IPDA激光雷达数据反演快速精确优化算法

研究了积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达中采用洛伦兹线型代替伏格特线型对机载平台探测CO₂柱浓度精度的影响。建立仿真模型,讨论两种线型在数据反演中对温度和气压的敏感性,以及探测相对误差变化随飞行高度的变化。结果表明：伏格特和洛伦兹线型得到的吸收截面,温度和气压敏感性,相对随机误差分别为0.860%,-0.703%和0.224%,基本没有差别,但是洛伦兹线型可以有效地提高光谱参数计算效率。机载IPDA激光雷达采用洛伦兹线型可以快速高精度反演飞行路径上CO₂柱浓度,降低了对系统计算能力的要求,有助于实现在飞期间数据实时反演和分析,以及实施针对突发事件的飞行规划,同时也有助于进一步实现机载激光雷达系统的小型化和集成化。     

三亚鹿回头海域珊瑚、石莼和碎石反射率光谱分析

以南海三亚湾鹿回头海域八种常见造礁石珊瑚优势种的反射率光谱为代表,用光谱仪测量它们和此海域常见底质石莼以及碎石的反射率光谱。通过反射率、导数光谱法研究了三亚鹿回头海域造礁石珊瑚、石莼和碎石的光谱差异。石莼于561.4 nm处出现反射率高达48%左右的显著波峰,在500～700 nm波长范围和造礁石珊瑚反射率差异较大;碎石反射率明显高于造礁石珊瑚反射率,整体差异显著。导数分析结果表明造礁石珊瑚、石莼和碎石可区分波段为：造礁石珊瑚与石莼主要为一阶导数在485～487,505～510,515～529,559～578,587～593,598～603和667～670 nm等波段。二阶导数在494.4～505.7,524～534.5,543.6～561.4和567.2～579.7 nm波段。四阶导数在515.8～430,621～627.1,628.8～635.6,639.3～645,661.8～669.8和678.4～682.4 nm等波段。造礁石珊瑚与碎石一阶导数反射光谱,主要为400～413.7,414～418,484.8～486.9,506～509.6,514.5～528.9,576.9～587.6和602.7～653.4 nm波段。二阶导数主要为,451.6～461.6,564.5～570.7和677～685 nm。四阶导数主要为,412.6～425.3,459.8～467,467.7～470.6,535.6～540.8,583.8～591.4,654.4～659.8和670.8～680 nm等波段。     

用消光式椭圆偏振仪测薄膜的椭圆偏振光谱

我们提出一种简便宜行的测试方法，即利用固定波长下的消光椭圆偏振仪中补偿器材料的色散曲 线计算对不同波长的光产生的位相差，实现可变波长的消光椭圆偏振测量．以Ｓｉ－ＳｉＯ２膜为例测椭圆 偏振光谱和理论计算，两者结果一致。     

机载大视场高光谱成像系统设计

为适应机载高光谱成像系统的发展需要,设计了一种机载大视场高光谱成像系统。前置望远系统为大视场宽谱段透射式系统,高光谱成像仪为基于Offner次镜的改正型Féry棱镜中继系统。系统设计过程中两次使用Zemax多重组态设计;尝试将Offner次镜的改正型Féry棱镜设计为高光谱成像仪;将Féry棱镜高光谱成像仪集成为高光谱成像系统进行一体化系统分析。该设计在结构和设计方法上均有改进。设计的大视场可见近红外高光谱成像系统视场可达28°,机载载荷高度为5km时,全系统的刈幅宽度为2.493km,地面分辨率可达0.6m。左半视场和右半视场全谱段调制传递函数均大于0.6,最大谱线弯曲和谱带弯曲不到0.2pixel,成像质量接近衍射极限。     

MXene与溶剂界面电子振动耦合现象的直接观测

作为一种新型的二维材料,MXene凭借其各种优异的物理化学性质已受到极为广泛的关注,例如其具有极其出色的光热转换效率. 然而,人们对MXene的光热转换机制仍然知之甚少. 本文通过结合飞秒可见和中红外瞬态吸收光谱技术,对分散在各种溶剂中MXene(Ti₃C₂T_x)纳米片内的电子能量耗散动力学进行了系统的研究. 结果表明,MXene的激发态寿命在很大程度上取决于周围的溶剂环境. 在MXene被超快激光泵浦后,可以直接观察到MXene纳米片与相邻溶剂分子之间的界面电子振动耦合现象. 这些结果表明界面相互作用在MXene的超快能量传输动力学中起着关键的作用. 这一发现可为二维体系光转换性能的改进提供了一条潜在可行的途径.     

基于高光谱技术的土壤水分无损检测

利用高光谱成像仪(光谱范围400～1 000 nm)对土壤含水率进行了无损检测。比较了208个土样不同天数下土壤含水率与光谱变化、不同质量含水量光谱的差异;对比分析了不同光谱预处理方法、不同方法提取特征波长、采用多元线性回归(multiple linear regression,MLR)、主成分回归(principal component regression,PCR)与偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)建模,优选出最佳模型。结果表明：光谱曲线的反射率随着土壤含水率的增加而减小。当超过田间持水率时,光谱曲线的反射率会随着土壤含水率的增加而增大。对比分析了不同预处理方法,近红外波段优选出单位向量归一化预处理方法。采用无信息变量消除法(UVE)、竞争自适应加权采样(CARS)、β系数法、连续投影算法(SPA)方法提取特征波长为49,30,5和7。为了减少数据冗余,对UVE与CARS提取的特征波长进一步采用SPA方法进行特征提取,UVE+SPA,CARS+SPA提取特征波长数分别为5和8个。在此基础上,利用MLR,PCR和PLSR方法对400～1 000 nm范围的特征波长建立模型,对比分析不同建模效果,优选出β系数提取的特征波长的MLR模型。最优的特征波长为411,440,622,713和790 nm,最优模型的预测相关系数R_p=0.979,预测均方根误差RMSEP为0.763。因此,今后可采用不同波段对土壤含水率进行定量分析。     

