飞秒激光加工SiC的烧蚀阈值及材料去除机理

超短脉冲激光微加工技术以其独特的优势,尤其是对硬脆难加工类宽带隙材料的精密处理,而使其成为微结构加工中的研究热点。利用飞秒激光微加工系统对宽带隙材料SiC的烧蚀特性进行理论和试验研究。应用扫描电子显微镜、原子力显微镜和光学显微镜等检测技术对样品的烧蚀形貌进行检测,以分析烧蚀区域的形貌特征及微结构质量。依据烧蚀孔径和入射脉冲激光能量之间的函数关系,得出SiC材料的烧蚀阈值为0.31J/cm2,并估算出光束的束腰半径为32μm。研究脉冲数目、重复频率和入射激光功率等对加工微结构形貌的影响规律,根据试验参数加工出形状规则的微孔结构,并对微结构的烧蚀形貌及材料的去除机理进行分析,为实现微结构的精密加工提供了重要的指导。

利用拉曼光谱技术检测中蒙药中朱砂的研究

朱砂有凉性、解热、收敛作用,一般以粉末状入药于中药或蒙药中。然而朱砂具有一定的毒性,因此有必要对药品中朱砂的含量进行检测分析。利用便携式拉曼光谱仪对朱砂进行了鉴别分析,获得了朱砂较为全面的分子结构振动信息。实验结果显示朱砂的拉曼光谱在253,290和343cm-1等处出现了较强的拉曼特征峰,文中确定以此三处特征峰作为研究对象。同时,检测了蒙药八味止血红花散、朝伦-雄胡-5、外用溃疡散以及中药口腔溃疡散的拉曼光谱。结果在含有朱砂的几种蒙药八味止血红花散、朝伦-雄胡-5和外用溃疡散均检测到了朱砂的特征峰,而在不含有朱砂的中药口腔溃疡散中未检测到拉曼特征峰。此外,对口腔溃疡散中的朱砂进行半定量分析,检测极限可达到质量分数的10%左右。拟合得到了中药口腔溃疡散的拉曼光谱特征峰强度与其中朱砂的掺杂量之间的关系,获得曲线的相关系数r=0.995 9,验证了拟合结果的准确性。该拉曼光谱检测方法具有快速、简便、准确等优点,值得在中蒙药成分鉴定方面得到广泛的应用。

拉曼光谱技术结合主成分分析-支持向量机对砷类矿物药的分类识别研究

为了快速检测砷类矿物药,建立了拉曼光谱技术结合主成分分析(PCA)-支持向量机(SVM)分类识别砷类矿物药的新方法。首先对雄黄、雌黄、信石和砒霜的拉曼光谱进行了归属,并进行了PCA-SVM分类识别。然后分别测定了五个批次雄黄的拉曼光谱,并进行了PCA-SVM分类识别,最后对其拉曼光谱的差异进行了分析。该方法快速、方便、准确,为砷类矿物药的检测和质量控制提供了潜在应用价值。

基于SERS技术检测牛奶中氨苄西林的研究

目的利用表面增强拉曼光谱(SERS)检测牛奶样品中的氨苄西林,对其进行定性及半定量分析。方法首先构建了新型氧化铝陶瓷SERS检测平台。其次对氨苄西林的拉曼特征峰进行了归属,并确定了最佳的实验条件。然后对水溶液中的氨苄西林进行了SERS检测,并获得了检测限。最后进行了牛奶样品中的氨苄西林的检测,并利用线性拟合实现了对加标牛奶样品中氨苄西林的半定量分析。结果牛奶样品中的氨苄西林的检测限为10-3g/L,在10-3~10-1g/L浓度范围内,拉曼特征峰1000cm-1的强度随牛奶样品中氨苄西林的浓度的线性关系为y=23408.93x+1801.47,相关系数为0.993,回收率在95.0%~110.0%之间。结论包括对牛奶样品的预处理过程(约5min)在内,整个SERS检测过程不超过7min。该方法对牛奶中的污染物进行定量和定性分析具有广阔的应用前景。

飞秒激光在宽带隙陶瓷表面的烧蚀特性

采用飞秒激光微加工系统对宽带隙陶瓷材料SiC和Al2O3诱导微结构时的去除机理及烧蚀特性进行了研究。应用扫描电子显微镜、粗糙度轮廓仪、光学显微镜和能量色散谱仪等对烧蚀的微观形貌和化学组成进行了评价,得出加工SiC时强烧蚀和轻烧蚀的破坏阈值分别为0.61 J/cm2和0.13 J/cm2。同时获得了加工参数与烧蚀形貌之间的关系,发现材料的去除机理强烈依赖于入射激光的脉冲能量,并对二者的关联机制进行了分析。探讨了表面粗糙度和掺杂在材料中的不同元素对烧蚀结果的影响。从而为在难加工类宽带隙陶瓷材料表面加工高质量的微结构提供了有力的理论依据和技术支持。

