OH自由基共振荧光的门控光子计数测量

针对气体扩张激光诱导荧光测量低浓度OH自由基系统中短寿命低强度荧光的检测需求,提出了一种共振荧光的门控光子计数测量方法,通过光电倍增管的快速门控电路设计,实现纳秒级时序内荧光的选择性测量.使用一个13级高增益端窗光电倍增管进行荧光探测,通过改变光电倍增管打拿极上的加载电压来实现光电倍增管的快速门控.电路可获得稳定的调制电压,开关延迟时间为168ns,上升沿时间约20ns.对门控电路进行器件优化及匹配参量后,采用调制打拿极d1d3d5的方式,开关引起的光电倍增管噪声降至210ns以内,调制开关比优于10~5.将门控系统应用于气体扩张激光诱导荧光系统OH自由基的荧光探测,有效获得自由基荧光信号.对307.8~308.2nm波段内的OH自由基激发谱线进行了测量,实验结果表明,门控电路能有效抑制激光杂散光的影响,实现低浓度OH自由基共振荧光信号测量.     

燃烧产物组成激光诱导荧光光谱的测量

对激光诱导荧光（LIF）光谱技术在燃烧过程中的应用进行研究，介绍测量燃烧过程中常见自由基OH和NO的LIF光谱的实验方案，以及采用激光诱导荧光光谱技术测量小分子荧光光谱的方法，利用YAG激光器、染料激光器、CO2激光器、光谱仪、ICCD等设备对燃烧产物中常见小分子自由基OH和NO进行了测量，从实验中得到了自由基OH和NO的荧光光谱。实验结果表明，荧光光谱与激发波长无关，但是激发波长改变后，荧光强度因离开最佳波长而有所下降，这符合分子荧光光谱的特征。与其他光谱技术相比，激光诱导荧光光谱技术具有极高的选择性和灵敏度。     

大气HOx自由基湍流标定系统研究

HO_x(OH,HO₂)自由基是大气中重要的氧化剂, 准确测量大气HO_x自由基的浓度对研究大气光化学反应机理有着重要作用。气体扩张激光诱导荧光技术(FAGE)已广泛应用于HO_x自由基的外场观测, 准确标定是FAGE系统准确测量大气HO_x自由基的重要前提。介绍了一种可以产生准确OH和HO₂自由基浓度的便携式湍流标定系统。该系统是基于低压汞灯产生的185 nm线辐射处于湍流状态的H₂O和O₂产生一定浓度的HO_x自由基。该系统中产生的自由基浓度分布均匀, 适用于多种平台的系统标定。为了准确计算出湍流标定装置中产生HO_x自由基的浓度, 分别开展了氧气和水汽吸收截面的测量。利用高精度的腔衰荡光谱(CRDS)系统测量臭氧浓度, 并用冷镜式露点仪对温湿度计测量水汽的浓度进行修正, 提高标定系统HO_x自由基浓度计算的准确度。为了便携化湍流标定系统的外场应用, 快速获取标定系统中产生的HO_x自由基的浓度, 测量了用于探测汞灯光强的光电倍增管的灵敏度因子, 实现用汞灯光强代替标定系统中产生的臭氧浓度。考虑到HO_x自由基的活性比较高, 在湍流标定系统传输的过程中会有一定的壁碰撞损失, 通过改变汞灯和标定装置出气口之间的距离对HO_x自由基在标定系统中的壁碰撞损失进行定量测量。将搭建好的湍流标定系统应用于基于气体扩张激光诱导荧光技术HO_x自由基探测系统(FAGE-HO_x)的准确标定测试, 根据OH自由基在标定系统中的壁碰撞损失对FAGE系统中探测的OH自由基荧光数进行修正, 实验结果表明修正后的OH自由基荧光数和OH自由基浓度之间有着良好的相关性, 这说明HO_x自由基湍流标定系统具有很好的准确性, 并且体积小方便携带, 适用于外场复杂环境条件下的系统标定。     

