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红外感知的前沿热点:从深空探测极限到数字地球新范式
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作者 刘银年 《红外》 2026年第1期1-16,共16页
本文介绍了红外感知技术在“向上看”的深空探测与“向下看”的对地观测两大领域的发展脉络和前沿挑战。在深空探测方面,以詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope, JWST)为代表,该技术正通过超大口径、甚长波段和超低... 本文介绍了红外感知技术在“向上看”的深空探测与“向下看”的对地观测两大领域的发展脉络和前沿挑战。在深空探测方面,以詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope, JWST)为代表,该技术正通过超大口径、甚长波段和超低温制冷等手段,不断逼近观测的物理极限,并致力于揭示宇宙早期的历史奥秘。阐述了对地观测领域不同时期搭载于各类卫星的红外探测载荷的主要发展过程及其代表性和特色。红外对地观测技术从过去宽幅下的低空间分辨率和少量波段,向着空谱大范围下的时-空-谱-辐分辨率提升迈进。大口径低背景光学、长波长高灵敏度探测器、片上智能感知、大数据孪生系统等新型技术,以及通导遥一体的“即时遥感”和商业航天的大规模发展,将助力构建“红外数字地球”底座,增强人类对地球多圈层异常事件以及各种复杂循环过程演变的实时认知和精准预测,推动红外对地观测技术走向大众化应用。 展开更多
关键词 红外前沿 深空探测 对地观测 卫星载荷 数字地球
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基于飞秒激光的多功能材料表界面光谱探测技术
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作者 王宁芳 徐金生 +2 位作者 朱昊 李柏霖 盛志高 《光学技术》 北大核心 2026年第1期94-100,共7页
材料表界面分子结构与表界面诸多性能息息相关,因此开发超灵敏的多功能材料表界面探测技术具有重要意义。文章基于飞秒激光器,开发了一体化的多功能飞秒非线性光谱系统(和频振动光谱和二次谐波),各功能间可方便地切换,并将其应用于自组... 材料表界面分子结构与表界面诸多性能息息相关,因此开发超灵敏的多功能材料表界面探测技术具有重要意义。文章基于飞秒激光器,开发了一体化的多功能飞秒非线性光谱系统(和频振动光谱和二次谐波),各功能间可方便地切换,并将其应用于自组装十八烷基三氯硅烷单分子层、磷脂单层膜、高分子超薄膜和二维薄层材料的表界面结构与性能探测。结果表明该系统具有超高的单分子层灵敏性、相位敏感性和高时间分辨率,可探测表面分子结构、绝对取向、对称性以及超快动力学过程。该系统的一体化设计极大地提高了飞秒激光器的利用效率,为复杂材料表界面的多维度探测提供了强有力的手段。 展开更多
关键词 非线性光学 飞秒激光 表界面 光谱探测 多功能
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大数值孔径宽谱段高光谱成像仪光学系统
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作者 林静 胡文 +3 位作者 吴骕 郑珊珊 凌湛钧 于磊 《红外与激光工程》 北大核心 2026年第1期248-255,共8页
高光谱成像技术可以为化学工程等各类精细定量监测场景提供有效的新型观测方法。设计了一种具备高通量和高分辨率的Offner型高光谱成像仪系统,通过在入射狭缝和准直镜之间引入一组透镜,降低系统中固有像散的影响,同时减短狭缝到准直镜... 高光谱成像技术可以为化学工程等各类精细定量监测场景提供有效的新型观测方法。设计了一种具备高通量和高分辨率的Offner型高光谱成像仪系统,通过在入射狭缝和准直镜之间引入一组透镜,降低系统中固有像散的影响,同时减短狭缝到准直镜之间的距离,有效压缩系统体积并保持Offner型结构的优越光学性能。系统采用物方远心的独立模块设计,工作波段为400~1 000 nm,数值孔径≥0.17,在55线对的奈奎斯特频率下全视场的边缘和中心波长MTF值高于0.4,光谱分辨率达到2.7 nm,可匹配各类前置望远和成像镜组,结构紧凑。这种紧凑型高光谱成像仪可为化工过程监测、环境监测、原料状态和表面缺陷检测、杂质筛查等应用提供良好的基础。 展开更多
关键词 成像光谱仪 高光谱 宽谱段 监测
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全光谱傅里叶变换光声光谱的气体检测研究 被引量:1
