1.65μm附近CH_4分子高分辨率吸收光谱研究

采用连续可调谐二极管半导体激光器为探测光源,以可调怀特型长光程多通池(46.36～1158.90m)作为吸收池,采用直接吸收的方法,探测了室温下1.65μm附近CH4分子的高分辨率吸收光谱。在6043.00～6053.72cm-1范围内探测了5组不同压力和光程下的吸收光谱,观测到了259条线新的CH4分子吸收谱线,实验数据用Gaussian线型进行拟合,得到了这些吸收谱线的线强、线位置以及线强的标准偏差值,并对光谱中难以分辨的吸收谱线进行了分析。探测得到的最小谱线线强是4.3×10-27cm-1·(molcule·cm-2)-1,吸收谱线线强大于3.0×10-24cm-1·(mol·cm-2)-1由于吸收饱和而未被处理,同时所测得的光谱也显示出CH4分子在1.65μm附近有非常丰富的弱吸收谱线和复杂的结构。文中所报道的吸收谱线都是HITRAN2004数据库中所未报道的,而且也未见有其他文献报道过。     

NO分子b4∑--a4∏i（4，0）带的吸收光谱

通过对NO与He流动混合气体放电,产生了激发态的NO（a4∏ii）分子．利用光外差-浓度调制吸收光谱技术测量了NO分子在12530-12850cm-1波段内的吸收光谱,并标识出b4∑--a4∏i（4,0）带在该波段内的324条跃迁谱线．采用标准4∑--4∏i哈密顿量模型,通过非线性最小二乘法拟合其中267条谱线,拟合残差（0．0071cm-1）接近实验系统测量误差（0．007cm-1）．获得的主要分子常数与文献提供的常数符合,并且拟合得到了精细结构分子常数．     

1.31μm附近CO2的高灵敏度吸收光谱

采用可连续调谐半导体二极管激光器作为探测光源,将长程多通池吸收光谱、波长调制和谐波探测技术相结合,建立了一套具有高检测灵敏度和高分辨率的测量气态分子光谱及进行微量分析的研究装置.可以测量6.67×102Pa下～10-27 cm-1·(molecule·cm-2)-1的强度,最小可探测吸收达到～10-8.并利用该装置测量了CO2气体在1.31 μm附近的近红外吸收光谱,并用最小二乘法拟合实验数据获得了这一波段谱线的参数.同时测量的谱线参数与HITRAN数据库相比,发现15条数据库上没有报道的弱谱线.     

1．3μm附近CO2的高灵敏度吸收光谱

采用可连续调谐半导体二极管激光器作为探测光源,将长程多通池吸收光谱、波长调制和谐波探测技术相结合,建立了一套具有高检测灵敏度和高分辨率的测量气态分子光谱及进行微量分析的研究装置.可以测量6.67×102Pa下～10-27 cm-1·(molecule·cm-2)-1的强度,最小可探测吸收达到～10-8.并利用该装置测量了CO2气体在1.31 μm附近的近红外吸收光谱,并用最小二乘法拟合实验数据获得了这一波段谱线的参数.同时测量的谱线参数与HITRAN数据库相比,发现15条数据库上没有报道的弱谱线.     

基于可调谐激光吸收光谱技术的二硫化碳中红外光谱参数测量

采用4.6μm附近的量子级联激光器作为光源,搭建了一套二硫化碳(CS2)吸收光谱测量系统,结合可调谐二极管激光吸收光谱技术,对光谱范围为2178.99—2180.79 cm-1的CS2吸收光谱展开了深入研究,重点测量了2180.5—2180.74 cm~(-1)的四条吸收谱线,利用基于非线性最小二乘的多元线性回归算法对CS2吸收光谱进行拟合,精确得到了该范围内谱线的中心波长、线强以及空气展宽系数等光谱参数.经计算,对应谱线线强不确定度小于5%,空气展宽系数不确定度小于15%,这个结果可作为免标定CS2红外光谱探测的基础光谱参数,对痕量CS2气体传感具有重要意义.未来我们将进一步开展2170—2200 cm-1整个谱段的CS2谱线参数的测量,以期填补其在HITRAN和GEISA数据库光谱参数的空白.     

