简易光学多道分析器的改进

采用新型线阵CCD改进光学多道分析器（OMA），估算了该分析器的主要性能指标，特别是分辨率提高至约0.01nm，利用此OMA研究了氢和氘的α，β和γ三对谱线，说明其具有较高的分辨率和灵敏度，可应用于光谱分析领域。     

线阵CCD多通道光谱仪及其应用

研制了一种基于线阵CCD的多通道光谱仪，该光谱仪以CCD为光谱探测器，取代了过去常用的光电倍增管，通过与光栅的结合实现了多通道光谱的同时测量，本光谱仪的光谱测量范围为400-700nm，光谱分辨率达到1.6nm（在波长为546.1nm处），由于采用了一维线阵探测器，与传统扫描式光谱仪相比，本光谱仪的检测速度得到了极大的提高，实验结果证明，本系统基本达到了预期的设计目标。     

冶炼过程的在线光谱分析

利用石英光纤、光栅光谱仪、CCD探测器、微机组成在线光谱分析系统．测量该系统的光谱分辨率、时间响应及探测灵敏度,并对模拟炼钢过程进行在线光谱分析．     

基于多通道窄带滤波阵列的微型多光谱成像仪

设计出一种基于多通道窄带滤波阵列的微型多光谱成像仪.系统根据推帚式成像光谱仪的原理进行设计,采用多通道窄带滤波阵列在后光学系统进行分光,利用高精度载物台驱动实验目标进行推扫成像,选用USB总线作为数据采集的微机接口.整个系统由宽光谱光源、普通光学镜头、分光滤波片、面阵CCD成像装置、载物台自动装置以及数据采集和控制模块等几部分组成.系统的光谱范围从760 nm到900 nm,共16个波段,光谱分辨率＜10 nm.系统具有同时获取不同波长光谱信息、结构紧凑、成本低、可靠性强和小型化等优点;不仅能够提供目标在近红外的单波段光谱图像,而且能够获得图像中任意像素的光谱曲线,实现光谱技术和成像技术的结合.     

面阵CCD对汞灯衍射光谱的采集与实时测量

设计了一个面阵CCD光谱采集测量系统,提出了一种波长和频率测量的新方法.运用衍射光栅得到汞灯的衍射光谱线,利用面阵CCD采集光谱图像,编写程序对采集图像进行处理,得出各谱线的波长和频率.该方法可实现实时测量且具有较高的测量精度.     

宽谱双向反射分布函数的测量

介绍了用于测量光散射数据的宽谱全向反射计,并提出一种宽谱双向反射分布函数(BRDF)的测量方法.该仪器使用一个宽谱白光光源、一个包含衍射光栅及二极管线阵的宽谱探测器,通过相对测量的方法获得了400~700 nm的BRDF数据.完成的宽谱全向反射计能够同时实现测量角度范围覆盖入射半球和发射半球的大部分,可对可见光谱段的高密度光谱取样和高效率的测量操作.对两个试样进行了BRDF测量,并给出数据,实验结果证明了系统的可用性.     

二维钙钛矿窄带光电探测器

识别光信号的波长在生物医学传感、机器视觉及图像处理等方向都有极大的应用价值。传统的方式是由光学滤波片或光谱仪对宽带光谱进行滤波或分光,再结合宽带光电探测器件检测,从而实现对波长的鉴别。但这种实现方式的成本高、系统体积大。为了解决这一问题,文中提出一种基于二维钙钛矿材料的窄带光电探测器,它无需任何额外光学元件,也能够实现对光波长的鉴别功能。该探测器的光谱响应峰在552nm处,其峰值半高宽仅为22 nm,峰值的响应度达到0.55A/W,对应的外量子效率为124%。探测器的比探测率高达3.5×10~(11) Jones,暗电流低至10~(-13)A,开光比为10~3。这种高性能的窄带探测可归因于材料内存在的自陷态激子的辅助吸收作用及各向异性的电导率对于窄带电荷收集的促进作用。     

一种具有平顶陡边响应的长波长光探测器

在PIN型光探测器的基础上制备了一种适用于波分复用系统的具有平顶陡边响应的长波长光探测器。利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)设备在GaAs衬底上二次外延生长了具有台阶结构的GaAs/AlGaAs滤波腔和InP基PIN光探测器。高质量的GaAs/InP异质外延采用了低温缓冲层生长工艺;具有台阶结构的Fabry-Pérot(F-P)滤波腔采用了纳米量级台阶的制备方法。通过理论计算优化了实现平顶陡边光谱响应特性的器件结构;并通过实验成功制备出了具有平顶陡边响应性能的光探测器,器件的工作波长位于1 549nm,峰值量子效率大于25%,0.5dB光谱响应线宽为3.9nm,3dB光谱响应线宽为4.2nm,响应速率达到17GHz。     