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作者 崔佳佳 袁宇鹏 +7 位作者 李尚志 刘小利 邸劲 王耀鑫 崔茹悦 薛积禹 董磊 武红鹏 《压电与声光》 北大核心 2025年第2期376-383,共8页
提出了一种基于差分共振光声池的傅里叶变换光声光谱技术,并系统地评估了其在宽带检测和多气体同步检测方面的性能表现。通过引入干涉仪的相位调制和机械斩波器的强度调制,实现了对宽带光源的统一调制,从而实现了傅里叶变换光谱与谐振... 提出了一种基于差分共振光声池的傅里叶变换光声光谱技术,并系统地评估了其在宽带检测和多气体同步检测方面的性能表现。通过引入干涉仪的相位调制和机械斩波器的强度调制,实现了对宽带光源的统一调制,从而实现了傅里叶变换光谱与谐振光声探测模块的高效结合。实验采用卤钨灯热光源与碳棒热光源对甲烷、乙炔等单组分气体及其多组分混合气体进行检测,实现了在1~20μm波段范围内的宽带响应。结果表明,傅里叶变换光声光谱技术融合了傅里叶变换光谱和光声光谱的优势,具备宽光谱响应、高分辨率、并行复用、无背景干扰及无波长选择的特性,可支持气体宽带检测和多气体同步检测,展现出全光谱检测的潜力,广泛适用于从可见光到红外甚至太赫兹波段的检测应用。 展开更多
关键词 傅里叶变换光声光谱 多气体同步检测 宽带检测 光声池 全光谱
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水中重金属的光学参数计算方法及光谱分析——以典型铅化合物为例 被引量:1
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作者 梁业恒 欧阳宇纯 +6 位作者 许敏端 邓孺孺 雷聪 徐丹 郭昱 谷钰泽 刘蓉 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2149-2155,共7页
基于遥感的水体重金属反演一直是环境遥感领域中的难点方向,其中一个重要原因是与重金属相关的光学参数未被系统地测量形成完整的光谱库,导致遥感反演模型中输入参数的缺失,从而限制了学者们向更深入的方面开展研究。鉴于此,选择四种在... 基于遥感的水体重金属反演一直是环境遥感领域中的难点方向,其中一个重要原因是与重金属相关的光学参数未被系统地测量形成完整的光谱库,导致遥感反演模型中输入参数的缺失,从而限制了学者们向更深入的方面开展研究。鉴于此,选择四种在重金属污染企业生产废水中常见的铅化合物:硫酸铅、四氧化三铅、铬酸铅、硫化铅,测量其在波长范围350~2500 nm的反射率光谱,并对四者的光谱特征进行分析和对比讨论;在此基础上,通过设计反射率和透射光相配合的室内外实验,提出一种能应用在水体重金属遥感模型的化合物样品液吸收系数、散射系数和消光系数计算方法。反射率测量结果发现:四种铅化合物的光谱曲线各自呈现独有的特征,具有明显的可区分性。其中,硫酸铅和硫化铅的反射率总体变化不大,硫酸铅反射率大部分波长维持在80%以上,值域变化幅度约为17%,而硫化铅反射率则总体在15%以下,值域变化幅度约7%;而四氧化三铅和铬酸铅的反射率变化特征均呈较为丰富的“S”型,存在特征的反射峰和谷。四种化合物的反射率大小关系,以波长747 nm为分界处,在此之前变化丰富;之后则趋于稳定,具体为硫化铅<铬酸铅<硫酸铅<四氧化三铅。进一步地,以硫酸铅样品液为例,计算得到其波长范围400~900 nm的吸收系数在0.001 m^(-1)·mg^(-1)·L上下波动,在波长451和848 nm附近出现极小值,725 nm附近出现极大值;散射系数从0.019 m^(-1)·mg^(-1)·L缓慢增加至0.027 m^(-1)·mg^(-1)·L,近似为斜率很小的斜线。结果说明水中硫酸铅对入射光的消光作用主要来自于散射,吸收影响很小,而且散射和消光系数随波长变化不大,近似为粒子散射类型中的“无选择散射”,符合“大颗粒”的散射特征。以上工作不仅为遥感反演过程中敏感波段选择提供参考依据,同时也是实现水中铅浓度遥感反演所必需的基础数据,也为其他重金属化合物光学参数的测量提供方法支撑,进一步为水体重金属遥感理论打下基础。 展开更多
关键词 水体重金属遥感 反射率 散射系数 光谱分析 铅化合物
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吸收光谱线二次谐波的频率分解和SG滤波复合降噪 被引量:1
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作者 涂兴华 栾小晨 王战 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第5期1209-1216,共8页
