双气室气体检测系统的研究

基于气体的近红外吸收机理,研究了一种双气室光纤气体检测系统。通过光纤光栅和压电陶瓷对宽带光源LED进行波长调制,获得了与气体吸收峰对应的窄带反射出射光,检测二次谐波,实现气体浓度的较高灵敏度测量。利用测量气室和参考气室的二次谐波的比值来消除吸收系数随环境的变化、光源光功率的波动和光路干扰对测量精度的影响。利用该系统对CH₄气体进行了实验研究,实验表明该系统的测量灵敏度可以达到0.2×10^-6。     

高压下正戊烷的稳定性研究

 利用Raman散射光谱在碳硅石压腔下研究了常温下的正戊烷从0.07~4.77 GPa的稳定性。结果表明：正戊烷的 CH₃、CH₂对称和反对称伸缩振动2 877 cm^-1、2 964 cm^-1和2 856 cm^-1、2 935 cm^-1以及－(CH₂)_n －同步扭曲振动1 303 cm^-1均随压力增大而基本呈线性向高频方向移动,并在2.47 GPa附近发生过压凝固,这是一种平衡稳定态之外的亚稳态现象。另外推测正戊烷在高压下可能发生固－固相变,最后通过平衡的固液共存相确定了正戊烷的平衡凝固压力为(1.90±0.05) GPa。     

Al70Co15Tb5Ni10合金中准晶T相和相关相的形成

 对Al₇₀Co₁₅Tb₅Ni₁₀合金进行了静高压（4.40 GPa）熔态（1 450 ℃）淬火（冷却速率为10² ℃/s）研究。首次在该系统中观察到准晶T相和一个新的十次准晶相关相形成。使用透射电镜对准晶相和准晶相关相进行了结构分析，得到了准晶相关相的晶胞参数。使用已有的理论模型对该相关相的形成进行了讨论。     

Er3+/Yb3+共掺TeO2-Li2O-B2O3-GeO2玻璃系统的光谱性质和热稳定性研究

制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺的70TeO₂-5Li₂O-(25-x)B₂O₃-xGeO₂（x=0,5,10,15,20 mol%）系列玻璃, 研究了玻璃的热稳定性能, 测试了玻璃的吸收光谱、荧光光谱以及Er3+离子4I13/2能级荧光寿命, 并根据McCumber理论计算了Er³⁺离子4I13/2→4I15/2跃迁的受激发射截面. 结果表明：随着GeO₂含量的增加, 玻璃的热稳定性逐渐提高, 荧光谱线半高宽（FWHM）保持在70 nm左右, 而荧光强度和Er3+离子4I13/2能级荧光寿命逐渐提高, 研究表明这种玻璃系统是一种具有应用潜能的宽带光纤放大器用的基质材料.     

费米子数的时空性质

将4维 Minkowski 时空推广到5维时空,并将“基本”粒子静质量和时空自由度 x₅相联系,m=—i（（?）/（?）x₅）,我们讨论了5维非线性变换共形群 C（M₅）.对于C（M₅）交换,保持有 dx₁²+dx₂²+dx₃²-dx₀²+dx₅²=0不变.C（M₅）群和线性变换群 SO（5,2）同构.在此基础上我们分析了费米子数的时空性质,并给出了自旋为半整数（整数）的粒子费米子数为奇数（偶数）的这一实验规律.     

超薄LiTaO3晶片的键合减薄技术

在制造红外热释电探测器阵列过程中，需要利用超薄钽酸锂(LiTaO₃)晶片作为红外热释电探测器件的敏感层。通常LiTaO₃晶片的厚度远厚于红外热释电探测器件要求的厚度，所以需要采用键合减薄技术对LiTaO₃晶片进行加工处理。键合减薄技术主要包括：苯并环丁烯（BCB）键合、铣磨、抛光、加热剥离、刻蚀BCB。加工后得到面积为10mm×10mm、厚度为25μm的超薄单晶LiTaO₃薄膜，晶片厚度、表面粗糙度和面形精度比较理想。测得了LT晶片减薄后的热释电系数为1.6×10^-4Cm^-2K^-1。得到的单晶LiTaO₃薄膜满足红外热释电探测器敏感层的要求。     

相对论性电磁束缚系统（π±μ干）、（K±μ干）的库仑裂解与衰变

本文应用复合粒子量子场论的微扰展开式和相对论性的（π^&;#177;μ^?）、（K^&;#177;μ^?）的B.S.波函数,计算了在原子核屏蔽库仑场中高能（π^&;#177;μ^?）、（K^&;#177;μ^?）原子的裂解能谱和截面。在极端相对论近似下,对大多数原子核,它们的裂解截面分别约为10^-18cm²和10^-17cm²。利用同样的波函数,还计算了（π^&;#177;μ^?）→π⁰+v_μ（v_μ）,（K^&;#177;μ^?）→K⁰+v_μ（v_μ）,以及（π^&;#177;μ^?）→μ⁺+μ^-+v_μ（v_μ）,（K^&;#177;μ^?）→μ⁺+μ^-+v_μ（v_μ）的衰变几率。     