基于神经网络的条纹管激光雷达回波信号分类

对机载条纹管激光雷达的回波信号利用神经网络的方法进行了分类。比较分析了四种不同目标的典型回波信号,提取了回波信号的强度和形态作为分类特征,利用MATLAB构建了一个BP神经网络分类器。在此基础之上,对隐含层神经元的数量、网络的学习算法和训练样本的数量对分类效果的影响进行了对比和选取。分类的结果表明,该分类器的精度能够达到96%,Kappa系数为0.95,这表明这种分类器能够对回波信号准确地分类。

利用拉曼光谱技术检测外用溃疡散中雄黄的研究

目的:建立外用溃疡散中的雄黄的拉曼光谱检测方法。方法:基于密度泛函理论,使用b3lyp和6-31g(d)基组计算了雄黄的拉曼光谱及相应振动模式信息;利用便携式拉曼光谱仪测量纯雄黄固体粉末的拉曼特征峰,并与理论计算结果进行对比;检测了两种口腔溃疡散的拉曼光谱,并对峰位进行了归属和指认;检测了掺杂不同质量分数雄黄的口腔溃疡散的拉曼光谱。结果:雄黄的拉曼特征峰主要位于143、183、193、221、355、413cm-1处,实验测量值与理论计算值匹配良好。拉曼光谱能较好地检测出外用溃疡散中含有的雄黄,同时以口腔溃疡散为样品基质,对雄黄进行了半定量分析,检测极限可达到质量分数的10%左右。结论:拉曼光谱检测方法具有快速、简便、准确等优点,值得在药品鉴定中得到更广泛的应用。

气泡激光散射信号的频域处理方法

提高信噪比是研究气泡激光散射特性的关键。详细地分析了气泡激光散射信号中存在的各种噪声,主要包括背景光,工频电磁场,射频噪声和电子系统内的固有噪声。重点介绍了处理气泡散射信号的两种频域方法——傅里叶变换和功率谱估计。这两种方法都能降低噪声以及消除直流分量和市电的影响,达到检测气泡散射脉冲的目的。谱估计方法物理意义明确,利用Yule-Walker AR(自回归模型)方法估计得到的功率谱曲线具有更好的光滑性和较高的频率分辨率。研究结果表明:Yule-Walker AR谱估计方法是最合理、最有效的气泡散射信号处理方法。

N_2^(2+)离子在线偏振和圆偏振强激光场中的解离

基于N+离子的飞行时间质谱,研究了N22+离子在线偏振和圆偏振强飞秒激光场中(45fs,5×1015-1×1016W·cm-2,800nm)的解离.通过对N+离子质谱和平动能的分析发现,N22+离子在线偏振光和圆偏振光作用下具有不同的解离方式.在线偏振光下,N2分子在平衡核间距RE处发生次序双电离生成N22+离子,N22+离子解离所释放的能量能够用单光子跃迁模型来解释.而在圆偏振光下,N2分子首先电离生成N2+离子,N2+离子在核间距增大到临界核间距RC(>RE)时,进一步被电离从而发生解离,此时解离所释放的能量可以用库仑推斥模型来解释.

利用表面增强拉曼光谱技术检测硫酸阿托品

目的:建立硫酸阿托品的表面增强拉曼光谱(SERS)技术检测方法。方法:通过理论计算与试验检测相结合,对硫酸阿托品分子的拉曼峰进行归属,并选取1 002 cm^(-1)拉曼峰作为特征峰,开展定量分析。结果:硫酸阿托品水溶液中的检测限约为0.5μg"ml^(-1);1 002 cm^(-1)处特征峰强度随水溶液浓度变化关系的线性范围在1~8μg·ml^(-1),r=0.983 9;平均回收率为103.3%,RSD为4.5%(n=9)。同时,对该方法的批次间稳定性进行了测试,相对标准偏差为5.7%。另外,对含有硫酸阿托品的中药苍术掺杂样品进行检测,依然能检测到1 002 cm^(-1)处的特征峰。结论:该方法具有快速、准确、无损、操作简便等优点,在硫酸阿托品检测方面具有很好的应用潜力。

利用表面增强拉曼光谱(SERS)技术快速检测水与尿液中舒芬太尼的研究

该文建立了基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术检测水和尿液中舒芬太尼的方法。首先制备了银溶胶SERS基底并进行表征。随后通过理论计算和实验对比,对舒芬太尼的拉曼特征峰进行了归属。通过探索最佳实验条件,确定了促凝剂及其浓度。对水和人工尿液中的舒芬太尼进行了SERS检测,检出限分别为0.09μg/mL和1.55μg/mL。水和尿液中舒芬太尼的特征峰(1004 cm^-1)强度与舒芬太尼质量浓度在一定范围内呈线性关系,相关系数(r^2)分别为0.979和0.968。水和尿液中舒芬太尼的回收率分别为96.3%~107%和95.8%~106%,相对标准偏差分别为4.2%~4.7%和3.3%~5.2%。该方法具有快速、准确、无损、操作简便等优点,为水和尿液中舒芬太尼的快速检测打下了良好的基础。