针对微弱气体吸收光谱线的二次谐波信号检测过程中存在的噪声干扰问题,提出利用频率分解(FD)和Savitzky-Golay滤波(SG滤波)相结合方法(简记为FD-SG滤波)对含噪信号进行降噪。频率分解是一种用于分解复杂信号的数学方法,其优点是能够自... 针对微弱气体吸收光谱线的二次谐波信号检测过程中存在的噪声干扰问题,提出利用频率分解(FD)和Savitzky-Golay滤波(SG滤波)相结合方法(简记为FD-SG滤波)对含噪信号进行降噪。频率分解是一种用于分解复杂信号的数学方法,其优点是能够自主选择分解个数或者采用非递归方式求解。SG滤波能够对成组的数据进行处理,在维持信号变化趋势和宽度的同时提高数据的精准度。首先对含噪信号进行频率分解,再进行SG滤波二次降噪处理,最后将滤波后的有效层分量进行重构,得到降噪后的二次谐波信号。讨论分析了频率分解后各层分量的分布情况,验证有效信号主要分布在第一层分量内,并且仍会含有残余噪声;通过构建调节因子P选取最优的SG滤波框长,使得有效层残留噪声得到有效去除。针对空气中的CO_(2),采用1578.222 nm的吸收光谱线进行实验,结果显示二次谐波信号中存在大量噪声,尤其在扫描周期交界处出现大尖峰噪声。通过拟合曲线扣除处理和频率分解,发现大尖峰噪声未明显减弱。随后结合SG滤波处理并比较了二次谐波与大尖峰峰值的关系,结果表明SG滤波能够有效减弱大尖峰噪声,选择合适滤波框长即可得到较为理想的降噪效果。在对人体呼出CO_(2)的二次谐波信号进行检测时,发现吹气引起的湍流导致信号幅值增大并抖动,通过FD-SG滤波处理成功抑制了噪声,恢复出较为平滑的二次谐波信号。验证了该算法对实际微弱气体检测的二次谐波信号降噪的性能,在实现噪声抑制及大尖峰结构噪声的减弱方面表现出较突出的优势。这对微弱气体检测方面提高信号质量和系统精度有积极意义。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱 二次谐波 波形恢复 调节因子
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基于差分吸收光谱技术的双光源SO_(2)、NO和NO_(2)浓度检测研究
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作者 笪耀东 石腾达 +4 位作者 王钊 常勇强 李冰倩 高杰 张云刚 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2140-2148,共9页
锅炉排放的SO_(2)和NO_(x)对大气环境质量影响巨大,准确检测其排放浓度对于环境保护至关重要。紫外差分吸收光谱技术由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点,已成为SO_(2)和NO_(x)排放检测的重要手段。便携式SO_(2)和NO_(x)检测设备常用氘灯... 锅炉排放的SO_(2)和NO_(x)对大气环境质量影响巨大,准确检测其排放浓度对于环境保护至关重要。紫外差分吸收光谱技术由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点,已成为SO_(2)和NO_(x)排放检测的重要手段。便携式SO_(2)和NO_(x)检测设备常用氘灯作为光源,但在其光谱范围(180~400 nm)内无法避免NO和NO_(2)的相互干扰从而影响检测准确性。为此,本文提出了一种基于差分吸收光谱技术的双光源SO_(2)、NO和NO_(2)浓度检测方法。通过组合高压氘灯和LED双光源扩展光源光谱范围,采用多项式拟合、小波滤波和最小二乘法对SO_(2)、NO、NO_(2)分别在295~305、220~230以及425~450 nm范围内的光谱数据进行浓度反演,并对SO_(2)和NO出现的高浓度线性偏差以及NO_(2)低浓度偏差进行线性度修正,实现了在宽浓度范围内单组分气体的高精度定量分析。最后,针对SO_(2)与NO在220~230 nm范围内的光谱重叠问题构建了混合气体光谱解算模型,实现了SO_(2)、NO与NO_(2)混合气体分别在0~1000、0~500及0~500 ppm范围的浓度检测。三种物质的最低检出限分别为0.394、0.30和0.78 ppm,相对不确定度为1.00%。 展开更多
关键词 锅炉 二氧化硫 一氧化氮 二氧化氮 氘灯 LED 差分吸收光谱 检测
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基于频域干涉法测量激光加载亚微米铝膜的冲击参数
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作者 陶天炯 翁继东 +8 位作者 王翔 刘盛刚 马鹤立 李成军 贾兴 陈龙 吴建 唐隆煌 陈永超 《高压物理学报》 北大核心 2025年第4期1-8,共8页
