线阵CCD棱镜摄谱中的抛物线定标

在采用线阵CCD棱镜摄谱仪测量光谱的实验中,内部定标方法普遍都是采用一种近似测量波长的方法,即用线形内插法求待测波长。在进行光谱测量实验的基础上总结出一种新定标测量方法——抛物线定标法求待测波长。通过实验对比分析,结果表明在一定范围内该方法比线形内插法求待测波长精确度更高。     

光谱波长测量中的方法和不确定度的分析

章分析了用定标曲线测波长和用插入法测波长的不确定度。认为在选择插入法测量时应选择离待测谱线最近、间距最小的两条谱线作为已知谱线。     

数字式投影比长仪

在光谱学实验中,要重复地使用比长仪测量谱线间的距离以决定一系列谱线的波长,由于占用了许多时间,以致不能对实验结果进行认真的分析讨论。并且,学生长时间用显微镜观察,眼睛极易疲劳。我们吸收投影仪与测微光度计的优点并采用数字化的测长技术,试制了数字式投影比长     

近红外光谱谱线特性对物质浓度分析误差影响的研究

为解决近红外光谱法分析物质浓度过程中缺乏可测度分析而导致测量过程存在一定盲目性问题,研究在已知测量条件、样品种类、被测组分以及建模分析方法的条件下,利用近红外光谱谱线特性作为参数,在大量样品近红外光谱采集和标准法测得浓度数据等工作前,对被测物质浓度的分析误差做大致估算。经过大量尝试和试验提出等效信噪比（ESNR）和谱线重叠系数（OC）两个重要参数,其中ESNR反映待测组分吸光度占总吸光度的比重,而OC则反映待测组分近红外光谱曲线间的重叠程度。通过理论仿真得到光谱分析中用经典的偏最小二乘回归建立定量分析模型时谱线特性与物质浓度分析误差的关系,分别计算ESNR和OC与被测组分浓度分析误差（RMSE）的关系,并且研究两个谱线参数的独立性。利用理论分析得到结果对浓度为8%~12%乙醇水溶液进行可测度分析,并与近红外光谱法分析的实际结果进行比较。研究通过理论仿真得到使用光谱分析中经典的偏最小二乘回归建立定量分析模型时谱线特性与物质浓度分析误差的关系,其中ESNR与RMSE成反比关系,而OC与被测组分分析误差成非线性的单调关系,并且验证了ESNR和OC两个参数的独立性。通过理论计算和乙醇水溶液近红外光谱检测实验对等效信噪比和谱线重叠系数与光谱分析浓度误差的定量关系进行讨论,通过理论分析得到的乙醇浓度RMSE预估值为0.30%,近红外光谱分析实际RMSE为0.32%,相对误差6.67%,二者结果相符。实现了在测量条件、样品种类、被测组分以及建模分析方法已知的条件下基于近红外光谱分析的待测组分含量理论误差的定量计算和实验验证。该研究明确了对近红外光谱法分析物质浓度有明确定量关系的两个谱线参数,给出了使用光谱分析中经典的偏最小二乘回归建立定量分析模型时的分析误差经验曲线,以及利用曲线进行近红外光谱法待测组分浓度可测度分析方法。结果表明所提出的ESNR和OC两个谱线特性参数的有效性,以及分析误差预估方法的有效性。为近红外光谱法待测组分浓度定量分析提供了有效、快捷的预估方法,完善了近红外光谱法成分含量可测度分析理论,对近红外光谱法物质浓度定量分析研究具有一定指导意义。     

用计算机模拟技术选择混合物中稀土元素定性分析用谱线

用ICP光谱的模拟技术找出了供稀土元素定性分析用的发射谱线。每条发射谱线的波长和相对强度都贮存于软盘中。在计算机键盘上给出所要考查的谱线波长之后,该线的各相邻谱线就会被自动地查出并按高斯分布的形状画出它们的轮廓。经验证,模拟光谱与实际观测到的十分相似。发射谱线是根据使它们相互间的干扰即便在干扰元素浓度远远超过待测元素时也变得很小的原则选出的。所选出的这些谱线与通常已知待测物的定量分析中所选用的谱线十分不同。此定性分析的规则系统是以图形识别法为基础的。在这里,是对所观测到的每种元素发射谱线的强度比与只含一种待测元素时的情况作比较。     

