激光光镊拉曼光谱仪信噪比测量研究

通过对激光光镊拉曼光谱仪系统信噪比测量分析研究表明：在一定条件下,平均背景噪声随冷却温度降低而缓慢减小,在激发波长不变时对应的信噪比逐渐增加;曝光时间的延长使系统信噪比以不同比例线性增加;激光输入功率和系统信噪比成正比．这为单细胞拉曼光谱测量与分析提供了有力的实验依据．     

基于空芯光子晶体光纤的单程高效氘气转动拉曼激光光源

报道了一种基于空芯光子晶体光纤中氘气转动受激拉曼散射的单程高效光纤气体激光光源。因空芯光子晶体光纤具有特殊的传输谱,增益相对较大的振动受激拉曼散射被很好地抑制,使得泵浦激光能够高效地向转动斯托克斯光转化。采用自行搭建的1540nm纳秒脉冲光纤放大器,泵浦一段长为20m、充高压氘气的空芯光子晶体光纤,在单程结构中实现了高效的1645nm拉曼激光输出。当气压为2 MPa时,最大平均输出功率约为0.8 W(单脉冲能量约为1.6μJ),激光光源斜率效率约为71.4%。研究结果为1.7μm波段光纤激光的实现提供了一条简单有效的新途径。     

高压氘氚靶球的制备与拉曼光谱研究

氢同位素的定量分析与监测在能源与环境领域都有着重要的意义。激光拉曼光谱由于其可以无损分析氢同位素分子,已经成为一种重要的方法,在国际热核聚变实验反应堆(ITER)和美国萨凡纳河工厂得到了广泛应用。利用高压充气装置得到了惯性约束聚变(ICF)高压靶丸,并对靶丸内气体进行原位拉曼光谱测量,通过对高压下氘氚混合气体的拉曼光谱进行分析得到了靶丸内气体的成分比例,验证了靶丸充气工艺参数。实验表明,在CCD的积分时间延长到1 min时,氘(DD),氘氚(DT)和氚(TT)的测量精度可以达到1%,同时对不同时刻靶丸内气体组分的拉曼光谱进行测量,实验结果表明在氘氚渗透和氚衰变两者共同作用下,靶丸内总气体压力随时间不断下降,但是气体组成基本不发生变化。     

连续辉光放电波导型远红外氘化氰激光器输出性能优化

简要介绍了EAST 装置远红外激光干涉仪光源--DCN 激光器的工作原理、结构和相关改进。DCN 激光器采用He、CD₄、D₂ 和N₂ 4 种工作气体。实验过程中,通过调节气体压强和阴极电流、改变各种工作气体配比等手段优化DCN 激光器输出功率。实验结果显示：输出功率随电流的增大会达到饱和,在电流为1.0A 输出功率达到最大;输出功率随压强先增大后减小,在压强为32Pa 时达到最大值;工作气体的最佳配比为He: CD₄: D₂: N₂=2: 3: 5: 3。     

微型电子回旋共振离子源的全局模型

微型电子回旋共振(electron cyclotron resonance, ECR)离子源在紧凑型离子注入机、小型中子管、微型离子推进器等领域有着十分广泛的应用.为了深入认识微型ECR离子源的工作机理,本文以北京大学自主研制的一款微型氘离子源作为研究对象,以氢气和氘气放电形成的等离子体为例,发展了一种基于粒子平衡方程的全局模型.研究结果表明,该离子源束流成分与离子源的运行气压和微波功率有着很强的依赖关系.对于氢气放电等离子体,微波功率低于100 W时,离子源可以分别在低气压和高气压情况下获得离子比超过50%的H~+₂离子束和H~+₃离子束;当微波功率高于100 W时,可以在很宽的运行气压范围内,获得质子比超过50%的束流.因此,提高微波功率是提高微型离子源质子比的关键.对于氘气放电等离子体, 3种离子比例对运行气压和微波功率的依赖关系与氢气放电等离子体的规律基本一致.但是在相同的运行条件下, D~+比例比H~+比例高10%—25%.也就是说,在微型氘离子源的测试和优化过程中,可以利用氢气代替氘气进行实验,并将质子比测量结果作为相同条件下氘离...     

