荧光寿命分析法鉴别机油品种特征信息提取

由于机油的品种鉴别在环境监测、事故认定等领域有着重要的作用,结合非线性最小二乘法的荧光寿命衰减曲线提取技术,能解决不同机油混合后的分类识别问题。研究通过激光诱导荧光雷达系统,利用时间分辨荧光实验,采用非线性最小二乘法将荧光寿命衰减曲线按照不同指数拟合,从相关指数及残差分布确定最佳拟合曲线。实验结果表明,三种不同机油产品的荧光寿命衰减曲线按照不同指数衰减其拟合效果不同,选取各自最佳拟合曲线,按照合成规律可以拟合出不同机油的荧光平均寿命参数,通过误差分析可信赖程度在95%以上。当以所有激发区域内像素点的平均荧光寿命为中心,利用2倍标准差作为置信限,统计其中两种不同机油激发区域中像素点荧光寿命值落入各自置信区间内的概率,二者的概率分别为87%和68%。通过三种不同油品的对比试验,验证了利用荧光寿命分析法实现不同机油产品油种识别的可能性,并可通过荧光寿命成像判断不同油种的空间分布信息。荧光寿命分析法为机油产品油种鉴别、成分分析及检测空间分布提供了一种新途径。     

荧光寿命观测系统的设计

本文介绍了一种测量荧光寿命的新方法:利用荧光衰减曲线和RC电路衰减曲线合成李萨如图形来测量固体荧光材料的荧光寿命.文中阐述了荧光寿命的测试原理,对激励光源、供电的脉冲电源和光电转换器进行了分析,用所设计的荧光寿命观测系统对Nd:YAG晶体的荧光寿命进行了测量,得到的数值为230 m,与理论值相等.     

荧光寿命衰减曲线结合支持向量机的油种识别

作为一种重要检测手段, 主动荧光探测利用荧光寿命参数作为荧光探测的特征参数, 可以解决荧光强度易受 外界环境因素影响的问题。基于门控探测法测量荧光寿命的原理, 利用荧光寿命衰减曲线结合非线性最小二乘回归 拟合荧光寿命衰减函数来提取荧光平均寿命参数, 利用荧光寿命图谱绘制荧光物质的二维空间分布, 进而提出并实验 验证了结合支持向量机利用荧光寿命参数作为特征向量进行油种识别的方法。实验结果表明, 利用荧光平均寿命作 为参数, 激发区域中像素点荧光寿命值落入各自置信区间内的概率为 68% 以上, 结合支持向量机进行油种识别, 识别 概率在 77% 以上。利用荧光寿命参数进行油种识别具有可行性且具有良好的识别率, 同时结合支持向量机的识别方 法所需训练样本少, 因此利用荧光寿命衰减曲线结合支持向量机的油种识别方法有望为环境污染领域油种识别研究 提供另一种参考。     

用时间分辨荧光光谱研究乙酸-水溶液的聚合特性

对284nm激发光照射不同体积百分比乙酸一水溶液的峰值荧光强度时间衰变曲线进行了实验测量,并检测了不同紫外光激励下334nm荧光强度随时间的衰变过程,将获得的荧光衰减动力学曲线采用指数拟合方法进行了解卷积处理,测试了相应的荧光寿命。分析了乙酸-水溶液中线状二聚物（LD）缔合结构的变化规律,计算了混合物质中不同组分的浓度...     

数据拟合点的截取对光腔衰荡法测量反射率的影响

利用光腔衰荡法测量反射率,探测器性能对衰荡信号的测量有很大影响,具有不同时间响应和灵敏度特性的探测器会得到不同的信号衰荡曲线起始点和信号淹没点.对于性能相同的探测器,在测量反射率不同的反射镜时,也会得到不同的信号淹没点.在数据拟合过程中,截取不同的数据起始点和信号淹没点,会得到不同的衰荡时间,从而影响反射率的测量精度.对衰荡信号进行对数变换,首次利用χ2拟合对数据进行处理,通过对有效拟合数据与斜率误差关系的分析,得到了最佳拟合数据点截取的方法.实验证明:此方法可有效处理无效光信号和噪声信号的分界点,给出了衰减时间的数据截取依据,有助于改善时间衰荡法测试的精度和重复性.     

