大气痕量气体测量的光谱学和化学技术

简略评论了大气痕量气体测量的光谱学和化学技术。光谱技术方面重点介绍差分光学吸收光谱(DOAS)、差分吸收激光雷达(DIAL)、傅里叶变换红外光谱学(FTIR)和可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)，化学测量技术介绍色谱、质谱和色-质联用技术、化学发光测量技术、基体分离和电子自旋共振技术以及超声膨胀技术等，并对宽带光谱测量、光谱技术之间、光谱技术与化学技术之间的联用趋势，以及仪器的小型化趋势作了展望。     

以AOTF为核心的在线光谱测量系统的研制

概述了声光可调谐滤光器（AOTF）的基本色散原理，详细介绍了以AOTF为色散元件的红外光谱测量系统的组成以及采用聚苯乙烯作样品测量结果。文中对准直发射系统、聚焦接收系统的设计进行了详细分析并提出工作距离的概念和设计要求，与此同时对直接数字频率合成器（DDS）的使用以及DDS与0数字信号处理器（DSP）之间的接口设计进行了介绍。理论和实验表明，以AOTF色散元件的红外光谱测量系统结构简单,测量速度快，可广泛应用于在线光谱分析场合，本系统光谱测量范围为2.5-5.0μm，光谱分辨率为10nm。     

可调谐微腔发光二极管微光机电系统悬臂梁的特性

采用微机械表面加工技术,成功设计并研制出具有GaAs基微光机电系统(MOEMS)悬臂梁结构的可调谐微腔发光二极管。对其工作特性进行了分析,测量得到悬臂梁载荷-位移关系曲线,并对微光机电系统悬臂梁可调谐微腔发光二极管进行调谐光谱测量。实验结果表明,在直流电流40mA,调谐电压范围4～22V时,波长从974.5nm蓝移至956.9nm,室温下波长调谐最大达到17.6nm。在实验基础上,采用有限元方法对具有分布布拉格反射镜(DBR)结构的悬臂梁动力学特性进行了研究,模拟结果与实验结果吻合较好。当悬臂梁长度为400μm时,最大位移达到411nm,最大调谐电压达到24V。     

乳品成分近红外光谱测量系统及其可靠性热设计

论述了基于声光可调谐滤光器(AOTF)的乳品成分近红外光谱测量方法，并针对测量系统进行了可靠性热设计。通过对测量系统进行故障树分析(FTA)，从结构材料的热平衡入手针对光源部件的故障隐患进行了结构热设计；同时，针对系统核心分光器件一声光可调谐滤光器AOTF晶体采用PID调节方式的单片机系统进行了恒温控制。通过对测量系统进行优化，部件可靠性及光谱稳定性相应提高，数据表明：系统测量光谱重复性变异系数C，值由0．5％降低到0．1％。     

基于分布反馈激光器布里渊散射的高精度光谱测量

实现了一种基于光纤中受激布里渊散射(SBS)效应 的高分辨率光谱测量技术。使用连续可调谐分布反馈(DFB) 激光器作为泵浦光,与待测信号光在单模光纤(SMF)中发生受激布里渊放大相互作用,由此 实现对待测光的高分 辨率光谱测量与分析。DFB激光器的波长扫描通过高精度温度调谐来实现。与相关报道 中使用的外腔 可调谐激光器对比,DFB激光器具有体积小、成本低的优势。同时在波长扫描过程中,对DFB 激光器的输出光进行自 拍频处理获得其实时扫描速率,以此校正激光器的实时扫描波长,提高测量准确度。实验 初步验证了本文高分辨率光谱测量技术的可行性,并获得了0.24pm 的光谱分辨率。     

基于LVF的光谱测量系统

为了实时、快捷、无损获取作物生长信息,采用新型的线性可调谐滤光片(LVF)分光技术,研制了作物生长信息光谱测量系统.选取线性可调谐滤光片为分光单元,硬件系统单元采用线阵CMOS探测器,在驱动单元脉冲信号的作用下完成光电转换、存储和转移等功能,并采用USB数据采集板对光电信号进行AD转换.上位机界面采用MFC和OpenGL语言编程.在室内用卤钨灯光源对玉米叶片进行验证,试验表明该系统能够较好地实现玉米冠层反射光谱的实时检测,在玉米叶绿素快速诊断方面具有可行性,为作物生长监测设备的研发提供了有力支持.     

