一种用于土壤非金属养分测试的光纤探头式分光光度计

针对测土配方施肥技术中要求快速、便捷、高效地进行土壤养分测试的需求,文章基于浸入式光纤探头、平场凹面全息光栅、二极管线阵检测器开发了一种光纤探头式分光光度计用于土壤养分中非金属元素的快速、准确测试。基于国家计量检定规程JJG 178—2007对紫外、可见、近红外分光光度计的性能检测方法测试的该仪器的波长最大允许误差与波长重复性、基线平直度、透射比最大允许误差与透射比重复性均达到了国标第Ⅲ级别标准,其最小光谱带宽、噪声与漂移、杂散光基本达到了国标第Ⅳ级别标准。基于该仪器测试的土壤硝态氮、铵态氮、有效磷、有效硫、有效硼、和有机质含量与基于商用的国产单光束和进口双光束分光光度计测试的结果呈极显著的线性相关关系,其回归方程的斜率接近于1,且对比数据之间无显著性差异。因此,该光纤探头式分光光度计可用于土壤非金属养分的快速、准确测试。     

光学薄膜的宽带膜厚监控装置

装置是由配有微机的快速扫描分光光度计组成,在镀膜时不断测量膜层的光谱透射率曲线以监控膜厚,并作了监控三层膜的试验。 装置的性能:测量波长宽度333nm;波长点数:50点;透射率精度:±1％;光谱透射率扫描速度:12c/s。     

一种Offner型小型短波红外成像光谱仪

通过对Offner分光光学系统分析,给出了快速计算初始结构参数公式,根据算得的初始结构参数优化出一套适用于短波红外(1 000~2 500nm)的分光光学系统,设计的光学系统相对孔径大(F/#2.2)、光谱分辨率高(优于10nm)和入射狭缝长(12mm),在整个波长和视场范围内调制传递函数MTF均大于0.5。完成的成像光谱仪整机体积小,重量轻(小于5kg),仪器测试结果表明,全光谱范围内光谱线性好,光谱标定后波长精度优于4nm,通过对不同波段分辨率测试,全波长范围内光谱分辨率与设计相符,动态成像实验表明,光谱图像清晰并且光谱数据质量佳。     

200—1100nm瞬态光谱测定仪的研究

介绍一种光栅的闪光光谱测量仪器。该仪器具有波长覆盖面宽，波长分辨率高的特点，波长分辨率小于0．1nm，不确定度小于2％，对瞬态光和连续光都可进行测量，仪器测试过程实现了全部自动化。适用于不同光谱区都要有高分辨率的光谱测试。     

小型快速扫描近红外光谱仪的研制

介绍了一种基于Czerny-Turner光路结构并采用谐波电机直接驱动光栅的小型快速近红外光谱仪的设计、仿真及初步测试结果.为了减小多次反射及衍射产生的杂散光,运用Cary理论进行光路布局与设计,使用光学软件TracePro进行了仿真,结果显示改进之后的结构有效抑制了系统的杂散光.为了减小体积并提高扫描光谱速度,采用谐波电机直接驱动光栅代替传统的电机传动正弦丝杆再驱动光栅的结构,在近红外光波段对样机性能进行了初步测试,并对葡萄糖水溶液进行了定性测量.初步测试结果显示:波长范围800~1 500 nm,扫描速度达到75 nm/s,光谱分辨率6 nm,波长准确性±0.5 nm,重复性≤1 nm,信噪比为1 000∶3,吸光度重复性≤0.008 AU,基线稳定性0.000 5 A/h,简单葡萄糖水溶液的定性测试结果比较清晰地反映了样品的特性.     