细截面金属丝的线胀系数的测定

各种材料的金属丝在市场上容易购得，所以本线胀系数测定实验采用细截面金属丝．实验装置如图１所示．在待测金属丝上用刀刃压出两个痕迹，测量出两压痕间距ｌ，然后该金属丝的一端固定在玻璃管下端橡胶塞上，另一端穿过玻璃管，玻璃导管和滑轮与砝码相连．砝码的作用是使玻璃管内的金属丝保持直线状态，因此砝码的重力尽可能小一些为宜，所加砝码量能使金属丝保持直线即可．在未通恒温水时，用温度计测出玻璃管内的温度Ｔ１，用移测显微镜测量两压痕位置Ａ１，Ｂ１．然后接通恒温水，待温度稳定后测出玻璃管内的温度Ｔ２和两压痕的位置Ａ２…     

基于距离度量的LAMOST光谱中连续谱异常的自动检测

连续谱异常是指恒星光谱在获得和处理过程中由于星际消光和流量定标等原因造成连续谱严重偏离甚至中断的现象,这对光谱的谱线提取以及其他一些后续处理工作带来负面影响。提出了一种基于距离度量的连续谱异常光谱的自动检测方法,相比传统人眼检查在保证正确率的情况下大大地提高了工作效率。该方法首先通过光谱的lick线指数来确定待测光谱的恒星类型,同时对待测光谱进行归一化处理;然后分别提取待测光谱和对应类型模板光谱的连续谱;最后进行连续谱模板匹配,在每个波长点计算待测光谱和其模板光谱的流量差值,分析流量差值的分布,检验有多少差值点分布在在均值(β)附近的±α个标准差(δ)的范围内,进而可确定是否有连续谱异常。实验表明提出方法的可以快速有效的识别出连续谱异常的恒星光谱。     

利用色散法探索玻尔氢原子理论测量普朗克常数

普朗克常数是物理学中一个重要的常数,利用测角仪器分光计,探索用玻尔氢原子理论来测普朗克常数。根据最小偏向角测量三棱镜折射率的原理,利用分光计测量三棱镜的折射率来研究光的色散规律,测量棱镜材料对不同波长入射光的折射率,得到棱镜材料的色散曲线和拟合方程。根据玻尔的氢原子理论,用分光计测出氢原子光谱四条谱线（α,β,γ,δ）的偏向角对应的折射率,由科西经验公式计算出相应的波长。     

基于超高分辨率光谱分析的周期光信号相对相位测量方法

提出了一种基于超高分辨率光谱分析实现周期性光信号频域中相位分布的测量方法.在已测得待测信号高分辨率光谱的情况下,利用马赫泽德调制器载波抑制效应调制激光器产生双泵浦,激发高非线性光纤中的受激布里渊散射效应形成有源双滤波器.用泵浦激光器在测量波长范围内进行连续扫描,得到包含待测信号相位信息的拍频信号,经数据采集和处理后得到待测信号频域上的相对相位信息.实验给出了速率为5Gb/s,字长为31bit的周期性光信号在频域上的相对相位分布信息,证明了这种有源双滤波器的频率响应特性可以满足相位测试的需要.     

大气环境条件下波长调制光谱无标测量的压强修正

可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS)由于其高灵敏度、高选择性等优势广泛用于痕量气体检测领域。然而其测量结果容易受到目标气体压力波动的影响,特别是在大气环境下尤为明显,现有方法多为在现场安装压力传感器,对测量结果进行校正。提出了一种无需压力传感装置的气体浓度修正方法。选取碰撞展宽占主导地位的气体吸收谱线,分别建立谱线展宽与波长调制光谱一次谐波(WMS-1f)信号的峰谷值间距和二次谐波(WMS-2f)过零点间距的解析表达式,通过测量一次谐波峰谷值间距或二次谐波过零点间距直接得到被测气体压强,进而利用波长调制光谱一次谐波归一化的二次谐波(WMS-2f/1f)技术补偿测量环境中压力波动对气体浓度测量结果的影响。实验以浓度为1 980 mg·m~(-3)的CO_2为目标气体,选取其位于4 989.97 cm~(-1)的吸收作为目标谱线,在大气压附近进行不同调制深度的变压力测量实验,通过实验分析了压强变化对二氧化碳吸收谱线谐波信号的影响,利用一次谐波峰谷值间距和二次谐波过零点间距分别反演了气体压强,并与气体压强传感器测得的压强数据进行对比,压强偏差在1%以内,验证了通过谐波间距解析表达式计算压强的正确性及通过测量谐波间距对浓度补偿的可行性。最后利用WMS-2f/1f技术和通过谐波间距测得的压强数据对气体浓度进行压强补偿修正,结果表明通过测量谐波间距修正后的浓度与通过高精度压力表补偿后浓度相比误差小于2%,与通过谐波间距推导得出的压力不确定度(小于2%)一致,验证了该方法的可行性和有效性,进一步提高了TDLAS技术在压强波动较大环境下进行气体浓度检测的测量精度。利用谐波间距对气体浓度补偿的方法无需额外的气体压力传感器,简单易行,特别适合于大气环境中气体成分的高灵敏高精度开放光路遥测,也可用于气体浓度和压强的同时测量。     