氮分子A3Σu+、B3Пg、C3Пu电子态的高温高振转光谱研究

采用态平均（CASSCF）/高度相关多参考组（MRCI）方法，对N2分子A3Σu+、B3Пg、C3Пu电子态的势能、跃迁偶极矩进行了高度相关的精确计算．计算的势能在平衡位置附近与RKR拟合的势能曲线非常一致，获得的跃迁偶极矩与已有实验值符合很好。首次对A3Σu+、B3Пg、C3Пu电子态的振转光谱常数随振动量子数v的变化进行系统定量计算，其结果与已有的实验观测数据相符．同时，获得了N2分子第一正带系的0-1、0-2、1-0、1-2、1-3、2-0、2-1、2-3、3-0、3-1和3-2光谱带分别在300，3000，6000，10000K时的谱线强度，如1-0带在3000，6000，10000K时的高温谱线带强度分别为1.58543×10-16 cm-1/(分子 cm-2)、6.07889×10-17 cm-1/(分子 cm-2)和2.3781×10-17 cm-1/(分子 cm-2)．这些结果对N2分子进一步的理论研究、实际应用和高温大气的建模与研究具都有一定的参考价值．     

基于非线性最小二乘法的多光谱拟合程序：应用于12CH4谱线参数分析

精确的甲烷分子实验光谱参数在大气科学和天文探测等领域有着广泛的应用,特别是谱线的展宽系数及其温度依赖系数对于甲烷分子浓度廓线的研究尤为重要。精密的实验测量是获得准确谱线参数的重要手段。采用实验测量获取谱线参数时,需要在已知实验条件（浓度,温度,总压力,吸收光程以及气体分子种类的混合比等）的情况下,多次扫描同一波段范围得到多组实验室吸收光谱,然后利用基于非线性最小二乘法的拟合程序处理这些光谱,反演获得所需要的光谱参数。然而,一般常用的单光谱拟合程序处理实验光谱既费时又容易引起拟合过程中的误差传递。针对此问题,采用最小二乘拟合技术和Levenberg-Marquardt迭代算法编写了一款适用于处理由可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）所获得的吸收光谱的多光谱拟合程序。该程序可同时处理多张实验光谱,并基于全局拟合方法获得一套光谱参数。详细介绍了该程序的原理、使用方法及数据处理过程。利用多光谱拟合程序中的Voigt线型处理了2 958～2 959 cm-1波数内甲烷（12CH₄）分子6条跃迁谱线的实验光谱,获得了296.0,251.0,223.0,198.0和173.0 K共5组温度下12CH₄分子6条谱线的空气展宽系数。与之前文献报道的该波段内采用单光谱拟合程序得到的相应数据对比结果表明：获得的各温度下的空气展宽系数与参考文献中相应数据差值的百分比处在-4.97%~1.58%之间,两者数据整体符合较好,并且在30组对比数据中,有4组由单光谱拟合程序得到的空气展宽系数的误差值小于由多光谱拟合程序得到的相应数值,有2组数据显示由两种方法获得的误差值相等,其余24组由多光谱拟合程序获得的数据拟合误差小于由单光谱拟合程序获得的相应数值,表明多光谱拟合程序具有良好的可靠性,适用于气体分子吸收光谱的处理。     

NO通过C2H←X2H跃迁的共振多光子离化谱

以皮秒Nd:YAG激光器抽运光学参变发生/放大器做激发源,得到了NO分子在490～580 nm波长范围内通过C2Ⅱ态共振增强的多光子离化谱,离化谱由有规则的谱线序列组成.将理论计算的峰值位置与实验结果进行比较,确定了离化通道为:NO(X2Ⅱ)3hv→NO(C2Ⅱ)-2hv(or hv)→NO++e,离化信号强度随激光强度的近五次方变化关系进一步验证了此结论.分析讨论了谱线强度的分布不符合夫兰克-康登原理的可能原因.根据谱线峰值位置,利用最小二乘法拟合获得NO分子C2Ⅱ态振动常数ω′e=(2354.9±6.4)cm-1ω′eX′e=(14.7±2.5)cm-1及平衡位置的力常数k=(2.44±0.08)×103N@m-1.结果可为用激光离化光谱技术探测大气污染物NO分子提供参考.     

