全光谱傅里叶变换光声光谱的气体检测研究

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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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高重频声光门控自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术分析研究

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作者 陈斐 王树青 +13 位作者 程年恺 张婉飞 张岩 梁佳慧 张雷 王钢 马晓飞 刘珍荣 罗学彬 叶泽甫 朱竹军 尹王保 肖连团 贾锁堂 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期253-262,共10页

为了消除激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)中的自吸收效应,提高元素定量分析的精确度,同时满足工业中便捷分析元素的要求,需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术(self-absorption free laser-induced bre... 为了消除激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)中的自吸收效应,提高元素定量分析的精确度,同时满足工业中便捷分析元素的要求,需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术(self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy,SAF-LIBS)的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术,使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度,并将声光调制器(acousto-optic modulator,AOM)作为门控开关,从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器(intensified charge coupled device,ICCD)和中阶梯型光栅光谱仪,实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积,降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后,对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明,等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1~50 kHz激光重复频率范围内,Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱,确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下,Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小,在45°处信噪比最高,且在一定的积分时间下,最佳光学薄时间t_(ot)为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下,对Al元素进行定量分析和预测结果表明,Al元素定标曲线的线性度R2为0.982,平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽,同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点,有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。 展开更多

关键词 激光诱导击穿光谱 自吸收免疫 光学薄 高重频激光器 声光门控

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激光诱导击穿光谱精确测定燃煤工业分析指标的研究 被引量：10

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作者 张雷 侯佳佳 +5 位作者 赵洋 尹王保 董磊 马维光 肖连团 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期3198-3203,共6页

燃煤工业指标的在线精确分析对于指导燃煤工业优化生产、降低燃煤煤耗至关重要。利用激光诱导击穿光谱(LIBS)分析燃煤煤质时,因受我国复杂多样煤种所导致的"基体效应",测量精度有待提高。实验中对激光诱导燃煤等离子体光谱至... 燃煤工业指标的在线精确分析对于指导燃煤工业优化生产、降低燃煤煤耗至关重要。利用激光诱导击穿光谱(LIBS)分析燃煤煤质时,因受我国复杂多样煤种所导致的"基体效应",测量精度有待提高。实验中对激光诱导燃煤等离子体光谱至燃煤工业分析指标转化过程中的光谱预处理和定标建模方法进行了优化选择。实验结果表明,利用单/多峰Lorentzian光谱拟合计算谱线强度相比于传统计算方法,谱线强度RSD均值可由12.1%降至9.7%;对于核函数参数寻优,相比于网格参数(Grid)和遗传算法(GA),粒子群算法(PSO)的平均绝对误差(MAE)最小;采用PSO参数寻优式支持向量机(SVM)回归建模的预测均方根误差(RMSEP)小于偏最小二乘回归分析法(PLS);采用单/多峰Lorentzian光谱拟合方法和PSO参数寻优式SVM回归建模,对燃煤工业分析指标预测的平均绝对误差(AAE)为:灰分为16%~30%时AAE为1.37%,灰分大于30%时AAE为1.77%,发热量为9~24 MJ·kg-1时AAE为0.65 MJ·kg-1,挥发分低于20%时AAE为1.09%,挥发分大于20%时AAE为1.02%。 展开更多

关键词 激光诱导击穿光谱 燃煤工业分析指标 光谱拟合 支持向量机

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共轴双脉冲激光诱导击穿光谱等离子体辐射信号的增强机制 被引量：3

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作者 赵芸怡 宋震 +5 位作者 王俊霄 张雷 马维光 董磊 尹王保 贾锁堂 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期2029-2039,共11页

双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)在痕量元素的高灵敏探测中发挥着重要作用,有关其信号增强机制已存在有诸多解释,但有必要进一步从等离子体辐射荧光特性、等离子体温度和数密度的空间分布等方面开展深入探讨。构建了基于激光热烧蚀和... 双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)在痕量元素的高灵敏探测中发挥着重要作用,有关其信号增强机制已存在有诸多解释,但有必要进一步从等离子体辐射荧光特性、等离子体温度和数密度的空间分布等方面开展深入探讨。构建了基于激光热烧蚀和二维轴对称流体动力学的理论模型,并用它模拟了单脉冲LIBS和共轴双脉冲DP-LIBS激发条件下激光烧蚀铝镁合金产生等离子体及其辐照度的时空演化过程,对比了不同脉冲间隔下谱线强度的增强效果,分析了等离子体温度、各类粒子数密度的空间分布结构以及等离子体的屏蔽效应,并由此阐释了DP-LIBS的光谱信号增强机制。结果表明,共轴DP-LIBS诱导等离子体辐射信号的增强主要源于第二束激光增加了粒子数密度和等离子体温度,而等离子体的屏蔽效应主要出现在靶材表面的羽流层。这一研究为DP-LIBS实验研究和信号增强溯源提供了重要的理论基础,也能够帮助科研人员快速准确地优化DP-LIBS实验装置参数。 展开更多

