柴油光学物性的温变特性分析

利用IRTracer-100傅里叶变换红外光谱仪测量了柴油介质的光谱数据,根据光谱数据反演柴油介质的光学常数,分析不同温度对柴油透射光谱及光学常数的影响。研究结果表明:在波段400～2000cm~(-1)范围内存在470cm~(-1)、1377cm~(-1)、1454cm~(-1)3个吸收区域;柴油的折射率对光谱的选择性很强,吸收指数呈现波动性变化;在波段905～1200cm~(-1)范围内,柴油的折射率随波长增加波动性较大,吸收指数随温度升高而明显下降,25℃波数为939cm~(-1)时吸收指数存在最大值0.01523;在波段1800～2100cm~(-1)范围内,柴油的折射率随温度升高而增大,吸收指数在2085cm~(-1)存在最大值0.00738。     

柴油的透射光谱测量和热辐射物性参数反演

提出了一种基于填充柴油类半透明液体光学腔的透射光谱反演其介质光学常数的新方法(IDTM),通过测量填充水光学腔的透射光谱并反演水的光学常数进行了方法验证。采用Bruke V70傅里叶红外光谱仪实验测量了填充柴油光学腔在波长2~15 μm的透射光谱,基于新方法反演得到柴油在部分波长区域的光学常数,进而计算得到了其热辐射物性参数。研究结果表明：(1)在波段为2.0~2.5 μm,新方法(IDTM)反演水的光学常数同文献结果基本一致。(2)IDTM反演液体光学常数精度同MCDTM基本一致,且明显高于SODTM和SDTM。(3)柴油在波长2~15 μm范围透光性能较差,其中存在2.4,3.4,6.9,7.3和13.8 μm等5个强吸收区域。(4)柴油的光学常数和热辐射物性参数光谱选择性很强,在不同波段其值差距较大。     

有机非线性晶体二苯甲酮光学性质的实验研究

首次从实验上研究了过冷熔体法生长的有机非线性晶体二苯甲酮的光学特性,采用最小偏向角法和干涉法测量了晶体的主折射率,确定了该晶体的负光性双轴结构并求出了光轴夹角,测量了晶体在近紫外到近红外波段的光谱透射率,结果表明,由过冷熔体法生长的有机非线性晶体二苯甲酮在近紫上到近红外波段具有均匀且较高的透射特性。     

有机非线性晶体二苯甲酮光学性质的实验研究

首次从实验上研究了过冷熔体法生长的有机非线性晶体二苯甲酮的光学特性，采用最小偏向角法和干涉法测量了晶体的主折射率，确定了该晶体的负光性双轴结构并求出了光轴夹角，测量了晶体在近紫外到近红外波段的光谱透射率，结果表明，由过冷熔体法生长的有机非线性晶体二苯甲酮在近紫上到近红外波段具有均匀且较高的透射特性．     

悬浊液光谱透射法测量烟尘粒子的复折射率

光谱复折射率是计算烟尘粒子散射特性的重要参数。该文在光谱透射法反演烟尘粒子复折射率理论的基础上,将烟尘粒子弥散于水中形成烟尘粒子悬浊液,通过可见光分光光度计测量该悬浊液的光谱透射率,通过激光粒度仪获得烟尘粒子的粒径分布,利用悬浊液光谱透射法对烟尘粒子的复折射率进行了反演。研究结果表明,烟尘粒子在可见光波长范围内没有明显吸收带,但随着波长的增加,透过率逐渐降低。烟尘粒子复折射率的反演结果与KBr样片法的反演结果吻合较好。利用悬浊液光谱透射法测量烟尘粒子的复折射率,实验过程简单,约束条件少,并可利用红外分光光度计测量透射率后,拓展至红外波段。     

RP-3航空煤油热辐射物性参数的透射法测量

建立了填充半透明液体光学腔光谱透射比的正问题计算模型,提出了一种基于填充液体光学腔的透射光谱反演其液态介质光学常数的IDTM模型,通过测量填充水光学腔的透射光谱并反演水的光学常数进行了模型验证.采用Bruke V70傅里叶红外光谱仪实验测量了填充RP-3航空煤油光学腔在波长2~15μm的透射光谱,基于新模型反演得到RP-3航空煤油光学常数,进而计算得到了其部分波段区域热辐射物性参数.研究结果表明:1)IDTM模型反演液体光学常数精度同MCDTM模型基本一致,且明显高于SODTM模型和SDTM模型.2)RP-3航空煤油在波长2~15μm范围透光性能较差,其中存在2.4μm、3.4μm、6.9μm、7.3μm和13.8μm等5个强吸收区域.3)RP-3航空煤油的光学常数和热辐射物性参数光谱选择性很强,在不同波段其值差距较大.     

