微波吸波材料在太赫兹、红外段反射谱测量研究

吸波材料是外形隐身技术的有效补充技术,电磁波进入到吸波材料内部后,应该被迅速地最大限度的衰减掉,因此,在设计吸波材料的电磁参数时,一方面要考虑阻抗匹配,使电磁波最大限度地进入到材料内部,另一方面,要确保进入到材料内部的电磁波尽可能被全部衰减掉。对吸波材料来说,也就是材料要有较大的介电常数虚部和磁导率的虚部,它们会引起电磁波能量的衰减。传统的吸波材料主要针对于微波,随着技术的发展,太赫兹雷达已投入使用,传统的微波吸波材料能否对太赫兹频段、乃至红外段有效衰减,以及这些吸波材料在太赫兹频段的评估成为了有必要研究和探讨的问题。分别基于矢量网络分析仪的微波暗室测量系统、太赫兹时域光谱测量系统、以及傅里叶变换光谱系统对2种微波段吸波材料板开展深入测量研究,在微波段反射率测量基础上,拓展到太赫兹、红外波段,测量了这些材料1 GHz~180 THz的雷达吸波材料反射率。测量结果表明,随着频率的升高,吸波材料表面形态、粗糙度对反射率形成了一定的影响,并针对这种影响在太赫兹、红外波段进一步开展了吸波材料反射特性随角度的变化的研究;为了弄清吸波材料在太赫兹、红外频段的吸波原理,将吸波涂层从金属衬板上剥离后进行了测量,获得了该吸波涂层2~180 THz的反射率、透射率,并基于Kamers-Kronig关系计算了该复合吸波材料等效的介电参数,测试结果证明,微波波段的吸波材料在太赫兹、远红外频段仍具备一定的吸波能力,太赫兹、红外不足以穿透该吸波材料的反射涂层到达金属衬板,其吸收主要来自反射吸收和吸波材料表面的散射。

激发波长为473nm的光致发光光谱特征对珍珠类型及其颜色成因的指示意义

通过激发波长为473 nm的光致发光光谱对不同颜色珍珠的光致发光特征进行了对比研究,结果表明:(1)颜色未经处理的灰色、黄色、紫色和橙色珍珠的光致发光光谱峰值在570~600 nm区间,与文石的峰值一致,推测其颜色主要与文石排列结构有关。(2)颜色未经处理的紫色和橙色珍珠在500~570 nm区间内出现与文石无关的发光峰,推测其颜色还同样受有机质的影响。(3)颜色未经处理黑珍珠的峰值在800~900 nm之间,推测其黑色调主要与有机质有关。(4)经染色处理珍珠的峰值主要位于650~750 nm区间内,主要与染剂有关,而不同颜色染色珍珠具有类似的发光特征说明染色珍珠所用染剂致色成分可能有相似的基团组成。相关研究成果可为珍珠的检测鉴定、颜色成因研究提供更多科学依据。

天然与染色“羽皇金”Akoya珍珠的宝石学及谱学特征

近两年,一类具有高饱和度及高明度色彩特征的黄色Akoya珍珠风靡我国珍珠市场,被冠以“羽皇金”的美称,其出现填补了8 mm以下小直径金黄色珍珠的市场需求,销量与日俱增。目前关于此类珍珠的宝石学及谱学特征的研究鲜有报道。本文对75颗黄色Akoya珍珠样品进行了表面特征观察、紫外-可见光光谱和光致发光光谱测试。结果表明:(1)天然黄色Akoya珍珠样品的表面纹理细腻,在长波紫外光下基本无荧光。部分染黄色珍珠样品的表面瑕疵处可见明显的晕斑,并具有不均匀的黄色、强蓝白荧光;(2)紫外-可见光吸收光谱测试结果表明,天然黄色Akoya珍珠样品可出现360~420 nm范围的吸收宽带及430~470 nm范围的吸收窄带,部分天然黄色-橙色珍珠样品可见类似尿卟啉结构的致色物质产生的405 nm处窄吸收带。染色珍珠样品在蓝紫区有较宽的吸收带,低于400 nm的强吸收带推测由增光剂所致;(3)光致发光光谱测试结果表明,天然黄色珍珠样品的荧光背景强度与文石主峰高度的比值(F/A)集中于1左右,大部分染色珍珠样品的F/A比值均在10以上。漂白增光处理后的珍珠样品的PL谱可产生575 nm和610 nm处的发光峰,染色珍珠样品则可能出现630~650 nm范围内的发光峰,增光剂和染剂发生联结增强发光体平面刚性,使得575 nm处的发光峰强度显著增强至湮灭630~650 nm间的染色剂信息。

