基于中红外可调谐激光光谱技术的SO_(2)检测

在气体绝缘组合电器内发生绝缘缺陷时,设备内部SF_(6)气体可能发生分解生成分解产物导致绝缘与灭弧性能下降。针对SF_(6)分解产物的检测对设备内部绝缘情况的检测与评估具有重要意义。SO_(2)作为SF_(6)分解产物中主要产物之一,对其准确检测有助于评估设备内部绝缘情况。文中基于中红外可调谐激光光谱技术搭建了SO_(2)检测实验平台,针对不同体积分数SO_(2)气体进行检测,获得SO_(2)体积分数与二次谐波峰值平均值的线性关系,并进一步开展了误差分析实验。分析了装置的响应速度与恢复时间。实验结果表明,SO_(2)体积分数与二次谐波峰值平均值具有较好的线性关系,其拟合优度为0.987。不同体积分数SO_(2)实验气体验证拟合曲线最大误差为4.86%装置响应速度与恢复时间为202.2 s与49.4 s。在CO干扰下,SO_(2)体积分数与二次谐波峰值平均值的线性拟合优度达到0.981。研究成果为微量SO_(2)的有效检测提供了技术参考与支持。

激光光谱传感在井下气体快速无源监测的应用

瓦斯是在煤炭开采作业中的危险气体,对煤矿井下的瓦斯等易燃易爆气体实时监控报警是确保煤矿生产安全的重要工作。光学监测技术具有无损快速的特点,且可以结合光学通讯实现井下无源探测。本文以华阳集团新景矿15232工作面为研究对象,基于可调谐二极管激光吸收光谱技术,研发了一套针对甲烷等易燃易爆气体的远程监测系统,实现对煤矿井下2000 m外的气体环境进行精准、实时的监测。经过实践,该方法具有很好的准确性,相比传统束管系统,实现了气体监测的快速分析,监测采样频率更高,提高了新景矿井下有害气体的监测水平。

量子级联激光光谱技术在大气环境检测中的运用分析

基于气体检测技术的发展现状对量子级联激光光谱技术的特点进行了阐述与分析,介绍了应用量子级联激光光谱技术所构建的大气环境下气体光谱检测装置,分别对装置的运行原理及处理方式进行了分析,并以甲烷与甲醛等气体为例,对大气环境下上述气体吸收光谱进行了采集、模拟与分析,对气体的浓度值变化情况进行了相应统计,从而得到量子级联激光光谱技术在大气环境中应用的相关结论。

基于DFT的激光光谱实时测量

引言色散傅里叶变换即DFT技术,是一种前沿的光学测量技术,可在光学传感、光谱成像中实现快速连续单次测量。运用色散傅里叶变换将光脉冲的光谱映射到时间波形,其强度模拟光谱,允许单像素光电探测器以远超出传统空间域光谱仪的扫描速率捕获光谱。如可以捕捉如光学流氓波等使用传统仪器错过的罕见事件。本文在介绍色散傅里叶变换理论和实现方法的基础上,重点讨论DFT技术在超快动力学中实时探测激光脉冲和光谱的应用。

基于调制激光光谱吸收的高稳定性气体检测

为了精确测定待测气体的体积分数,提高可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)的稳定性,优化了TDLAS气体检测系统的扫描信号。基于HITRAN数据库,选定了甲烷气体在1654 nm附近吸收峰,计算出含甲烷、水蒸气和二氧化碳混合气体的吸收系数;使用可视化仿真工具对气体检测系统进行理论仿真,同时通过搭建的气体检测系统验证仿真结果。结果表明,通过优化扫描信号,提高了检测系统的稳定性,偏差值从0.3%降至0.07%;建立了2次谐波信号均值与气体体积分数的反演模型,线性拟合的相关系数R^(2)=99.99%。此研究为提升TDLAS系统的稳定性和准确性,及实现高稳定气体检测具有一定的参考价值。

“激光光谱前沿与技术”专辑导读

激光光谱技术作为光谱学领域的核心技术,具有灵敏度高、选择性强、非接触式及在线测量等优点,已经成为研究物理、化学、生物、医学以及天文学等领域光和物质相互作用的重要手段。随着激光技术和探测手段的快速发展,近年来激光谱技术取得了长足的进步,目前激光光谱学的研究重点包括但不限于:新的光谱技术、为了满足实际应用而追求的更优探测性能、新应用领域的拓展、器件及系统的集成等。