基于共振瑞利散射血清蛋白浓度检测的研究

血清中蛋白质浓度在临床诊断中有重要意义,而目前广泛使用的紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计等仪器结构复杂、昂贵、体积庞大、耗电量高等因素,都无法满足现场高精度检测的要求。设计了基于四羧基酞菁锌-蛋白质体系的共振瑞利散射光谱检测系统,系统以405nm宽禁带半导体激光器为激励光源,以475nm窄带带通滤光片为单色器,以蓝光增强光敏二极管的低噪声高增益光电放大器为探测器。通过实验可知,该溶液强吸收波长为420nm附近,在该激励光作用下,其共振波长处会产生共振瑞利散射,散射强度与蛋白质的含量成比例,可以利用四羧基酞菁锌为光谱探针的共振散射法来测定血清蛋白,其线性检出范围为10～50mg.mL-1,检出限为0.001mg.mL-1。新开发的血清蛋白质测试装置具有体积小、成本低、功耗小、使用方便等优点。     

用新的紫外可见UV—160型分光光度计改善定量分析

由于用做定量测量的分光光度计的设计主要是用于常规分析,因此最重要的是要能容易和快速的测量样品。普通的分光光度计不能满足这些要求的,因为它没有快速的波长定位速度和足够高的定量功能。新发展的紫外可见UV-160型分光光度计,适用于这些测量。它是由一个单色仪,一个键盘,一个图示阴极射线管和一个绘图仪组成的。波长定位速度高达60nm/秒。测量吸光度光谱时,扫描速度可达40nm/秒。这些速度比普通分光光度计要快三倍多,而且能迅速地作多波长测量。     

基于多波长透射光谱法的水体细菌微生物检测能力初步研究

搭建的水体细菌微生物多波长透射光谱快速测量实验系统，实验获取了肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在不同浓度下220～900 nm范围内的多波长透射光谱，研究建立了三种细菌基于不同波长点及全光谱波段的浓度校准曲线，计算了肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的检测限，并与紫外-可见分光光度计测量分析结果进行了对比。结果表明，实验系统与紫外-可见分光光度计测量光谱线性相关系数在0.999 8以上，具有非常好的一致性，且30次光谱信号采集时间仅需15 s；基于实验系统分析得到三种细菌在220，258，300，350，400，450，500和550 nm不同波长点以及全光谱波段的检测限结果均优于紫外-可见分光光度计，且利用多波长透射光谱全光谱波段计算得到的细菌检测限均最低，其中：肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的检测限分别为1.60×104，1.06×104和1.16×104 cells·mL-1。研究结果为进一步发展水体细菌微生物的多波长透射光谱快速定量检测技术提供了基础数据。     

基于CCD积分时间自动调节的生化分析仪用分光光度计的研究

在利用生化分析仪用分光光度计对血液等样品进行分析时,由于样品中不同组分对不同波段的光吸收有所差异,尤其在能量衰减较大和非特征吸收波段表现得更加突出,并且电路中各种噪音和光路杂散光的存在,使得光度测量的准确率降低.本文使用线阵CCD积分时间的自动调节和分段分时采光等优化算法,将强吸收与弱吸收分开曝光,在保证强吸收正常的前提下,自动调整积分时间来增大弱吸收的信号.采用自行研制的基于Czerny-Turner型分光光路和线阵CCD探测的高分辨率生化分析仪作为分光光度计,经实验测试,该方法有效地提高了光度测量的准确度,同时提高了系统的性能和信噪比.此外,该分光光度计系统的光谱测量范围可达300～800 nm,波长分辨率优于2 nm.     