激光波长对荧光激发谱分布影响研究

激光器是DNA测序仪中的重要部件,寻求合适波长的激光器可有效提高DNA测序仪性能。分析了DNA检测所用的四种荧光染料FAM、JOE、TAMRA和ROX的激发谱和发射谱,设计实验技术方案利用488nm、505nm和515nm三种不同波长的激光器分别对其进行激发。在相同的积分时间和相同的功率下,488nm激光器对于荧光染料ROX的激发强度太低,515nm激光器对于荧光染料FAM的激发强度太低,而505nm激光器对于四种荧光染料的激发强度均比较强。实验结果表明在三种不同波长中,505nm激光器对四种荧光染料的激发效果最佳,可以替代目前大多数DNA测序仪中的氩离子激光器。     

OH分子示踪法用于气态流场速度测量

研制了一套单线羟基(OH)分子标记示踪流场速度测量系统,OH分子标记线由193 nm波长脉冲氟化氩(ArF)准分子激光柬解离流场中的水分子产生,利用脉冲染料激光倍频的约282 nm激光片显示OH分子荧光图像,由获得的两个时间关联的OH分子标记线位置图像计算流场的速度分布.研究了空气和火焰中193 nm波长激光解离水产生的OH分子寿命,实现了常温空气流场和高温超音速流场速度分布的测量,并对测量结果进行了分析讨论.     

钠原子D_2线无多普勒饱和荧光光谱的测量

建立了用于测量钠原子光谱的无多普勒饱和荧光光谱测量系统。在该系统中使用了线宽约100kHz的窄线宽染料激光器和光电二极管探测器。钠泡温度控制在65℃。两束相向传播的激光束在钠泡中重叠共同激发荧光。光电二极管被放置在钠泡的侧面接收、探测激发的荧光。LabVIEW软件控制的数据采集卡采集光电二极管的信号。通过扫描染料激光器的激光频率,可以观测到钠原子的无多普勒特征D_(2a),交叉共振以及D_(2b)。当激光频率扫描的步长约为2 MHz时,在实验中观测到了D_(2a)中的三条谱线。     

NO2分子2B2电子激发态荧光辐射寿命的实验研究

采用准分子激光泵浦的染料激光诱导的高分辨荧光技术,测定了NO2分 子2B2电子激发态的荧光辐射寿命及其与激发波长、NO2分子气体压力之 间的关系,结果表明荧光衰减曲线是单指数的,辐射寿命在20.44～72.53 μs之间变化,利 用光谱涨落统计理论对2B2电子态的反常长寿命进行了讨论。     

NO2分子(A)2B2电子激发态荧光辐射寿命的实验研究

采用准分子激光泵浦的染料激光诱导的高分辨荧光技术,测定了NO2分子2B2电子激发态的荧光辐射寿命及其与激发波长、NO2分子气体压力之间的关系,结果表明荧光衰减曲线是单指数的,辐射寿命在20.44～72.53 μs之间变化,利用光谱涨落统计理论对(A)2B2电子态的反常长寿命进行了讨论.     

NO_2分子~2B_2电子激发态荧光辐射寿命的实验研究

采用准分子激光泵浦的染料激光诱导的高分辨荧光技术 ,测定了NO2 分子 A2 B2 电子激发态的荧光辐射寿命及其与激发波长、NO2 分子气体压力之间的关系 ,结果表明荧光衰减曲线是单指数的 ,辐射寿命在 2 0 .4 4～ 72 .53μs之间变化 ,利用光谱涨落统计理论对 A 2 B2 电子态的反常长寿命进行了讨论。     