针对镀于石英上的亚微米铝膜样品,将飞秒激光(脉宽35 fs、能量0.5 mJ、中心波长800 nm)聚焦其表面,通过激光烧蚀引起铝的快速热膨胀,驱动冲击波传播,使铝样品获得高压加载。透过铝样品背面的石英窗口,采用频域干涉技术,同时测量了冲击... 针对镀于石英上的亚微米铝膜样品,将飞秒激光(脉宽35 fs、能量0.5 mJ、中心波长800 nm)聚焦其表面,通过激光烧蚀引起铝的快速热膨胀,驱动冲击波传播,使铝样品获得高压加载。透过铝样品背面的石英窗口,采用频域干涉技术,同时测量了冲击径向位移轮廓、粒子速度和冲击波传播速度。通过监测脉冲能量和打靶位置,提高了多发次实验的重复性。采用相位比较算法对实验数据进行分析,实现了亚纳米级的位移分辨率和亚皮秒级的时间分辨率,成功地获得了铝膜在约130 GPa压力下的界面冲击轮廓演化历史。 展开更多
关键词 冲击波 飞秒激光 频域干涉 物态方程
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空间目标光学散射特性计算方法研究
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作者 张玉双 谢晓钢 +2 位作者 苏华 张飞舟 李果 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第9期182-190,共9页
光学散射特性是空间目标的重要特征,在目标识别和探测系统中起着非常重要的作用。针对空间目标仿真渲染需求,以及传统目标光学散射特性方法仅给出目标光学散射截面(OCS)、散射特性或模拟目标图像等不足,对空间目标光学散射特性计算进行... 光学散射特性是空间目标的重要特征,在目标识别和探测系统中起着非常重要的作用。针对空间目标仿真渲染需求,以及传统目标光学散射特性方法仅给出目标光学散射截面(OCS)、散射特性或模拟目标图像等不足,对空间目标光学散射特性计算进行了较全面研究,给出了空间目标光学散射特性计算流程,给出了目标OCS、目标辐照度、天光背景亮度、目标星等、信噪比和探测概率等计算公式,根据太阳辐射特性、相对于站址位置、天地背景球辐射特性等,利用图形处理单元(GPU)和着色语言实现任意时刻目标光学散射特性计算(目标OCS、探测器接收到的目标反射光功率和背景光功率、目标星等、信噪比和探测概率、模拟目标亮度图像等)。通过球体和圆柱体实验验证了目标OCS计算正确性。通过光学散射特性仿真实验,给出了空间目标在不同站址、不同反射特性和不同探测窗口下目标光学散射特性计算结果,结果表明,目标光学散射特性计算结果合理。给出了全套计算公式、计算参数和计算结果,对空间目标光学散射特性计算、目标图像识别等研究提供了参考。 展开更多
关键词 光学散射特性 空间目标 微元划分 着色语言 快速计算
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“高光谱技术及其应用”专栏序言
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作者 何志平 郝小鹏 +1 位作者 于磊 杨原牧 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第5期I0001-I0002,共2页
高光谱技术凭借其丰富的光谱信息获取能力,在遥感、环境监测、资源勘探、生物医学、公安司法等多个领域发挥着重要作用。近年来,随着高光谱成像设备、光谱探测方法及智能计算技术的快速发展,该领域的研究不断拓展至更高分辨率、更广光... 高光谱技术凭借其丰富的光谱信息获取能力,在遥感、环境监测、资源勘探、生物医学、公安司法等多个领域发挥着重要作用。近年来,随着高光谱成像设备、光谱探测方法及智能计算技术的快速发展,该领域的研究不断拓展至更高分辨率、更广光谱范围、更复杂环境适应性的方向,为精准感知、智能分析和高效应用提供了有力支撑。高光谱图像处理技术可实现多光谱与高光谱数据的融合、复杂场景下的光谱解混及图像增强,提高信息提取的精度和稳定性。在光谱探测与成像系统方面,高衍射效率棱镜光栅、数字微镜阵列光场调控、片上集成光谱检测、大视场宽谱段成像等技术的创新发展,推动了高光谱仪器向高灵敏度、紧凑化和智能化方向演进。此外,高光谱技术在环境监测、公安刑侦、食品安全等领域的应用也得到了进一步拓展,有力赋能新一代光谱分析与感知系统。 展开更多
关键词 生物医学 环境监测 智能计算技术 遥感
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复合缓冲式H型共振光声池设计与优化
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作者 靳华伟 汤宇昊 +2 位作者 施家胜 方磊 刘文坚 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第6期1521-1526,共6页