CO_2激光边带光谱仪用于SF_6分子v_3带Q支吸收谱的研究

用绝对频率精度优于1.2MHz的CO_2激光边带光谱仪记录了SF_6分子v_3带Q支的多普勒受限吸收谱,光谱范围在CO_2激光10P(16)支线中心两侧,距支线中心8.0～12.4 GHz。用内插法以<6MHz的均方误差测量了百余条跃迁谱线的频率,并标识出Q_Z、Q_R、Q_X、Q_W、Q_A等亚支的谱线,量子数J从26到83。用最小二乘法拟合实验数据得到了v_3带的部分光谱常数。     

基于波长调制-直接吸收光谱方法的CO分子1567 nm处谱线参数高精度标定

直接吸收光谱(DAS)可直接测量分子吸收率函数,并通过拟合吸收率函数确定待测气体参数.波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)在DAS基础上,结合了波长调制光谱(WMS)中谐波分析思想,利用傅里叶变换复现吸收率函数,可有效提高吸收率函数的测量精度.本文利用WM-DAS方法结合长光程气体吸收池,在室温低压条件下,对CO分子1567 nm处R5-R11近红外弱吸收谱线吸收率函数进行了精确复现,其拟合残差标准差低至3×10^-5,随后根据测得的吸收率函数对谱线的碰撞展宽、Dicke收敛以及速度依赖的碰撞展宽系数等光谱参数进行了高精度标定,并将其与高灵敏度的连续波腔衰荡光谱(CW-CRDS)测量结果进行了比较,实验结果表明该方法与CW-CRDS测量结果具有高度一致性,更具有系统简单、测量速度快、对环境要求低等优点.     

基于激光诱导击穿光谱的波长校准法研究

基于线列光探测器件的光谱仪具有多光谱通道探测的优点，以及其在物质光谱分析中担当的重要角色。分析了基于线列光探测器件光谱仪的波长准确度问题，提出利用激光诱导击穿原子光谱丰富波长校准特征波长谱线的思想。实验选用光谱波长范围为200nm～600nm的凹面光栅光谱仪、2048元焦平面的CCD器件和低压汞灯，分别对铜、铝、镁、钙、硅等5种样品进行了激光诱导击穿光谱试验；利用选取的10条激光诱导原子光谱波长数据并结合低压汞灯的10条特征谱线对光栅光谱仪重新进行波长校准，获取的试验数据有力地证明了这种思想的可行性。     

自制简易OMA改进光谱实验教学

在高校普通物理的光谱实验中，光谱分析主要采用两种方式：照像法和光电法，传统的照相法是采用摄谱仪器，用感光乳胶作为介质接收和记录光谱图形，这种方法不能动态连续地检测光信号，且需经过显影、定影、比长等步骤确定光谱谱线波长。显然这种方法处理过程复杂且耗时。     

~（23）Na~（39）K分子D~1∏→X~1∑~＋激光感生荧光光谱及强度研究

实验获得了Ａｒ＋激光５１４．５ｎｍ线诱导２３Ｎａ３９Ｋ分子产生的Ｄ１∏→Ｘ１∑＋跃迁荧光谱．通过测量激光感生荧光光谱强度随泵浦功率、热管炉温度及缓冲气压变化规律，详细研究了其跃迁机制．用最小二乘法拟合获得２３Ｎａ３９Ｋ分于Ｘ１∑＋态振动常数．理论计算了各跃迁谱支波长值及Ｆｒａｎｃｋ－Ｃｏｎｄｏｎ因子和光谱强度值，与实验观测值符合得相当好，充分表明本文对激光感生荧光光谱的归属以及对各支谱线振、转量子数的赋值是合理的．     

