原子光谱线位移机理的研究

在 0～ 80 0nm光谱范围 ,观察发现了原子光谱线位移与波长、温度、湿度及压力变化之间的非线性函数关系 ,绘制了它们之间的非线性函数关系曲线 ,给出了表达方程式 ;实验证实这些非线性函数关系对不同类型的光谱仪具有普遍适用性。观察发现了原子光谱线半宽度与温度变化之间的非线性函数关系。利用以上发现 ,开发了电感耦合等离子体光谱仪的智能波长校正装置和方法。实践证明 ,该装置和方法能有效地校正波长。     

采用半导体激光器自身pn结特性测温的 半导体激光器恒温控制

温度对半导体激光器的发射波长有很大的影响,而很多应用都要求半导体激光器的发射波长是稳定的。针对使用测温元件作为温度传感器进行半导体激光器恒温控制中存在的温度误差,提出了以半导体激光器自身pn结作为温度检测元件进行半导体激光器恒温控制的方法,设计了半导体制冷器的驱动电路。该方法利用pn结的温度敏感特性,首先通过实际测量标定pn结的温度与其两端压降的对应关系,然后通过测量压降得出相应的实际温度。实验结果表明,采用该方法消除了使用温度传感器进行半导体激光器恒温控制中温度梯度造成的恒温误差,提高了测量速度,显著减小了超调量,消除了静差和波动。     

DFB半导体激光器调谐动态波长特性研究

为了测量半导体激光器在电流调谐下的动态波长,提出了基于光纤延时自外差法的测量方案,阐述了测量原理,研究了拍频与动态波长的递推关系。应用该实验系统测量了分布反馈式半导体激光器调谐的动态波长特性,与由光谱仪测量的稳态波长特性比较。结果表明,动态波长与稳态波长随电流变化特性有着类似的非线性规律,在20~100 mA调谐范围内二者差异小于0.002 nm。此外,通过气体CO₂的两条吸收谱线与HITRAN谱库中标准吸收线位置比对,辨识出半导体激光器调谐的动态波长,该辨识出的动态波长值与由延时自外差法推算出的动态波长值比较,二者误差为1 pm,进而验证了该测量系统的可靠性。     

LIPF法对甲烷空气火焰温度及OH分布场的测量

介绍了激光感生预分离荧光法(LIPF)的原理及一维与二维测量实验装置。利用可调谐KrF准分子激光器,在甲烷 空气火焰中测得了燃烧中间产物OH的系列荧光谱线及OH分子的二维荧光图象,对它的谱线结构进行了分析,并给出了燃烧火焰的一维温度值,测量的相对误差小于3%。二维荧光图象也定性表明燃烧火焰的OH分子密度分布和二维温度场等信息。     

LIPF法对甲烷空气火焰温度及OH分布场的测量

 介绍了激光感生预分离荧光法(LIPF)的原理及一维与二维测量实验装置。利用可调谐KrF准分子激光器,在甲烷 空气火焰中测得了燃烧中间产物OH的系列荧光谱线及OH分子的二维荧光图象,对它的谱线结构进行了分析,并给出了燃烧火焰的一维温度值,测量的相对误差小于3%。二维荧光图象也定性表明燃烧火焰的OH分子密度分布和二维温度场等信息。     

基于光声光谱联合主成分回归法的血糖浓度无损检测研究

利用可调谐脉冲激光器激发联合聚焦超声探测器前向探测模式搭建了一套血糖光声无损检测实验装置。为了测试该装置的可靠性,实验中利用532 nm泵浦Nd∶YAG调Q脉冲激光器激发不同浓度的葡萄糖水溶液产生实时光声信号;采用脉冲激光在近红外波段1 300～2 300 nm内固定间隔波长10 nm扫描方式激发不同浓度的葡萄糖水溶液,获取了不同波长下的葡萄糖光声峰峰值,利用差谱方法筛选出了多个葡萄糖的特性波长;然后采用主成分回归算法优选了三个特性波长,并建立了浓度梯度与对应三个优选波长光声峰峰值之间的数学校正模型。实验表明,葡萄糖水溶液的光声信号符合弱吸收介质的柱状光声源模型;利用建立的校正模型对校正集和预测集的葡萄糖浓度预测结果表明,葡萄糖浓度的校正和预测均方根误差均小于10 mg·dl-1,相似系数为0.993 6。     