矩形波宽带通滤光膜研究

对矩形波宽带通滤光片进行了深入研究,提出了一种设计、制备矩形波宽带通滤光片的方法。使用该方法设计并制备了400 nm～1 100 nm波段,中心波长λ₀=515 nm,透射带λ=λ₀±25 nm,透射带平均透射率■≥92%,截止带λ=400 nm～475 nm、λ=555 nm～1 100 nm,截止带透射率小于0.1%的矩形波宽带通OD3-A滤光片。对样片光谱进行了测试,结果满足需求。该方法设计、制备矩形波宽带通滤光片克服了F-P型窄带滤光膜监控精度要求高、通带宽带窄、成本高以及传统长、短波截止膜组合方式膜层总厚度过大、通带透过率低、波形矩形度差的缺点。     

小波分析及其在高光谱噪声去除中的应用

为了消除高光谱遥感图像中光谱曲线的锯齿型噪声，提高利用光谱曲线进行信息提取研究时的精度，文章使用USGS（united states geological survey）光谱库中的植被光谱进行模拟，添加了信噪比为30的噪声后采用小波阈值法进行噪声去除，并利用信噪比、均方误差和光谱角三项指标以及综合评估系数η来对去噪效果进行评估，寻找出最佳的参数组合。实验表明，使用db12，db10，sym9，sym6等小波对含噪光谱进行3～7层分解，采用软阈值函数处理小波变换系数并使用Heursure阈值方案进行阈值估计，然后根据第一层小波分解的噪声水平估计进行阈值调整可以得到满意的去噪效果。不过该方法对噪声水平有一定的依赖性，针对不同噪声水平时需探索更合适的参数组合。     

面阵CMOS光纤光谱仪研制

研制了一种以非对称交叉Czerny-Turner光路为结构的互补金属氧化物半导体小型光纤光谱仪样机,探讨了以面阵互补金属氧化物半导体图像传感器作为光电探测器的光度测量准确性和线性问题,分析了杂散光对吸光度测量的影响.结论是:通过光强定标和非线性修正后,互补金属氧化物半导体小型光纤光谱仪可以满足一般的应用要求,其光谱测量范围为380~800 nm,光谱带宽约6 nm,积分时间1~500 ms,波长准确度±1 nm,光度准确度±0.03 AU.该光谱仪具有小型化、低成本、速度快等优点.     

中子标准测试束平台概念设计及模拟优化

为满足对中子散射谱仪关键部件的检测需求，提出一种基于反应堆中子源的中子标准测试束平台概念设计思路。该平台具有测试束流波长（0.1~0.3 nm）连续可调、n/可同步分析、样品台可多自由度移动以及便于后续拓展集成等优点。利用蒙特卡罗程序VITESS对平台整体结构，具体包括聚焦单色器、soller准直器等展开模拟优化分析。该装置利用可拆卸的准直器1实现高通量和较高分辨两种工作模式:工作于高通量模式时，样品台处中子（波长0.1 nm）束流强度最高可达6.15106 n/（cm2s），水平发散度1;工作于较高分辨模式时，分辨率可达0.2％。     

小型高光谱分辨率光栅单色仪的研制

单色仪是成像光谱仪进行光谱连续定标的必备设备,为了对高光谱成像光谱仪进行连续光谱定标,设计了一种轻小型高光谱分辨率的光栅单色仪。采用水平式Czerny-Turner光路结构,以高光谱分辨率为出发点,通过推导计算,从光栅选型、焦距计算、狭缝尺寸的确定等方面详细论述了光栅单色仪的设计思路,给出仪器的重要必要结构参数,并论述了这些结构参数对仪器光谱分辨率和体积的影响。根据光栅单色仪的光路特点,对入射狭缝组件、准直物镜组件和成像物镜组件、扫描结构、机身等进行轻小型机械结构设计,并给出正弦杆扫描机构的结构参数与仪器输出波长和波长扫描精度的数学关系,完成了仪器的整体结构设计和装调。应用汞灯可见光光谱进行波长定标,采用最小二乘法得到定标曲线,并提出步进数极限误差与定标曲线相结合的方法,求得仪器的波长重复性和波长准确度;仪器在400~800nm波长范围内,光谱分辨率优于0.1nm,波长重复性达±0.096 6nm,波长准确度达±0.096 9nm。     