乙醇-水溶液中团簇分子的基元荧光光谱研究

采用高斯分解法对236nm的紫外光激发乙醇体积浓度为10%～95%的乙醇-水二元混合物产生的荧光光谱进行分解,得到了荧光谱线里面所包含的基元峰,发现每种浓度溶液的谱线都是由8个基元高斯峰组成的,并获得了每个基元谱线的相对强度、峰值位置数据。对这些高斯峰及相应参数进行分析,并结合乙醇-水混合物的荧光发射机理得到了各种发光团簇的相对大小以及构象信息,进一步计算了它们各自的荧光主发射跃迁能。另外,还对高斯峰半高宽与溶液中分子间缔合形态之间的联系做了初步探讨。研究结果可为进一步研究乙醇-水二元混合物的微观结构和特性提供理论和实验依据。

污染水体溶解有机物诱导荧光猝灭特性的实验研究

溶解有机物的含量是衡量水质的常用指标，利用荧光方法可以实现对自然水体溶解有机物的浓度进行高灵敏在线遥测。文章利用三维荧光光谱技术对溶解有机物进行了荧光表征，实验研究了溶解有机物浓度与荧光强度的关系，以及水体酸碱度和金属离子对荧光强度的影响。研究表明，当溶解有机物浓度在小于10mg·L^-1，pH值在6．5～7．5范围内时，荧光强度与浓度具有很好的线性关系；金属离子对溶解有机物诱导荧光有较大猝灭作用，不同金属离子对诱导荧光强度的猝灭效果有显著不同。

不同地类春小麦拔节期冠层光谱与叶绿素差异研究

为实现对不同地类春小麦叶绿素含量的无损估测,通过分析春小麦冠层光谱与叶绿素含量的相关性,以及对其红边拐点位置与叶绿素含量做回归分析,分别建立了水浇地和旱地春小麦叶绿素含量估测模型并检验了模型精度。结果表明:(1)拔节期水浇地和旱地春小麦叶绿素含量差异较大,且前者明显大于后者。虽然各地类春小麦光谱反射率与叶绿素含量均有很好的相关性,但旱地春小麦的相关性在可见光和近红外波段均低于水浇地。(2)在可见光范围,旱地春小麦冠层光谱反射率高于水浇地,而在近红外区则相反。阴坡地由于土壤水分高,春小麦长势较好,冠层光谱特点与水浇地差异不大。(3)建立的不同地类春小麦反射光谱红边拐点位置与叶绿素含量的监测模型表明,水浇地春小麦叶绿素含量的监测可用线性模型,预测精度达94.06%。而旱地则宜用二项式模型,预测精度为97.15%,比其线性模型高10.48%。

神经网络在大米蛋白质含量预测模型中的应用

大米蛋白质含量是影响大米营养及食味特性的一个重要指标 借助主成分分析,确立了用于近红外光谱分析的BP神经网络的输入输出模式对;并用BP神经网络方法建立了不同类型、不同粒度的大米样品蛋白质含量预测模型;考察了模型的预测能力,其预测值与用标准方法取得的化学分析值间具有良好线性关系,相关系数达0 90以上.