激光光源条件对谷氨酸钠拉曼光谱的影响

采用多种激光和不同功率等,对谷氨酸钠晶体进行了激光拉曼光谱的影响研究。结果表明不同波长和功率的光源,对测定存在一定的影响,谱峰位移在6 cm-1以内。紫外激光由于光能量较大对样品有一定的破坏作用,造成拉曼光谱的减弱和泯灭,需采用光路衰减。拉曼谱峰的响应与光源的功率有着很好的线性关系,其相关系数r　0.999。首次提出单位光功率所产生的拉曼光强与所用的波长有关,与所用的光功率无关。     

26 ℃和常压至1.5 GPa压力下2-甲基戊烷拉曼光谱研究

利用碳化硅压腔在常压至1.5 GPa和26 ℃条件下对液态2-甲基戊烷进行了拉曼光谱测量,讨论了C—H拉曼峰频率、强度、面积、以及谱峰宽度随压力升高的变化规律。实验结果表明,2-甲基戊烷的拉曼位移在2 800～30 00 cm-1范围内的CH₃和CH₂的伸缩振动谱峰随着压力的增大均连续向高波数位移,其拉曼位移与压力的关系可以表示为ν_as(CH₃)=0.013 1p+2 960.1,ν_s(CH₃)=0.008 8p+2 871.0,ν_as(CH₂)=0.008 9p+2 930.2,ν_as(CH₂)’=0.007 0p+2 903.1和ν_s(CH₂)=0.007 9p+2 844.7。另外处理实验结果时发现,在0～1.5 GPa条件下,2-甲基戊烷的ν_as(CH₃)拉曼位移可以进行压力标定,其方程为：P(MPa)=76.2(Δν_p)_{2 960}+21.65(r2=0.995 8)。该压力体标定剂,适合于不希望有Si和Al等元素出现的体系。     

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简要介绍了EAST装置远红外激光干涉仪光源——DCN激光器的工作原理、结构和相关改进。DCN激光器采用He、CD4、D2和N24种工作气体。实验过程中,通过调节气体压强和阴极电流、改变各种工作气体配比等手段优化DCN激光器输出功率。实验结果显示：输出功率随电流的增大会达到饱和,在电流为1.0A输出功率达到最大;输出功率随压强先增大后减小,在压强为32Pa时达到最大值;工作气体的最佳配比为He： CD4： D2： N2=2：3：5：3。     

基于原子吸收光谱的碱金属气室内多种混合气体压强测量方法

碱金属气室是基于原子无自旋交换碰撞弛豫的超高灵敏惯性和磁场测量装置的核心敏感器件。碱金属气室内气体的含量会对原子的弛豫以及系统其他参数的选取产生很大的影响,因此精密测量气室内混合气体各自的压强具有重要的意义。当气室内存在气体时谱线会出现压力展宽和频移,且压力展宽远大于自然展宽和多普勒展宽,因此仅考虑压力展宽。利用压力展宽、频移的大小与气体压强存在的函数关系,提出一种基于原子吸收光谱的碱金属气室内多种混合气体压强测量方法。通过扫描碱金属原子的吸收光谱,得到光学深度曲线,并用洛伦兹函数对其拟合,测得多种混合气体引起的单种碱金属原子的混叠压力展宽和频移,再根据已知的单种、单位压强气体引起的单种碱金属原子的压力展宽和频移,联立计算得到多种气体各自的压强。当存在n种碱金属时,最多可以测量4n种混合气体的压强。仿真结果表明,该方法适用于入射激光未被原子完全吸收的情况;激光功率和频率的波动在1%～10%的数量级时,测量精度影响低于0.4%的数量级,而温度波动在1%～10%的数量级时,测量精度影响高达30%的数量级。     

内分泌干扰物三苯基锡的激光拉曼光谱分析

三苯基锡(TPhT)是目前已知的内分泌干扰物中唯一的两种金属化合物之一,被广泛应用于工业、农业和交通领域,其大量使用会对土壤、海洋和内陆淡水环境造成不同程度的影响。本实验采用激光共聚焦拉曼光谱采集固体TPhT的拉曼光谱信号,尝试将该方法用于TPhT检测,探索该方法的可行性,并进行检测参数的优化选择。将拉曼光谱分析检测方法与TPhT的物性研究相结合,根据TPhT分子中不同官能团振动模式的不同,将拉曼谱图分为高、中、低3个波数区(1 500～3 200,900～1 500和100～900 cm-1)进行拉曼谱峰的归属与分析,得到了TPhT的特征振动模式和拉曼特征峰,并建立一套TPhT的标准拉曼图谱库,光谱范围在100～3 200 cm-1之间。结果表明,当激光功率选择为衰减到原激光功率(500 mW)的0.5%、曝光10 s、累积2次时,得到的拉曼谱图信噪比高且检测时间短。在212,332,657,997和1 577 cm-1处出现的信号强度较高的拉曼峰,可作为固体TPhT拉曼检测的特征峰,657和997 cm-1处拉曼特征峰的同时出现即可认为复杂的环境样品中存在TPhT。实验结果给出了辨别TPhT存在的标志,这些结果将为拉曼光谱用于实际环境样品中TPhT的残留检测提供理论依据和数据基础。     

