基于紫外吸收光谱法的海水总有机碳浓度原位测量

总有机碳(TOC)是指溶解和悬浮在水中的有机物的总含碳量,是以含碳量表示水体中有机物总量的综合指标。TOC的测定通常采用的是国标燃烧法和湿化学法,但这两种传统方法都具有测试方法复杂、测量时间长、速度慢等缺点,对大气环境会产生一定污染且仅能在实验室内完成,无法进行海水的原位在线测量。而该研究采用紫外吸收光谱法测量TOC,通过燕山大学自主研发的光谱技术与集成电路相结合研制的TOC光学原位传感器,能够快速、不添加试剂、不产生二次污染的测量海水中总有机碳的浓度,且可以不受实验室环境的制约实现海水TOC的在线原位测量。将基于该方法研制的传感器进行实地下海实验,测量不同海域(河北沧州黄骅港周边海域、秦皇岛市周边海域)的TOC值,将传感器测量的结果与国标法测量结果的相关性、一致性、误差等方面进行对比。结果表明:在黄骅港海域采取的13个不同水样和秦皇岛周边海域采取的14个不同水样用国标法和TOC光学原位传感器测量的浓度值变化趋势基本一致,有较好的相关性和一致性,存在极个别水样产生偏离整体样本曲线的情况。实验数据经过线性拟合结果显示相关性较好,对两处不同海域的数据拟合曲线和常规残差分析,显示黄骅港海域水样的拟合相关系数r为0.859 0,残差平方和数值为0.165 4,秦皇岛周边海域水样的拟合相关系数r为0.939 9,残差平方和为3.513 1。由于相关系数r=0.939 9>r=0.859 0,所以秦皇岛周边海域的水样线性拟合效果好于黄骅港实验。常规残差0.165 4<3.513 1,是因为秦皇岛周边一些样本如河流入海口是污染的重灾区,生活污水和工业污水使水质存在更多干扰因素,这些干扰因素对海洋TOC光学原位传感器的准确性和稳定性造成了一定的影响。由于基于紫外吸收光谱法研制的TOC光学原位传感器与传统的国标法测量原理不同,样本集比较少,样本浓度覆盖面不大,海洋环境复杂多变,存在多种影响因素,如浊度、温度、 pH、浮游生物等,传感器无法彻底消除所有影响因素引起的误差,所以测量结果与国标法结果存在一定的误差。后续工作如何消除海洋环境复杂干扰因素的影响,减小传感器测量值的误差,使测量结果更加精确和真实,需要进一步讨论和更加详细的分析和研究。

平坦色散高非线性光子晶体光纤的研究与制备

运用改进的全矢量有效折射率法（IFVEIM）,研究了光子晶体光纤结构（PCF）参数改变时,光纤的色散系数、有效模场面积和非线性系数随波长的变化规律,深入地分析了光纤可调节的色散平坦特性和高非线性特性。课题组自行设计了一种在900nm附近具有低平坦色散高非线性特性的光子晶体光纤。并且在改进工艺的基础上,采用包层孔充气挤压法对其进行了制备,虽然制得的光纤各参数未达到设计值,但其在800~1000nm的波段内色散值仅为0.75ps/km/nm,非线性系数值则达到了30（W/km）-1,这在当前规则结构的纯硅光子晶体光纤中已经较高。

软件群体中基于交互序列的频繁模式挖掘算法研究

互联网模式下,软件之间的交互日益频繁,具有交互特征的软件逐渐形成群体,其个体行为不断地影响着群体的特性.频繁模式挖掘是发现关联规则的一种重要技术,软件交互行为频繁模式对软件的安全性稳定性分析起着至关重要的作用.因此,从软件群体交互的角度提出了一种频繁模式挖掘算法SG-FIP.首先,定义了软件群体,构建基于时间段滑动的交互序列挖掘模型;其次,定义了一种基于时间段及交互次数的序列权重,提升了交互模式的兴趣度.第三,定义了约束系数,在预定义的滑动时间段内挖掘得到针对性更强、实时性更高的交互模式.最后,实验结果验证了交互模型的可行性,SG-FIP算法的时间消耗在一定程度上优于先前算法,并且精简了先前算法的挖掘结果,提高了挖掘精度,高效地挖掘出了软件群体中的频繁模式.