人血单个红细胞的共振拉曼光谱研究

给出了人血单个红细胞在不同激发光源下的共振拉曼光谱。从实验谱中得到 ,构象不灵敏的苯丙氨酸的单取代基环的伸缩振动谱线 10 0 2cm-1和吡咯环的CN呼吸振动谱带中 16 2 0cm-1的谱线 ,对 782nm激发光源共振较强 ,呈现出强度大而半高宽小的尖锐谱线 ;而在 5 14nm激发光源下 ,该两条谱线较弱。其他谱线 ,高波数段 (大于 135 0cm-1) ,在 5 14nm激发光源下 ,谱线强度大且清晰 ;低波数段 (小于 135 0cm-1) ,对应 782nm激发光源的拉曼谱线强而明显。同时还给出了同一激光光源下 ,取血后不同时间单个红细胞的拉曼光谱。发现对 782nm激发光源 ,除 16 0 1cm-1谱线强度减小外 ,其他无明显变化 ;而对 5 14nm激发光源 :一是有许多条谱线强度减小 ,二是许多条谱线向低波数移动了 4～ 10cm-1波数左右。这些实验结果 ,可以为研究单个红细胞的结构、功能及进一步研究病变细胞的变异提供有力的实验基础。     

CO2的腔增强吸收与高灵敏吸收光谱研究

腔增强吸收光谱(CEAS)是在衰荡吸收光谱的基础上发展起来的一种新型的直接吸收光谱技术.文章报道了用中心输出波长为1.573μm的窄线宽连续可调谐半导体激光器(DFB封装)作光源,用两块高反射率平凹透镜(在1.573μm附近,凹面反射率R～99.4%,曲率半径r～1 m)组成对称共焦腔作吸收池的腔增强吸收光谱系统.采用扫描腔长的方法改变谐振腔的模式,当激光器的输出频率与谐振腔的某一腔模之间满足共振匹配关系时,激光被耦合到谐振腔内,用探测器接收透过谐振腔的光信号,同时用波长计精确测量激光器的输出波长.在33.5 cm长的吸收池内测量了吸收强度为1.816×10-23cm-1·(molecule·cm-2)-1的二氧化碳分子的弱吸收谱线,探测灵敏度达到了6.78×10-7 cm-1.实验结果表明,腔增强吸收光谱具有灵敏度高,装置简单,易于操作等优点.     

基于光腔衰荡光谱技术的压力计校准方法

压强是工业生产过程中的一个重要参数,其准确测量是过程控制的关键。气体分子光谱线型和线宽取决于分子间相互作用和温度、气压等因素,利用窄线宽气体吸收光谱的压力展宽效应,可通过高分辨地测量气体吸收谱线得到压强信息,实现压力计校准。提出了一种基于光腔衰荡光谱技术和气体吸收谱线压力展宽效应的压力计校准方法。采用5.2 μm可调谐量子级联激光器,基于连续光腔衰荡光谱技术建立了压力计校准实验装置。室温下,测量水汽在1 877 cm-1附近的一吸收谱线,线宽为0.084 21 cm-1,重复性测量误差小于1.53×10-4 cm-1,对应的压强大小为98.12 kPa,检测灵敏度优于0.18 kPa,与高精度压力计读数98.14 kPa一致。利用测试谱线线宽与压强的关系得到压力展宽系数(0.087 12±0.000 965) cm-1·atm-1,与HITARN数据库参考值0.087 1 cm-1·atm-1一致。实验校准了一小量程压力计。结果表明基于光腔衰荡光谱的高分辨吸收谱线测量在压强检测和压力计校准领域具有很好的应用前景。     

水汽分子对CO_2谱线加宽的影响

报道了以高分辨力连续可调谐中红外差频激光为探测光源,结合可调长光程怀特池,利用直接吸收的方法探测了CO2的10011←10002带R支以及部分P支在室温下的水汽加宽吸收光谱。在2422cm-1到2457cm-1范围内共有26条吸收谱线被探测到,采用Voigt线型对吸收谱线进行拟合,得到了CO2光谱的水汽加宽系数,结果显示CO2的水汽加宽系数平均比干燥空气的加宽系数大52%。利用实验测得的CO2的水汽加宽系数与HITRAN04数据库中CO2谱线的线位置、线强和干燥的空气加宽系数进行比较,分析了在实际大气中(海平面,10km光程)不存在水汽和存在水汽(含有2.0kPa水汽)时该波段CO2的大气透过率,结果表明潮湿空气与干燥空气之间的最大透过率差约为0.5‰。     