关键词 激光诱导等离子体 辐射流体动力学模型 双脉冲激光诱导击穿光谱 激光烧蚀 信号增强机制

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激光诱导击穿光谱脉冲激光功率锁定的研究

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作者 王鑫 黄丹 +5 位作者 樊娟娟 张雷 马维光 董磊 尹王保 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期2342-2345,共4页

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)在煤质在线监测方面展现了突出的应用前景和研究价值。针对该技术在实际应用中会由于脉冲激光功率起伏导致的长期测量稳定性差的问题,建立了闭环负反馈式脉冲激光功率锁定... 激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)在煤质在线监测方面展现了突出的应用前景和研究价值。针对该技术在实际应用中会由于脉冲激光功率起伏导致的长期测量稳定性差的问题,建立了闭环负反馈式脉冲激光功率锁定装置,采用激光功率负反馈信号控制和锁定Nd∶YAG激光器输出功率。实验研究了不同分光比例脉冲激光器锁定在设定输出功率,同一分光比例激光器锁定在不同输出功率以及长时间运行时的功率锁定。结果表明,不同的分光比例对激光输出功率的锁定效果影响不大,分光比例越小,稳定速度越快;同一分光比例实现激光脉冲功率不同预设值的锁定以及在长时间运行时,采用此装置进行功率锁定后,激光输出功率处于预设区间内,RSD值由自由运行时的2.4%降低至1.1%。 展开更多

关键词 激光诱导击穿光谱 分光比例 PID控制 激光功率锁定 设定区间

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亚多普勒波长调制NICE-OHMS叠加光谱干扰抑制

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作者 李岩柯 章博 +4 位作者 赵刚 周晓彬 杨家琪 闫晓娟 马维光 《光学精密工程》 北大核心 2025年第5期665-676,共12页

为了抑制叠加光谱对光谱信息提取准确性的影响,提出一种基于亚多普勒噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)的多气体光谱检测方法,利用高精细度光学腔内建立起的高激光功率激发饱和吸收,显著提升光谱分辨率,抑制杂质气体的光谱干... 为了抑制叠加光谱对光谱信息提取准确性的影响,提出一种基于亚多普勒噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)的多气体光谱检测方法,利用高精细度光学腔内建立起的高激光功率激发饱和吸收,显著提升光谱分辨率,抑制杂质气体的光谱干扰,并结合波长调制技术,消除亚多普勒上残余多普勒背景的影响。建立了波长调制亚多普勒NICE-OHMS模型,以1531 nm处C_(2)H_(2)和NH3跃迁线为例进行实验。实验结果表明:在波长调制频率为150 Hz,调制幅度为2.68 MHz的条件下,光学腔内可以激发饱和度为12.10的C_(2)H_(2)亚多普勒吸收信号,并且C_(2)H_(2)的亚多普勒不会受到相邻NH3光谱以及多普勒背景的干扰,通过阿伦方差分析系统探测灵敏度达到1.163×10^(-12)cm^(-1)。上述分析表明,利用该技术可以有效消除杂质气体的光谱干扰,同时保证光谱系统的高灵敏度和高选择性。 展开更多

关键词 激光吸收光谱 噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术 亚多普勒 叠加光谱

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中红外驻波V型腔衰荡^(14)CO_(2)光谱检测

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作者 张洪炜 赵刚 +8 位作者 朱炳弛 焦康 朱地 史哲 杨天悦 闫晓娟 杨家琪 马维光 贾锁堂 《光学精密工程》 北大核心 2025年第3期359-366,共8页

