基于长光程技术的痕量海水营养盐自动分析仪的设计与测试

海水中可溶性的营养盐浓度是海洋监测的常规项目之一;大洋水体中的营养盐含量很低,使用传统的分光光度计难于定量测量。文章基于液芯波导长光程技术,设计了高灵敏度的痕量海水营养盐光谱分析仪。分析仪以1.02 nm的光谱分辨率实现350～900 nm光谱范围的水样吸光度连续光谱测量,并由嵌入式PC104微机自动实现了水样采集、吸光度测量和数据分析的功能。针对亚硝酸盐的测试实验结果表明,仪器检出限达到nmol·L-1的量级,比传统分光光度计的检测限提高了三个量级,且显色反应时间可缩短到3 min,能适用于大洋水体中营养盐的现场痕量分析。     

测色分光光度计的双光束分光系统设计

通常测色分光光度计均由两个独立且完全相同的分光系统组成,为实现测色分光光度计小型化、轻量化,提出一种双光束分光系统设计。将传统的分光系统进行改进,使一个分光系统实现双光束分光系统的功能,用两个小狭缝代替一个狭缝,即可实现两束光谱同时探测。分析了双光束分光系统的工作原理及设计要求,设计了一个用于便携式测色分光光度计的分光系统。设计的Czerny-Turner结构双光束分光系统采用超环面成像镜,可以较好的校正像散,防止两束光谱串扰,两束光谱在探测器上完全没有重叠,光谱分辨率小于10 nm,谱面长度9.12 mm,体积仅为57 mm×54 mm×23 mm,满足设计指标要求。通过与相同设计指标的单光束分光系统比较得出,采用双光束分光系统的改进型测色分光光度计比传统的测色分光光度计减少了一整套分光系统,从而使体积大幅缩小。该方法特别适用于便携式测色分光光度计,也可适用于其他双光束分光光度计。     

C60在几种溶剂中紫外吸光度的负热效应

所采用的变温光谱差减方法是将待测试样分成两份 ,一份作为参比试样 ,恒定在某一温度 (参比温度 )下 ,另一份作为待测样品 ,选定另一待观测温度 ,在一定的波长范围内 ,用岛津UV 2 4 0型紫外 可见双光束分光光度计扫描 ,获得紫外吸收温差光谱 (UVSDT)。选择不同的温度差 ,测得温差光谱随温差的变化。观测了C60 分子在乙醇、环己烷、正己烷、异丙醇等几种有机溶剂中吸光度随温度的变化。观测结果发现C60 溶液的吸光度变化存在显著的负温度效应。C60 的UV吸收光谱峰随试样温度升高而降低 ,UV吸收温差光谱 (U VSDT)为负峰 ,UVSDT峰强随温差增大而负向增大。说明C60 的结构对温度有较强的依赖关系。这种依赖关系与π π 电子跃迁类型密切相关。实时现场测量C60 溶液的吸光度随温度变化规律 ,对分离、纯化、分析富勒烯 ,认识C60 特性、研究以溶剂为媒介的化学反应机理 ,以及提高测量的准确度和重现性等 ,均有一定的理论意义和实用价值     

高速紫外-可见分光光度计的研制

研制了一种采用线阵CCD的高速紫外-可见分光光度计。报道了该分光光度计的硬件结构、软件系统设计和初步的性能测试结果。初步测试结果：波长范围 200～820 nm,全谱扫描时间<0.1 s,光谱带宽 0.7 nm,波长精度 ±1 nm,光度精度±0.005 AU,杂散光<0.1％,基线平直度<0.001 AU(rms)。该仪器使用操作简便,测量速度快,性能优良,具有强大的光谱数据分析与处理功能,而且还独具远程操作和访问功能。预期该仪器除了可用于常规分析测试外,还适用于化学和生物等领域的动力学反应研究。     