一种实现显微荧光寿命图的测量方法

将脉宽120fs、重复率76MHz激光引入激光扫描显微镜的激发光路,利用其扫描系统对荧光标记样品激发扫描,将激发出的荧光从荧光探测光路引入备用的外部探测口;在探测口接一快速光电倍增管,将光电倍增管的信号送给时间相关单光子计数器,获得时间相关的荧光强度图;最后通过计算机处理获得荧光寿命图。应用此系统对青色荧光蛋白(CFP)、黄色荧光蛋白(YFP)荧光寿命进行了测量,并应用CFP、YFP实现荧光共振能量转移的测量。通过实验看出利用已有的激光扫描显微镜,配合较先进的寿命测量方法,可以很好地实现显微荧光寿命图的测量。     

OH自由基LIF光谱研究

利用脉冲高压直流放电技术产生H超声分子束,以纳秒染料激光二倍频输出(282 nm)作为激发光源,通过LIF光谱测量方法,获得了OH A 2Σ+-X 2Π(1, 0)带转动分辨激发荧光谱,并通过对谱线强度分布的分析和计算,得到X 2Π态H的转动温度为(30±1) K;通过对A 2Σ+-X 2Π (1, 1)带及(0, 0)带跃迁的荧光衰减时间谱测量,拟合得出H激发态 A 2Σ+ (ｖ′=1)及X 2Π (ｖ″=0)的寿命分别为(637±6)和(675±13) ns。     

染料掺杂液晶激光器的光谱特性研究

首先从理论上计算出了染料(DCM)掺杂液晶激光器的泵浦阈值能量为9.2×10-7 J,从而选定了最适合的泵浦光源,并在此基础上设计了相应的泵浦光路。通过检测输出激光的光强和波长,从光栅周期、外加电场两个方面着手对激光器的输出光谱进行了特性研究,结果表明,通过改变光栅周期就可以实现出射激光波长在100 nm范围内(585～685 nm)的调谐,符合理论计算值。与此同时,通过施加外加电场也可以实现出射波长的调谐,虽然调谐范围较小,但是也实现了输出激光强度的调谐,强度调谐幅度高达90.2%。染料掺杂液晶激光器的波长和光强双向可调谐特性,大大拓展了其在全光网络通信的应用前景。但是,当电场从0 V·μm-1增加到20 V·μm-1时,出射激光的线宽也从0.4 nm增加到了1.5 nm,在激光器的可调谐应用中也应注意线宽的变化。     

光源稳定性对简并四波混频信噪比影响的实验研究

在碘蒸气中研究了染料激光稳定性对简并四波混频(DFWM)信噪比的影响。实验中采用多模Nd∶YAG激光器倍频的输出泵浦染料激光器(染料PM580溶于酒精)。在具有前向补偿分光系统和图像探测系统的帮助下,在常温常压条件下测得泵浦光在波长为554.013 nm时达到饱和光强为290 μJ。同时发现染料激光器的光稳定性(输出波长范围,光束质量和能量转换效率等)随使用时间,泵浦激光脉冲次数和能量的增加而逐渐减弱。另外通过对比发现在染料激光器输出不稳定时,光源单色性和指向性等指标的变化导致在同一泵浦强度不同时刻获得的DFWM信号强度相差很大,且DFWM信号信噪比低。染料激光器光源稳定性对DFWM信号影响的研究结果对物质的痕迹量探测以及无荧光物质光谱定标等方面的应用具有重要意义。     

SDS增溶DCM水溶液的荧光特性研究

研究了十二烷基硫酸钠(SDS) 增溶DCM水溶液的荧光光谱特性。随着SDS浓度的增加, DCM在水中的溶解度大大增加,荧光强度增强;当SDS浓度从0.025 mol·L-1增加到0.5 mol·L-1时,荧光峰值相对强度增强95倍。用532 nm激光激发SDS增溶DCM水溶液获得648 nm的强染料激光输出, 其波长相对于由DCM乙醇溶液获得的635 nm染料激光红移13 nm。利用该溶液荧光对苯的受激拉曼散射(SRS)Stokes波长选择增强。作为对比,用DCM乙醇溶液的荧光对苯受激拉曼散射进行选择增强,结果显示出二者对苯的二、三、四阶Stokes波均可产生放大,但前者最大放大波长位于第三阶Stokes线(632 nm)处,放大因子8.5,后者最大放大波长位于第二阶Stokes线(595 nm)处,放大因子为2.5。另外分析讨论了SDS增溶DCM水溶液和荧光增强的机制及其应用前景。     