三维成像激光雷达应用的亚纳秒激光器研究进展

激光雷达具有高分辨率和测量精度、体积小和数据率高等特点,已经成为地面三维成像和大气探测的主要技术手段之一。微脉冲激光雷达技术可以实现对目标的准连续测量,有效地降低了激光雷达的体积和功耗,对于推动激光雷达在航空航天领域的应用具有重要意义。本文针对微脉冲激光雷达应用的高重复频率亚纳秒激光器进行了综述,对比和讨论了亚纳秒激光器不同产生方式的特点和发展现状,并对亚纳秒激光器的未来发展做了展望。

1.35GHz线性调频Nd:YVO_4激光器

报道了808 nm连续半导体泵浦全固态Nd:YVO_4线性调频激光器实验研究。利用优化谐振腔长度、腔内插入倾斜标准具,采用温度控制、机械减震和隔绝外部环境等稳频操作,实现了稳定的1 064 nm单频激光输出,最大输出功率140 m W。利用法柏干涉仪观察单频输出,并利用刀口法测量得到的基模高斯光束质量M2为1.05。在谐振腔内插入RTP电光晶体并连接外部高压电源,通过线性电光效应改变谐振腔长度以及改变标准具倾斜角度避免腔长调节过程中的模式跳频,实现了1.35 GHz的稳定线性调频激光输出。编程控制高压电源给RTP晶体施加幅值为2 200 V的锯齿波形电压,实现了频率20 Hz,平均输出功率为85 m W周期性的调频信号输出。

基于SERS技术快速检测水溶液、尿液和血清中咪达唑仑的研究

为了快速检测水溶液、尿液和血清中的咪达唑仑,建立了一种基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术的检测方案。使用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集了拉曼光谱,其激发光波长为785 nm,光谱测量范围为68~2 700 cm^-1,光谱分辨率小于3 cm^-1,激光功率为80 mW,积分时间为5 s。首先通过密度泛函理论对咪达唑仑的拉曼光谱进行了计算,并与实验值进行对比,对拉曼峰进行了归属。然后以银溶胶作为表面增强基底,以硫酸镁(MgSO4)水溶液作为促凝剂,选取689和827 cm^-1处的拉曼峰作为特征峰,对咪达唑仑进行了SERS检测。在水溶液中咪达唑仑的检测限为6μg·mL^-1,在5~40μg·mL^-1浓度范围内,拉曼特征峰的强度随咪达唑仑水溶液浓度的线性曲线方程为y=188.18x-743.05,相关系数为r=0.972,回收率范围为98.2%~107.2%, RSD范围为2.08%~3.25%。在尿液中咪达唑仑的检测限为20μg·mL^-1,在20~125μg·mL^-1浓度范围内,拉曼特征峰的强度随咪达唑仑尿液浓度的线性曲线方程为y=59.78x-640.71,相关系数为r=0.958,回收率范围为96.9%~107.9%, RSD范围为4.45%~5.75%。在血清中咪达唑仑的检测限为20μg·mL^-1,在15~125μg·mL^-1浓度范围内,拉曼特征峰的强度随咪达唑仑血清浓度的线性曲线方程为y=30.81x+176.66,相关系数为r=0.963,回收率范围为94.2%~105.7%, RSD范围为3.60%~4.41%。该方法具有快速、准确、无损、操作简便等优点,为咪达唑仑的现场快速检测打下了良好的基础。

氙灯泵浦的2.93μm Cr,Er:YAG激光器(特邀)

研究了Cr,Er:YAG晶体的能级结构,分析了Cr^(3+)与Er^(3+)能量共振转移和3μm激光的能级跃迁过程。在室温条件下设计搭建了氙灯泵浦源及其泵浦的Cr,Er:YAG激光器,分析了激光器输出能量与泵浦能量、输出能量与晶体温度的关系。在单发自由运转模式下,激光器最高输出能量529 mJ,脉冲宽度103μs,斜率效率0.26%。波长范围2923~2940 nm,2个峰值波长分别为2930 nm和2933 nm。实验结果表明,Cr,Er:YAG晶体能够有效实现3μm激光运转。

飞秒激光双光子荧光显微系统的构建与应用

为进行双光子荧光显微成像研究,搭建了一套飞秒激光光源双光子荧光显微成像系统.对超短脉冲锁模激光器的成像优势、双光子激励饱和功率及系统分辨率进行了理论推导,利用飞秒激光器、显微镜、数据采集设备与控制装置及扫描控制软件搭建了显微成像系统,并对Rhodamine B样品进行双光子荧光显微成像实验.结果表明:相同条件下,超短脉冲锁模激光器的双光子荧光产率为连续光输出激光器的105倍;采用UPLSAPO60XO型物镜时,双光子激励饱和功率为50 m W,理论横向和轴向分辨率为303 nm与727 nm;该系统具有显微成像能力,且实际横向分辨率小于3μm.