针对核设施对气态污染物高灵敏检测的需求,提出了一种基于驻波V型腔衰荡吸收光谱的^(14)CO_(2)检测技术,结合量子级联激光器,搭建了一套中红外吸收光谱检测系统,实现了对^(14)CO_(2)气体的高灵敏检测。系统采用由三个高反镜组成的驻波V... 针对核设施对气态污染物高灵敏检测的需求,提出了一种基于驻波V型腔衰荡吸收光谱的^(14)CO_(2)检测技术,结合量子级联激光器,搭建了一套中红外吸收光谱检测系统,实现了对^(14)CO_(2)气体的高灵敏检测。系统采用由三个高反镜组成的驻波V型腔,在不增加光学腔物理长度的情况下将光谱分辨率提升一倍。通过台阶式扫描激光波长从而依次触发相邻腔模的衰荡事件,在实现对完整分子光谱测量的同时,保证了腔衰荡光谱信号的信噪比。为了避免由于腔长和激光频率漂移造成的触发位置变化,实验中对台阶电压值进行了动态修正,从而实现了对^(14)CO_(2)光谱的长期稳定测量。通过Allan方差分析,得到该系统的探测极限为2.5×10^(-10)cm^(-1),最小可探测^(14)CO_(2)浓度为1.2×10^(-12)。这项技术可用于监测核电站废气中的放射性二氧化碳排放。 展开更多

关键词 光谱检测 激光吸收光谱 腔衰荡光谱 放射性二氧化碳

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激光诱导铝等离子体结构演化及传播机制

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作者 赵洋 张雷 +3 位作者 田志辉 张秀清 马维光 尹王保 《光学精密工程》 北大核心 2025年第13期1999-2007,共9页

搭建了具有1 ns时间分辨率和0.01 mm空间分辨率的高时空分辨等离子体瞬态成像系统。在氩气环境与10 GW/cm^(2)的激光条件下,实现了对铝等离子体中中性原子(AlⅠ/ArⅠ)和一次电离离子(AlⅡ/ArⅡ)的空间分布动态测量。实验结果表明,等离... 搭建了具有1 ns时间分辨率和0.01 mm空间分辨率的高时空分辨等离子体瞬态成像系统。在氩气环境与10 GW/cm^(2)的激光条件下,实现了对铝等离子体中中性原子(AlⅠ/ArⅠ)和一次电离离子(AlⅡ/ArⅡ)的空间分布动态测量。实验结果表明,等离子体呈狭长形态,其轴向膨胀速度高于径向速度。由于激光与氩气层的强耦合作用,冲击气体层呈现高电离度,氩离子会与铝蒸气羽核相互重叠,其形态特征符合激光支持爆轰波理论模型。还讨论了不同类型粒子的寿命,揭示了上能级能量差异与离子复合过程对激发态粒子布居数衰减速率的影响机制。该成像系统突破了传统成像技术采集强度为观测方向积分值的局限性,为观察等离子体粒子的分布结构和膨胀过程提供了新方法,所揭示的等离子体时空演化规律有望为高精度激光诱导击穿光谱应用提供理论支撑。 展开更多

关键词 激光光谱 激光诱导等离子体 激光支持爆轰波 粒子分布

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基于单光子探测器阵列的抗噪声频域成像研究

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作者 陆茂霖 白妙青 秦成兵 《量子电子学报》 北大核心 2025年第4期537-545,共9页

单光子探测器阵列因其单光子极限探测灵敏度和多像元特性,被广泛应用于单光子雷达、生物荧光成像等领域。然而,受限于制备工艺,像元间探测效率存在差异,常常导致单光子探测器阵列成像发生畸变。本工作通过独立调控每个单光子探测器的反... 单光子探测器阵列因其单光子极限探测灵敏度和多像元特性,被广泛应用于单光子雷达、生物荧光成像等领域。然而,受限于制备工艺,像元间探测效率存在差异,常常导致单光子探测器阵列成像发生畸变。本工作通过独立调控每个单光子探测器的反向偏置电压,实现了对4×4探测器阵列探测效率的优化,将平均探测效率提高了1.77倍,差异性缩小为调节前的1/7。在此基础上,通过对每个单光子探测器光子到达时间进行傅里叶变换,发展了频域成像方案,该方案即使在背景噪声为信号强度的104倍的条件下,依然能够实现较好的频域成像效果,且对比信噪比达到2.29。本工作为基于单光子探测器阵列实现复杂环境下微弱光信号的探测提供了新的思路。 展开更多

关键词 量子信息 单光子探测器阵列 探测效率 傅里叶变换 光子计数成像 频域成像 对比信噪比

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激光诱导等离子体LTE态判定方法研究 被引量：7

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作者 樊娟娟 黄丹 +5 位作者 王鑫 张雷 马维光 董磊 尹王保 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期3183-3187,共5页