光纤浓度传感器的实验研究

本文报道了采用光谱吸收法测量气体吸度的光纤传感器系统。在该系统中,可调谐的激光二极管作光源,几何长度0.8832m的怀特池作为吸收池。对CH₄气体的测量灵敏度达3.7×10^-9,还介绍了达到这一探测灵敏度的信号调制与探测技术,理论上对该系统的最小可探测压强作了估算。     

Levinson定理及其在相对论量子力学中的推广

本文先用 Green 函数方法证明非相对论量子力学中的 Levinson 定理有如下形式:n_l=1/π[δ_l（0）—δ_l（∞）]—（（—1）^l）/2 sin²δ_l（0）,然后导出了它在 Dirac 方程中的推广形式为:n_k⁺—n_k^-=1/π[δ_k（m）—δ_k（∞）+δ_k（—∞）—δ_k（—m）]—（k/（|k|））（（—1）^x/2）[sin²δ_k（m）+sin²δ_k（—m）].对于 Klein-Gordon 方程,则可以有两种形式:n_l⁺±n_l^-=1/π{δ_l（m）—δ_l（∞）±[δ_l（—m）—δ_l（—∞）]}—（（—1）^l/2）[sin²δ_l（m）±sin²δ_l（—m）].文中对此定理的含义、应用范围及有关问题作了讨论,并就方势阱的 s 态问题,检验了这些公式。     

Eu3+离子掺杂钛酸盐纳米管的直接水热合成与发光性能

 采用纳米管制备和离子掺杂同步进行的直接水热合成方法，合成了纯钛酸盐纳米管（TNT）和Eu³⁺离子掺杂的纳米管（TNT-Eu）；并利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、光致发光谱仪研究了纳米管的形貌特征、物相组成、热稳定性和发光性能。结果显示：这种方法简便易行、稳定性好、产率高。钛酸盐纳米管物相可近似表示为(H,Na)₂Ti₃O₇或(H,Na)₂(Ti,Eu)₃O₇。高温处理对钛酸盐纳米管的结构产生很大的影响，450 ℃下纳米管的层状结构被破坏，晶体结构转化为锐钛矿型的TiO₂。TNT-Eu样品的发光性能较强，出现的393.5 nm、593 nm、614 nm的谱带归属于⁵D₀-⁷F₁和⁵D₀-⁷F₂电子的跃迁。     

基于Gabor变换的TDLAS检测信号的降噪研究

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术结合波长调制光谱(WMS)技术是用于痕量气体检测的重要技术手段。通过锁相放大器进行谐波检测,对解调得到的二次谐波信号进行分析可获得气体吸收的信息。但由于二次谐波信号受到噪声的影响,降低了检测系统的精度和稳定性。为了提高TDLAS检测系统的信噪比(SNR),提出了一种基于Gabor变换对二次谐波信号进行数字滤波降噪的方法。以CH₄在1 653.72 nm处的吸收光谱为例,通过仿真和实验对该降噪方法的有效性进行了验证。仿真结果表明,通过Gabor变换对信噪比为0dB的二次谐波信号进行处理后,系统的信噪比可提高15.73 dB。实验结果表明,基于Gabor变换进行降噪处理后,CH₄浓度在0.001%～0.02%区间内与二次谐波峰值的线性相关系数r达到了0.996 59,且系统的检测精度和稳定性明显提高。     

Model-based detection of synthetic bat echolocation calls using an energy threshold detector for initialization

Detection of echolocation calls is fundamental to quantitative analysis of bat acoustic signals. Automated methods of detection reduce the subjectivity of hand labeling of calls and speed up the detection process in an accurate and repeatable manner. A model-based detector was initialized using a baseline energy threshold detector, removing the need for hand labels to train the model, and shown to be superior to the baseline detector using synthetic calls in two experiments: (1) an artificial environment and (2) a field playback setting. Synthetic calls using a piecewise exponential frequency modulation function from five hypothetical species were employed to control the signal-to-noise ratio (SNR) in each experiment and to provide an absolute ground truth to judge detector performance. The model-based detector outperformed the baseline detector by 2.5 dB SNR in the artificial environment and 1.5 dB SNR in the field playback setting. Atmospheric absorption was measured for the synthetic calls, and 1.5 dB increased the effective detection radius by between 1 and 7 m depending on species. The results demonstrate that hand labels are not necessary for training detection models and that model-based detectors significantly increase the range of detection for a recording system.     

