基于极值统计的拉曼光谱信噪比评估方法与应用

随着近年来便携式光谱仪技术的迅速发展,CCD光谱仪相对于传统光谱仪在光谱收集方式上发生了很多变化：（1）采集到的光谱对信号进行叠加积分,传统信噪比评估方法无法通过单次检测获得探测器波动;（2）对于谱图噪声（谱线随机波动）,由探测器响应随机波动和扫描重复误差转变为CCD探测器像素响应差异、探测器随机噪声和与光学系统分辨力有关的模式噪声。噪声类型发生改变,导致原有的光谱质量评价方法适用性变差,基于实测光谱提出更具适应性的光谱质量评价方法具有很强的现实意义。根据拉曼光谱仪检测器的变化,对采集光谱信号的成分进行分析,在该分析的基础上提出了CCD光谱仪的噪声模型假设,根据该假设使用不同的信号极值点频率对不同的噪声进行像素分离,并对噪声频率模式进行了数值模拟,模拟结果与假设相符;在此基础上提出并实验验证了通过谱线极值间距评估谱线噪声的拉曼光谱信噪比评估方法,该方法包括以下两个步骤：（1）通过采集多次实测光谱进行叠加,叠加过程中对对应不同频次的光谱极值点数量进行统计,得到统计结果后基于文中规律分离光谱仪中的环境噪声和暗噪声;（2）应用上述分离结果,对实测光谱中对应暗噪声的谱线极值点作统计平均,再将该值应用于文中公式,计算得到信噪比。该方法在进行了步骤（1）的前期准备后,可以通过单张谱图评估CCD拉曼光谱仪的随机噪声,并用于评估光谱的信噪比。基于光学构架相同、CCD探测器不同的三个拉曼光谱系统进行实验,采用该方法通过设定信噪比阈值对谱图质量进行控制,获得了一致的光谱曲线;基于该方法对同步叠加平均法进行信噪比拟合,拟合优度达到98%。该方法可用于拉曼光谱仪的性能评估和获取拉曼光谱谱图的质量实时控制。理论和实验表明：对于基于CCD探测器的拉曼光谱仪器,当确定样品和特征峰时,可以基于此方法获得信噪比。该方法还可用于比对不同配置的拉曼光谱设备,以及作为控制谱图质量一致性的标准,并对基于拉曼光谱技术的智能鉴别系统的开发具有指导意义。     

日光诱导叶绿素荧光与反射率光谱数据监测小麦条锈病严重度的对比分析

小麦条锈病是影响我国小麦产量的主要病害之一,在小麦受到条锈病菌侵染初期探测到病害信息,对小麦条锈病的防控以及产量和品质的提高具有更为重要的意义。反射率光谱主要反映植被生化组分的浓度信息,而日光诱导叶绿素荧光则对植物光合生理变化响应灵敏。为了更好地实现小麦条锈病病情严重度的遥感探测,尤其是条锈病的早期探测,对日光诱导叶绿素荧光和反射率光谱数据监测小麦条锈病病情严重度的敏感性进行了对比分析。首先利用地物光谱仪测定了不同病情严重度的小麦冠层光谱数据,基于夫琅和费暗线原理利用3FLD(three-band Fraunhofer Line Discrimination)方法提取了小麦条锈病不同病情严重度下的日光诱导叶绿素荧光数据,然后分别利用反射率光谱数据和日光诱导叶绿素荧光数据构建小麦条锈病不同发病状态下的遥感探测模型,并通过保留样本交叉检验方式对预测模型精度进行了评价。结果表明：（1）当小麦条锈病病情指数低于20%时,日光诱导叶绿素荧光对小麦条锈病病害信息的响应比反射率光谱数据更为敏感,以日光诱导叶绿素荧光为自变量构建的小麦条锈病病情严重度预测模型达到了极显著性水平,能够在植被叶绿素含量或叶面积指数发生变化之前探测到植物的胁迫状态,实现作物病害的早期诊断,而反射率光谱数据则难以探测到条锈病病害信息;（2）在小麦条锈病病情严重度处于中度发病(20%＜DI≤45%)状态时,虽然日光诱导叶绿素荧光和反射率光谱数据均能实现小麦条锈病病情严重度的遥感探测,但利用日光诱导叶绿素荧光数据构建的预测模型优于反射率光谱数据;（3）当小麦条锈病病情严重度达到重度水平(DI＞45%)时,利用反射率光谱数据和日光诱导叶绿素荧光数据构建的小麦条锈病病情严重度预测模型均达到了极显著性水平,两种数据均能够较好地实现小麦条锈病病情严重度的遥感探测。该研究结果对提高小麦条锈病的遥感探测精度具有重要的意义,为利用TanSat等卫星的荧光数据进行小麦条锈病的早期探测提供了参考依据。     

基于多体量子比特类W态非广延熵纠缠平方的 多配性不等式

多配性是量子纠缠中一类重要的性质。非广延熵纠缠是一种收敛于形成纠缠的量子纠缠度量,在多量子比特混合态中遵循多配性关系不等式。本文中,我们首先扩展了非广延熵纠缠构建的函数表达式参数q的成立范围,同时论证了多体量子比特类W中态非广延熵纠缠平方的多配性不等式。     