利用反射与透射光谱测量GaN外延层的光学参数

GaN是一种理想的紫外发光和探测材料,其光学特性参数是光学器件设计的重要依据。采用紫外反射与透射光谱相结合的方法对国产GaN外延层进行光学特性测量,利用反射率与折射率之间的关系和薄膜干涉效应,建立了GaN外延层厚度、表面反射率、光谱吸收系数的光谱测量公式。测量结果表明,GaN外延层在紫外波段存在三个吸收区,其中364nm以下波段为强吸收区,吸收系数接近10^5cm^-1,364～375nm为吸收过渡区,375nm以上波段为弱吸收区;GaN表面反射率在三个吸收区的变化不大,为0．2～0．25之间。     

海洋气溶胶多光谱偏振特性研究

为提高海洋气溶胶的反演精度,定量研究了气溶胶在可见近红外波段的多光谱偏振辐射特性。首先建立了合理的海洋气溶胶及海面模型,基于逐次散射法准确模拟了光在气溶胶中及大气—海洋交界面处的矢量辐射传输过程,接着从光谱角度定量分析了典型波段处的反射率和偏振反射率,在此基础上提出了海洋气溶胶偏振辐射的光谱分布模型,并用卫星数据对模型进行验证,最后研究了气溶胶光学厚度、观测角度、海水叶绿素a浓度和海面风速对气溶胶多光谱偏振辐射的影响。研究表明,在可见近红外波段不考虑大气吸收和耀斑效应时,气溶胶偏振辐射的光谱变化符合幂函数模型;在不同波段处,海洋气溶胶的偏振辐射受海水叶绿素a浓度和海面风速的影响不同;海洋气溶胶的多光谱偏振辐射信息有效体现了气溶胶的自身特性,且与反射率相比,偏振反射率随各因素的变化存在更明显的谱段差异性。因此,可以运用气溶胶的多光谱偏振信息反演海洋气溶胶参数,多光谱探测的加入对提高气溶胶反演精度具有重要意义。     

全血胆固醇、甘油三酯近红外光谱分析与模型优化

为验证近红外光谱测量全血中胆固醇和甘油三酯的可行性,采用近红外透射光谱结合化学计量学方法建立胆固醇和甘油三酯定量分析模型。获取全血在近红外全波段800～2500nm范围的透射光谱后,通过采用间隔偏最小二乘法(iPLS)进行特征波段的选择实现对分析模型的优化。经优化后的胆固醇、甘油三酯分析模型的特征吸收波段分别为1650～1730nm和2260～2340nm,预测相关系数分别为0.79和0.865,预测均方根误差分别为0.5mol/kL和0.28mol/kL。研究结果表明近红外光谱技术可用于测量全血胆固醇、甘油三酯的含量,运用间隔偏最小二乘法可确定特征吸收波段和优化分析模型。     

基于偏芯熔接光纤的应力与折射率传感器

基于偏芯熔接技术构建了一种新型马赫-曾德尔干涉(MZI)原理的应力与折射率光纤传感器。该传感器是由一段单模光纤的两端实施偏芯熔接而成。利用光纤包层模、纤芯模对应力和折射率的敏感特性,实现对外界折射率和应力的测量。研究结果表明,施加轴向应力范围为0~500με时,传感器的近红外透射光谱的波长出现蓝移,在1585nm附近干涉谷处的应力灵敏度约为-7.00pm/με;外界折射率在1.331~1.398RIU(RIU为单位折射率)范围时,传感器的近红外透射光谱的波长出现蓝移,在1570nm附近干涉谷处的折射率灵敏度约为-55.223nm/RIU;且均具有良好的线性拟合效果。该传感器也可应用于温度等其他参数测量,具有非常广阔的应用前景。     