用于激光等离子体X射线诊断的谱仪

为了诊断波长为0.5～0.8 nm的激光等离子体X射线,研制了一种新型的高空间和光谱分辨率的晶体谱仪.采用2个不同分光计材料、不同形状且相互垂直分布的通道可以同时获得谱线的空间和光谱分辨率.利用成像板接收光谱信号,其有效接收面积为30 mm×80 mm.讨论晶体基本参数和给出了谱仪设计参数.在中国工程物理研究院激光聚变研究中心的20 J激光器装置进行实验,两个方向的成像板同时获取得到了Al激光等离子体X射线光谱,其中水平通道的PET平面晶体获取的空间分辨率为1.73～6.88 mm,而垂直通道的Mica球面弯晶得到的光谱分辨率达到1 000～1 500.实验结果表明该谱仪适合于激光等离子体X射线的光谱学研究.     

土壤中重金属元素铬的双脉冲激光诱导击穿光谱研究

采用输出波长为1 064nm的两台Nd-YAG脉冲激光器作为光源,在大气环境下对不同浓度配制的5种重铬酸钾的土壤样本进行双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)分析。以Cr元素在425.435nm处特征发射谱线作为分析线,测定了不同浓度下Cr元素的DP-LIBS特征谱线强度,与单脉冲激光诱导击穿光谱(SP-LIBS)强度进行了对比,建立了Cr元素特征谱线强度与溶液浓度的拟合关系曲线。结果表明:双脉冲(DP)激发光谱较单脉冲(SP)激发光谱的发射强度有大幅度的提升,在低浓度条件下,Cr元素浓度与DP-LIBS谱线有较好的线性关系,拟合系数达到0.986,通过定标曲线计算得到Cr元素的检测限为15.68μg/g,仅为相同条件下单脉冲检测限的二分之一。     

MOSA—Ⅱ型多道光谱分析仪的研制

MOSA—Ⅱ(Multichannel Optical Spectrum Analyzer)型多道光谱分析仪是一个快速光谱数据采集、分析和图形处理系统。它由微光摄象机、数据采集与定时控制电路、摄象管几何畸变失真和信号非均匀失真校正电路、IBMPC/XT和绘图仪组成。该系统具有光谱的单次采集、连续采集、噪声处理、谱线的代数运算和几何变换、谱线的实时显示、连续谱线族的三维显示等功能。该仪器灵敏度高(18Photons/sec·mm~2)、分析速度快(64μs/per channel)、频响范围宽(1800A—8000A),经校正后摄象管的几何畸变失真<2%,幅度误差<5%。是一种可供实际使用,性能较好的光谱分析系统。     

结合三反消像散光学系统的中阶梯光栅光谱仪设计

中阶梯光栅因其具有高分辨率、高衍射级次和全谱闪耀等特性,能够实现宽波长范围内的高分辨率全谱直读,常用于天文光谱仪及高端商用光谱仪中.然而,中阶梯光栅的衍射因为级次重叠严重,需要交叉色散形成二维光谱成像于面阵探测器.使用单一成像镜的二维靶面成像很难保证像面像质均匀,进而造成全谱范围内分辨率差异大,特别是边缘波长处分辨率明...     

一种宽幅高分辨率CO2探测仪光学系统设计

为了实现空间载荷在高时间分辨率下对CO_2吸收光谱的高精度测量,以满足研究大气CO_2源和汇问题的需求,设计了一种宽幅高光谱分辨率CO_2探测仪光学系统。满足总体指标:轨道高度705 km,幅宽200 km,地面采样间隔2 km×2 km。通过采用浸没式衍射光栅作为分光元件,设计F数为1.8,光谱分辨本领20 000(光谱分辨率0.08 nm)的CO_2探测仪光学系统。光学系统由前置望远系统与类Littrow式分光系统组成。设计结果表明,系统实现了0.08 nm的高光谱分辨率,在系统奈奎斯特频率(25 lp/mm)处,系统的调制传递函数(MTF)优于0.65,探测器单个像元内衍射能量集中度高。系统具有良好的性能,满足应用需求。     

狭缝宽度对光栅光谱仪分辨率影响的实验研究

分辨率是光栅光谱仪的一个重要参数,但因为光谱仪的高度集成性,围绕光谱仪的实验教学往往侧重于教学生如何使用光谱仪,使学生很难直观地建立起分辨率与狭缝宽度之间的关系。该文从WGD-8A型多功能光栅光谱仪的结构与工作原理出发,以氢氘灯的656. 11 nm和656. 28 nm双线为对象,测量了不同入射狭缝宽度和出射狭缝宽度下氢氘灯656. 11 nm和656. 28 nm双线光谱,并对测量结果做了谱线拟合,获得了不同缝宽条件下的谱线半高宽度。实验结果表明,光栅光谱仪的分辨率随着狭缝宽度的增加而降低,其灵敏度对出射狭缝的变化更为敏感,为了使光谱仪获得最为理想的分辨率,应该将入射狭缝宽度设定在0. 35 mm附近,而将出射狭缝的宽度设定在0. 18 mm以内。     