Am原子及其离子Am~(q+)(q=1～6)的K,L,M-X射线跃迁能和跃迁几率的理论研究（英文）

使用基于Dirac-Hartree-Fock方法的Grasp2K程序包,计算了Am原子及离子的K,L,M-X射线的跃迁能和跃迁速率。在计算中,包括了Breit相互作用、真空极化和自能等重要效应。目前研究结果与已有的其他实验和理论结果相对误差约为0.04%。此外,我们还首次计算了从Am~(1+)到Am~(6+)离子的K, L, M-X射线的跃迁能和跃迁速率。相对于中性原子,来自低离化态的跃迁能相对于中性的相应跃迁线的能量仅有轻微的偏移,这反映出外层电子几乎不影响内壳层的跃迁性质。     

双模随机同向晶场对spin-1和spin-1/2混合自旋纳米管中Blume-Capel模型平均磁化强度的影响

利用有效场理论研究了纳米管上双模随机同向晶场中混合自旋Blume-Capel模型格点的平均磁化强度,得到了系统格点的平均磁化强度与双模随机晶场的取值概率、外磁场、晶场参数和晶场强度比值的关系。结果表明：取值概率、外磁场、交换相互作用、晶场强度比值和晶场强度等诸多因素相互竞争,使系统表现出比恒定晶场作用的Blume-Capel模型更为丰富的磁化现象;双模随机同向晶场会抑制系统的平均磁化强度,使其基态饱和值小于5/6;外磁场导致系统的二级相变消失;一定条件下系统发生一级相变;系统的平均磁化强度呈现部分缺失和负值现象。     

短瓣金莲花指标成分的红外光谱快速分析

将现代红外光谱分析技术与化学计量学方法相结合,建立利用红外光谱对短瓣金莲花药材的指标成分进行快速定量分析的方法。 以高效液相色谱法获得短瓣金莲花指标成分（荭草苷、牡荆苷）的含量作为参考数据,以傅里叶变换红外光谱技术获取其红外光谱图,在此基础上利用化学计量学方法将指标成分与红外光谱图数据关联,构建指标成分的快速预测模型。 以不同比例甲醇-水作为溶剂,采用室温浸提、加热回流、超声辅助工艺提取获得36个短瓣金莲花药材提取物。利用高效液相色谱法测试短瓣金莲花提取物的荭草苷和牡荆苷含量,并以傅里叶变换红外光谱仪辅以水平衰减全反射附件测试各样品的红外光谱图。分别选取29个提取物样品作为检验集,其余为校正集,采用TQ Analyst EZ Edition软件进行建模。以交叉验证相关系数（R2）和交叉验证误差均方根（RMSEC）为指标选择光谱预处理方法、定量分析方法和建模波段,用预测误差均方根（RMSEP）考核模型的预测效果。通过筛选得到优化的光谱预处理方法为标准正态分布校正（SNV）和二阶导数（13点平滑）,定量分析方法为偏最小二乘（PLS）方法,荭草苷和牡荆苷的最佳波段分别为2 050~650和1 900~650 cm-1。以PLS法构建的荭草苷和牡荆苷模型的相关系数分别为0.919 8和0.970 8,模型预测结果的相对偏差分别在-2.0%~3.2%和-3.4%~4.7%之间。鉴于红外光谱技术所具有的测试迅速、微观宏观指纹特性、定性定量皆可分析、对环境无污染等特点,利用红外光谱法可对中药提取物的指标成分进行快速、准确、环保、高效的分析,为中药的质量控制提供了新的思路和解决方案。     

NpFn分子结构与电子结构的理论研究

运用杂化密度泛函(B3LYP)方法,对NpFn(n=3~6)的分子结构特性进行了系统地研究.优化得到了各分子的平衡几何构型,计算了分子的振动频率,并进行了态密度和自然键价轨道(NBO)分析.讨论了不同芯电子相对论有效原子芯势(RECP)对计算结果的影响,分析了NpFn分子的成键,发现随着与Np结合的F原子数目增加,Np原子的5f与F原子的2p轨道能逐渐接近,成键依次增强,键长呈现出收缩的趋势.目前的计算结果与可行的理论和实验符合较好.     

Spectrum Analysis and Circuit Implementation of a New 3D Chaotic System with Novel Chaotic Attractors

The new autonomous system with only three equilibrium points is introduced. This system does not belong to the generalized Lorenz systems. The novel attractors are observed over a large range of parameters, which have rarely been reported in previous work. As an important component in chaotic signal generators, a physical circuit has been designed. The experimental results are in agreement with numerical simulations. More significantly, spectral analysis shows that the system has an extremely broad frequency spectral bandwidth in 0-131.6 Hz, without investigating any possible electronic techniques, which is more desirable for secure communications.     

二次离子质谱深度剖面分析氢化微晶硅薄膜中的氧污染

运用二次离子质谱研究了甚高频等离子体增强化学气相沉积制备的不同硅烷浓度和功率条件下薄膜中的氧污染情况.结果发现：薄膜中的氧含量随硅烷浓度和功率的变化而改变.制备的微晶硅薄膜，晶化程度越高薄膜中的氧含量相对越多.另外，不同本底真空中的氧污染实验结果表明：微晶硅材料中的氧含量与本底真空有很大的关系，因此要制备高质量的微晶硅材料，高的本底真空是必要条件. 关键词： 甚高频等离子体增强化学气相沉积 二次离子质谱 氧污染     

Projective synchronisation with non-delayed and delayed coupling in complex networks consisting of identical nodes and different nodes

This paper first investigates the projective synchronisation problem with non-delayed and delayed coupling between drive-response dynamical networks consisting of identical nodes and different nodes.Based on Lyapunov stability theory,several nonlinear controllers are applied to achieve the projective synchronisation between the drive-response dynamical networks;simultaneously the topological structure of the drive dynamical complex networks can be exactly identified.Moreover,numerical examples are presented to verify the feasibility and effectiveness of the theorems.