第三族金属氧化物离子对二氧化碳转化的红外光谱研究

本文利用红外光解离光谱研究了第三族金属氧化物离子对二氧化碳分子的转化机制. 研究表明,对于[ScO(CO₂)_n]⁺体系,在n≤4时,形成了溶剂化结构;在n=5时,形成了碳酸盐结构,实现了二氧化碳的转化. 对于[YO(CO₂)_n]⁺体系,需要4个二氧化碳分子就可以实现二氧化碳的转化. 而在[YO(CO₂)_n]⁺体系中,只发现了溶剂化结构,没有观察到碳酸盐结构. 理论计算表明,[YO(CO₂)_n]⁺体系拥有最小的溶剂化结构向碳酸盐结构转化能垒,[LaO(CO₂)_n]⁺体系拥有最大的溶剂化结构向碳酸盐结构转化能垒. 本文从分子水平揭示了不同金属氧化物离子对二氧化碳分子转化的影响规律.     

全透射近红外光谱的苹果整果糖度在线检测模型优化

光谱质量、样本个体差异、检测系统和建模算法等多种因素共同决定水果糖度检测模型的预测精度和稳定性。采用自主研发的短积分全透射近红外在线检测系统以5 ms积分时间和0.5 m·s-1运行速度在线获取了“富士”苹果全透射光谱信号。不同姿态获取的透射光谱强度差异明显,但曲线走势相近,均在920 nm波段具有最大的光谱强度,在850 nm波段存在波谷。采用移动平均平滑、标准正态变量变换和多元散射校正等预处理方法有效去除原始光谱的随机噪声和基线偏差,减小了样本检测姿态引起的光谱差异。为分析不同检测姿态对苹果整果糖度预测模型的影响,构建了单一姿态局限模型和多姿态通用模型,结果表明基于全位点平均透射光谱构建的单一姿态局限模型对检测姿态具有很大的局限性,而多姿态通用模型预测能力较单一检测姿态相当,但却对不同的检测姿态具有更强的适用能力。为进一步提高光谱信号质量,优化模型预测能力,采用信号强度阈值优选方法实现了苹果整果糖度预测模型优化,发现移除中央位点获取的透射光谱信号,有利于提高苹果整果糖度预测模型精度。多姿态通用信号强度优化模型综合考虑不同姿态获取的光谱信息有效性,有效提升了通用信号强度优化模型的预测能力和稳定性,当多姿态通用模型中信号强度阈值为5 000时,模型预测性能最佳,其预测参数R_p,RMSEP和RPD分别为0.79,0.84%和1.58。表明短积分全透射近红外在线检测系统用于不同姿态苹果糖度预测是可行的,多姿态通用模型的建立,扩大了模型在不同姿态的预测稳健性,短积分光谱采集方式结合信号强度阈值优选方法提升了光谱信号的质量和模型的预测能力。     

5,15-二（二茂铁基）-卟啉酞菁钇的结构和振动光谱的密度泛函理论研究

本文选用混杂的B3LYP密度泛函理论方法,在Lanl2dz水平上,对5,15-二（二茂铁基）-卟啉酞菁钇[Por(Fc)2]Y(Pc)的结构进行了优化,结果表明,5,15-二（二茂铁基）-卟啉酞菁钇呈现出三明治型构型,卟啉环与酞菁环呈穹型围绕在金属钇原子周围。对分子内主要的键长与键角进行了理论计算,通过频率计算,得到了5,15-二（二茂铁基）-卟啉酞菁钇[Por(Fc)2]Y(Pc)的红外光谱图,与实验所得的红外光谱图进行比对,将理论计算和实验所得的光谱主要振动峰进行了线性回归拟合,相关系数为0.992,标准偏差为16.96。理论计算与实验所获得的红外光谱图基本一致,说明本文所选用的DFT理论计算方法是可行的。通过GaussView软件对5,15-二（二茂铁基）-卟啉酞菁钇的红外谱带简正振动模式进行了指认。此外,分析讨论了5,15-二（二茂铁基）-卟啉酞菁钇[Por(Fc)2]Y(Pc)的分子静电势,确定了极大值与极小值的位置。对于研究5,15-二（二茂铁基）-卟啉酞菁钇分子的性质,提供了相应的理论基础。     

消荧光现象与表面谐波产生

消荧光现象是激光与物质表面非线性相互作用的结果，这是一种普遍现象。在表面谐波产生的研究中，它常常被忽略。大量研究表明：表面谐波产生与消荧光现象，有着密切的内在联系。本文以消荧光观点详细讨论了表面谐波产生的机制，提出了表面谐波产生的消荧光模型。新机制可归纳为：（ａ）多光子受激吸收产生消荧光光斑，（ｂ）激光热效应等促进自发辐射转向准受激辐射，（ｃ）伴随荧光消失，部分产生荧光的激光能量转换为产生表面谐波