光谱的精密仿真技术及NO的高分辨LMR谱的仿真研究

LMR(Laser Magnetic Resonance)光谱技术采用磁场扫描及磁场调制获得顺磁分子吸收谱线,其谱线具有Voigt线型及各不相同的磁场线宽.本文考虑线型理论模型和实验条件,提出了一种实现LMR谱精密仿真的方法,并设计了相应仿真计算程序.对¹⁵N¹⁶O的X²Π_3/2v=1←0,Q₂(2.5)在激光频率为1842.8160cm^-1处的塞曼跃迁谱进行了仿真,得到了理想的仿真效果.该方法可作为复杂光谱分析标识的有效辅助工具.     

正常星系光谱的一种谱线自动提取方法

正常星系的光谱是天体光谱谱线自动提取中最难处理的一种.文章针对正常星系光谱给出了一种新的谱线自动提取方法.首先,定义了两条光谱间的Max操作,Max操作的结果是生成了一条光谱,该光谱在每个波长处的强度取为在相应波长处强度较大的那一个光谱的强度;然后,通过迭代处理拟合连续谱,在每一步迭代中,先对原始光谱和前一步拟合出的连续谱进行Max操作,再对Max操作生成的光谱进行传统的连续谱拟合;最后,联合采用整体阈值处理和自适应的局部阈值处理提取谱线.实验结果表明:该方法的性能较之传统的小波方法有显著提高,这将对后续的基于谱线的光谱分类和参数测量非常有利.     

CdS/HgS/CdS球状纳米系统高能级斯塔克线度效应

研究了在层间作用和电场作用下球状纳米系统的电子能量和波函数.以CdS/HgS/CdS球状纳米系统为例，讨论了层间作用、电场和样品线度对高能级斯塔克效应以及谱线频率和强度的影响.结果表明：CdS/HgS/CdS球状纳米系统在外电场作用下发生斯塔克效应的能级分裂规律与氢原子类似，但能级位移量不同.谱线频移与电场强度的平方成正比，多数谱线的频移随线度增大而减小，少数谱线的频移则相反；而层间作用引起谱线的频移随线度增大而减小.除少数谱线外，多数谱线的相对强度随线度增大而减小，层间作用不会改变相对强度随线度的变化趋 关键词： CdS/HgS/CdS球状纳米系统 斯塔克效应 谱线频率 谱线强度     

“碰撞-辐射”模型在Z箍缩等离子体K壳层线辐射谱分析中的应用

介绍了由K壳层谱线强度比估算等离子体状态参数的"碰撞-辐射"模型的基本原理.详细描述了自行研制的基于该模型的Z箍缩等离子体K壳层线辐射谱分析程序——ZSPEC的基本情况.给出了氖等离子体的计算结果,包括不同电离态离子的相对含量随电子温度的变化曲线和K壳层谱线强度比在"电子密度-电子温度"平面内的等高线分布图.该程序已在"阳"加速器Z箍缩实验结果分析中得到应用,将椭圆晶体谱仪测得的氖等离子体K壳层谱线强度比与ZSPEC程序计算结果相比较,得出在该发实验 关键词： 碰撞-辐射模型 K壳层线辐射谱')" href="#">K壳层线辐射谱 氖气喷气Z箍缩 阳加速器     

核磁AnB质子体系的图谱解析程序

本文提出了一个核磁A_nB质子体系图谱解析的计算机程序。公式和计算用群论方法得到了简化,谱参数的获取使用了亚谱法,若干典型算例显示了所编程序的可靠性。     

SPECTRAL SIMULATION TECHNIQUE AND ITS APPLICATION TO HIGH-RESOLUTION LMR SPECTRA OF NITRIC OXIDE

LMR(Laser Magnetic Resonance)光谱技术采用磁场扫描及磁场调制获得顺磁分子吸收谱线，其谱线具有Voigt线型及各不相同的磁场线宽.本文考虑线型理论模型和实验条件，提出了一种实现LMR谱精密仿真的方法，并设计了相应仿真计算程序.对     