便携式紫外-可见分光光度计的设计

介绍了一种便携式紫外-可见分光光度计的设计方法,该方法采用平场凹面全息光栅及Hamamatsu图像传感器S3904-1024Q为核心设计了小型化的色散系统;将多股光纤的一端排列成长方形直接作为入射狭缝,解决了光谱带宽与光源能量利用率之间矛盾的问题;采用触摸屏作为仪器的输入与输出设备及集成化的小型光纤光源作为仪器的光源。实验结果表明,采用该种方法设计的紫外-可见分光光度计体积小(190 mm×170 mm×100 mm)、操作简单(触摸屏操作)、可以多波长同时在线测量、技术指标符合国家标准。     

多晶硅表面酸腐蚀制备绒面研究

采用各向同性腐蚀法制备多晶硅绒面,腐蚀液为HF和HNO2的混合溶液,缓和剂为NaH2PO.2H2O溶液.利用SEM、AFM和紫外分光光度计对硅片绒面进行检测和分析,初步探讨了酸腐蚀机理.结果表明:采用NaH2PO4.2H2O溶液作为缓和剂,腐蚀后的硅片表面具有均匀的腐蚀坑,表面陷光效果较好,通过优化各种参量,反应速度可...     

浓硝酸处理碳纳米管对4-硝基苯酚的吸附性能研究

本文采用浓硝酸氧化法来改性多壁碳纳米管,用Raman光谱、SEM和分光光度计对改性前后的多壁碳纳米管对4-硝基苯酚溶液的吸附能力进行了比较研究。Raman光谱和SEM分析表明浓硝酸处理使碳纳米管端口打开,管变短,并且在表面引入了羟基、羧基等酸性官能团。采用分光光度计测定溶液浓度,计算出浓硝酸处理前后多壁碳纳米管对不同浓度4-硝基苯酚的吸附效率,实验结果表明经浓硝酸处理后的多壁碳纳米管的吸附效率有较大的提高。     

狭缝宽度与取样间隔对镶嵌铜多孔铝膜透射光谱的影响

用阳极氧化的方法制备了阳极氧化铝膜，向其孔中镀入了铜，制备了镶嵌铜多孔铝膜。为了研究狭缝宽度与取样间隔对其透射光谱的影响，利用岛津UV－3101型分光光度计，测得了相同取样间隔不同狭缝宽度和相同狭缝宽度不同取样间隔情况下镶嵌铜多孔铝膜的透射光谱，并分析了狭缝宽度和取样间隔对透射曲线的影响，得到了测试镶嵌铜多孔铝膜所需合适的狭缝宽度和取样间隔。测试结果表明：对镶嵌铜多孔铝膜而言，在可见光波段选择3nm的狭缝宽度和0.5nm或1nm的取样间隔为宜；在近红外波段选择5nm或8nm的狭缝宽度和2 nm的取样间隔为宜。     

浑浊散射介质中被测成分线性吸光度提取与模型转换研究

近红外漫反射光谱法可用于物质成分定性、定量分析,具有快速、无损检测等优点,在食品、制药、环境监测、生命科学等领域有广泛应用。采用近红外漫反射光谱对浑浊散射介质进行成分定量分析时,由于光散射作用,介质吸光度随测量距离不再呈线性变化,不同测量距离下测量模型也很难转换。从扩散方程出发,提出了从漫射光谱中提取线性吸光度的方法,获得了与测量距离无关的介质光学参数--有效衰减系数的光谱,该光谱可反映介质吸收变化,并用于物质成分测量。具体采用了双位置差分法,可在线性吸光度的范围内任意选取两个光源-探测器距离测量,通过差分获得与测量位置无关的有效衰减系数光谱,其中测量距离可依据波段灵活地进行选择。另外,经理论推导可知,差分运算的同时还大大削减了光子扩散对测量的影响,有利于不同散射特性的介质间光谱模型的相互借鉴。经理论计算、蒙特卡洛模拟和实验验证,在1 000~1 360 nm波段,该方法适用于强散射的浑浊水溶液。对散射系数处于较大范围（28.53～87.47 cm-1）的intralipid水溶液进行了测试,获得了线性吸光度的光源-探测器距离范围。进一步以葡萄糖为被测成分为例,获得了葡萄糖在intralipid水溶液中的有效衰减系数光谱。采用测量距离连续可调的漫反射光谱测量系统进行了实验,测量范围位于0～0.3 cm,测试了3种典型的介质（3%,5%,10%Intralipid水溶液）。结果可知,3种介质中葡萄糖光谱呈现一致性,它们之间的测量模型可以方便地进行线性转换。研究对象intralipid水溶液常作为生物组织的仿体,其光学参数也覆盖了常见的牛奶、果汁等被测浑浊溶液,因此测量结果具有广泛的适应性。综上,该研究实现了对浑浊水溶液中物质成分线性吸光度的提取,该方法不仅使得测量位置的选择更加灵活方便,还有利于实现不同散射介质间模型的线性转换,特别适用于介质成分复杂多变的场合下的测量应用,如对人体组织、牛奶或食品中的成分测量等。     