调谐激光吸收光谱波长偏移修正算法研究

可调谐半导体激光器具有线宽窄、波长扫描快、室温工作等特点,基于可调谐半导体激光器构成的激光吸收光谱气体测量系统在大气环境检测、工业生产过程在线检测中得到了广泛的应用。在实际测量系统中,由于可调谐半导体激光器中心波长受温度等因素的影响发生偏移,如不进行中心波长校正,将造成序列光谱数据重叠,处理后的光谱线型发生展宽,进而影响后续的光谱线型拟合,对气体浓度的反演精度产生影响。一般采用参考光谱吸收谱线寻峰方法进行序列光谱数据偏移的对齐,但光谱数据中的随机噪声、背景噪声、漂移噪声等因素影响峰线波长的精度。为了降低上述因素的影响,提出一种改进的时域相关光谱修正算法,首先对光谱信号进行自相关,在一定程度上提高光谱信号的信噪比,然后再进行时域互相关处理,能够准确的计算出激光器波长偏移量,减少由此造成的光谱线型展宽的影响,提高了浓度反演精度和测量稳定性。在激光吸收光谱气体浓度检测实验系统中进行了实验验证,评估结果中,原始数据标准差为1.482 8,谱线寻峰方法与时域相关方法修正后数据标准差分别为0.433 9和0.293 6,改进的时域相关修正方法修正后数据标准差为0.132 5,改进的时域相关修正方法相关系数均优于0.992,欧式距离的标准差为1.726 4。系统稳定性评估中改进方法波长漂移修正后标准偏差为0.144 3。     

宽波长范围窄线宽波长连续可调的光纤激光器

研制了一种宽波长范围窄线宽波长连续可调的光纤激光器,激光器基于环形腔结构,采用980nm的半导体激光器作为泵浦源,掺铒光纤作为增益介质,使用一段未泵浦的保偏掺铒光纤作为饱和吸收体压窄线宽。使用光纤法布里-珀罗滤波器作为选频器件,通过调节光纤其驱动电压实现光纤激光器的波长扫描。利用激光器的相干长度与干涉仪干涉条纹的关系动态测量激光器的光谱线宽,最终得到了扫描范围为1515.1～1588.6nm,线宽小于0.025nm的波长连续可调的光谱输出。     

LIPF法对甲烷-空气火焰温度及OH分布场的测量

介绍了激光感生预分离荧光法（ＬＩＰＦ）的原理及一维与二维测量实验装置。利用可调谐ＫｒＦ准分子激光器,在甲烷一空气火焰中测得了燃烧中间产物ＯＨ的系列荧光谱线及ＯＨ分子的二维荧光图象,对它的话线结构进行了分析,并给出了燃烧火焰的一维温度值,测量的相对误差小于３％。二维荧光图象也定性表明燃烧火焰的ＯＨ分子密度分布和二维温度场等信息。     

DF激光器光栅选线实验研究

基于闪耀光栅的分光原理,利用小型直流放电驱动化学激光器,在平凹稳定腔内插入闪耀光栅,建立了选择激光器光栅谱线的实验装置.实验中共获得了14条谱线,测量了每条谱线的功率,计算了波长,分析了选线后谱线条数减少、谱线功率降低的原因.该装置尺寸小,使用比较方便,可以满足连续波DF化学激光器性能研究的需要.     