基于三维荧光的产麻痹性贝毒藻浓度监测研究

近年来,我国沿海赤潮发生的次数和面积持续增加,经济损失严重。根据赤潮的毒性特点,通常分为三类,分别为无毒赤潮、鱼毒性赤潮和有毒赤潮。其中有毒赤潮产生的毒素主要是麻痹性贝毒,其由于分布广,毒性强成为危害最大的生物毒素之一。根据麻痹性贝毒的摄入量不同,人类误食染毒的贝类后,身体各部位会出现刺痛或灼热的感觉,然后全身麻痹,严重者甚至在短时间内死亡。近年来,多地出现人类误食染毒的贝类后死亡的事件。麻痹性贝毒的摄入量主要取决于产麻痹性贝毒藻的浓度,因此,对产麻痹性贝毒藻浓度的监测就显着尤为重要。提出了用三维荧光光谱结合化学计量学方法建立产麻痹性贝毒藻定量分析模型。首先,利用F-4600荧光光度计采集微小亚历山大藻(Alexandrium minimum)、链状裸甲藻(Gymnodinium catenatum)和太平洋亚历山大藻(Alexandrium pacificum)三种典型的产麻痹性贝毒藻类三维荧光光谱数据,获取藻类样本的三维荧光光谱等高线图,并进行图谱分析;然后,利用不同激发波长下的发射光谱数据建立产麻痹性贝毒藻三维荧光光谱的串行表示模型,提取新的特征;最后,将新的特征数据分别作为粒子群优化最小二乘支持向量机算法(particle swarm optimization-least squares support vector machine, PSO-LSSVM)和偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)的输入,建立产麻痹性贝毒藻的定量分析模型。结果表明,运用粒子群优化最小二乘支持向量机算法建立的产麻痹性贝毒藻的定量分析模型普遍优于偏最小二乘回归算法。当激发波长选择460和530 nm,发射波长选择650~750 nm作为PSO-LSSVM的输入数据,建立的产麻痹性贝毒藻的定量分析模型效果最好,结果显示Rc=0.999 9, RMSEC=0.017 1,Rp=0.949 2, RMSEP=0.291 0。这体现出三维荧光光谱结合PSO-LSSVM定量分析模型可有效地监测活体产麻痹性贝毒藻的浓度数值,为产麻痹性贝毒藻浓度检测提供了一种在线检测的新方法。

麻痹性贝毒产毒藻株的三维荧光光谱识别技术研究

利用三维荧光光谱技术,研究了以微小亚历山大藻(台湾株)(AMSY)、塔玛亚历山大藻(大亚湾株)(ATDY)、链状裸甲藻(防城港株)(GCFC)、塔玛亚历山大藻(香港株)(ATHK)、链状亚历山大藻(南海株)(ACSY)5株4种产麻痹性贝毒(PSP)微藻以及21株不产PSP藻在不同温度条件下培养微藻的各生长期产毒能力与三维荧光的关系。研究结果表明,在不同温度条件下,产毒藻类单位藻细胞产毒量会发生显著变化,低温可促进麻痹性贝毒的产生。通过Db7小波分解,选取Ca3尺度分量的联合荧光谱作为特征谱并利用Fisher判别发现,产PSP藻与不产PSP藻荧光差异主要集中在λ_(ex)为400~425和450~545nm;λ_(em)为715~750 nm的波段,利用判别函数建立判别式,实现了对产麻痹性贝类毒素藻类的识别测定。对产PSP毒素藻类的判别率达到93.7%,不产PSP毒素藻类判别率达到93.3%,综合判别率为93.5%。该研究可实现对水体中活体产PSP微藻的快速识别,为进一步开发产毒微藻识别仪提供理论基础。

小芯径折射率引导型光子晶体光纤的制备和研究

介绍一种小芯径折射率引导型光子晶体光纤（PCF）的拉制方法。制备出的光纤纤芯周围第一层空气孔发生形变，呈柚子形，其芯径为1．7μm，孔间距A和空气孔直径d分别为3．4μm和2．8μm。由于光纤结构的特殊性，采用有限元法在200～1600nm波段对其基模有效折射率、色散系数、有效模场面积以及非线性系数进行了数值模拟计算。经过理论计算，这种光纤在所研究的波段具有极高的非线性系数且表现为反常色散，这些特性十分有利于超连续谱的产生。在测量了光纤的损耗、色散等基本特性后，选取损耗较小且位于光纤反常色散区域，中心波长为800nm的飞秒激光作为光源，将不同功率的超短激光脉冲耦合人光纤，对这种小芯径折射率引导型光子晶体光纤产生超连续谱的过程进行了测量和分析。

平坦色散高非线性光子晶体光纤的制备与实验

运用改进的全矢量有效折射率法（IFVEIM），课题组自行设计了一种在900nm附近具有低平坦色散高非线性特性的光子晶体光纤。并且在改进工艺的基础上，采用中心抽真空挤压法对其进行了制备。虽然所制得光纤的结构参数与理论设计值存在一定的偏差，但其在所研究波段内色散值仅为0．5ps／km／nm，非线性系数值则达到了35（w＊km）^-1，这在当前规则结构的纯硅光子晶体光纤中已经很高。最后，我们对其进行了非线性实验测试，其在400-1400nm的波段范围内展现出了宽平坦的超连续谱。

可见光波段空芯光子晶体光纤的实验研究

通过合理设计并采用改进的两次堆积法制备出了结构完整的空芯光子晶体光纤(HC-PCF)。从实验中测得的透射谱可以看出,所制备的光纤在450～1100nm波段出现了5条宽窄不同的带隙结构。令人欣喜的是,最后观测到空芯中有显著的绿光传出。将带隙传光区域由近红外波段移至可见光波段,既有利于实验中带隙的观测,又为空芯光纤在可见光波段的应用开辟了广阔的前景。