棱镜-光栅-棱镜分光模块整体化设计及衍射特性分析

PGP模块是超光谱成像仪中重要分光器件。为了能够在制作前有效预测PGP整个系统的衍射效率分布及其衍射特性,提出了PGP整体化设计方法。从体位相全息光栅设计角度出发,结合棱镜与光栅各项参数的制约关系,编制了计算PGP整体衍射效率的分析软件,综合考察了棱镜与光栅各项参数对PGP模块衍射特性的影响,讨论了光栅布拉格波长的漂移特性,据此设计了一种用于成像光谱仪的宽波段高衍射效率PGP分光模块。模拟结果表明：棱镜1材料的色散系数越小,PGP的光谱带宽越窄;光栅布拉格波长的漂移增大了PGP模块和光栅的光谱带宽,带宽增大使光栅的角度选择性随之增大,拓宽了棱镜1材料的选择要求;棱镜1顶角、光栅的胶层厚度和相对介电常数调制度等参数是影响PGP衍射效率分布的重要因素,制作时需要精确控制。利用此方法设计的PGP分光模块在400～1 000 nm波段范围内衍射效率不低于50%,并给出具体设计参数,这对PGP制作具有一定的参考价值。     

基于标准样品回归算法和腔增强光谱的NO2检测方法

腔增强吸收光谱技术作为一种高灵敏的痕量气体测量技术,其吸收光谱的浓度反演是极其关键的环节.为消除因吸收截面和仪器响应函数的不确定性引入的测量误差,本文提出了一种基于标准样品吸收光谱的浓度回归算法,该方法在浓度反演过程上进行优化,采用标准气体样品吸收光谱直接拟合未知浓度气体吸收光谱.采用中心波长在440 nm处的蓝色发光二极管(LED)作为光源,建立了一套非相干光腔增强吸收光谱技术(IBBCEAS)系统,实测腔镜反射率为99.915%,利用NO₂气体的实测吸收光谱对该算法的有效性进行了验证.与常规吸收截面回归算法比较,结果表明本文提出的标准样品回归算法具有显著的优越性,测量精度提升约4倍.利用改进的算法结合标准样品配制的多个NO₂气体对实验系统性能进行了深入评估,测量结果与理论值具有很好的一致性.Allan方差分析显示在积分时间为360 s的情况下,NO₂检测限可达到5.3 ppb(1 ppb=10^–9).     

基于外腔式量子级联激光光谱的挥发性气体检测方法

将新型的外腔式宽调谐量子级联激光器(ECQCL)作为激发光源,高频石英谐振音叉作为光电探测器,开展了挥发性有机物的中红外激光光谱定量分析和成分识别研究。以不同站点和不同型号的汽油样本作为检测对象,检测它们的红外吸收光谱,并与美国西北太平洋国家实验室数据库的标准光谱进行比较,结果具有很好的一致性;实验中结合自行建立的插值算法和多元线性回归算法模型,可实现不同型号汽油样本中主要挥发性有机物的定量分析和成分归属分析。     

数字正交锁相解调算法在可调谐激光光谱密封药瓶水汽浓度测量中的应用

密封药瓶内的药物在储存过程中，时常会因为保存方式不当，产品质量不合格等问题导致其气密闭性变差，极易与空气中的各种气体发生化学反应引起药品变质，影响其正常使用。因此，可以通过药瓶内部各种气体浓度的测量及时反映出药品的储存状态。其中水汽(H₂O)是空气中的常见气体且极易与药品产生反应，药瓶中H₂O浓度的测量是判断瓶内药物是否变质的重要依据之一。实际检测药瓶内水汽浓度的传统方法或通常需要直接接触到样品才能做出判断，很难做到无损检测，样品处理过程较为繁琐，耗时耗力，难以实现对大量药瓶的实时无损测量，所以需要一个实时快速非接触式检测容器密封性的方法。为了高效检测并实时监控密封药品存储容器(药瓶)内的水汽浓度，提出了一种可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)的数字正交锁相解调算法，并对该算法的可行性及有效性进行了实验验证。药瓶采用长12 cm宽9 cm高64 cm的可透光聚乙烯(PE)材质；中心波长为1 391 nm的分布式反馈(DFB)激光器作为光源，搭建了基于数字正交锁相解调算法的TDLAS药品检漏测量系统，以数字锁相解调代替了传统的锁相解调并且研究...