氯化稀土(Eu3+,Tb3+)乙酰丙氨酸咪唑的FTIR光谱和激光激发光谱

用OPO激光为激发光源,对两种新型三元固态配合物氯化稀土(Eu3+,Tb3+)乙酰丙氨酸咪唑进行了荧光光谱测试,发现激光激发波长为487 nm时,铽配合物在545 nm处产生较强的铽(Ⅲ)离子特征绿色荧光谱线,激发波长为465 nm和525 nm时,铕配合物均在613 nm和618 nm处产生强的铕(Ⅲ)离子特征红色荧光谱线;并且这两种稀土配合物的荧光均比相应稀土盐的强.分析了上述现象产生的原因,讨论了配体对中心离子发光性能的影响.同时还测试了标题配合物的FTIR和UV/VIS光谱.     

Growth of the green algae Chlamydomonas reinhardtii under red and blue lasers

Red and blue lasers, holding promise as an electric light source for photosynthetic systems on account of being true monochromatic, high-power, and having high electrical-conversion efficiency, were employed in growing a green alga, Chlamydomonas reinhardtii. The laser treatments tested included: 655-nm Red; 680-nm Red; 655-nm Red+474-nm Blue and 680-nm Red+474-nm Blue. A white cold cathode lamp with spectral output similar to that of white fluorescent lamp served as control. C. reinhardtii successfully grew and divided under the 655 and 680-nm red lasers as well as under the white-light control. Supplementing either red with blue laser, however, resulted in increased algae cell count that significantly exceeded those under both red lasers and the white-light control on average by 241%.     

激光诱导金属等离子体中的自吸效应研究

为了减小激光诱导等离子体中光谱线自吸收对分析结果的影响,提高发射光谱的谱线质量,实验利用组合式多功能光栅光谱仪和CCD探测器等组成的光谱分析系统记录光谱信息,采用平面反射镜装置对激光等离子体进行约束,比较了不同实验条件下光谱线的线型演化过程,并且通过测量等离子体的温度、电子密度以及样品蒸发量给出了合理解释。实验结果表明,当采用合适的平面反射镜装置约束激光等离子体时,等离子体的轴向温度有所升高,径向温度分布趋于均匀;等离子体的电子密度有较大幅度的提高;然而,样品蒸发量却有比较明显的减小。这几个方面的原因能够有效地降低光谱线的自吸收程度。由此可见,利用平面反射镜装置优化实验条件以后,可以有效减小激光诱导等离子体发射光谱的自吸收效应,在常量元素的定量分析中,允许选择灵敏谱线作为分析线,这为提高激光诱导击穿光谱技术的精确测量奠定了基础。     

交流电大小、方向变化演示仪

针对教科版高中物理演示交变电流的实验仪器存在的一些不足,对交流电大小变化的演示实验装置进行了改进,方法是利用满天星激光笔将原仪器看不见摸不着的磁感线用清晰可见的光点直观地展示出来。为了观察交变电流方向的变化则将两只红、绿发光二极管并联在线圈闭合回路中,利用红、绿发光二极管交替发光来演示电流方向变化,另外将大指针检流计串联在闭合线圈回路中来演示线圈切割磁场产生的感应电流大小呈周期性变化。     

Spectrally selective organic photodiodes

We report on the fabrication of spectrally selective organic photodiodes (OPDs) and present a green sensitive OPD, whose spectral response peaks in the green region between 470 nm and 560 nm, as well as a red sensitive OPD whose spectral response peaks in the red region between 610 nm to 720 nm. We show that the spectral sensitivity of OPDs can be tuned by either choosing organic semiconductors with the appropriate photoresponse or by utilizing adequate device architectures with integrated optical filters. The results demonstrate the great flexibility of organic semiconductor materials. (© 2008 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

空间外差光谱仪定标方法研究

空间外差光谱仪(SHS)是近年来迅速发展起来的新型超光谱分析技术,但针对该项技术的定标研究方法还不成熟。本文在分析空间外差仪原理的基础上,探讨了SHS实验室定标方法,内容包括光谱定标和辐射定标。利用可调谐激光器与元素光谱灯,根据光谱带宽内的发射谱线所对应的波长,以及探测器尺寸与系统带宽之间的关系,设计了光谱定标方案。定标结果显示仪器光谱分辨率和光谱范围与理论设计值一致,通过多次光谱稳定性测试,光谱漂移较小。在辐射定标中,利用积分球系统进行了稳定性定标,利用标准灯和漫反射板完成了响应度定标,并利用定标系数进行了实例验证。定标结果显示该方法能够满足空间外差光谱仪定标要求,为获取的光谱数据进行定量反演奠定了基础。     