宽调谐中红外飞秒及窄带长脉冲激光器件的研制和集成

中红外飞秒光参量放大器(OPA)是重要的红外飞秒激光源,笔者在此领域发展了一系列创新技术,以实现装置高效、稳定、紧凑的目标,成功地将100 fs的中红外飞秒激光在2.0～4.5μm宽波长范围内可调谐.基于OPA输出,研制了产生窄带长脉冲激光的时间望远镜,其集成化器件可输出时间同步的可调谐长短脉冲激光,在一个系统上集成了波长可调谐,高光谱(～0.1nm)分辨率和高时间(～100 fs)分辨率等三种独特的功能.     

基于并行SMS结构的可开关可调谐掺铒光纤激光器

提出了一种基于并行单膜光纤(SMF)-多膜光纤(MM F)-SMS(SMS)结构的可调谐掺铒光纤(EDF)激光器,其总体结构是在环形激光腔中 采用了两个并行的SMS结构作为滤波器件。通过控制腔内的损耗,具有单、双波长 可 开关特性。单、双波长状态下的边模抑制比(SMSR)均大于35dB 。波长调谐采用弯曲调谐的方式, 单波长状态下,当螺旋测微计控制的位移量从0μm变化到60μm时 ,输出激光中心波长从 1558.3nm变化到1557.3nm。实验结果表明,此结构的光纤激光器不仅具有结构简单、成本 低的优点,还具有波长可开关和可调谐特性,在波分复用(WDM)光通信系统、光纤传感和高 精度光谱测量等众多领域有着很好的应用前景。     

宽调谐(红外-紫外)高功率脉冲激光系统研制成功

宽调谐(红外-紫外)高功率脉冲激光系统是国家七五科技攻关项目,由浙江大学光仪系负责研制,1990年研制成功,并于1990年12月9日由12名专家组成的鉴定委员会通过了技术鉴定。 该激光系统的调谐范围很宽(199.6nm至4.8μm),整个系统采用微机控制谐波发生器的匹配角自动校正,染料激光器波长自动扫描、紫外扩展器的波长自动跟踪及输出光束自动找准。激光系统最大可调谐输     

中红外可调谐量子级联激光器研究进展

量子级联激光器(QCL)是中红外波段重要的激光光源,其中,可调谐中红外量子级联激光器具有单纵模、频率可调谐的优点,成为目前研究的热点。可调谐中红外量子级联激光器主要通过分布反馈(DFB)光栅、分布布拉格反射(DBR)光栅、外腔衍射光栅等方法实现。本文介绍了中红外量子级联激光器的基本原理,分别归纳、总结了近年来DFB、DBR可调谐量子级联激光器以及外腔可调谐量子级联激光器的研究进展,讨论了各种可调谐方法的优缺点。最后,对可调谐量子级联激光器的发展趋势进行了展望。     

FTIR监测浙江地区空气中C2H2和C2H6及其相关分析

使用多次反射池FTIR系统在2010年12月对浙江地区两种挥发性气体乙炔（C2H2）和乙烷(C2H6）进行了监测,通过对测量气体的吸收光谱进行光谱定量分析,获取了这两种组分的浓度信息,并分析了它们的相关性。研究结果表明,该测量系统能以非接触的方式对空气中多种气体进行在线监测,及时反应测量区域内浓度信息。     

FTIR监测浙江地区空气中C_2H_2和C_2H_6及其相关分析

使用多次反射池FTIR系统在2010年12月对浙江地区两种挥发性气体乙炔（C_2H_2）和乙烷（C_2H_6）进行了监测,通过对测量气体的吸收光谱进行光谱定量分析,获取了这两种组分的浓度信息,并分析了它们的相关性。研究结果表明,该测量系统能以非接触的方式对空气中多种气体进行在线监测,及时反应测量区域内浓度信息。     

采用Ziegler-Nichols-PID算法的激光红外多通池压强控制系统研制

为了实现CO₂气体同位素的高性能检测,研制了高精度、高稳定性的激光红外多通池压强控制系统。硬件方面,采用压强传感器连接于多通池前、后端,检测多通池内部气压,主控制器通过PWM信号,调控多通池前、后端比例阀导通状态,从而实现压强的闭环控制。软件方面,采用Ziegier-Nichols工程整定方法,完成对 P 、 I 、 D 3个参数的确定。结果表明:多通池压强为60 Torr(1 Torr=133.322 Pa)时,控制精度为±0.04 Torr。试验中,利用研制的多通池压强控制系统对13CO₂、12CO₂气体分子在4.3 μm吸收光谱进行测量。随着气体压强从0.026~0.066 atm (1 atm= 101 325 Pa),13CO₂和12CO₂气体分子吸收光谱的峰值随着压强增大而增大,吸收光谱宽度也随着压强的增大而增大。同时,利用红外气体检测系统对CO₂同位素丰度进行长达2 h的测量。CO₂同位素丰度均值为?9.081‰,测量值在?8.351‰~?9.736‰之间波动,最大偏差值为0.73‰。可以证明:该系统为红外CO₂气体同位素的高性能检测提供可靠保障。     