时间分辨荧光光谱中信噪比与测量精度的提高

建立了随机噪音的经验模型,并通过计算机模拟超短寿命的荧光衰减过程,研究了利用取样法测量时间分辨荧光光谱实验中实验参数的选取对实验结果的影响。结果表明,增大“门宽”可以提高信噪比,从而实现微弱荧光信号的测量;减小“延时”可以提高时间分辨率,即提高测量精度;选取不同的“门宽”时,测量结果中各个衰减组分初始荧光强度的比例关系会发生改变,并推导出测量值与实际值的对应关系,可以从测量结果反推出实际的比例。另外,测量了GaP样品的时间分辨荧光光谱,实验结果验证了所提出的随机噪音经验模型以及提高信噪比与测量精度的方法。并且利用该结论测量了LN:Er样品微弱荧光的时间分辨荧光光谱。     

荧光寿命的锁相检测技术

荧光寿命作为荧光信号的本征参量,其精确测量对于荧光检测和分析技术具有非常重要的意义。根据荧光信号的特点和荧光寿命的定义,介绍了荧光寿命的锁相检测技术的原理,设计了基于锁相环电路的荧光寿命检测系统,并将该系统用于荧光法溶解氧测量,实验结果表明,荧光寿命的测量值与实际值相对误差小于1.5%,系统响应时间小于60s,可实现荧光寿命的高精度实时监测。     

对数周期天线集合线张角的研究

针对对数周期天线集合线间的张角问题,给出了实测数据,并进行了曲线拟合,从而得出普遍的查询曲线。对于对数周期天线基本概念和参数以及阻抗匹配进行了分析。最后,根据拟合曲线,进行了仿真计算和实际测试。该曲线可直接应用工程设计。     

腔衰荡技术应用中的快速数据拟合

数据拟合是腔衰荡技术应用中极其关键的一个步骤,因为它一定程度上决定着腔损耗测量的精度和速度.在连续波腔衰荡技术应用中,探测器实际测得的信号并非理想的单指数衰减,而是表现为单指数衰减项和常数项之和.这种非线性模型的拟合常采用牛顿法或其改进法等非线性拟合方法进行,但这些方法计算量大、速度缓慢,而且还需要良好的初始条件.针对这种情况,在分析实际连续波腔衰荡信号的特点的基础上,本文对连续波腔衰荡数据拟合中的若干问题(模型建立、数据预处理等)进行了研究,采用加权最小二乘法来拟合线性化处理后的腔衰荡信号.实验表明,该拟合方法在减少运算量、提高拟合速度(至少6倍)的同时,能保证其拟合结果与非线性拟合结果之间误差不超过0.01ppm.     

返回散射电离图仰角信息提取方法研究

利用短波二维天线阵列，在国内首次获得了高频返回散射扫频-仰角电离图，本文结合遗传算法和Otsu法对群距离-频率-能量三维电离图进行信号区域提取，通过连通域标记方法进行离散点噪声消除，获取"干净"信号，然后利用Canny算子获得频率对应回波信号分布的最近和最远群距离，在群距离-频率-仰角三维电离图上，提取相应频率的仰角-群距离分布数据，分别利用线性曲线拟合、对仰角求对数拟合和对群距离求对数拟合的方式对数据点进行处理，通过青岛观测站的测高仪数据对拟合后的曲线分别进行了误差分析，结果显示，对群距离求对数拟合得到的曲线与目标曲线的符合较好，证明了提取方法的有效性.     

丙烷扩散火焰中多环芳烃的激光诱导荧光测量研究

以丙烷-空气扩散火焰为研究对象,联合激光诱导荧光与激光诱导炽光,在不同探测波长下,对火焰中多环芳烃(PAH)的二维分布进行测量,分析火焰中PAH荧光信号的分布特征。结果表明:在丙烷扩散火焰燃烧中,小环PAH逐渐变为大环PAH,随后形成碳烟;通过测量火焰不同位置处的荧光时间分辨信号发现,在相同的条件下,荧光波长越大,其对应的PAH环数越多,相对分子质量越大,荧光衰减时间越长;随着火焰高度位置升高,荧光信号的衰减时间受温度升高的影响呈下降趋势。     

On the Problem of Determining the Bulk Lifetime by Photoconductivity Decay on the Unpassivated Samples of Monocrystalline Silicon

In the indirect band gap semiconductors, and in particular, in silicon, the lifetime of nonequilibrium charge carriers is determined by recombination through impurity centers and it is inversely proportional to their concentration. Therefore, this is the most important parameter for determining the quality of the material. The noncontact methods of its measurement, in particular, the noncontact measurements of the decay of the photoconductivity (PC) constant, are the most important ones. The surface recombination strongly influences the shape of the curve. The calculation of the lifetime in the bulk by the decay constant remains relevant since there is no single-valued analytic solution of the continuity equation for this case. In the samples of monocrystalline silicon with unpassivated surfaces, the relaxation of PC is analyzed by numerical methods. The applicability of the known formulas for estimating the contribution of surface recombination to the effective PC relaxation time is discussed. It is shown that the period of time for which the fast exponents disappear depends on the relative thickness of the sample to be measured. The effective decay time is determined by the maximum value of the surface component of the relaxation time and is described by wellknown formulas only in this piece of the relaxation curve. The effective relaxation time attains saturation by the time when the signal intensity reaches 45% of the maximum value (the origin of the effective decay time according to the recommendation of the SEMI MF 1535 standard) only for the samples with a thickness of less than 3–5 diffusion lengths. For larger thicknesses, the contribution of the fast exponents to the effective PC relaxation time is observed right up to 5% of the maximum signal (i.e., until reaching the noise level of the signal to be measured). In this case using the recommended by SEMI MF 1535 standard formulas leads to a sufficiently large systematic error (up to 20%) in evaluating the free charge carrier’s lifetime.     