过氧化物酶-辅酶NADH催化O_2/H_2O_2产生羟基自由基研究及其氯苯处理初探

利用光谱学和波谱学手段研究HRP-NADH-O2/H2O2体系中自由基生成机理及HRP状态的变化,并应用该酶体系对有机污染物氯苯进行初步处理研究。紫外可见光谱表明酶-辅酶体系在过氧化氢的氧化下,产生了强氧化性的化合物Ⅲ,说明可能产生羟基自由基。分别选用DMPO和POBN两种自由基捕获剂,通过电子自旋顺振(EPR)检测到HRP+NADH体系在O2和H2O2存在下产生超氧阴离子自由基(O2-·)和羟自由基(·OH)。在开始10min内过氧化物酶主要以化合物Ⅲ形式存在,随后转化为HRP,同时检测出较高浓度的·OH。O2存在条件下产生·OH浓度大约是单独H2O2存在条件下的4倍。超氧化物歧化酶(SODZn-Cu)在HRP+NADH+O2体系中能消除由NADH还原O2产生的O2-·从而抑制·OH生成。HRP+NADH体系相对于传统酶法处理能提高20%左右的酶活力,说明酶-辅酶体系能够提高酚类化合物的去除效率。实验条件下HRP+NADH+H2O2和HRP+NADH+H2O2+O2体系对于非酚类污染物氯苯的去除率分别到达了24.6%和48.2%,远高于传统酶法的1.42%,突破了传统酶处理只能处理酚类污染物的局限性。

乙醚溶液荧光光谱特性及其机理研究

研究了低浓度乙醚水溶液在紫外光激励下的荧光光谱,以及其荧光特性随激发光波长和乙醚溶液浓度改变的变化规律,并对其产生机理和谱线特性进行了分析和探讨。结果显示,乙醚溶液在306 nm附近出现明显的荧光峰,其最佳激励波长为245 nm,且在292 nm处还有次峰出现。激发光波长改变时,相应的荧光峰值位置基本不变,且荧光峰的强度随激发光波长的变化呈高斯分布。荧光次峰和主峰的强度产生竞争。随浓度增加,306 nm处的荧光强度线性增强,当增至7%后,发生浓度猝灭,强度线性减弱。研究结果将为检测有毒、麻醉物质——乙醚的浓度及纯度等提供参考。

基于太赫兹波时域光谱技术的纺织材料鉴别和分类技术研究

提出了一种基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术和聚类分析方法的纺织材料鉴别和分类方法,并以几种典型的棉材料作为实验介质证明此方法的可行性。利用THz-TDS系统测得了介质在THz波段的时域光谱信号,并从中提取出其吸收光谱。应用主成分分析法提取纺织材料吸收光谱的特征,然后应用马氏距离分类法对这些材料进行分类,实验结果表明这五种材料可以被准确区分。研究结果表明以纺织纤维的THz吸收光谱作为数据特征,采用主成分分析法与马氏距离判别法相结合的方法鉴别成分相似的纺织纤维是可行的,该方法有望为成分相近的纺织材料鉴别提供一种有效的分析方法。

光谱线型函数的四种形式及其变换关系

从理论上研究了光谱线型函数的四种形式及其关系,以多普勒展宽导致的线型函数为例,分析了光子数、能量按频率及波长分布函数的最大值和半高全宽。结果表明,光子数、能量按频率的分布函数近似相等,光子数、能量按波长的分布函数也近似相等。通过对多普勒线型函数的分析,建立了根据两条光谱线的线型函数的最大值比值求得光子数比值的方法。

大气颗粒物中重金属的双脉冲激光诱导击穿光谱研究

为了对沈阳市某工业区附近大气中重金属等离子体光谱特性进行研究,采用双脉冲激光诱导击穿光谱技术(Double pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)对样品中主要重金属等离子体光谱进行测量分析。通过比较单脉冲(SP)和双脉冲(DP)激发的样品等离子体光谱,发现采用DP-LIBS技术可以很好地增强等离子体光谱的强度。研究DP-LIBS光谱强度随两个脉冲激光的间隔时间变化,在脉冲间隔为15μs时样品中重金属等离子体光谱得到了最大的增强。同时DP-LIBS技术也会提高样品等离子体光谱的稳定性,谱线的相对标准偏差由6%降低为3%左右。最后对样品等离子体的电子温度及电子密度随双脉冲间隔时间的变化情况进行了研究。