高电荷态离子阿秒激光光谱研究展望

高电荷态离子(highly charged ions,HCI)的光谱测量不仅可以检验量子电动力学效应和相对论效应等基本物理模型,还能够为天体物理、聚变等离子体物理甚至HCI光钟等研究提供关键原子物理数据.HCI离子能级跃迁大多在极紫外甚至X射线波段,受限于目前的光源技术较难直接产生该波段激光,实验室对于HCI离子的激光光谱测量十分有限.阿秒光源具有极紫外甚至软X波段的高光子能量和超短的脉冲持续时间,为实验室开展HCI的光谱测量与超短能级寿命研究等提供了新的机遇.本文分析了目前国际上利用同步辐射光、自由电子激光以及飞秒高次谐波等光源已开展的一些HCI离子光谱实验测量的基本方法、研究进展等,总结了阿秒光源、离子靶等技术的研究现状,讨论了将极紫外阿秒光源与不同HCI离子靶的技术结合开展HCI离子阿秒时间分辨激光光谱测量的可行性,并提出了一个HCI离子阿秒光谱测量的初步设计方案,为未来开展HCI光谱精密测量与离子能级寿命测量等研究提供参考.

基于激光光谱遥感图像处理的地理信息系统研究

为进一步提高激光雷达技术的应用成效,本文提出一种基于激光光谱遥感图像处理的地理信息系统,此系统主要由数据管理模块、地理信息处理模块、场景控制模块以及数据传输模块等四大模块组成。在应用过程中,系统会将激光雷达技术所获取的光谱遥感图像快速处理为地理信息处理模块可以接收和处理的融合图像信息,进而提高系统地理信息处理和显示效率及效果,提高系统应用性能,为数字城市建设提供相应的地理信息支持。

低分辨率激光光谱遥感图像弱小目标识别方法设计

为了突破图像分辨率对弱小目标识别工作的限制,优化设计低分辨率激光光谱遥感图像弱小目标识别方法。根据激光光谱吸收原理,生成遥感图像,通过大气校正、平滑去噪等步骤,完成初始图像的预处理。通过图像增强,提升遥感图像的分辨率,分割激光光谱遥感图像区域,通过特征提取与匹配得出弱小目标的识别结果。实验结果表明,优化设计方法的平均目标数量正确识别率为94.4%和目标尺寸识别误差的平均值为0.12 m^(2)。

激光光谱技术在燃烧流场诊断中的应用

介绍了用于燃烧流场诊断的激光光谱技术的研究进展,叙述了相干反斯托克斯喇曼散射、自发振动喇曼散射、激光诱导荧光、分子滤波瑞利散射、可调谐二极管激光吸收光谱等技术的基本原理及其实验系统。给出并分析了激光光谱技术对预混火焰稳态燃烧场和固体燃剂瞬态燃烧场的温度、主要组分及浓度、流场密度和火焰构造测量的实验结果。实验结果表明,基于激光光谱的燃烧诊断技术不仅能够实现对稳态燃烧场的高精度测量,而且能够应用于复杂的瞬态燃烧场诊断。

柱形微腔回音壁激光光谱模式的精确标定

由柱形微腔中回音壁模式满足的本征值方程,得到确定回音壁模式位置和间距的近似解析公式。以此近似解析公式,首次对直径在215-328μm间的5个柱形微腔回音壁激光光谱做了模式标定。在用近似解析公式对柱形微腔激光光谱的数值作拟合的计算中,除了回音壁模的径向模式数（l）和角动量模式数（n）外无需其他拟合参数,解析公式的拟合值和实验激光光谱波长值间的偏差小于0.05 nm,拟合结果精确可靠。柱形微腔回音壁激光光谱模式的精确标定在模式的场分布计算以及频移型微腔生物传感器的研究应用中具有重要作用,文章介绍的方法亦可应用于柱形微腔直径和折射率的精密测量。

速度调制分子离子激光光谱技术的理论研究

介绍了速度调制光谱对分子离子测量过程中的一些基本问题,运用朗之万运动方程导出了离子在交流电场中的漂移速度表达式;在小调制度近似下,给出了速度调制谱线的解析表达式,表明谱线的基本线型为高斯线型的一次微分线型、强度与调制度成正比;还讨论了调制电场对谱线的影响。

基于可调谐激光光谱的气体传感系统的研究

为了准确快速的检测气体浓度,基于可调谐激光吸收光谱法,设计了一套气体传感系统.研制了带有光纤准直的透射式光学传感气室,采用半导体激光器作为光源,气体的吸收光谱信号由光电探测器接收,经锁相放大器检测出谐波信号,用二次谐波和一次谐波的比值来获得气体的浓度,消除了光强波动、粉尘及视窗污染的影响.实验表明,二次谐波和一次谐波的比值与气体浓度值之间的线性相关度可达0.9944,可以准确获得气体的浓度信息.