光谱仪器

将CCD测量转角的方案应用到光栅光谱仪中,设计了一套CCD成像法波长扫描机构,大大改善了光谱仪的性能。为了满足测量范围的要求,采用CCD拼接技术。该系统具有采集和显示被测谱线、拾取谱峰和自动寻峰等数值处理功能,并能计算出识别出来的任意一条谱线的波长。用于测量低压汞灯谱线波长,测量结果和实验标准波长偏差在。.20nm以内。     

提高特征光谱法在微量气体监测中灵敏度的研究

为了实现对室内微量有毒气体实时监测,提高基于特征光谱检测方法的测量精度,提出了特征波长过滤窗的方法。将高浓度的待测气体作过滤窗,标准空气作参考窗,气室充待测浓度的待测气体,采用组合测量得到的多组光谱进行差分、相关等数据处理求解气室中待测气体的浓度。实验显示,采用WQF-520-FTIR型红外光谱仪得到癸二酸二丙脂红外吸收谱线主要有四条：3 385.26,3 417.64,5 797.11和8 561.65 nm,分别对应的吸光度为1.520 0,1.542 1,2.431 8和1.352 6。对应的可检测的最小含量为50×10-9,而采用特征波长过滤窗的方法波长位置可实现10-4 nm量级的对准,在确定待测气体含量量级的条件下,可检测的最小含量为5×10-9,灵敏度提高约10倍。该方法具有高灵敏度、无中毒、可实时检测等优点。     

色散公式计算精度研究

光学材料的色散对波长的依赖关系比较复杂,不仅不同的材料有不同的色散关系式,即使是同一种材料,在不同的光谱范围也很难得到完全相同的色散关系.本文通过实验测量和理论计算对不同色散公式的计算精度进行了研究,并分析讨论了拟合光谱范围与待测光谱范围对色散公式计算精度的影响.结果显示,色散公式的计算精度与所用公式的形式有关,相同的拟合条件下,两项科希公式的计算精度要低一些,但不论哪种形式的色散公式,当待测谱线位于拟合区域内时,计算精度较高.     

Origin作图定量研究原子光谱——以分光计实验中的光栅为例

用分光计做工具,用透射光栅做色散器件,先后用He灯和Hg灯做光源,来观测它们的衍射光谱。基于He灯衍射谱线的标准波长λ和实验测得的衍射角θ,通过Origin软件科学作图得到了光谱定标曲线,求得光栅常量d为3 307 nm,一级衍射下的光栅方程为3307sinθ=λ。再基于此方程以及实验得到的Hg灯各谱线的衍射角数值,计算出Hg灯黄1、黄2、绿、蓝、紫、暗紫等六条主要谱线的波长分别是579.06、576.08、546.65、492.74、435.53和404.78 nm,这些波长与Hg灯特征光谱的标定值相比,百分差均在3‰以下。用Origin作图来处理数据,能得到科学严谨的结果,并能更好反映实验的物理本质,值得推广应用。     

圆形渐变滤光片光谱辐射计辐射定标

基于分区线性法对圆形渐变滤光片型光谱辐射计开展辐射定标研究,以解决温度范围大、工作波段宽的测量目标对该类型光谱辐射计造成的非线性问题。所提光谱辐射计的主要技术原理是将待测目标的温度区间分为多个子区间,采集目标温度区间内多个不同温度黑体对应的测量光谱,并计算各个温度下的响应度函数。在进行红外光谱测量时,将目标光谱与区间内记录的不同温度点光谱进行比对,从而确定待测目标所属温度子区间的上下限。根据子区间计算的响应度函数,通过线性插值求得待测目标的响应度函数并进行辐射定标。基于该方法的实验结果表明,待测目标理论辐亮度与使用分区线性法进行辐射定标得到的辐亮度在波长范围内的平均偏差小于1%。通过定标结果反演测量黑体的等效温度,等效温度误差小于2%。