激光诱导击穿光谱法铁基合金谱线选择研究

内标法是激光诱导击穿光谱(LIBS)最常用的定量分析方法之一。为了提高定量分析精度，研究了谱线强度比的相对波动特性随分析线和内标线之间激发能级差(ΔE)和波长差(Δλ)变化的规律。在局部热力学平衡条件下，建立了考虑等离子体中某元素电子上能级跃迁到下能级产生原子发射谱线的激发能级差、等离子体温度、配分函数和离子密度等强度影响因素的数学模型，对模型中激发能级差对谱线强度相对波动的影响进行了研究。得到在-2 eV<ΔE<2 eV和等离子体温度范围在3 000～15 000 K条件下，谱线强度随着ΔE和T变化的趋势：随着ΔE变大，谱线强度比呈上升，在ΔE=2 eV，T=3 000 K时谱线强度比最大；并且谱线强度比相对波动对ΔE和T敏感，ΔE趋近于零时相对波动变小，T对谱线强度比相对波动影响变化不大，整体趋势平稳。在T=10 000 K时，ΔE<0相对波动比ΔE>0时小，因此理论上优先选择ΔE<0的谱线对。通过理论分析得出|ΔE|越接近于零，谱线强度比相对波动越小。实验装置中采用工作波长1 064 nm，脉冲能量85 mJ，重复频率1 Hz，脉冲宽度13 ns的Nd∶YAG脉冲激光诱导击穿样品；采用工作波长200～975 nm，光学分辨率优于0.05 nm的Andor公司Mechelle 5000光谱仪，配合Andor New iStar型号ICCD采集光谱；利用激光诱导铁基合金等离子体光谱进行验证。实验中，以Fe为内标元素，Cr和Mn为分析元素。筛选NIST谱线库中跃迁概率在106以上的谱线，并优先选择共振线能级差相近的非共振线进行对比分析。结果表明，选择激发能级相近或波长相近的谱线作为分析谱线的原则有一定的局限性。对于Cr和Fe，|ΔE|在0.14和1.51 eV时得到的谱线强度相对标准偏差(RSD)分别为6.7%和4.6%，其谱线强度比理论值和实际值之差分别为1.14和0.59；|Δλ|在11.7和50.8 nm时得到的RSD分别为6.3%和4.4%，其谱线强度比理论值和实际值之差分别为1.69和0.62。分析表明，相比于波长差，激发能级差对Cr/Mn相对波动影响较大。分析元素Cr/Mn与内标元素Fe波长差绝对值不断增大，RSD反而不断减小；在1.50 eV和90 nm较大约束范围内，|ΔE|大的谱线得到的谱线强度比相对波动相对较小，Cr和Fe的RSD最大相差为2.06%；|Δλ|大的谱线得到的谱线强度比相对波动相对较小，Cr和Fe的RSD最大相差为1.35%。由以上实验结果得出，在实际选择分析谱线时，尽量选择激发能级和波长相近的谱线原则有一定的局限性。|ΔE|或|Δλ|大的谱线得到的RSD较小，选择谱线强度比理论值和实际值最接近的谱线可以作为谱线选择依据。另外，选择谱线强度比理论值和实际值最接近的谱线，可以降低谱线强度比相对波动。     

一种快速求红移和证认谱线的新方法--伪三角法

对于河外天体，谱线证认和红移确定是光谱分析的第一步。本文在仔细分析天体光谱特点的基础上，提出了一种全新的求红移和证认谱线的新方法--伪三角法。该方法利用最强的三根谱线的波长信息构造“三角形”，通过将最大角的“余弦”与已知模板的“余弦”表相匹配，反推得到相应的标准谱线波长，并进而得到红移值。通过这个红移值，可以得到所有的谱线的标准位置，这就相当于谱线证认。结果表明：这种方法在大大减少运算量的同时，保持了较高的正确识别率和极低的误识率。这对海量光谱数据的处理具有重要的意义。同时，该方法立意新颖，简单明了，容易实现。缺点是对于谱线少于3根的光谱以及噪声很大的光谱不能有效地处理。     

用于红移测量的基于密度估计的模板匹配法

文章给出了一种基于密度估计的模板匹配法来确定红移,将确定红移问题转化为寻找密度最大点问题。该方法首先利用基于均值漂移的谱线自动提取方法提取出特征谱线;再根据提取出的特征波长序列与模板的谱线表,由红移公式构造出一个数据集Z;最后,寻找数据集中的密度最大点,对密度最大点的ε-邻域中的点进行平均得到红移值。该方法利用了特征波长和谱线类型信息,可以处理各种类型的天体。在构造数据集时忽略谱线类型不匹配及特征波长明显不匹配的情况,这就去除了很大的干扰并且加快了运行速度。试验结果表明：该方法的稳定性较好,正确率也较高。     