在光声光谱检测技术中,光声池是发生“光-热-声”耦合的场所,光声池性能的优劣直接影响检测系统的精度与灵敏度。为了提高光声池的性能,在传统圆柱形光声池的基础上,对H型共振光声池进行仿真分析,提出了一种圆柱圆台复合缓冲式的H型共... 在光声光谱检测技术中,光声池是发生“光-热-声”耦合的场所,光声池性能的优劣直接影响检测系统的精度与灵敏度。为了提高光声池的性能,在传统圆柱形光声池的基础上,对H型共振光声池进行仿真分析,提出了一种圆柱圆台复合缓冲式的H型共振光声池。通过comsol软件中热粘性声学物理场接口,仿真分析了圆台高度和底圆半径对光声池内声场的影响规律。结果表明,当其他参数不变时,光声信号声压值随圆台高度的增加呈先增大后减小的趋势。与此同时,改变圆台高度使光声池腔体共振频率发生明显变化,共振频率随圆台高度的增加表现为先减小后增大的趋势。同理,当其他参数不变时,光声信号声压值随圆台底圆半径的增加而减小。改变圆台底圆半径也使光声池腔体共振频率发生明显变化,共振频率随圆台底圆半径的增加而增大。优化后和优化前的光声池品质因数分别为58.84、43.87,优化后的光声池品质因数相比于优化前提升了34.12%,且优化后的光声信号相比于优化前也提升了43.15%。可见,将单一的圆柱形缓冲腔优化为圆柱与圆台相结合的复合式缓冲腔,可有效地提高光声池品质因数和光声信号。同时,优化后的光声池体积进一步减小,有助于光声池的小型化。该研究内容为传统圆柱形光声池的优化设计提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 光声光谱 光声池 复合式缓冲腔 优化设计
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稀土荧光探针合成与过氧化氢检测综合性实验设计
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作者 叶松 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第11期116-120,共5页
本文基于稀土离子掺杂的NaYF_(4):Yb, Er上转换发光纳米晶与ZIF-8 MOF的合成方法,成功制备了用于过氧化氢检测的NaYF_(4):Yb, Er@ZIF-8/NiSX荧光探针。与现有检测方法相比,该探针对低浓度过氧化氢表现出快速、灵敏的响应特性,且潜在的... 本文基于稀土离子掺杂的NaYF_(4):Yb, Er上转换发光纳米晶与ZIF-8 MOF的合成方法,成功制备了用于过氧化氢检测的NaYF_(4):Yb, Er@ZIF-8/NiSX荧光探针。与现有检测方法相比,该探针对低浓度过氧化氢表现出快速、灵敏的响应特性,且潜在的干扰物质对检测结果没有明显影响。该综合性实验设计融合了优秀的科研成果,教学上强调材料的制备、性能表征以及应用的连贯性,有利于培养学生的创新意识、严谨求实的科学态度、专业使命感与科技强国的责任感,实现了综合实验教学的目的。 展开更多
关键词 综合实验 稀土荧光探针 过氧化氢检测 科学思维与创新能力培养
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采用小波变换的空间外差干涉图误差分析方法 被引量:9
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作者 王方原 李晓静 +2 位作者 叶松 李树 王新强 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期8-14,共7页
空间外差光谱技术(SHS)是一种应用于微弱物质探测、行星勘探以及大气遥感等领域的超光谱分析技术。受实验环境复杂及被测目标信号微弱等因素的影响,空间外差光谱仪的测量结果易出现干涉条纹倾斜、干涉图有斑点噪声等情况,从而最终影响... 空间外差光谱技术(SHS)是一种应用于微弱物质探测、行星勘探以及大气遥感等领域的超光谱分析技术。受实验环境复杂及被测目标信号微弱等因素的影响,空间外差光谱仪的测量结果易出现干涉条纹倾斜、干涉图有斑点噪声等情况,从而最终影响测量光谱的精度。为了尝试解决这些问题,提出了基于小波变换的干涉图误差分析方法,对干涉图的斑点噪声水平和条纹倾斜误差进行有效的评价,从而为后续误差校正提供理论基础。首先对无误差的钾灯仿真干涉图加入不同标准差的高斯噪声,利用小波分解提取复小波系数,采用三种噪声估计法对干涉图数据进行计算,结果表明空域相关小波变换法噪声估计结果与真实值偏差最小,而Donoho估计法在修正截距后与真实值具有更好的吻合度。随后采用Db2小波对噪声水平不同的仿真钾灯干涉图进行一层小波分解并提取水平、对角及垂直三个方向的细节系数,采用Donoho估计法对干涉图进行二维噪声分析,有效表征了三幅干涉图各方向上的噪声水平特征。最后对仿真连续光干涉图进行小波分解并提取系数分析,研究了干涉条纹倾斜角度与小波分解系数的关系。研究结果表明,三个方向的小波细节系数估值变化分别在分解到不同层数时具有相似的变化规律:小波细节系数估值与条纹倾斜方向和小波细节系数的所属方向的夹角成反比,条纹倾斜方向与该小波细节系数的方向夹角越小,估值越大,反之则越小,且水平方向分解到第一层、对角方向分解到第二层、垂直方向分解到第三层符合变化规律。该研究是利用小波分解进行空间外差光谱误差分析的有益尝试,也为后续干涉图条纹倾斜误差的校正提供了一种新途径。 展开更多