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪定标系统中铝漫反射板实验测量研究

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪采用太阳辐射与漫反射板组合方式进行在轨光谱定标,以天底推扫方式对地观测,拥有114°的大视场. 为保证全视场光谱定标精度,此星载仪器的在轨光谱定标系统中的铝漫反射板需具有良好的朗伯特性,以保证在仪器观测视场内能够提供均匀的光源. 在实验室中利用双向反射分布函数测量仪,采用相对测量法对研制的铝漫反射板进行了朗伯特性测量. 分析结果表明,在波长180–880 nm、观测角度-70°–+70°范围内,铝漫反射板双向反射分布函数近似成余弦分布,具有较好的朗伯特性;并采用地面模拟在轨定标方法对星载仪器进行了光谱定标,定标结果表明最大偏差值为0.022 nm,满足定标精度优于0.05 nm的要求. 通过对实验测量的分析可知,研制的铝漫反射板可选作在轨定标系统的定标板. 关键词： 在轨光谱定标系统 铝漫反射板 双向反射分布函数 星载差分吸收光谱仪器     

A magnetised foil as inclined π-flipper for time-of-flight neutron beams

A prototype instrument with an inclined ferromagnetic foil was built which was capable of π-flipping over a broad wavelength range of polarised thermal neutrons in a time-of-flight beam. It was found that, for a single foil, polarised neutrons could be flipped in a wavelength range of 0.2-0.5 nm with an efficiency of 93%. With improved mechanical setup this range probably can even be extended to 0.1-1.0 nm. Foil flippers can have some major advantages for polychromatic SESANS over resonance flippers, but the technical realisation with four foils in series will be challenging.     

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪狭缝函数研究

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪是一种新型光学遥感仪器，具有分辨率高(0.3～0.5 nm)、宽光谱范围(240～710 nm)、大视场角(114°视场对应地面2 600 km)的特点，载荷采用推扫方式，可实现1日全球覆盖监测。载荷通过探测地球大气或地表反射、散射的紫外/可见光，利用差分吸收光谱技术来获取全球大气痕量气体(NO₂, SO₂, O₃等)分布和变化。定标是遥感数据定量应用的前提，同时为获取载荷光谱特性，需要在地面完成载荷的光谱定标。根据大气痕量气体差分吸收光谱仪视场角度大、谱段范围宽、空间和光谱分辨率高等特点，搭建了一套基于二维转台的光谱定标系统，此系统能够完成全视场光谱定标。光谱定标采用标准谱线法，光谱定标光源使用汞灯。光谱响应函数是描述光谱仪光谱响应特性的重要参数，根据光谱响应函数可以获取载荷的光谱分辨率，同时也是基于DOAS反演的关键输入参数，光谱响应函数的精度直接影响大气痕量气体的反演结果。根据载荷实际测试的光谱响应数据，选取了Gauss，Lorentz和Voigt三种函数作为待选的光谱响应函数。为对三种函数模型进行筛选，进行了两种筛选对比测试，首先分别用Gauss函数、Lorentz函数、Voigt函数对载荷的单色光响应数据进行拟合，以三种函数的拟合残差平方和作为评判标准，拟合结果表明Gauss函数作为狭缝函数拟合的残差平方和最小为0.01，Lorentz和Voigt函数作为狭缝函数拟合的残差平方和分别为0.033和0.021。从载荷单色光响应数据函数拟合的结果分析，Gauss函数可以作为载荷的光谱响应函数模型。为了进一步验证这一结论，进行了DOAS反演NO₂样气的实验，考察三种函数模型对反演的影响。在实验室开展了NO₂样气测试，大气散射光通过30*40cm的石英窗口入射到载荷狭缝，将NO₂样品池放置在载荷狭缝和石英窗口中间，获取的数据为NO₂样气吸收谱，随后充入N₂气体获取反演的参考谱，实验在晴朗天气下进行，并能够在较短时间内完成，可以减少外界天气条件对反演结果的影响。实验中NO₂样气浓度为8.481 2×1016 molec·cm-2，在利用DOAS进行反演时，设置仪器狭缝函数分别为Gauss，Lorentz和Voigt函数，分析三组不同的函数模型对应的NO₂浓度结果，根据反演结果的相对偏差对函数模型进行评价。实验结果表明Gauss函数作为狭缝函数反演结果的相对偏差最小为5.6%，Lorentz和Voigt函数作为狭缝函数的反演相对偏差分别为28%和15.1%。由光谱响应数据的拟合结果及样气反演结果表明，Gauss函数可以作为载荷的光谱响应函数模型。     