纳秒强激光中乙腈团簇增强的高价电离研究

利用脉宽为25 ns的脉冲Nd∶YAG 1 064 nm的激光,在1010～1011 W·cm-2的强度下,用飞行时间质谱对乙腈分子束激光电离过程进行了研究。实验中利 用氦气作为载气,乙腈分子束采用扩散和脉冲两种方式进样,当扩散束进样时,乙腈分子的谱峰可用多光子电离来解释,而当脉冲分子束进样时,实验中产生了外层价电子高剥离的Nq+ (q=2～5) 和Cq+(q=1～4)信号谱。实验中同时发现,激光波长增大时,高价离子的谱强度也趋向于增大。激光延迟及谱峰的相关性分析表明,这些高价离子可能来源于乙腈团簇的库仑爆炸 过程。提出一个多光子电离引发,逆韧致吸收加热-电子碰撞电离模型来解释高价离子的产生,对高价离子伴随的波长效应也给出了较为合理的解释。     

细长金属管内产生的直流辉光等离子体发射光谱诊断

利用发射光谱法对金属管内形成的稳定氩氮直流辉光等离子体进行了诊断。通过对等离子体发射光谱谱线的研究确定了等离子体中的活性粒子成分;根据氩原子的玻尔兹曼曲线斜率法计算了等离子体中的电子激发温度;采用氮分子第二正带系跃迁(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线计算了等离子体中的氮分子振动温度;研究了电子激发温度和氮分子振动温度随压强的变化特征。研究结果表明,在20 Pa下产生的Ar60%+N₂40%直流辉光等离子体中,活性成分主要是Ar原子、Ar离子、N₂的第二正带系跃迁(C3Π_u→B3Π_g)和N+₂的第一负带系跃迁(B2Π+_u→X2Σ+_g);电子激发温度约为(15 270±250)K;氮分子(C3Π_u)振动温度约为(3 290±100)K;随着压强的增加电子激发温度、分子振动温度逐渐降低。文章的研究结果对细长金属管内表面改性研究具有重要的意义。     

碳纤维在电化学处理中的拉曼光谱研究

采用激光拉曼光谱研究了电化学改性处理过程中聚丙烯腈基碳纤维的表面微结构变化,分析了不同处理时间下碳纤维的一级拉曼光谱特性。结果表明： 碳纤维的一级拉曼光谱可以拟合为4个峰,即D(D₁),G,D₂和D₃,表征碳纤维表面微结构变化的拉曼参数主要有D线和G线的积分面积比R(I_D/I_G),D₂线与G线的积分面积比I_D3/I_G,D₃线与G线比I_D3/I_G以及所有无序结构积分面积总和与G线积分面积的比值I_DS/I_G。电化学处理后,碳纤维表面无序度增大,D线和G线交叠度减小,R增大,I_D3/I_G增大,I_D2/I_G减小。随着处理时间的增加,I_DS/I_G不断增大,它与R值的变化趋势基本一致,并且可以更全面表征碳纤维表面结构有序性的变化。因此,利用激光拉曼光谱可以研究电化学改性处理过程中碳纤维表面的微结构变化规律。     

基于遗传算法的CO2激光器三气体组份优化

应用遗传算法和数值求解CO₂激光动力学方程,以输出激光功率为目标函数,优化了典型封离型CO₂激光器三种主要工作气体(CO₂、N₂、He)的气体压强.对1.2m长谐振腔,在放电电压15kV条件下,三种气体的优化压强分别为PCO₂=1.15×133.3Pa、PN₂=7.36×133.3Pa、PH₂=13.33×133.3Pa.优化后激光功率可提高0.96倍.     

被动调Q自拉曼Nd∶GdVO4激光器

对激光二极管(LD)抽运的自拉曼Nd∶GdVO4被动调Q激光器进行了详细的理论和实验研究。实验中采用Nd∶GdVO4晶体同时作为激光介质和拉曼晶体,分别用了两块不同初始透射率的Cr4 ∶YAG晶体,得到并比较了采用不同初始透射率的Cr4 ∶YAG晶体时被动调Q自拉曼激光器的性能。测量了平均输出功率、脉冲宽度和脉冲重复率随抽运功率的变化关系。当Cr4 ∶YAG的初始透射率为0.91,输入功率是5.7 W时,得到的拉曼光的最高功率为244.6 mW,相应的转换效率为4.3%。通过数值求解基频光和拉曼光空间分布的速率方程并应用到被动调Q自拉曼Nd∶GdVO4激光器。获得的理论结果与实验结果大致相符。     