关键词 空间外差光谱技术 噪声标准差估计 干涉图 小波变换
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光声光谱二氧化碳传感的种子活力检测 被引量:3
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作者 郭振宇 樊亚杉 +5 位作者 翟保杰 谢睿隽 尚智金 田亚莉 邱选兵 李传亮 《光学精密工程》 北大核心 2025年第3期367-376,共10页
为研究种子呼吸过程中二氧化碳(CO_(2))含量变化与种子活力之间的关系,设计了一款基于差分亥姆霍兹光声池的CO_(2)光声传感系统,并通过测量不同种子活力的南粳水稻种子的CO_(2)产生速率,对系统进行了性能测试评估。自主设计了基于现场... 为研究种子呼吸过程中二氧化碳(CO_(2))含量变化与种子活力之间的关系,设计了一款基于差分亥姆霍兹光声池的CO_(2)光声传感系统,并通过测量不同种子活力的南粳水稻种子的CO_(2)产生速率,对系统进行了性能测试评估。自主设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)开发板的信号处理模块,实现了激光驱动电流的精准调控以及光声信号的解调,通过优化调制频率、激光调制深度和工作压力等系统参数,传感系统在1089 s的积分时间内获得了0.6×10^(-6)的最低检测极限。根据国标GB/T 3543.1,选用30 g南粳水稻种子进行了发芽实验,并与光声传感实验测得的CO_(2)演化浓度进行了线性拟合。结果表明,南粳水稻种子呼吸速率与种子活力成正比,二者的相关度达到0.979,为使用光声光谱技术测定水稻种子活力水平提供了参考依据。 展开更多
关键词 光声光谱技术 种子活力检测 亥姆霍兹光声池 二氧化碳
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基于纳秒LIBS的氢气/空气火焰混合分数测量研究 被引量:1
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作者 刘子晗 刘艳 +5 位作者 韩磊 单沅 鲁政 高强 李帅瑶 李博 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期24-29,共6页
在双碳政策和化石能源短缺的背景下,氢能作为高效环保的清洁能源,受到广大研究人员的关注。氢气/空气混合燃烧作为推动氢能规模化应用的重要途径,其燃烧机理和关键参数的测量技术成为目前研究的热点。燃空当量比是表征燃烧过程中燃料与... 在双碳政策和化石能源短缺的背景下,氢能作为高效环保的清洁能源,受到广大研究人员的关注。氢气/空气混合燃烧作为推动氢能规模化应用的重要途径,其燃烧机理和关键参数的测量技术成为目前研究的热点。燃空当量比是表征燃烧过程中燃料与氧化剂混合程度的重要参数,直接影响燃烧的开始、自持以及燃烧化学反应的活跃程度。因此,对燃烧过程中的局部当量比实时在线监测,对于改善燃烧效率、控制燃烧过程具有重要意义。目前,可以实时测量氢气/空气火焰当量比的方法相对较少,激光光谱技术作为一种非侵入式的测量方法,不仅具有实时在线测量的能力,还具有快速、原位、远程分析、多元素同时在线监测等特点,在燃烧测量领域具有重要的应用潜力。采用纳秒激光诱导击穿光谱技术对氢气和空气燃烧场的燃空当量比进行测量研究。氢气和空气在管内混合后,由射流口喷出形成射流燃烧火焰场。激光通过透镜聚焦到射流燃烧场中击穿并产生等离子体,其等离子体的发射光谱由光谱仪采集,实验发现光谱中H 656 nm和O 777 nm具有很强的发射强度,且光谱强度随着当量比的变化,呈现规律性变化趋势。因此,采用H 656 nm和O 777 nm的光谱分别标示氢气和空气,并将其比值作为燃空当量比的测量参量。实验在氢气空气混合均匀的低速流场中测量了不同当量比下H 656 nm与O 777 nm的光谱强度比值,并与当量比建立标定曲线,实验发现该标定曲线对燃烧场和非燃烧场同样适用。基于标定曲线,我们研究了存在外界掺混情况下,射流燃烧场的局部燃空当量比情况。在当量比1.0,流场速度为20 m·s^(-1)的射流燃烧场中,测量了射流中心位置不同高度的燃空当量比变化情况,并在相同工况下进行了数值模拟。模拟结果与实验测量吻合较好,验证了纳秒激光诱导击穿光谱技术测量氢气/空气混合气的燃空当量比的可行性。该方法可为氢气燃烧基础研究及数值模拟提供技术支持。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 氢能 当量比 模拟
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用于月球硅酸盐矿物精细分类的远程拉曼光谱仪 被引量:1