一种大功率梳状谱微波产生方法

梳状谱微波通常指具有中心频率，频谱分布与梳子形状相似，在一定带宽内多个频点具有能量分布的电磁波。梳状谱微波在电子对抗方面具有其它对抗方式所不具备的独特优势，在通信对抗、雷达对抗等领域显现出了极好的应用前景。该文介绍了一种大功率梳状谱微波产生方法，利用路径编码脉冲压缩技术将宽带连续波源产生的微波进行压缩，获得了中心频率2.85 GHz、频带宽度1 GHz、频谱间隙250 kHz、峰值功率160 kW的梳状谱微波。后续实验进一步表明，利用该方法获取的梳状谱微波的中心频率、频带宽度、频谱间隙都是灵活可调的，能够应用在多种电子对抗场景当中提升对抗干扰能力。     

分子振转光谱的计算机辅助标识

介绍一种计算机辅助分子光谱振转标识的交互式软件,它的主要功能是根据二次逐差原理自动将谱线分组,挑取各个支带；然后用图解的方式,以谱线频率和强度为坐标轴,将选取的各组谱线按不同的颜色或线形绘成柱状图,清晰地显示出隐藏在复杂分子光谱中的振转结构；而且,同时可以作出Loomis-Wood图辅助光谱振转标识。将本软件应用到由三氯化磷和氦气放电生成的包含多种分子的复杂光谱中,取得了满意的结果,有效地辅助了光谱的振转分析。该软件适用于对称陀螺分子和轻微不对称陀螺分子和线形分子的光谱分析。     

线指数特征空间内恒星光谱离群数据挖掘与分析

大规模光谱巡天将产生海量的光谱数据,为搜寻一些奇异甚至于未知类型的光谱提供了机会,对这些特殊天体的研究有助于揭示宇宙的演变规律和生命起源,巡天数据的离群数据挖掘有助于这些特殊的光谱的发现。利用线指数对光谱数据进行降维能够在尽可能多的保留光谱物理特征的同时,有效解决高维光谱数据聚类分析中运算复杂度较高的问题。提出了基于线指数特征的海量恒星光谱离群数据挖掘及分析的方法,以恒星光谱的Lick线指数作为光谱数据的特征,利用聚类搜寻离群数据的方法在海量光谱巡天数据搜寻离群数据,以此为基础并给出线指数特征空间内离群光谱数据的分析方法。实验结果证明:(1)以线指数作为光谱的特征值能快速的完成对高维光谱数据的离群数据挖掘,可以解决高维光谱数据运算复杂度高的问题;(2)该方法是在聚类结果上进行的离群数据挖掘,能够有效的挖掘出数量较少的发射线恒星、晚M型恒星、极贫金属星、缺失数据光谱等数据;(3)线指数特征空间的离群数据挖掘可以得到线指数特征空间内特殊恒星的发现规则。本文所提出的基于线指数特征的离群数据挖掘及分析方法可以应用到巡天数据的相关研究中。     

星系光谱的400.0 nm跳变点的自动测量技术

本文给出星系光谱中的400.0nm跳变点位置和跳变值的自动测量方法,利用小波变换和离散卷积等技术,避免了对每条光谱进行繁琐的测量,可以作为星系光谱研究的预处理步骤。     

基于相似性度量的星系光谱红移估计

光谱的自动分析对大规模的光谱巡天有着非常重要的意义。文章提出了一种基于相似性度量的星系光谱红移测量方法。方法中采用主分量分析构造星系光谱的静止模板,利用谱线特征确定观测光谱的红移候选,然后根据红移候选进行观测光谱与模板光谱间的相似性度量,所采取的相似性度量策略类似于证据积累的思想,定义为几个相似证据的加权和,从而降低了观测光谱与模板光谱之间的误匹配,提高了红移估计的正确率。通过实验将所提出方法与基于谱线匹配的方法和传统的交叉相关方法进行了比较,实验结果表明:本文方法的正确率较之基于谱线匹配的方法和传统相关法有较大提高。     