玻璃温室环境下番茄叶绿素含量敏感光谱波段提取及估测模型

为了快速、准确估测番茄叶片叶绿素含量,利用光谱分析技术研究了玻璃温室环境下番茄叶绿素含量敏感光谱波段提取及其估测模型。番茄以基质方式栽培,在结果期使用ASD FieldSpecTM HH型便携式光谱辐射仪采集叶片光谱,并采用752型紫外-可见分光光度计测定其叶绿素含量。从原始光谱、吸光度光谱、一阶微分光谱、去除包络线光谱出发,进行光谱预处理,分析了净化图谱信息、突出作物叶绿素含量光谱特征的有效性。其中,吸光度光谱在可见光部分增强了光谱响应特征,去除包络线光谱和一阶微分光谱均具有较强的蓝光、红光吸收谷和绿光反射峰。又结合波段间自相关分析和多重共线性诊断提取了番茄叶绿素含量敏感光谱波段,原始光谱特征波段为639,672,696,750,768 nm;吸光度光谱特征波段为638,663,750,763 nm;去包络线光谱特征波段为436,564,591,612,635,683,760 nm;一阶微分光谱特征波段为516,559,778 nm。最后,应用4种预处理下的番茄叶绿素含量敏感光谱波段分别建立多元线性回归模型,模型精度由高至低分别为去包络线、吸光度、原始、一阶微分,其中去包络线模型校正集决定系数R2_c为0.88,验证集决定系数R2_v达到0.82,具有较好的预测能力。     

精确测量石英晶体旋光率的光谱分析法

提出一种精确测量石英晶体旋光率的光谱分析法。利用光学矩阵方法对测量原理进行了分析,指出通过测量由两个平行放置的偏光镜和石英晶体所组成系统的透射曲线就可以精确计算出石英晶体的旋光率;并利用分光光度计设计实验,验证了该方法的正确性。对实验数据进行了处理,拟合出了旋光色散方程,对比Lowry的公式,所得出的公式在可见光范围内的更为精准。对实验数据进行了误差分析, 结果表明：选取厚的石英晶体,长的测量波段、低的扫描速度、小的狭缝宽度都有利于提高测量精度。     

The fabrication of circular cross-section waveguide in two dimensions with a dynamical slit

A waveguide with a circular transverse profile can be obtained by using a slit beam shaping method. Applications about optical circuit chips in glass require a circular cross-section waveguide in two dimensions. Here we reported to realize a fabrication of circular cross-section waveguide in two dimensions by rotating the slit corresponding to the tangent line of the arc of the waveguide. The dependence of cross-section on width of the slit was investigated in experiment. The difference of slit width between geometrical optics prediction and experimental result was explained by considering the focal shift in xy directions due to diffraction effects.     