调谐半导体激光吸收光谱自平衡检测方法研究

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)是利用半导体激光器的波长调谐特性,扫描待测气体特征吸收线,从而获得待测气体的浓度信息。基于可调谐半导体激光吸收光谱的自平衡检测方法能够有效地消除激光器光强波动等共模噪声和其他同性干扰的影响。实验表明自平衡检测方法可以获得较理想的结果,检测限低于体积比1.2×10-6,与直接吸收光谱法相比降低了一个数量级。自平衡检测电路简单,自带的电子增益补偿机制能够自动进行平衡探测,该方法不用加信号调制和锁相放大器,直接探测待测气体的吸收光谱,从而降低成本,减小系统装置体积,易于集成为便携式痕量气体检测仪。     

Laser excess noise and interferometric effects in frequency-modulated diode-laser spectrometers

Tunable Diode-Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) is increasingly being used to measure trace-gas concentrations down to low part-per-billion levels (1 ppbv = 10^–9 volume mixing ratio). Semiconductor lead-salt diode lasers give access to the mid-infrared spectral region and the application of high-Frequency Modulation (FM) schemes can further improve the sensitivity and detection speed of modern instrumentation. Several factors influence or even limit spectrometer performance. The central elements in such spectrometers are lead-salt diode lasers. Experimental data will be presented, which demonstrate that high-frequency excess-noise contributions above several MHz can be attributed to mode hopping and mode partition noise during multimode laser operation. Additionally it will be discussed how a FM-TDLAS spectrometer can be interpreted as an optimized Michelson interferometer for absolute distance measurements and, therefore, is extremely sensitive towards drift effects. The higher the modulation frequency, the higher is the drift sensitivity of the spectrometer due to interferometric effects. These drift effects are a second factor affecting ultrasensitive measurements. While wideband-laser noise characteristics call for high modulation frequencies, the aforementioned interferometric effects in the spectrometer require low modulation frequencies.     

低噪声不隔直光电探测电路的设计

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。     

采用小波分析方法降低可调谐半导体激光吸收光谱技术测量下限的实验研究

基于可调谐激光吸收光谱技术,主要采用数据处理的方法如互相关、小波分析等降低光谱吸收技术的测量下限。采用可调谐激光吸收光谱技术中的波长调制技术,对较低浓度下的NH₃进行了降低测量下限的试验研究。采用近红外波段2.25 μm附近的一组ν₂+ν₃ NH₃吸收谱线,其强度远高于1.5 μm处谱线,结合波长调制技术在最优信噪比的条件下对常温常压下不同浓度的NH₃进行了测量。为了保证实验条件下测量得到的二次谐波信号的峰值高度达到最大且信噪比最优,实验在调制系数为2.2左右的情况下,通过加载最优的高频调制信号来保证信噪比(SNR)。在10 m长的Herriott池中探测到了浓度为0.6×10-6的二次谐波信号,其中信号处理部分主要采用相关分析、多次平均以及小波变换分析来控制中心波长的移动和降低噪音的干扰。结果表明,经过数据处理以后的谐波信号,其检测下限降低到处理前的约百分之一,且不需要增加任何实验设备就可以很好的抑制噪音的影响,将相关分析和小波分析与波长调制技术相结合,这种数据处理方法对于在线检测技术具有很好的实用价值。     

光纤气体传感器解调方法的研究

利用可调谐激光光谱技术并结合二次谐波检测的波长调制方法对气体浓度进行检测,大大提高了检测灵敏度.然而光的传输和电路自身延时都会产生未知的相位延时,含有气体浓度信息的被测信号和二倍频参考信号的相位差变化严重影响二次谐波信号测量结果.本文设计出一种4路乘法锁相解调电路,设计中分别用正弦信号和余弦信号对被测信号进行解调,经积分电路后得到两路分别与相位差的正弦值和余弦值相关的解调信号.将两路解调信号平方,再通过加法器相加后消除相位差,得到完全与相位差无关的幅值信号.实验证明当被测信号相位在0°—90°变化时,解调 关键词： 可调谐半导体激光吸收光谱 波长调制 解调电路 相位差     

准连续激光调制吸收谱的多谐波分析

使用准连续二极管激光器进行多重调制光谱检测时,发现吸收光谱信号中存在着丰富的倍频、和频以及差频成分;从激光与气体吸收谱线的非线性作用角度研究了倍频、和频及差频等信号存在的必然性;从实验角度对信号特征进行研究,发现其中有些和频、差频成分的幅度比传统调谐二极管激光吸收光谱技术中的二次谐波信号的幅度更大,有望在准连续调制谱技术中提高检测的灵敏度。     

可调谐二极管激光吸收光谱技术参数选择及优化

可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)系统性能受调制参数,如调制度、调制频率、扫描幅度及扫描频率影响,实际测量中各参数不存在明确的选择依据。针对此问题,文章在一定的理论基础上通过实验分别观察各调制参数对二次谐波信号的影响,通过分析检测信号的特征,如幅值、信噪比、对称性及峰宽得出其变化规律,总结出在不同系统功能和需求下系统各调制参数的优化依据及方法。系统在计算浓度和温度时应优先考虑幅值和信噪比,从而使调制度达到最佳值,调制频率和扫描频率取较小值;在线形推导压强时优先考虑信号的对称性和峰宽,根据计算的具体要求确定调制参数;扫描幅度的确定以得到完整谐波信号为准;再根据系统的速度和精度需求调整扫描频率。该研究为此类系统工作状态的确定提供了实验依据。