高光谱激光雷达植被叶片方向反射特性及对叶绿素反演的影响

不同于传统被动光学传感器,高光谱激光雷达发射主动式全波段高斯脉冲激光,和植被叶片表面相互作用后,不同波段后向散射强度返回至接收器并被记录下来。以往的高光谱激光雷达植被叶片反射特性研究只聚焦于零度角入射的情况,对多入射角方向反射光谱特性以及方向反射特性对叶片叶绿素含量估算带来的误差尚未进行过深入研究。利用实验室研发的32波段高光谱激光雷达获取了不同入射角下的植被叶片反射光谱,对高信噪比波段下植被叶片的复杂方向反射特性进行了深入分析,随后选择光谱指数研究了高光谱激光雷达测量条件下植被方向反射特性对叶绿素含量反演的影响。结果表明,(1)高光谱激光雷达植被叶片回波强度随入射角增大逐渐降低,但二向反射率因子并不逐渐减小,在可见光和近红外波段,二向反射率因子随入射角增大分别呈现出两种不同形状特征,可见光波段反射率因子最大值出现在0°～10°,近红外波段最大值出现在60°,反射率因子最小值均出现在45°处,最大和最小反射率因子间可差0.1左右,可见光和近红外波段10°～60°内二向反射率因子均呈现先减小后增大的趋势;(2)通过对不同入射角下光谱指数与叶绿素含量的回归分析发现,方向反射特性对反演精度有...     

RGB三波段消光法测量细微颗粒粒度分布研究

提出了采用彩色相机RGB信号实现三波段消光法测量微米级颗粒粒度分布的方法。当一束平行白光入射到弥散细微颗粒时,测量不同波长的透射光强信号,用多波长消光法理论反演可以测得被测弥散细微颗粒粒度。当用彩色相机拍摄透射光,得到的图像实际是RGB三个波段的透射光信号,该信号与相机的RGB响应曲线、光源光谱特性、被测颗粒粒径及颗粒浓度有关。对RGB三波段信号用消光法理论进行分析和反演计算,可以得到细微颗粒的粒度分布。通过数值模拟与实验验证,表明用彩色相机RGB三波段消光法可以测量亚微米到3 mm大小的颗粒粒度分布。将该方法与图像法颗粒粒度测量相结合,可以将彩色相机测量颗粒粒度的范围拓展到从亚微米到数百微米。     

石英波片偏光干涉谱的研究

根据石英晶体双折射率的色散特性,对石英波片的偏光干涉谱进行了理论分析和数值模拟,提出了一种石英波片延迟量和厚度的偏光干涉标定法。即由偏光干涉谱,可以得出石英波片在200~2000 nm宽光谱范围内的延迟量;通过对长波段的偏光干涉谱极值波长的精确判断,可以准确地计算出该石英波片的厚度。利用Lambda900紫外-可见-近红外分光光度计对一片石英波片的偏光干涉谱进行了测量。在波长精度为0.1 nm的情况下,测量的厚度精度为0.1μm。误差分析结果表明,通过提高光谱的最小分辨力及选择较长的光谱波段进行测量计算,可以有效地降低误差。     

在半导体-金属相变温度附近氧化钒薄膜光学性质的异常变动

在可见光—近红外波段的不同波长下,测量了半导体-金属相变过程中氧化钒薄膜样品的反射率和透射率.在薄膜相变过程中,不同波段的反射率曲线和透射率曲线表现出不同的变化趋势.利用非相干光在薄膜中的多级反射-透射模型,计算了相变过程中不同波长下氧化钒薄膜的折射率n和消光系数k随温度的变化.结果表明,在相变温度附近氧化钒薄膜光学性质的异常变动,其原因既有薄膜的折射率和消光系数随波长的变化趋势不同,也有在吸收性薄膜中存在探测光多次反射和透射的累加效应.     

几种塑料的太赫兹光谱检测

利用太赫兹时域光谱技术测量了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的太赫兹透射谱,研究其在0.2～2.6THz频段的光谱特性,得到了在室温氮气环境下这些材料的太赫兹吸收谱和折射率色散特性.发现这五种塑料在太赫兹波段的折射率和吸收系数差异显著,折射率分别在1.35～1.85之间,聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯吸收很小,相比之下聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯吸收很大,这为塑料种类的鉴别及高太赫兹透过率塑料衬底选择提供了依据.     