应用于校正扩展视场偏差的红外成像测量方法

介绍了一种可扩展视场红外光学系统的工作原理,针对系统初始化后由于楔形镜装配误差引起的视场偏差对成像的影响,设计了一种校正该光学系统视场偏差的红外成像测量方法。通过计算机视觉技术在目标运动轨迹测量中的应用,把该技术与红外成像系统进行结合;用红外成像系统对运动目标成像,将目标的运动轨迹视为序列离散点,利用计算机视觉技术对这些离散点进行轨迹检测,并采集这些目标连续运动过程中的离散点图像。后期通过对采集的目标运动轨迹原始图像进行像图像处理,运用编程仿真构造目标的实际运动轨迹,最终完成了可扩展视场红外光学系统视场偏差的校正。结果表明,基于计算机视觉技术的红外成像测量方法能够很好地实现运动目标的轨迹测量。     

固体发动机羽烟的激光透过率动态测试

文章分析了固体发动机羽烟对激光的衰减原理,提出了采用双光源透射法对固体发动 机羽烟透过率进行动态测试的方法,介绍了1064nm激光羽烟动态测试系统的结构和光电检测原理。经实验标定,测量误差达1%,通过现场测试表明,该系统满足了发展低特征信号推进剂研究的需要。     

谷物品质的近红外分析实验研究

在谷物品质分析的近红外反射光谱技术测量实验中,采用在光栅单色仪测量光路中增设截止滤光片的方法部份地消除了谷物中各种成份光谱之间的相互干扰。提高了测量的分辨率。     

基于红外技术的烟尘密度计量系统

对火灾现场产生的烟尘进行了分析,并利用气溶胶发生器对火灾现场产生的烟尘进行了模拟,列出了感烟探测器检验装置中烟尘密度计量系统的各项标准。提出了一种基于红外线技术的烟尘密度计量系统。该计量系统的信息采集单元由红外发射管和接收管组成。该单元产生的烟雾信患经过滤波和放大等处理后,送给模数转换单元进行数字化处理,再由单片机信息处理系统进行实时采样判别。获得的将数据由显示器显示出来或通过联网总线传输给上位机。该系统设计相对简单,易于安装调试,测量精度较高。     

Observing the Stimulated Raman Gain Spectra of Solutions Using an Infrared Pump Pulse with Narrow Linewidth and a Low-Noise CW Probe Laser

Stimulated Raman gain (SRG) spectroscopy using infrared pump pulses with narrow linewidth and a low-noise cw probe infrared laser was proposed. High-resolution Raman spectra of solutions were obtained. The SRG spectra of crystal GaP, benzene, and toluene were measured to confirm the spectral resolution and sensitivity over the terahertz (THz) region. We discuss the polarization dependence of the spectral measurement of carbon tetrachloride. Our system can detect organic molecules in aqueous solutions.     

多光谱多光轴设备光轴平行性测量装置研制

多光谱多光轴设备光轴平行性校准装置用于多传感器小型光电测量设备中各探测单元探测光轴平行性的标定和测量,同时具有提供无穷远目标的功能。本文所研制的多光谱多光轴设备校准装置采用卡塞格林反射式平行光管结构,有效通光口径φ350mm,可对可见光系统、中波红外系统、长波红外系统及激光测距系统进行光轴平行性的测量,测量精度优于5″。     

Cr：Mg2SiO4晶体红外光致发光谱的研究

报道了在室温和液氮温度下分别用1064nm和532nm激光诱导的Cr:Mg_2SiO_4晶体的红外光致发光谱,并详细分析光谱的结构和特点.在假设Cr:Mg_2SiO_4晶体中同时存在(CrO_6)~(9-)和(CrO_4)~(4-)两种络离子的基础上讨论了红外光致发光的产生机理,理论计算证明假设是合理的.