Simultaneous visualisation of transient species in flames by planar-laser-induced fluorescence using a single laser system

2 O (formaldehyde) have been visualised by two-dimensional laser-induced fluorescence applied to a rich methane–air flame of a Wolfhard–Parker burner. A novel arrangement of the frequency conversion crystals allows the simultaneous excitation of the mentioned species with a single dye laser system. Rearranging the crystals back to their standard position extends the wavelength range allowing the excitation of two additional species, OH and CHO, without the need to change the dye. Received: 6 August 1998/Revised version: 8 October 1998     

Hydroxyl tagging velocimetry (HTV) in experimental air flows

 The new nonintrusive instantaneous molecular flow tagging method, hydroxyl tagging velocimetry (HTV), previously demonstrated only for high-temperature reacting flows, is now demonstrated in low-temperature (300 K) ambient air flowfields. Single-photon photodissociation of ground-state H₂O by a ∼193-nm ArF excimer laser ‘writes’ very long grid lines (>50 mm) of superequilibrium OH and H photoproducts in a room air flowfield due to the presence of ambient H₂O vapor. After displacement, the positions of the OH tag lines are revealed through fluorescence caused by A²Σ⁺ (ν^′=0)?X²Π_i (ν^′′=0) OH excitation using a pulsed frequency-doubled dye laser with an operating output wavelength of ∼308 nm. The dye ‘read’ laser accesses the strong Q₁(1) line, compensating for the relatively weak 193-nm absorption of room-temperature H₂O. The weak absorption of ground vibrational state H₂O has previously precluded the use of HTV at low temperatures, since previous HTV systems relied on a KrF excimer ‘read’ laser that could only access a weak (3?0) OH transition. The instantaneous velocity field is determined by time-of-flight analysis. HTV tag lifetime comparisons between experimental results and theoretical predictions are discussed. Multiple-line tag grids are shown displaced due to an experimental air flowfield, thus providing 2-D multipoint velocity information. Due to the instantaneous nature of the HTV tag formation, HTV is particularly suitable for, but not limited to, a variety of fast flowfield applications including nonreacting base flows for high-speed projectiles and low-temperature hypersonic external or internal flows. Received: 3 July 2001 / Revised version: 6 November 2001 / Published online: 17 January 2002     

Experimental dependence of two-photon absorption efficiency on statistical properties of laser light

The fluorescence intensity excited by two-photon absorption of the 514.5 nm argon laser line has been investigated for various oxasol derivatives. The fluorescence intensity was dependent on the statistical properties of the 514.5 nm argon laser line and was a factor 1.52-1.86 larger for absorption of a multifrequency laser line than in the case of a single frequency laser line.     

Energy pooling to the level arising from collisions between pairs of metastable atoms

The energy-pooling rate coefficient for the process has been measured. The barium atoms were excited by a cw diode laser tuned to the frequency of the 791.3 nm intercombination line and the metastable atoms in the 6s5d state were produced due to radiative and collisional depopulation of the laser-excited 6s6p state. The measurements were performed at number densities of about and at 30 mbar argon as the buffer gas. Most of the barium ground state atoms in the excitation zone were transferred to the trip let metastable state at the laser pump power applied. The energy pooling rate coefficient was determined by comparing the fluorescence intensity of the barium 553.6 nm resonance line and the fluorescence intensity of the intercombination line 791.3 nm. In addition, the populations of the metastable atoms were probed with low intensity laser radiation from a single mode ring dye laser. The rate coefficient was found to be at . Received: 11 April 1997 / Revised: 24 September 1997 / Accepted: 10 December 1997