二氧化硫的紫外光谱测量数据修正方法

采用紫外差分吸收光谱法对烟气中主要气体污染物SO2进行测量,是目前常用的烟气检测方法之一。针对实际环境中的非线性因素所产生的偏差,首先分析了非线性因素的成因,而后提出一套四步校准方法:标准吸收截面的插值;光谱区域的加权组合;使用新的样品池采集光谱;非线性系数的最小二乘拟合。相对于传统方法,四步校准法具有简便,成本低,精度高等优点。使用标定后的测量探头对SO2进行多次测量,最大偏差不超过4.5%,平均偏差均小于1.5%,重复性不超过1%。

差分吸收光谱技术测量氯气的数据处理方法研究

基于差分吸收光谱(DOAS)技术,结合自主搭建的一套小型便携式DOAS实验系统,开展了对氯气的实验测量。在处理氯气的标准截面时,比较了两种不同的高通数字滤波方法:三角函数滤波和多项式拟合滤波。实验证明采用后一处理方法能够更加准确反演出氯气的浓度。模拟计算的结果显示,采用五阶多项式处理的结果的误差较小;在不同样品池内的测量结果显示,利用该方法测量氯气的线性度达到0.996 1;实际的一条谱的反演结果显示拟合谱与测量谱基本重合,且剩余噪声谱的峰峰值最大值<5‰;给出整个实验过程中可能的误差主要来源。综合以上的实验结果表明,利用DOAS技术采用多项式拟合处理的方法可以实现对于氯气的检测。

镱铒共掺硅酸盐玻璃三波段光致发光特性数值分析

考虑两级合作上转换、激发态吸收、交叉弛豫等非线性效应,建立了镱铒共掺硅酸盐玻璃材料9个能级的11个速率方程。唯象地构造了合作上转换系数随镱铒掺杂浓度的变化函数,数值模拟了镱铒共掺硅酸盐玻璃1530,664,549 nm 3个波段的光致发光强度与掺杂浓度、抽运功率的变化关系。计算结果表明:掺铒浓度一定,镱浓度增加时,对于1530 nm荧光而言,有最佳的掺镱浓度,但红光和绿光荧光强度随掺镱浓度始终增强;保持镱铒掺杂浓度不变,抽运功率增加时,3种荧光强度均单调增强,差别在于增幅速率不同,且近红外光强有饱和趋势。计算结果与实验测量相吻合。

啁啾的长周期光纤光栅的透射谱特性

研究了线性啁啾长周期光纤光栅的交叉耦合常数以及高阶二次方啁啾对光纤光栅滤波器的影响 .研究发现 ,因交叉耦合常数的不同 ,滤波器可以是带通、带阻、或是部分带通带阻的 .高阶二次方啁啾对长周期光纤光栅滤波器的影响不仅表现在滤波器透射率的变化 。

基于牛顿迭代法高温光谱温度和发射率的反演研究

针对基于光谱数据进行温度与发射率分离过程中存在的n个方程包含n+1个未知数这一欠定问题,提出利用牛顿迭代法来实现材料表面真温及发射率的反演计算,通过给定温度和发射率初值,利用泰勒级数的线性项建立迭代公式,通过迭代得到温度和发射率的近似解。分别利用理论热辐射谱和腔黑体的实验数据进行验证,结果表明,任意给定温度和发射率初值均可获得与真实温度接近的计算温度值,相对误差小于0.09。发射率反演结果与真实发射率线形一致,当温度和发射率初值越接近真实温度和发射率时,发射率反演结果越精确。该方法消除了发射率假定模型限制,有望应用于高温及超高温下各种材料真实温度和光谱发射率研究。