应用荧光相关光谱测定L-色氨酸的浓度

应用FLS920P型荧光光谱仪对L-色氨酸溶液进行三维荧光光谱检测，从中发现：L-色氨酸的特征荧光峰位于270/350 nm。设定发射波长为350 nm，测量激发谱。由测量结果发现在250~260 nm区间，谱线斜率较大、线性度好。因此选取250，255和260 nm三个激发波长，在每个激发波长下分别测量相应的荧光发射谱。基于三条不同的荧光发射谱，构建以激发波长为外扰变量的自相关光谱；而以浓度为外扰变量的自相关光谱，是以超纯水在不同激发波长的平均谱作为参考光谱，通过参考光谱与样本平均谱的相关计算得到。在此基础上，将相关光谱数据分别与偏最小二乘回归(PLSR)和径向基神经网络(RBFNN)相结合，建立溶液中L-色氨酸含量的预测模型，研究结果表明：采用浓度为外扰变量构造的荧光相关光谱信噪比较高，建模的预测效果要好；而在外扰变量相同时，基于径向基神经网络建立的预测模型比基于偏最小二乘回归建立的预测模型对溶液中L-色氨酸浓度的预测结果更为准确。其中，以浓度为外扰变量时的径向基神经网络预测模型准确度最高，该模型的预测相关系数为99.91%，预测均方根误差为0.033 μg·mL-1。研究结果表明，使用该方法能够对溶液中的物质含量进行准确测定，可为食品安全监管提供帮助。     

高速850 nm垂直腔面发射激光器的优化设计与外延生长

利用传输矩阵理论和TFCalc薄膜设计软件分析了分布布拉格反射镜和垂直腔面发射激光器(VCSEL)的反射率谱特性,对比了从谐振腔入射与从表面入射时反射率谱的差异,为白光反射谱表征VCSEL外延片提供了依据.利用Crosslight软件模拟了InGaAs/AlGaAs应变量子阱的增益谱随温度的变化特性及VCSEL器件内部温度分布,设计了增益-腔模调谐的VCSEL.采用金属有机物化学气相淀积设备外延生长了顶发射VCSEL,制作了氧化孔径为7.5μm的氧化限制型VCSEL器件,测试了器件的直流特性、光谱特性和眼图特性;6 mA,2.5 V偏置条件下输出光功率达5 mW,4级脉冲幅度调制传输速率达50 Gbit/s.     

发光层掺杂对红光OLED性能影响研究

制备高效率、高亮度的红光有机发光二极管是显示器实现全彩色的关键,对高性能的红光有机发光二极管器件研究具有十分重要的意义.本文主要研究了掺杂剂(DCJTB)浓度对红光有机发光二极管性能影响.实验采用真空热蒸镀的方法,选取结构为ITO／2-TNATA(20 nm)/NPB(30 nm)/AlQ(50 nm):(X%)DCJTB／AlQ(30 nm)／LiF(0.8 nm)／Al(100 nm)的红光器件,在高准确度膜厚控制仪的监控下,实现了有机薄膜功能材料的精确蒸镀.研究表明:红光掺杂剂掺杂浓度为(2.5~3.0)%时,在12 V电压下,可以得到发光亮度最高达到8 900 cd/m²,发光效率大于2.8 cd/A,且发光光谱波长为610~618 nm较为理想的红光有机发光二极管器件.