差频中红外激光光谱技术探测大气甲醛污染研究

文中开展室温工作的差频中红外激光吸收光谱技术及其对大气痕量有机污染物的探测研究。采用高效、宽带和准相位匹配的周期极化铌酸锂晶体(PPLN)作为激光差频器元件,把1.523μm DFB 半导体激光器和1 064.5 nmNd:YAG 激光器泵浦 PPLN 晶体产生的差频输出调谐到甲醛在3.5μm附近的一条吸收线附近,利用调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术测量大气中甲醛气体浓度,并通过波长调制和二次谐波检测技术消除光路中干涉条纹的干扰,同时使用紧凑型 Herriott 多次反射池,使检测下限达到1 ppb 量级。系统具有快速、实时、室温工作等特点,通过调谐差频器的泵浦半导体激光器波长,就能够实现对其他有毒有害有机和无机污染物的检测。

随机抽样一致性算法在激光光谱中的应用研究

为了解决波长调制激光光谱技术探测大气痕量气体浓度中信号处理算法的不足,提出了一种基于随机抽样一致性算法的气体浓度反演算法。以大气甲醛分子的仿真信号和实际测量信号为例,进行了理论分析和实验研究,并与传统的最小二乘法相比较。结果表明,该算法具有较强的抗噪声和异常点干扰能力,尤其是在低信噪比的条件下,精确度可提高1个量级,体现出较高的可靠性和优越性。

CO^+彗尾带系(A^2Π-X^2∑^+)(2,3)带速度调制激光光谱研究

利用差分速度调制分子离子激光光谱技术，首次测量了 ＣＯ~＋彗尾带系（Ａ~２Π－Ｘ~２∑~＋）（２，３）弱带转动吸收光谱，通过对测量谱线的标识，获得了两态的分子常数，其中下态ｖ~＂＝３的常数未见有文献报导。在锁相放大器１ｓ积分时间下，实验系统的吸收测量灵敏度实测为 １．５６ ｘ １０^(－６)。

提高可调谐激光光谱气体检测精度的研究

利用可调谐激光光谱技术检测气体浓度时,在气体浓度较高或气体吸收路径较长的情况下,用简单的线性关系逼近朗伯-比尔定律的指数关系,会造成较大的误差,甚至错误的结果。在不改变气体吸收路径长度,保证检测灵敏度的前提下,采用分段线性插值和谐波分析的方法,将浓度区间范围为0～100%的气体,每隔10%划分为一个子区间,在各个子区间内采用不同的比例系数,从而可以很好地逼近理论曲线,并可以消除光强波动等因素的影响,大大提高系统的检测精度。

生物医学领域中超连续激光光谱技术的研究进展

超连续谱激光指的是当泵浦激光穿过特殊光波导时,一系列的非线性效应引起入射激光束的光谱展宽,从而输出宽光谱激光束。随着超快激光和光子晶体光纤技术的发展,利用超短脉冲在光子晶体光纤中的传播链产生相干的且亮度高的超连续谱激光成为了一种理想的白光源。自从超连续谱激光源投入应用以来,其应用领域越来越广。尤其在生物医学的细胞、血液等样品分析当中,荧光光谱学、流式细胞仪、共焦显微、光学相干层析等技术都是强有力的分析工具,在采用这些先进技术的科学仪器中,超连续谱激光源成为了一种主要光学部件。首先对超连续谱激光源的国际研究进展作了详细介绍,然后对超连续激光光谱技术在显微成像、流式细胞仪、荧光寿命成像显微、荧光共振能量转移、光学相干层析、共焦显微生物医学分析等生物医学领域中的发展及应用作了综合阐述。对超连续激光光谱技术在非接触式血液制品鉴别的需求、方案及研究进展进行了重点论述,包括覆盖400~2 000nm光谱范围的光纤化轻型超连续谱激光光源研究;采用超连续谱激光光谱方法探索不同物种血液的种属特征;根据大数据的血液样品光谱特征元数据库分析建立数学模型,利用数学模型实现对血液样品种属光谱学判定;血液鉴别光谱分析便携式整机系统研发等。对超连续激光光谱技术在生物医学领域的应用前景作了展望。

皮秒级时间分辨超快高能脉冲激光光谱

介绍了一种利用光电摄谱法和条纹管相结合测量ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的方法。论述了条纹相机工作原理和平面衍射光栅的分光原理,分析指出利用介绍的装置,可以实现波长300nm～1 600nm、脉宽>2ps超快高能脉冲激光的光谱测量。采用1 054nm超快高能脉冲激光器,实验得到了条纹像,对条纹像进行数据处理后得到测量光谱曲线,通过能量标定后,得到了超快高能脉冲激光器实际光谱曲线,验证了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱方法。讨论了系统中耦合透镜组对光谱测量和光纤色散角对条纹图像的影响,论述了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的作用。随着条纹管制造技术的飞速发展,该方法可用于fs级激光光谱的测量。

全光纤干涉系统在测量激光光谱结构特征中的应用

利用自制的全光纤干涉系统,对激光光谱结构特性所引起的干涉条纹幅度变化进行了理论分析和实验证明。首次将全 光纤干涉系统应用于激光光谱的结构分析领域,可能会导致出现一种新的激光光谱测量仪。