面向微小型紫外光谱仪的凹面光栅模拟与设计

针对微型紫外光谱仪设计要求,基于凹面光栅理论与方法开展了微小型紫外光谱仪的像差分析,完成平场化凹面光栅的模拟分析与设计,解决了紫外宽光谱与高分辨率问题,同时应用光栅衍射理论、全息光学理论,采用光栅设计软件PCGrate对凹面光栅的衍射效率进行了设计和优化,使所应用级次的光谱衍射效率在整个设计波段内达到最优,实现了微小型紫外光谱仪的平场凹面光栅设计。所设计紫外凹面光栅工作波长范围190～410nm、口径20mm,F/#=0.21。按照设计参数装调的微型紫外光谱仪在宽度为50μm缝光源再现情况下,光谱分辨率优于3nm,衍射效率无异常出现。     

用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅的模拟与设计

针对近红外光谱分析属于微弱信号与多元信息处理的特点,基于全息凹面光栅理论,采用光学设计软件CODE V,从初始结构出发,利用软件强大的全局优化功能,设计出一种用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅,成功地减小了像 差,解决了宽光谱、窄谱面展宽的矛盾,并充分利用了光谱信息,是一种高效率的分光光学系统结构。利用CODE V软件,不需要求解复杂的高级像差方程,能对结果进行迅速评价,并可在设计中同时兼顾平场和提高分辨率的要求,极大地 提高了工作效率。最后,给出了实例,设计出的全息凹面光栅工作波长范围为900～1700 nm、直径ф=25 mm、F/#=1.5,对设计结果分析表明：在宽度为50 μm缝光源再现情况下,理论分辨率优于6.3 nm。     

Spatiotemporal shaping of terahertz pulses

We report temporal shaping of few-cycle terahertz pulses, using a slit in a conductive screen as a high-pass filter. The filter's cutoff frequency was tuned by changing the width of the slit; the slope of the cutoff transition was altered by changing the thickness of the screen. We measured the transmission function of the filters, using large-aperture photoconducting antennas to create and detect the incident and transmitted electric field. Our experimental results were in excellent agreement with the performed finite-difference time-domain simulations of the propagation of the pulse through the slit. When the screen thickness was greater than the slit width, the filter was well modeled by a short, planar waveguide. Using a simple transfer function, we accurately describe the sharp cutoff and dispersion of such a filter.     

Influence of slit width on the electromagnetic transmission of a periodic metallic grating

The light transmittance of a periodic metallic grating with varied slit widths has been investigated. The transmission peaks move to the shorter wavelength direction with an increase in the width of slits while keeping the other parameters unchanged. It was demonstrated that the slit width affects the spectral transmittance of the metal grating significantly. It was also found that the effective refractive index and cavity modes in slits are responsible for this phenomenon. Cavity modes play an important role in extraordinary transmission of the sub-wavelength aperture grating. When a complete resonant mode forms in the slits, a high transmission will appear. A wider slit results in a smaller efficient refractive index and thus affects the cavity mode in the slits. These two elements cause the transmission peaks to move to the shorter wavelength direction with widening of slits. The results obtained here may provide a useful guide to design metallic slit grating devices.     

滤波片透过率曲线测量中棱镜单色仪参数的选取

从理论上分析了入射、出射狭缝大小对出射光的光谱宽度和透过率曲线的影响，得到了入射、出射狭缝大小的最佳匹配条件，并通过实验验证了这一结论，分析了鼓轮每次转动格数对测得的透过率曲线的影响，给出了鼓轮每次转动的最佳格数值．     

Analysis on polarization dependence of Fraunhofer diffraction by metallic grating with short period

A method based on the combination of finite-difference time-domain (FDTD) algorithm and Fourier transformation was proposed to analyze the Fraunhofer diffraction of gratings. Polarization dependence of the Fraunhofer diffraction of a one-dimensional metallic grating with period less than 8 times the incident wavelength was studied. Some special characteristics were found. The polarization dependence is related to period value, slit width, and thickness of the grating, and the missing orders predicted by scalar analysis appear. Besides, if the period of a grating is larger than 8 times the wavelength but the slit width or the size of the opaque portion of the grating is close to the wavelength, diffraction of the grating also becomes polarization dependent.