1.31μm附近水汽分子的自加宽系数、氮气加宽系数的测量

采用窄线宽二极管激光器与1 km的怀特池相结合来提高光谱探测灵敏度,最小可探测谱线吸收强度为10-27cm-1/(molecule.cm-2)。根据记录的光谱数据精确计算出7599~7616 cm-1波段内水汽分子的谱线强度、自加宽系数和氮气加宽系数,实验结果与HITRAN96和HITRAN2004数据库进行了比较,存在一些差异。测量的谱线参量与HITRAN96相接近,与HITRAN2004相差较大,有7条HITRAN96中没有的新谱线被观测,有5条在HITRAN2004数据库中被证实,另外观测到2条谱线在HITRAN96中被列出,而在HITRAN2004没有给出。     

新型环保绝缘气体反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的红外吸收特性及检测技术研究

六氟化硫气体在电力领域的广泛应用带来日益严峻的环保压力,寻求可替代的新型环保绝缘气体已成为化学及电气学科领域研究的热点。反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯[HFO-1336mzz(E)]气体因其优良的环保特性及高介电强度受到国内外的广泛关注。开展光谱吸收特性及检测技术的研究对深化电气性能的研究意义重大。采用自组装压强、温度可调控多次反射长光程池,组合傅里叶变换红外分光光度计（FTIR）及真空泵等搭建实验测试系统,通过FTIR实验及仿真模拟首先研究了HFO-1336mzz(E)气体在常温常压、1 100~1 350 cm-1波段的红外吸收特性;并对测试背景中可能存在的CO₂和H₂O进行谱线交叉干扰分析;重点研究了压强、温度对HFO-1336mzz(E)气体在1 100~1 350 cm-1波段红外光谱吸收特性的影响;同时基于非分散红外（NDIR）技术对HFO-1336mzz(E)气体低浓度泄漏及高浓度混合比传感器进行了仿真测试。结果表明：HFO-1336mzz(E)的三个强吸收峰的中心波数分别为1 152,1 267及1 333 cm-1,模拟仿真红外光谱与气体实测结果吻合较好;1 333 cm-1处干燥空气背景中CO₂吸收强度数量级低至10-6,在150 nm滤波带宽内水分子峰面积积分影响因子约为1.44×10-3,谱线交叉干扰均可忽略不计,而痕量泄漏检测时需要湿度补偿;选择HFO-1336mzz(E)气体在1 333及1 267 cm-1位置分别作为NDIR技术实现低浓度泄漏及高浓度混合比检测的吸收谱线切实可行;光谱吸收系数及谱线展宽随着压强升高而增大,1 333及1 267 cm-1位置吸收系数随压强的变化率分别为0.273和0.118 cm-1·kPa-1;随温度的升高峰值吸收系数减小,谱线展宽变窄,但不同位置吸收系数变化差异较大,1 333及1 267 cm-1位置吸收系数随温度的变化率分别为-0.105 6和-0.035 cm-1·K-1。传感器仿真测试结果显示1 333 cm-1处5 cm光程可实现0~1 800 μL·L-1低浓度痕量泄漏测试,1 267 cm-1位置2 mm光程可实现0~10%高浓度混合比测试。该研究为基于红外光谱吸收原理的光学气体传感器的研制提供实验与理论依据。     

1.315μm附近CO2的高分辨率吸收光谱

 利用可调谐激光长程吸收光谱测量系统，记录到1.315μm附近高气压（80kPa和40kPa）CO₂的高分辨率吸收光谱，拟合分析获得谱线参数，结果与HITRAN 2k的数据基本一致。用程差法测量了绝对吸收，氧碘激光频率(7 603.138 5cm^-1)的总吸收截面为(0.23~0.29)×^-24cm²。仅计算谱线吸收的吸收截面为0.18×10^-24cm²。在1.315μm波段COCO₂存在连续吸收，吸收截面为(0.05~0.11)×10^-24cm²。还讨论了测量误差问题。     

单晶LiNbO3:Mn2+的ESR谱研究

用室温电子自旋共振（ESR）实验研究单晶LiNbO3中Mn2+的精细结构和超精细结构.对ESR谱的分析得出,零磁场的能级分裂数值：自旋角动量能级±12〉与±32〉之间的间隔为Δε1=-587×10-4cm-1,而±32〉与±52〉之间的能级间隔为Δε2=-2633×10-4cm-1；其各向异性朗德因子g∥=21810，g⊥=20937；精细结构常数D=-536×10-4cm-1；超精细结构常数A∥=8836×10-4cm-1，A⊥=8120×10-4cm-1，即精细结构相互作用要比超精细结构相互作用大得多.另外，特别值得提到的是实验中还发现两组明显的禁戒跃迁，-32〉12〉和-12〉52〉. 关键词： 单晶 精细结构 超精细结构 禁戒跃迁     

