置,该方法可实现百纳秒内样品Mueller矩阵的测量,有望将Mueller矩阵的测量由稳态对象引入到瞬态对象;自行设计并搭建了气相纳米粒子产生装置及偏振检测装置,通过将液态纳米颗粒雾化并通过高温、高速气流载流,形成分散状态相对较好的气相纳米颗粒,同时利用散射光偏振检测装置,探测纳米粒子的散射光信号,通过提取分析该信号,获取纳米粒子的浓度、尺寸等信息。通过上述工作,基本建立了纳米粒子基本性质与Mueller矩阵的对应关系,基本实现了气相纳米颗粒体积浓度及尺寸的检测,同时设计了更具应用潜力的实验装置及方法,为后续深入开展纳米粒子性质在线诊断技术的研究奠定了基础。
国内基金
海外基金