新型高性能激光光声光谱球形光声池：理论和实验研究

从理论上讨论了球形光声池共振模式的声学特征，计算表明，与常用的圆柱形光声池比较，球形光声池具有更高的Ｑ值；利用球形光声池和钛宝石激光器的光声光谱仪，从实验上测量了球形光声池的共振模式，与理论计算结果一致；该球形光声池的声学Ｑ值达到５９０，明显高于圆柱形池的结果；利用该装置成功地记录了Ｃ２Ｈ２ １２７５０ｃｍ＾－１附近的一段弱谱带，与本实验室高灵敏的激光腔内吸收光谱仪（ＩＣＬＡＳ）得到的结果相比，具     

光声光谱检测装置中光声池的数值计算及优化

利用光声光谱技术进行痕量气体的检测具有独特的优势,光声池是系统装置中最为重要的核心部件,它决定着整机性能的优劣.以一圆柱形共振型光声池为研究对象,基于声学与吸收光谱学的基本理论,建立了光声池声场激发的数学模型;利用数值模拟方法对光声池空腔结构进行了声学模态仿真,获得了前8阶声学模态值以及声压可视化振型;在考虑热黏性声学损耗的作用下,对光声池进行了热-声耦合多物理场仿真计算;将仿真结果与解析计算和实验结果进行对比,明确了利用数值模拟方法来计算光声池有关指标的可靠性与可行性;针对光声池的优化问题,提出了一种将响应面代理模型与遗传算法相结合的优化算法,在将原光声池中的谐振腔两端形貌更改为喇叭口形的情况下,通过优化算法获得了以光声池品质因数Q及池常数C_(cell)为最大值寻优的Pareto最优解集;选取一组解进行考察,结果表明,代理模型预测值与数值模拟值指标最大误差仅为1.3%,优化后的新型光声池Q较之前增长了48.9%, C_(cell)增长了34.4%.研究方法可为光声光谱中光声池的优化设计提供参考借鉴.     

用脉冲光声技术测量吸收系数

建立了由YAG激光器和超声探测器组成的利用脉冲光声技术测量样品吸收系数的实验系统,通过对测量的光声信号的拟合,可以计算出样品的吸收系数.用染色的琼脂进行了实验验证,测量误差为-5.2%～4.8%.     

圆锥气泡声致发光光脉冲和光谱

对一种U形管圆锥气泡发光装置进行了改进，使其发光效果更好，利用光电倍增管和光谱仪 得到了水中空气圆锥气泡的发光脉冲和发光光谱图. 得到的发光脉冲在几百个ps和几个ns之 间不等；在近红外波长范围内观测到了水分子振动能级的特征谱，其连续谱发光强度随着波 长的增加而升高. 另外还得到了在水中加入NaCl溶液的气泡发光光谱图. 关键词： 声致发光 圆锥气泡 光脉冲 光谱     

基于OPO脉冲激光激发光声光谱的真假血液分类鉴别

为了实现快速准确并可回收再利用地鉴别真血和假血,采用光声光谱技术构建了一套血液光声检测系统并获取血样的光声信号。选取三种动物真血（马血、牛血和兔血）和两种假血（道具假血和红墨汁）共125组血样作为实验样本。获取了700～1 064 nm波段内所有样本的光声信号和光声峰峰值谱。实验表明,真血和假血的光声信号幅度、轮廓、峰值时间点和光声峰峰值均存在差异。为了实现高准确度的真假血液分类识别,采用了遗传优化的小波神经网络（WNN-GA）算法,对全波段100组样本进行训练,并构建了类Morlet小波基函数,然后对25组测试血样进行分类识别。利用遗传算法对WNN网络的权值、阈值和小波基函数平移、伸缩因子进行了优化,同时通过调节两个学习率因子,将真假血液的分类识别率提高了24%。采用主成分分析（PCA）对全波段血样光声峰峰值进行特征提取,再利用WNN-GA算法进行训练和分类识别。结果表明,在主成分个数为6时,PCA-WNN-GA融合算法可以使真假血液的分类识别率提高到100%。与另外6种分类识别算法相对比,该融合算法的识别准确率明显占优。光声光谱技术联合PCA-WNN-GA算法,可以准确地实现真假血液的分类鉴别。     

用脉冲光声法测量固体介质中声速

提出了一种利用脉冲光声技术测量固体介质中声速的方法,建立了由YAG激光器和超声探测器组成的实验系统,脉冲激光在固体表面产生脉冲超声波,通过测量脉冲声波在固体内多次反射后的出射信号及固体的厚度,即可算出固体介质中的声速.对黄铜及铝的测量结果表明,这是一种准确性较高的固体介质中声速测量方法.该测量方法可作为综合设计性物理实...     

