光声光谱遥测装置中音叉光激励振动的数值模拟

针对光声光谱遥测装置中不同功率激光器和空气阻尼对石英音叉光激励振动过程的影响问题,采用数值模拟的方法研究了石英音叉的前四阶振型并对各振型进行了分析,建立了激光热激励石英音叉振动谐响应分析模型,模拟了由不同功率激光器发射的激光,经被检测物吸收和凹面镜收集后照射到音叉上时对音叉振动产生的影响,发现照射到音叉的激光能量与激励起音叉的共振振幅成线性关系。此外,还考虑了不同空气阻尼对音叉振动的影响,通过比较分析可知:激光器的功率不能小于10mW,否则音叉的共振振幅太小,产生的压电信号会更小,不利于微弱信号探测;采用真空封装消除空气阻尼影响和增加激光器功率均可提高音叉的共振振幅,但前者的影响更大。上述结论可为光声光谱分析的后续研究提供理论指导。     

采用石墨烯/聚二甲基硅氧烷的可调光栅设计及仿真计算

针对氰化氢气体在近红外波段具有吸收峰这一现象,设计了一种基于石墨烯(GNP)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料和PDMS材料的近红外光驱动可调透射光栅。采用数值模拟的方法研究了在近红外光驱动条件下光栅周期和衍射波长的变化规律,建立了光驱动部分与光栅部分为一体的光栅模型,模拟了在不同方向进行光驱动时光栅周期受到的影响。研究结果表明:栅线方向与驱动方向一致时,光栅周期随光驱动时间的增加而减小,且在光栅中部的变化幅度高于两侧,最大可调范围达到21.3 nm;栅线与驱动方向垂直时,光栅周期随光驱动时间的增加而增大,且在光栅中部的变化幅度低于两侧,最大可调范围达到100.98 nm;两种方式均能满足对氰化氢气体的检测,但栅线垂直于驱动方向的可调光栅的光栅周期变化幅度更大。     

激光激励下石英音叉的振动分析与测量

针对民航客机微量爆炸物的检测这一难题,对采用石英音叉的光声信号探测原理进行了分析,对光声光谱遥测的光路进行了简化,减少了激光能量的损失,然后建立了实验系统,对石英音叉在激光直接激励时的幅频特性进行了测试,探讨了激光光照位置对于石英音叉振幅的影响。结果表明,当激光光斑在石英音叉叉臂根部偏上约0.2mm处时,石英音叉振幅达到最大值,激光光斑继续向上移动,石英音叉振幅减小,验证了石英音叉振幅与激光功率成正比这一论点。该研究为后续开展远距离光声光谱遥测奠定了基础。