Fitting of deuterium quadrupole echo spectra with multiple motional models

Dynamic information is generally extracted from deuterium quadrupole echo spectra by matching a spectrum calculated for a particular motional model to the experimental spectrum. In this work, a set of computer programs has been written to facilitate fitting of calculated spectra to experimental spectra that represent from one to five motional models. The fitting program requires pre-calculated libraries of spectra for the models of interest, and accomplishes the fitting either by a systematic method or by simulated annealing. The systematic method is convenient for fitting with one or two motional models, but the simulated annealing method is faster for two or more models, if the libraries are made up of hundreds of spectra. The parameter Q, with the standard deviation of the spectral points estimated as the standard deviation of the baseline noise, provides a stringent measure of goodness of fit. Acceptable fits of experimental data as judged by this criterion have not been found, even in the case of ring flip motion in phenylalanine-d(5) in which the fit may be judged acceptable by eye. An example of fitting with isotropic and methyl rotation motional models of alanine-d(3), which have distinct spectral patterns, shows that it is possible to obtain reasonably accurate estimates of the relative amounts of deuterium representing the different models, even from poorly fitted spectra.     

基于HITRAN数据库的深海甲烷辐射光谱仿真研究

研发能够精确、实时、原位获取热液甲烷数据的深海甲烷传感器对深海研究具有非常重要的意义。前期研制的两款深海甲烷光学成像干涉系统,均利用甲烷辐射光谱开展甲烷状态参数探测和反演。首先,以分子光谱辐射理论为基础,建立了分子辐射光谱与浓度、温度、压强的理论关系式,结合深海高压环境特点,建立了基于Lorentz线型的深海分子辐射模型,该模型为利用光谱法定量反演分子浓度、温度、压强等状态参数提供理论依据,同时为深海分子光谱仿真提供有力工具。接着,借助HITRAN分子光谱数据库提供的分子基本谱线参数,挑选出甲烷成像干涉系统的光源谱线。对比CH₄分子与CO₂, H₂S, H₂O等分子的特征吸收谱线,在5 990～6 150 cm-1波段范围内,CH₄谱线强度比CO₂, H₂S, H₂O等三种干扰分子的谱线强度约高2～3个数量级,且此波段内甲烷六条有效谱线分布均匀,谱线间距皆约为2～3 nm,非常适合采用光谱法进行分子状态参数探测,因此选择谱线干扰较弱、谱线分布均匀、谱线间距适中的甲烷六条谱线(1 640.37, 1 642.91, 1 645.56, 1 648.23, 1 650.96和1 653.72 nm)作为甲烷成像干涉探测系统的目标光源谱线。最后,基于深海分子辐射模型和HITRAN数据库的甲烷分子基本谱线参数,人工合成了甲烷任意浓度,任意温度和任意压强的辐射光谱数据,并分析了甲烷辐射光谱随浓度、温度和压强的变化特征。对于单一中心谱线,甲烷分子辐亮度随着浓度的升高而线性增大,随着温度的升高而非线性增大,随着压强的升高而非线性减小。对于全波段谱线,甲烷辐射光谱的全线宽随着浓度、温度的升高而变宽,随着压强的升高而变窄。建立的深海甲烷辐射光谱理论和仿真分析结果,可以为基于光谱法的海洋原位甲烷传感器的研制和数据反演提供数据支撑和理论依据。     

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。     

Construction of a computer program for use in emission spectral analysis

Two methods of constructing computer programs for spectral analysis are described. One of these methods, based on the approximation of spectral line intensity by power monomials in the concentrations of all components of the material under analysis, has been used to construct an all-purpose computer program. This program has been tested successfully in the solution of spectral analysis problems on a BESM-2M computer.     

空气中YAG激光诱导Cu等离子体空间特性的研究

在空气中利用Nd: YAG脉冲激光诱导金属Cu靶,产生激光等离子体羽,并获得等离子体羽的空间谱;研究了空间谱线结构;分析了不同空间位置处电子温度和电子密度的空间演化规律;并对等离子体光谱的特性和产生机制进行了讨论. 结果表明：谱线结构、谱线强度和等离子体的电子温度及电子密度都与空间位置变化密切相关,特征谱强度最大值出现在距靶面0.75-1.0mm的空间位置处,此处CuⅠ谱线相对强度最强,在1.25 mm空间位置处电子温度比周边的电子温度偏低,但此处电子密度反而升高,这种现象可以由级联效应得到解释。