激光冲击强化中的激光变量——研究进展和拓展空间

在激光冲击强化(LSP)技术中,作为冲击载荷的驱动源头和能量来源,激光脉冲参数的不同选取决定着激光吸收机制取向、能量沉积程度乃至等离子爆炸行为规律的差异,进而对冲击载荷形态特征和材料表面强化效果产生重要的决定作用。本文对目前LSP技术中涉及的各类激光参数在激光驱动冲击效应中的作用机理、影响规律,以及在工艺配给上的研究和认知现状进行了综述。针对激光时域结构在决定等离子体膨爆行为和冲击载荷特征中的重要性,以及目前LSP普遍采用调Q激光器高斯时间波形的技术现状展开评述,并指出通过优化激光脉冲时域结构来提升光能向机械能的转换效率,或通过调节激光时域参数来实现精准操控冲击载荷特征具有可能性。

潜望镜式卫星光通信终端的CCD粗跟踪

由于轻小型卫星光通信系统中潜望镜的光学结构随粗瞄机构姿态变化而发生改变,使得相应的跟踪算法变得较为复杂,本文对潜望镜式星间激光通信终端粗跟踪算法进行研究以提高粗瞄机构的跟踪精度。利用矩阵光学方法,建立了潜望镜式光通信终端中光学器件的矩阵模型,在获得CCD测角模型后,推导了基于CCD测角的粗瞄装置自动跟踪算法模型,实现了潜望镜式光通信终端粗瞄装置对目标光束的快速跟踪,并对模型进行了相应的实验验证。实验结果表明,该CCD测角跟踪模型正确地反应了实际终端中的光学传递关系,能够正确地对CCD图像位置信号进行处理并获得稳定跟踪角度,平均跟踪精度优于10μrad,满足卫星激光通信中稳定可靠、高精度粗跟踪的要求。本文提出的方法对类似的光学系统具有借鉴意义。

硫化钠表面增强拉曼光谱及其在味精检测中的应用研究

采用表面增强拉曼光谱(SERS)表征了硫化钠分子的振动模式,获得了硫化钠较为全面的分子结构振动信息,确定以472cm-1的特征峰为研究对象。以金溶胶为表面增强活性基底,研究了金纳米粒子粒径对增强效果的影响,确定粒径为97nm的金溶胶增强效果最佳。以硝酸作为促凝剂,测得不同浓度硫化钠溶液的SERS。结果表明,当硫化钠浓度低至10-6 g·mL-1时,依然可以得到明显的拉曼光谱信号,光谱强度与金溶胶和硫化钠溶液的配比有关。将这种硫化钠的检测方法应用于味精样品的检测之中。分别在不同浓度的10mL硫化钠溶液中溶入1g味精,检测所得溶液的SERS。结果表明,当每千克味精中硫化钠的含量为10mg时仍可检测出SERS信号,此种方法无需样品的预处理,操作简便快捷,在味精中硫化钠的定性检测方面具有特有的优势。

应用SERS滤纸基底检测饮料中违禁色素的研究

利用液/液界面自组装技术制备得到灵敏度高、均匀性好、价格低廉的表面增强拉曼光谱(SERS)滤纸基底,并使用该基底检测了饮料中可能掺杂的罗丹明B、日落黄和柯衣定等三种色素。首先分析了罗丹明B、日落黄和柯衣定的分子结构并对其进行了拉曼特征峰峰位归属;然后检测了罗丹明B、日落黄和柯衣定不同浓度水溶液的SERS光谱;最后在无任何预处理条件下,检测了饮料中的罗丹明B、日落黄和柯衣定含量。在一定浓度范围内,饮料中三种色素的浓度与其SERS特征峰强度分别满足一定的函数关系,其中罗丹明B和日落黄的浓度与拉曼特征峰强度之间呈非线性关系,而柯衣定的浓度与拉曼特征峰强度之间呈线性关系。评估了本方法检测饮料中的罗丹明B、日落黄、柯衣定的信号重复性及检测回收率,结果表明SERS方法可用来对饮料中罗丹明B、日落黄、柯衣定的浓度进行半定量分析。为饮料中添加色素的现场实时检测提供了一种简便快速高效的检测方式,可用于饮料的质量控制及市场监控。