Conical bubble photoluminescence from rhodamine 6G in 1, 2-propanediol

A modified U-tube conical bubble sonoluminescence device is used to study the conical bubble photoluminescence. The spectra of conical bubble sonoluminescence at different concentrations of rhodamine 6G (Rh6G) solution in 1,2-propanediol have been measured. Results show that the sonoluminescence from the conical bubbles can directly excite Rh6G, which in turn can fluoresce. The light emission of this kind is referred to as conical bubble photoluminescence. The maximum of fluorescence spectral line intensity in the conical bubble photoluminescence has a red shift in relative to that of the standard photo-excited fluorescence, which is due to the higher self-absorption of Rh6G, and the spectral line of conical bubble photoluminescence is broadened in width compared with that of photo-excited fluorescence.     

纳秒激光诱导等离子体发射光谱中的自吸收效应

为了减小激光诱导等离子体发射光谱中光谱线的自吸收效应,提高激光光谱分析技术对物质中高含量元素的检测水平,实验采用了一种平面反射镜装置约束等离子体,比较了有或无平面反射镜装置时光谱线的线型变化。实验表明,在无平面反射镜装置时,样品元素Al,Mg和Mn的光谱线半高全宽度分别为0.16,0.24,0.058 nm,而采用由四块平面反射镜组成的装置在空间上约束激光等离子体时分别为0.11,0.13,0.047 nm。结果表明,光谱线的自吸收明显减小,谱线线型变得比较锐且强度显著提高。通过观测等离子体照片,测量等离子体温度和电子密度,分析讨论了激光光谱自吸收效应降低的原因。     

纳秒激光诱导等离子体发射光谱中的自吸收效应

为了减小激光诱导等离子体发射光谱中光谱线的自吸收效应,提高激光光谱分析技术对物质中高含量元素的检测水平,实验采用了一种平面反射镜装置约束等离子体,比较了有或无平面反射镜装置时光谱线的线型变化。实验表明,在无平面反射镜装置时,样品元素Al,Mg和Mn的光谱线半高全宽度分别为0.16,0.24,0.058nm,而采用由四块平面反射镜组成的装置在空间上约束激光等离子体时分别为0.11,0.13,0.047nm。结果表明,光谱线的自吸收明显减小,谱线线型变得比较锐且强度显著提高。通过观测等离子体照片,测量等离子体温度和电子密度,分析讨论了激光光谱自吸收效应降低的原因。     

可调谐地物光谱辐射源研究

介绍了一种以半导体发光二极管(LED)和溴钨灯为光源的光谱可调谐地面景物光谱辐射源,及其系统结构和控制系统设计。利用地物光谱辐射源模拟了大量不同地物光谱,在控制系统中建立了地物光谱数据库,引进了改进型遗传算法匹配出了光谱数据库中的500余种地物光谱。进而详细分析了几种典型地物的光谱匹配相似度,平均光谱匹配误差以及全波段,红,绿,蓝和近红外波段光谱匹配相似度。目标辐亮度为50W·(m2·sr)-1时,地物光谱辐射源平均光谱匹配误差在10%以内,最低可达6.0%;全波段光谱匹配相似度高于0.895,最高可达0.983;对于同一景物光谱红、绿、蓝和近红外波段(特别是绿光和近红外波段)光谱匹配相似度低于全波段,绿光和近红外波段光谱匹配相似度与红光和蓝光波段相比,最大低幅为50%。地物光谱辐射源能够用于光学遥感器的辐射定标,能有效解决光学遥感器的工作目标与定标光源光谱不匹配造成的定标误差。