基于光谱重建优化的无人机高光谱影像估算牧草生物量

准确及时地预测牧草的地上生物量AGB(above ground biomass)是实现牧草生长监测和合理放牧的前提。无人机高光谱遥感可快速获取高空间、光谱和辐射分辨率的遥感影像,已被广泛应用于精准农业和高通量植物表型等领域。为探究无人机高光谱影像(unmanned aerial vehicle hyper-spectral image,UAV-HSI)对草原牧草AGB预测的适用性,获取了青海省典型草场样区的UAV-HSI、样方牧草AGB和相关辅助数据。然而,UAV-HSI具有较大的数据量级,不便于被广泛采集、存储和传输,也会显著影响数据处理的效率,严重制约其被有效利用。着眼于此,提出一种兼顾数据简化和光谱保真的牧草冠层光谱重建优化方法,以期在有效降低数据量的同时,保证牧草AGB的预测精度。首先,利用残差量化方法对UAV-HSI进行特征参量化处理,获得低数据量级的多阶二值立方体(Hi)及系数矩阵(βi),并以此替代原始数据进行存储和传输;其次,利用Hi和βi进行光谱重建,得到初构光谱PRS(preliminarily reconstructed spectra);最后,运用Savitzky-Golay滤波对PRS进行优化,即为OPRS(optimized PRS)。以样区牧草光谱为例,对OPRS的光谱保真性,即OPRS与原始光谱之间的相关系数、光谱角和光谱矢量距离进行分析,结果表明,在3种保真性指标上,OPRS均明显优于同阶的PRS。进而,分析了牧草AGB与光谱变量之间的相关性,结果表明,与原始光谱和PRS相比,OPRS各波段对牧草AGB的预测能力相对较高且最为稳定。而后,利用偏最小二乘法回归构建了牧草AGB的反演模型,结果表明,在原始光谱、1~4阶PRS和1~4阶OPRS等9种光谱中,4阶和3阶OPRS的AGB预测精度分别达到了最优和次优水平,二者的AGB预测相对分析误差RPD(ratio of performance to deviation)分别为2.31和2.23,比原始光谱模型的RPD分别高0.26和0.18。在降低1个数量级的情况下,OPRS取得了优于原始光谱的牧草AGB预测性能,说明OPRS兼具数据简化和牧草AGB准确预测性能,为UAV-HSI估算牧草AGB提供了一种新的有效解决方案。

移频延时自外差法的DFB激光器线宽测量

为了测量分布反馈(DFB)单模半导体激光器线宽,采用一种新颖的基于马赫-曾德尔干涉结构的光纤自外差测量方案,设计了一套全光纤延时自外差法测量系统,并进行了理论分析。在此基础上搭建了延时光纤长度分别为900m,3000m和6000m的窄带线宽测量系统,对实验室一台中心波长为1550nm、标称线宽值为800k Hz的DFB单模半导体激光器光源进行了测试,测得激光器线宽值分别为951.566k Hz,832.471k Hz和802.221k Hz,并对所设计的方案进行了模拟仿真验证。结果表明,与模拟仿真结果作对比,延时光纤长度为6000m时的窄带线宽测量系统最优,其误差在3%之内,证明了所用自外差干涉原理的合理性和准确性。全光纤移频延时自外差法对测量DFB激光器线宽具有优越性和重要的实用价值。

一种线宽测量新方法及其在NO_2的v_2谱带的LMR谱分析中的应用

提出了利用吸收谱线的一次微商线型的峰峰值与线宽进而与气压的关系间接测量线宽及压致增宽系数的新方法。将该方法应用于NO_2的v_3谱带的激光磁共振谱的分析测量中得到在287K温度下,该谱带谱线的压致增宽系数(HWHM)γ_(NO_2-N_2,O_2,He,air)~0分别为2.7±o.1,1.9±0.2,1.1±0,2及2.5±0.1MHz/Torr。可比结果与现有数据一致。与其它线宽测量方法的比较表明,该方法具有简便、可靠、灵敏度高、受谱线两翼重迭及畸变的影响小等优点。