具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲

从麦克斯韦方程组出发 ,推导出了具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输的方程和非线性光纤的折射率。给出了描述具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输方程的解。研究了在非线性光纤中自相位调制导致具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲频谱展宽 (脉宽压缩 )的详细物理过程。研究了非线性光纤中飞秒光孤子产生的条件     

同步双脉冲激光致声研究

利用高速摄像机拍摄了同步双脉冲激光聚焦击穿水介质产生激光空泡的运动过程。分析了该条件下产生的四种典型激光声信号特性,初步计算了光声能量转换效率。研究结果表明：通过调节脉冲激光的能量差,可以控制激光声信号峰值间隔,提高激光声信号脉宽;两空泡之间无量纲距离为1.5时,溃灭过程中出现融合现象,融合过程中空泡热力学能转化为机械能,融合后形成的单个空泡能量变大,其溃灭产生的激光声信号主频降低;同步双脉冲激光聚焦击穿情况下的光声能量转换效率为6%~10%。     

纳秒脉冲激光特性对金纳米球光声响应的影响

由于局部表面等离激元共振现象,金纳米颗粒具有显著的光热效应,而近年来随着人们对精准医疗和非介入性组织成像的需要,作为纳米颗粒光热衍生效应的金纳米颗粒光声效应得到了人们的广泛关注.金纳米颗粒自身特性对其光声效应的影响目前已经得到一定的研究,而对于脉冲激光特性对其光声效应的影响尚缺乏深入探讨,因此,本文对金纳米球在不同脉冲...     

基于可调谐光纤激光器的C2H2气体光声光谱检测

研制了基于可调谐掺Er光纤激光器的共振式光声光谱乙炔气体检测系统,结合波长调制和锁相放大器的二次谐波信号检测技术,有效地消除了光声池窗片和池壁吸收入射光而引起的背景噪声,通过对该系统的光学、声学和电子检测系统的优化,实现了低浓度乙炔气体的流动式检测.实验结果证明,当气体浓度较低时,二次谐波振幅与气体浓度成正比,其线性响应相关度达到0.999 53.在常温常压和3.5 mW平均光功率以及100 ms锁相积分时间条件下,乙炔气体的极限检测灵敏度达到了0.3 ppm(1 ppm=1μg·mL-1)(SNR=1时),系统用可调谐掺Er光纤激光器代替半导体激光器作光源,降低了成本,为发展低成本、实用、便携式微量气体光谱榆测仪器奠定了基础.若采用多光程光声池,或者采用EDFA提高激光功率,可大幅度提高信噪比,将极限检测灵敏度提高至ppb(1 ppb=1 ng·mL-1)量级.     

Wavelength Shift Investigation of Optical Emission from Nanosecond Pulsed Laser Ablated Metal Al

The wavelength shift of optical emission from pulsed laser ablation of metal Al in 1atm air has been investigated by using the time-resolved optical emission spectroscopy (OES). The wavelength shift of OES has a second order exponential decay with time and was also found to be significantly influenced by the laser ablated pulse energy. By taking account of the shielding effect of free electrons inside of the plasma plume, the relation between the electron density and wavelength shift has been discussed.     