艾灸的热辐射光谱特性研究

为揭示传统中医艾灸的物理特性，本文使用光栅光谱仪直接测量两种自然状态下典型艾条的可见光波段和红外波段的热辐射光谱特性。实验发现，测量的艾条含有少量的可见光光谱，艾灸谱峰出现在大约3．5μm的远红外波段．由此可以确定艾灸的光谱靠近近红外，以远红外为主。     

基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术的食用油光谱特性研究

食用油是人类营养和能量的重要来源,为人体提供必需的脂肪酸,研究食用油在太赫兹波段光学特性,对食用油成分分析及品质评价具有重要价值。衰减全反射式太赫兹时域光谱技术是一种新型的太赫兹时域光谱技术,通过样品与倏逝波的相互作用,获取样品的太赫兹光谱。与透射式或反射式太赫兹时域光谱技术相比,该技术能有效地避免测量食用油等液体样品时样品池对光学参数的影响,并能获得样品的精确光学参数。分别利用透射式太赫兹时域光谱技术和衰减全反射式太赫兹时域光谱技术测量了大豆油的吸收光谱。结果表明,与透射式太赫兹时域光谱技术相比,衰减全反射式太赫兹时域光谱技术能更有效地提取大豆油的吸收系数、吸收峰分布等光学特性。进一步利用衰减全反射式太赫兹时域光谱技术研究了大豆油、核桃油、葡萄籽油在太赫兹波段的光学特性,获得了三种食用油在1~1.8 THz范围内的折射率谱和吸收光谱。利用密度泛函理论计算了食用油中四种主要成分(软脂酸、硬脂酸、油酸和亚油酸)在太赫兹波段的振动、转动模式,理论计算结果同实验测量结果吻合较好。研究表明,在太赫兹波段食用油的吸收峰与所含脂肪酸分子种类与含量有关,其主要来源为脂肪酸分子的低频振动和转动。研究成果对食用油成分定性定量分析及品质检测等具有指导意义。     

几种塑料的太赫兹光谱检测

利用太赫兹时域光谱技术测量了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的太赫兹透射谱,研究其在0.2~2.6 THz频段的光谱特性,得到了在室温氮气环境下这些材料的太赫兹吸收谱和折射率色散特性.发现这五种塑料在太赫兹波段的折射率和吸收系数差异显著,折射率分别在1.35~1.85之间,聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯吸收很小,相比之下聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯吸收很大,这为塑料种类的鉴别及高太赫兹透过率塑料衬底选择提供了依据.     

近红外波段二类水体悬浮物生物光学反演模型研究

通过野外高光谱仪对二类混浊水体进行光谱测量,分析了400～1 200 nm范围内的水体光谱特性。显示高浓度悬浮物含量对水体总的反射率贡献较大,在近红外波段处的808和1 067 nm存在较为明显的悬浮物反射峰。基于对水体固有光学特性参数在近红外波段范围内的简化条件,建立了反演悬浮物浓度的生物光学模型经验公式,并通过与线性和指数反演公式的对比,进行了模型反演精度评价。分析结果表明,基于近红外波段的生物光学模型反演精度较高,可有效地提取二类混浊水体的悬浮物浓度信息。     

基于高斯混合模型的液体电磁参数太赫兹测量方法

针对使用透射式测量系统难以提取太赫兹波段高吸收样品电磁参数的难题,采用反射式时域光谱系统分别测量了极性液体和非极性液体的时域光谱。通过时域有限积分算法对太赫兹波在样品中的传播特性进行建模,并使用高斯混合模型重新构建反射光谱,从噪声中恢复了原始的太赫兹时域信号,解决了反射式系统信号易受干扰导致的电磁参数发生伪波动的问题。实验结果表明,使用恢复信号计算得到的水和液体石蜡在0.4 THz～2 THz波段的折射率和消光系数,与使用原始信号计算得到的结果相比,有效地消除了波动现象,去趋势波动分析（detrended fluctuation analysis, DFA）标度指数较之原始信号计算值分别上升了7%、3%、29%、31%,验证了该方法的有效性和正确性。