基于可调谐半导体激光吸收光谱的H2O分子光谱参数测量研究

气体分子吸收谱线的光谱参数是影响吸收光谱测量精度的重要因素,分子光谱数据库中收录的光谱参数大都具有较大的不确定度,用以测量气体温度等参数时会产生较大的测量误差。为了获得可用于燃烧场诊断的H₂O谱线的光谱参数,采用时分复用技术,在温度、压强和H₂O组分浓度可控的环境中对1.4 μm附近的吸收光谱开展了研究。对7 185.60和7 454.45 cm-1两条H₂O谱线的线强度、展宽系数及其温度指数等光谱参数进行测量,实验结果表明,两条谱线的线强度测量值与数据库中的值偏差分别小于2.61%和4.65%,不确定度都小于4%。     

黄绿色菱锌矿玉的谱学特征及颜色成因初探

菱锌矿颜色丰富,有黄色、蓝色、粉色、绿色等,矿物学特征及谱学特征的研究较少,对其不同颜色的成因认识亦不明确。选取黄绿色菱锌矿玉,利用X射线粉晶衍射仪、电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪、傅里叶红外变换光谱仪、拉曼光谱仪、紫外-可见分光光度计、电子顺磁共振仪等分析显示,样品为纯净的菱锌矿,主要成分为ZnO,其平均含量为61.3%,次要成分有CaO,FeO,MnO,CdO及PbO。样品中含有微量过渡金属元素Fe和Mn,平均含量分别为7 363.5×10-6和3 558×10-6。样品在740,883和1 490 cm-1处出现菱锌矿的特征吸收带,740 cm-1归属于[CO₃]2-的面内弯曲振动单峰,883 cm-1属于[CO₃]2-的面外弯曲振动峰,1 490 cm-1处的强吸收谱带为[CO₃]2-反对称伸缩振动所致。拉曼谱有300,728和1 091 cm-1等方解石族特征峰,300 cm-1归属于ZnO对称伸缩振动,728 cm-1归属于[CO₃]2-面内弯曲振动,1 091 cm-1归属于[CO₃]2-对称伸缩振动。综合分析认为,Fe3+的6A₁→4E(D)跃迁、6A₁→4T₂(D)跃迁、Mn2+的d电子跃迁产生的紫外-可见光谱377,395和417 nm附近的吸收带是样品产生黄绿色的原因。EPR谱也显示出g=2.0左右的Mn2+的特征六重超精细共振谱线和g=1.98左右的Fe3+的特征谱线。结合样品成分和吸收光谱等特征,可以认为菱锌矿玉样品的黄绿色是由Fe3+和Mn2+的d—d轨道电子跃迁共同导致。     

乳腺癌病人单个细胞的Raman光谱

给出了乳腺癌病人正常乳腺细胞与癌细胞的拉曼光谱。从实验谱线中得到：癌变细胞的拉曼谱整体变弱, 就相对强度而言, DNA的2个磷酸根骨架峰782,1 084 cm-1和脱氧核糖-磷酸振动峰1 155及1 262 cm-1拉曼谱线明显的减少; 表征A型(DNA)构像的特征峰812 cm-1及谱线979,668 cm-1消失, 并有新峰1 175 cm-1出现, 905 cm-1的谱线增强并有6 cm-1的红移, 这说明DNA的磷酸根骨架有一定的断裂; 从而导致癌细胞的分裂繁殖失去有效的控制。在癌变组织细胞的拉曼谱中还发现了很强的一类与钙硬化密切相关的特征峰960 cm-1; 通过这些特征拉曼谱线的变化, 为癌症的诊断和治疗提供了有力的实验依据。     

可调谐二极管激光吸收光谱法测量气体温度

研究了一种新型的非接触式测温技术——可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)测温技术。介绍了温度测量及调制吸收光谱技术原理,分析了调制幅度对气体温度测量的影响。优选了氧气吸收谱线对13163.78 cm-1和13164.18 cm-1,在搭建的高温实验系统上,实现了气体温度和浓度的同时测量。通过分析实测波形获得了谱线13164.18 cm-1在823~1323 K温度范围内的碰撞展宽系数和温度指数。实验结果表明,在823~1323 K温度范围内,系统温度测量的线性误差为0.65%,最大波动为±15 K。