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作者 黄帅东 薛彬 +4 位作者 赵意意 吕宝刚 于基睿 王南歌 杨建峰 《光子学报》 北大核心 2025年第7期140-151,共12页
聚焦于利用拉曼光谱技术对月球硅酸盐矿物进行精细分类探测的研究,设计并实现了一套能够在日光环境下进行原位探测的远程拉曼光谱原理验证系统。该系统光谱性能优异,其光谱覆盖范围为156.3~4109.7 cm^(-1),且在整个光谱范围内,光谱分辨... 聚焦于利用拉曼光谱技术对月球硅酸盐矿物进行精细分类探测的研究,设计并实现了一套能够在日光环境下进行原位探测的远程拉曼光谱原理验证系统。该系统光谱性能优异,其光谱覆盖范围为156.3~4109.7 cm^(-1),且在整个光谱范围内,光谱分辨率均优于10 cm^(-1)。实际应用中,该系统能够在5272~42800 lx光照条件下,于2.5 m的距离上对自然矿物样本进行精细分类,分类精度可达端元矿物种类。此外,对于混合矿物颗粒度大于300μm的粉末压片样品,该系统还具备初步识别混合样品组分的能力。研究成果不仅验证了远程拉曼光谱技术在月球矿物精细分类探测中的可行性,还为后续用于月球探测任务的拉曼光谱载荷的研制提供了重要的技术参考和科学依据。 展开更多
关键词 拉曼光谱 光谱仪 远程探测与探测器 空间仪器仪表
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基于自研光谱仪的痕量气体光解速率测量研究 被引量:2
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作者 李浩然 曾议 +5 位作者 朱磊 窦科 刘志宏 常振 江宇 司福祺 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期15-23,共9页
光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件... 光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件仍依赖于国外进口,易受国外技术封锁影响。在我国“十四五”国家重点研发计划中“大气与土壤、地下水污染综合治理”重点专项对化学气候综合站检测技术与装备需求引导下,研制了测量大气物质光解速率的光谱仪系统,并满足其核心部件国产化的要求。系统采用自主设计的小型光谱仪作为核心部件,配合各向均匀响应的光学接收器,经实验室光学定标后测得各种物质的光解速率。该系统工作波段为285~430 nm,时间分辨率可达0.1 s,可测物质包括NO_(2)、HONO、HCHO、H_(2)O_(2)等,与国外进口测量仪器对比,各气体物质光解速率的测量误差小于5%,相关性均超过0.93。采用该系统在合肥市董铺岛对大气中气体光解速率开展了长时间的连续监测。对NO_(2)光解速率变化趋势以及NO_(2)光解速率与浓度间的相关性进行分析,发现光解反应与驱动光化反应的能量密切相关,晴天的光解速率数值明显高于阴天与雨天。发现NO_(2)光解速率与浓度的积分曲线间存在一种经验公式,相关性大于0.9,可通过测量NO_(2)光解速率对NO_(2)浓度的累积量进行估计。该系统实现了核心部件的国产化,整体结构简单、便携,方便外场试验安装的同时,降低成本,提高经济性。研究为大气污染综合监测治理提供数据支撑,对各地区的环境监测及污染预防具有参考意义。 展开更多
关键词 光解速率 光谱仪 辐亮度 光学接收器
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激光诱导击穿光谱结合机器学习的煤质多指标同步快速检测 被引量:1
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作者 熊凯 邹祥波 +7 位作者 陈创庭 杨先茂 陈公达 张爽 卢伟业 陈小玄 卢志民 姚顺春 《热力发电》 北大核心 2025年第4期129-139,共11页
煤质快速全面检测对锅炉燃烧优化和燃煤电厂数智化转型具有重要意义,激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)在煤质快速检测中具有巨大应用潜力。为满足煤炭现场快速检测的应用目标,利用煤粉颗粒流式LIBS检测实... 煤质快速全面检测对锅炉燃烧优化和燃煤电厂数智化转型具有重要意义,激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)在煤质快速检测中具有巨大应用潜力。为满足煤炭现场快速检测的应用目标,利用煤粉颗粒流式LIBS检测实验装置采集了不同电厂的46组煤样光谱数据,系统开展了LIBS与机器学习相结合的煤质多指标同步快速检测研究。针对颗粒流状态下光谱波动较大的特点,对单脉冲光谱采集个数进行了优化,并建立无效光谱筛选、光谱平均、光谱归一化数据预处理方法,进一步对比了PLSR、SVR、PSO-SVR和LSTM 4种机器学习算法以及全光谱、特征波段、强度积分和PCA提取4种光谱特征输入对模型预测煤质多指标性能的影响。