飞秒激光双光子加工的极限分辨力

 采用3维压电微移动台高速扫描方式控制曝光时间与高精密转台精确控制圆形渐变衰减片以控制曝光功率两种方法,曝光时间和曝光功率可分别精确控制至0.02 ms和7 pW。通过精确控制聚合阈值附近处的曝光时间和曝光功率,分别在玻璃基板上获得了35 nm和45 nm的聚合物纳米线条,分别为所使用激光波长的1/22和1/17。实验结果表明,当曝光时间或曝光功率在加工阈值附近时,曝光时间和功率的微量减少会使聚合线宽急剧下降。     

氘在碳钨共沉积层中的滞留行为研究

运用射频磁控溅射方法, 在氘氩混合气氛中制备了含氘碳钨共沉积薄膜. 利用离子束分析方法[卢瑟福背散射(RBS)和弹性反冲(ERD)]对薄膜样品的厚度、成分、 氘含量等进行了分析; 利用拉曼光谱和扫描电子显微镜(SEM), 分别分析了薄膜的结构和表面形态. 离子束分析发现, 氘原子更易被碳原子俘获位俘获, 并且氘含量会随着沉积温度的升高而降低; 其他镀膜条件固定的情况下, 不同混合气体压强下薄膜样品中的氘浓度在5.0 Pa处有一个峰值; 拉曼光谱分析显示, 沉积温度从室温升高到725 K时, 碳钨共沉积层中的类石墨化成分增加, 同时, 非晶化的程度也加剧; 扫描电子显微镜图像表明, 随着温度的升高薄膜表面被腐蚀的痕迹消失, 但是由于应力的改变表面出现了多处的凸起. 关键词： 氘滞留 碳钨共沉积 射频磁控溅射     

拉曼高光谱成像系统中光在奶粉层的穿透深度研究

拉曼高光谱成像技术不仅可以获取样本的空间分布信息,图像上每个像素点还包括了完整的光谱信息,因其信息量丰富的特点已在食品安全检测方面得到了应用。本研究探索拉曼高光谱成像系统中光在奶粉层中的穿透深度,以及采集参数和奶粉类型对穿透深度的影响。实验选取均匀奶粉层样品放置于厚度为5 mm的三聚氰胺样本之上,检测奶粉层厚度为0.8～4.0 mm时的三聚氰胺特征峰强度,以此评估光在奶粉层中的穿透性和信号衰减情况。结果显示当奶粉层厚度一定时,随着激光功率变大,拉曼特征峰值随之增加,此外更长的曝光时间也可以使拉曼信号得到增强。在激光功率不小于2 W且曝光时间不小于500 ms时,光在全脂奶粉层的穿透深度可达4 mm。奶粉层厚度在0.8～4.0 mm范围内,穿透奶粉层的拉曼信号随着奶粉层厚度增加呈指数式衰减。在激光功率为8 W、曝光时间为1 000 ms的条件下,光在全脂、低脂和脱脂奶粉层的穿透深度均达到了4 mm。在相同测量厚度下,通过脱脂奶粉层接收的拉曼信号弱于通过全脂和低脂奶粉层接收的拉曼信号强度。研究结果为拉曼高光谱检测中奶粉样品的前处理提供了有益参考。     

大气压氩直流微放电光谱研究

微空心阴极放电或微放电是一种能够实现高气压下放电的有效方法。利用不锈钢空心针作阴极,不锈钢网作阳极,进行了大气压氩直流微放电实验研究。测量了大气压氩微放电光谱,发现氩气的发 射谱线主要集中在690～860 nm范围,且全部为氩原子4p—4s的跃迁。实验研究了不同放电电流、气体压强、气体流量与谱线强度之间的关系,发现谱线强度随放电电流、气体流量增加均增加,而谱线强 度随压强变化呈现不同特征：谱线强度随压强的增加先增加后降低,在13.3 kPa时强度最大。此外,选用跃迁波长为763.51和772.42 nm的两条光谱线,利用发射谱线强度比值法测量了氩气微放电等离子 体的电子激发温度。结果显示,其电子激发温度处于2 000～2 800 K之间,且随放电电流的增加而增加,随气体压强和气体流量的增加而降低。     

火花通道长度对激光触发开关特性的影响

利用超高速相机,在曝光时间100 ns时,对不同能量下激光在氮气气体开关中形成的火花通道进行拍照,得到了不同焦距下激光波长266 nm时激光火花通道长度与激光能量的关系。开展了激光触发气体火花开关的实验研究,激光触发开关延时、抖动随激光能量的增加而减小。将火花通道长度与激光触发开关的特性进行了分析,气体开关的抖动随着激光火花通道长度的增加而减小,当火花通道沿电极间轴向长度达到开关电极间距40%时,开关的抖动为亚ns量级。