甲烷爆炸感应期内C_2自由基及其特征光谱分析

为推进甲烷爆炸感应期内探测与抑制技术的发展,利用小尺度气体爆炸实验装置进行了12个体积分数的甲烷爆炸实验,采用光谱比较法、谱线强度比较法和加权因子法等火焰发射光谱分析方法对实验得到的甲烷爆炸感应期内C2自由基及其特征光谱出现频率、相对强弱等特征进行分析。研究表明,甲烷爆炸感应期内存在C2自由基,并且Phillips近红外系统谱带、Mulliken’s系统谱带、Swan系统谱带、Fox-Herzberg系统谱带出现概率较高,被探测到的概率较大,适宜用作辨识甲烷爆炸信号。C2含量在甲烷体积分数9.5%附近时最大,在9.5%之前,随着甲烷体积分数的增加而增大,在达到9.5%之后,随着甲烷体积分数增加而减小。实验条件下C2各特征光谱中,Phillips近红外系统谱带、Swan系统谱带、Fox-Herzberg系统谱带分别在771,590,289 nm处特征光谱相对较强,这些光谱强度较强的谱线适于用作辨识自由基和瓦斯爆炸信号的依据。     

铷原子吸收线波段双色连续变量纠缠态的实验制备

多色量子纠缠态,即纠缠态各个组分的载波频率不简并,该类量子纠缠态在量子信息领域中具有重要的应用.文章中,实验制备了频率可连续调谐的双色连续变量纠缠态,其中,纠缠光束中的一束波长位于碱金属铷原子的吸收线波段(795nm),另一束位于光通信波段(1 560nm).在此基础上,利用饱和吸收光谱技术观测了铷原子D1线的超精细跃迁谱线,实现了双色纠缠光场到铷原子D1线的超精细跃迁线的精确调谐.     

基于线状阵列扫描的激光雷达快速三维成像

介绍了一种线阵快扫描三维激光雷达成像仪,给出了线阵激光雷达的系统结构和工作原理.从阵列探测器中的某一单元出发,在分析激光光束发射与接收光路的基础上,利用光学原理和解析几何推导了线阵激光雷达成像严密的计算方程,并分析了影响激光雷达成像质量的内部和外部因素.外场测试实验表明,在30 m的距离,该仪器原理样机的距离分辨率可以达到5 cm,能够探测到直径在8 cm以上的目标,平面拟合后的残差的标准偏差在5 cm左右.     

OMA用光谱定标管

用光学多道分析仪－ＯＭＡ进行光谱分析时也给出了求出这些非最麻烦的是,要按被测光谱线波长的大小,选用不同波长的光谱定标管。本文经过实验研究,选用报废的小型氦氖激光管作ＯＭＡ的光谱定标管,其谱线宽度很窄满足定标使用的要求,在ＯＭＡ工作的可见光范围内谱线十分丰富,能保证这个谱域任何未知谱线在３０ｎｍ内都有两条以上的定标谱线。     

热光源谱域光学相干层析成像系统

根据热光源具有极短的相干长度、能够提高系统的轴向分辨率的特点,设计了一种使用热光源的谱域光学相干层析成像系统.利用高斯函数计算得到的理想光谱密度与光谱仪测量的实际光谱密度之间的比值,得出了不同波长对应的光源光谱密度的校正系数,将校正系数与所测干涉光谱值相乘,得到了校正后的理想干涉光谱值.实验结果表明:高斯校正后,样品的一维散射势得到锐化,散射势峰值变大,系统的轴向分辨率变高;高斯校正后使二维层析图像的质量得到了提高,样品的薄膜边界变得清晰.因此,系统具有分辨率高、成像速度快、测量精度高和对样品无损伤的特点,在薄膜厚度的无损测量方面有着广泛的应用前景.     

以液体喷流方式利用LIBS定量分析水溶液中的Cr元素

为了提高激光诱导击穿光谱技术用于水溶液中痕量重金属检测的稳定性和灵敏度,采用液体喷流的方式,利用激光诱导击穿光谱技术对不同浓度的Cr溶液进行了检测和分析.通过对实验系统的激光能量、探测延时等的优化,以Cr元素的425.43 nm谱线作为分析线,得到水溶液中的Cr元素的检测限(LOD)为1.26ppm.这一结果比Nilesh K.Rai等人(参见文献1)的检测灵敏度提高了近24倍.