结果表明:单次检测累计采集200个单脉冲光谱进行光谱平均,光谱信号不确定性可控制在5%以内;煤质多指标定量分析中PSO-SVR算法的预测性能最佳,利用PCA算法对光谱数据进行降维,在减少模型计算量的同时提高了模型预测性能,两者结合所建立的模型对煤发热量预测均方根误差为0.289 MJ/kg,平均绝对误差为0.231 MJ/kg;对煤碳质量分数、灰分和挥发分预测结果同样较理想,均方根误差分别为0.987%、1.310%和1.612%,平均绝对误差分别为0.839%、1.014%,1.033%。研究结果表明结合合适的机器学习算法,LIBS技术可以实现煤质多指标同步精准快速检测,在煤炭高效清洁利用场景中具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 煤质 激光诱导击穿光谱 机器学习 高效清洁 颗粒流
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基于腔衰荡的多谱线光谱分析 被引量:1
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作者 原康杰 周月婷 +4 位作者 宫廷 闫翔 孙小聪 邱选兵 李传亮 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第6期1298-1306,共9页
激光吸收光谱技术因具有高灵敏度、快速响应和实时在线检测等优势,在大气环境监测、工业生产、医疗诊断等领域得到广泛应用。谱线混叠干扰是激光吸收光谱技术面临的主要问题之一,针对该问题,本文提出了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)的多谱... 激光吸收光谱技术因具有高灵敏度、快速响应和实时在线检测等优势,在大气环境监测、工业生产、医疗诊断等领域得到广泛应用。谱线混叠干扰是激光吸收光谱技术面临的主要问题之一,针对该问题,本文提出了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)的多谱线光谱分析方法,搭建了基于自主设计笼式结构的Fabry-Pérot腔的腔衰荡光谱(CRDS)气体检测系统,并选取乙炔(C_(2)H_(2))在6452 cm^(-1)至6453 cm^(-1)范围内的7条吸收谱线作为研究对象进行实验。实验结果表明,该系统能够精确测量并拟合C_(2)H_(2)的多谱线吸收光谱,最低检测极限为3.517×10^(-8)cm^(-1),对应C_(2)H_(2)气体的最小检测体积比为4.37×10^(-6)。此外,利用定标过的高精度真空计测量腔内压强,结合气体吸收光谱的压力展宽效应,精确计算了3条谱线的压强展宽系数,相对偏差均低于0.04。本研究为激光吸收光谱技术中的多谱线分析提供了一种新的方法,提高了测量准确性和适用性。 展开更多
关键词 腔衰荡光谱 多谱线光谱分析 痕量气体测量 压强展宽系数
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煤炭地下气化产物甲烷高温高压光谱测量技术研究 被引量:2
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作者 王旭东 姜黎明 +7 位作者 梅教旭 王瑞峰 古明思 陈家金 谈图 王贵师 刘锟 高晓明 《量子电子学报》 北大核心 2025年第1期27-36,共10页
煤炭地下气化是实现煤炭清洁高效利用的一种重要途径。针对煤炭地下气化产物甲烷在高温高压环境下的检测难题,提出了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的高温高压甲烷宽谱测量及气体参数反演方法。首先,基于宽波长可调谐半... 煤炭地下气化是实现煤炭清洁高效利用的一种重要途径。针对煤炭地下气化产物甲烷在高温高压环境下的检测难题,提出了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的高温高压甲烷宽谱测量及气体参数反演方法。首先,基于宽波长可调谐半导体激光器,建立了一套高温高压甲烷吸收宽谱测量系统;然后,利用该系统测量了2.05%的标准浓度甲烷气体在温度为200℃和400℃、压力为0.5×10^(6)~3.0×10^(6)Pa条件下的吸收光谱,光谱测量范围为6010~6190 cm^(−1);最后,基于吸收光谱,利用最小二乘拟合算法实现了甲烷浓度、温度、压力多参数同时反演,各参数反演结果误差均在10%以内。本工作为实现煤炭地下气化产物甲烷气体的在线检测提供了一种有效可行的手段。 展开更多
关键词 光谱学 光谱测量反演 可调谐半导体激光吸收光谱 甲烷 高温高压
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