基于超短脉冲激光光谱技术诊断癌症的研究

目的:研究用于癌症诊断与治疗的光敏剂血卟啉(HPD)的超快光动力学过程;方法:采用超短脉冲激光光谱技术和皮秒时间相关单光子计数系统,测量经血卟啉培养的活体癌细胞与正常细胞的荧光光谱、荧光寿命特性及荧光峰值强度随时间变化曲线,并测量单一细胞内部不同位置的荧光寿命特性;结果:癌细胞样品在645nm处具有特有的光谱谱峰;癌细胞样品荧光寿命的快成分约150ps慢成分约1200ps,而正常细胞样品快成分约300ps慢成分约2500ps;癌细胞样品的荧光峰值强度经12小时衰减约10%,而正常细胞样品衰减约55%;在细胞内部荧光寿命300ps的快成分十分显著,且中心部位血卟啉浓度最高;结论:癌细胞与正常细胞的荧光光谱、荧光寿命特性及荧光峰值强度随时间变化曲线相差十分明显,反映了癌细胞与正常细胞对血卟啉亲和性有显著的差异;测量结果确认了荧光光谱技术诊断与治疗癌症的可行性,并对发展超短脉冲激光光谱技术早期诊断与治疗癌症具有重要的指导意义和临床应用价值。     

GaAs中EL2能级参与的ps光折变效应中空间电荷场的退化

采用光学简并四波混频方法,测量了共轭信号强度随延迟时间改变的变化曲线,实验发现,其中存在一个快变与一个慢变信号,经分析表明,空间电荷场的退化很慢,它能维持到ns的量级。     

Automated analysis of fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) data based on the Laguerre deconvolution method

In fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM), fluorescence time decay at each pixel of the imaged sample are measured. Every recorded fluorescence decay corresponds to the time convolution of the instrument response with the intrinsic fluorescence impulse response function (IRF), from which the sample fluorescence lifetime is determined. To estimate the IRF, the instrument response thus needs to be deconvolved from the recorded fluorescence decay. We have recently introduced a novel FLIM time-deconvolution method based on the linear expansion of the fluorescence decays on an orthonormal Laguerre basis. Since this method allows simultaneous estimation of the IRFs at all pixels, it performs at least two orders of magnitude faster than standard algorithms. In its original implementation, however, the Laguerre basis, determined by the Laguerre parameter α, is selected using a heuristic approach. Here, we present an automated implementation, whereby the Laguerre parameter α is treated as a free parameter within a nonlinear least squares optimization scheme. The new implementation combines the unmatched inherent computational speed of the Laguerre deconvolution method with a systematic model selection approach. This method will thus facilitate applications of FLIM requiring automatic estimation of the spatial distribution of fluorescence lifetimes, such as in in vivo tissue FLIM imaging.     

基于LIF方法对柴油车尾气羟基总反应性测量（封面文章）

基于激光诱导荧光原理搭建了用于机动车尾气测量的羟基(OH) 自由基总反应性直接测量系统(LP-LIF-k_OH), 并开展了典型柴油车尾气的转鼓测试, 获得了不同排放水平下重型柴油车尾气OH 自由基总反应性的特征。该系统使用中心波长为266 nm的紫外脉冲激光在流动管中光解臭氧产生过量OH 自由基, 使其与采样进入流动管中的活性气体反应发生浓度衰减; 利用中心波长为308 nm 的脉冲激光作为激发光, OH 自由基吸收激发激光能量后释放荧光光子信号, 利用激光诱导荧光技术记录OH 自由基衰减曲线对衰减过程进行测量; 而通过对衰减曲线进行指数拟合, 即可获得采样气的OH 自由基总反应性(k_OH)。在柴油车尾气中的活性有机物闭合测量实验中, 对国三与国五的柴油车尾气进行k_OH 的测量, 发现柴油车尾气k_OH 的值随着国家排放标准的升高而降低, 不同车辆的k_OH 差别较大, 同一车辆冷启动测得的k_OH 值大于热启动测得的k_OH 值。kOH 的主要贡献来自氮氧化物(55%)、一氧化碳(2%) 和一次排放的挥发性有机物(34%)。最后初步建立了一种利用k_OH 估算柴油车尾气碳氢化合物(HC) 排放因子的方法。