基于OPO脉冲激发的血糖光声检测影响因素研究

构建了一套基于侧向模式的光学参数振荡(optical parameter oscillator,OPO)脉冲激光激发-超声传感的血糖光声检测系统,并且将激发波长、激光能量、探测频率和温度等对血糖光声检测的影响,在系统结构上进行了有效融合。然后,以不同浓度的葡萄糖溶液作为测试样品,实验研究了几个因素(激发波长、激光能量、探测频率和温度等)对葡萄糖光声检测和浓度预测的影响。实验得到了不同浓度葡萄糖溶液在不同影响因素条件下的葡萄糖实时光声信号和光声峰峰值,同时,为了得到不同因素对葡萄糖光声值和浓度预测的影响规律,通过线性回归算法建立了葡萄糖光声峰峰值与各因素变化,以及不同因素下光声峰峰值与浓度梯度的映射关系模型。实验和模型预测结果表明：相比1 200和1 300 nm波长而言,1 064 nm波长下的葡萄糖光声峰峰值与浓度梯度模型预测效果最好,模型相关系数达到0.986;葡萄糖光声峰峰值随着脉冲激光输出能量的增大呈线性增大趋势,且葡萄糖浓度预测准确度随着激光输出能量增大有所提高;根据不同探测频率的超声探测器捕获的葡萄糖光声峰峰值与浓度梯度建模效果来看,响应频率为1 MHz的超声探测器相比2.5和10 MHz的超声探测器,在葡萄糖光声信号探测上具有更好的探测效果;最后,实验发现,葡萄糖光声峰峰值随着温度和浓度的增大均呈线性增大趋势,且浓度预测误差随着温度的升高逐渐增大。     

Photoacoustic detection of NO2 traces with CW and pulsed green lasers

Photoacoustic NO₂ traces detection based on continuous and pulsed lasers emitting at 532 nm is presented. Both systems were calibrated with known NO₂-pure air mixtures. A minimum detectable volume concentration of 20 parts in 10⁹ (S/N=1) and 15 parts in 10⁹ for the resonant and pulsed regime, respectively, were obtained. These values were limited by electrical and acoustical noise of the microphone and electronics. Measurements of NO₂ concentrations in urban air are compared with home-manufactured mixtures. Traces of nitrogen dioxide from two different car exhausts are also detected and quantitatively assigned from the calibration curves.     

发射光谱法研究纳秒激光烧蚀硅等离子体特性

利用调Q Nd3+∶YAG激光器三倍频355 nm激光脉冲烧蚀空气环境的硅样品,观测不同脉冲激光能量下产生的等离子体在380～420 nm范围内的时间-空间分辨等离子体发射光谱,观测到在等离子体羽膨胀初期存在N+发射光谱。在局域热力学平衡近似条件下,根据时间-空间分辨等离子体发射光谱计算得到等离子羽体电子温度和电子密度随时间延时存在二次指数衰减变化,等离子体羽体电子温度和电子密度的空间分布近似呈Lorentz分布,发现在确定激光脉冲能量下电子密度空间分布最大值偏离光谱强度最大空间位置并对产生原因进行分析,探讨了等离子体羽参数与激光脉冲能量的关系。     

激光拉曼光谱结合紫外光谱检测茶水中的咖啡因

利用激光拉曼光谱法结合紫外光谱法对直接一次浸泡茶水(碧螺春、龙井和普洱)中的咖啡因进行了定性和定量检测,分析了其咖啡因含量。该方法便捷易行,具有较高的灵敏度,为茶水中咖啡因的直接检测提供了一条有效的途径。     

Pulsed laser deposition of PbTe under monopulse and multipulse regime

The aim of this paper is to compare PLD technique with monopulse and multipulse nanosecond laser excitation. We show the feasibility of depositing nanometric layers of PbTe employing the regimes already mentioned. Each of the grown layers were characterized by XRD, EDXS, SEM, Spectroscopic Elipsometry, AFM and the thickness was measured by mechanic profilometry. We have conducted comparative experiments to show the advantages and drawbacks of making PLD with mono and multipulse nanosecond laser.     

脉冲激光沉积法制备(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 涂层导体

(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 是超导转变温度Tc 约为116 K 的无毒铜氧化物超导材料, 在迄今为止的超导材料中, 高压法制备的(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 多晶块材在液氮温区具有最高的不可逆场 Hirr ~ 15 T. 为了实现(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 超导材料的规模化制备, 本文利用脉冲激光沉积技术在 LaMnO3/MgO/Y2 O3/Al2 O3/Hastelloy 柔性金属基底上依次外延生长了 LaAlO3 帽子层和(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 超导薄膜. X 射线衍射实验结果表明(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 薄膜沿a 轴外延生长, 电学输运数据表明(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 薄膜的超导转变温度Tc onset 为115K, 零电阻温度Tc0 为52 K, 不可逆场为9 T@35 K. 本文首次报道了(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 在柔性金属缓冲层衬底的成功制备, 推动了(Cu,C)Ba2Ca3Cu4Oy 超导材料的实用化进程.