针对目前等离子体温度测量中常用的Boltzmann平面法和双线法的测量精度较差的问题,提出结合Boltzmann-Maxwell分布和Saha-Eggert公式来提高等离子温度的测量精度;根据高斯公式的面积与峰值关系建立了发射谱线线宽的简便算法,并通过谱线... 针对目前等离子体温度测量中常用的Boltzmann平面法和双线法的测量精度较差的问题,提出结合Boltzmann-Maxwell分布和Saha-Eggert公式来提高等离子温度的测量精度;根据高斯公式的面积与峰值关系建立了发射谱线线宽的简便算法,并通过谱线的Stark展宽计算等离子体的电子密度;建立了以McWhirter准则的等离子局部热平衡（LTE）态判据。以铝为被测样品的实验结果表明,随着激光能量的增加,等离子体温度和电子密度随之呈线性上升趋势;激光能量在127~510mJ范围内的等离子体电子密度变化范围为1.305 32×10^17~1.873 22×10^17 cm^-3,等离子体温度的变化范围为12 586~12 957K,根据McWhirter准则本实验中所有等离子体均满足LTE态阈值条件;针对在光谱仪波段内可观测到的处于同一电离态谱线相对较少的铝元素,在不适合用Boltzmann平面法计算温度时,利用Saha-Boltzmann方法对100组铝等离子体光谱进行温度测量的相对标准偏差（RSD）为0.4%,相比于双线法的1.3%,大幅提高了测量精度。该计算方法可用于快速计算等离子体温度、电子密度及判断等离子体LTE态,在自由定标、光谱有效性分析、谱线的温度校正、确定最佳采光位置以及等离子体LTE分布状态等研究中都有较高的应用价值。 展开更多

关键词 激光诱导等离子光谱 局部热平衡态 Saha-Boltzmann方法

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利用石英增强光声光谱技术在2.0μm处实现高灵敏CO_2检测的实验研究 被引量：6

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作者 刘小利 武红鹏 +5 位作者 邵杰 董磊 张雷 马维光 尹王保 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期2078-2082,共5页

基于石英增强光声光谱技术,以中心波长为2.0μm的窄线宽分布反馈式半导体激光器(DFB)为激励光源,采用波长调制及二次谐波解调技术通过改变激光器工作电流实现波长扫描完成了痕量CO2气体检测系统,并通过优化实验参数确定了常压下激光最... 基于石英增强光声光谱技术,以中心波长为2.0μm的窄线宽分布反馈式半导体激光器(DFB)为激励光源,采用波长调制及二次谐波解调技术通过改变激光器工作电流实现波长扫描完成了痕量CO2气体检测系统,并通过优化实验参数确定了常压下激光最佳调制深度,实现了高灵敏CO2浓度的检测。通过改变待测气体中的水汽浓度,研究了水汽对CO2气体探测结果的影响,结果显示在水汽浓度低于0.2%范围内,CO2气体光声信号随H2O浓度的上升而明显增强,当浓度高于此值后,H2O浓度的增加对CO2光声信号的增强作用几乎维持不变。数据显示,常温常压下H2O分子通过提高分子弛豫率最多可将二氧化碳R16吸收线的光声信号幅值提高约2.1倍。优化后的装置可以很好的实现大气中CO2浓度的检测。该装置获得的最小探测灵敏度为19ppm(1σ,300ms积分时间),相应的归一化噪声等效吸收系数为4.71×10-9 cm-1·W·Hz-1/2。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 2.0μm分布反馈激光器 气体传感器 分子弛豫率

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光纤频率调制光谱技术中残余幅度调制特性的研究 被引量：4

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作者 付小芳 赵刚 +6 位作者 马维光 谭巍 李志新 董磊 张雷 尹王保 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1456-1459,共4页

频率调制光谱(FMS)技术不仅可以用来同时测量原子和分子的吸收和色散,还是噪声免疫腔增强光外差分子光谱(NICE-OHMS)的关键技术,由于光纤器件的引入或光源输出光的偏振态不稳定等因素会诱发残余幅度调制(RAM),RAM的产生使得FMS技术在痕... 频率调制光谱(FMS)技术不仅可以用来同时测量原子和分子的吸收和色散,还是噪声免疫腔增强光外差分子光谱(NICE-OHMS)的关键技术,由于光纤器件的引入或光源输出光的偏振态不稳定等因素会诱发残余幅度调制(RAM),RAM的产生使得FMS技术在痕量气体检测中的应用受到极大的限制,因此研究光纤FMS中RAM的特性具有非常重要的意义。研究首先通过理论分析了无吸收时的FMS信号的线型及RAM的影响因素,实验测量无吸收时输入偏振方向和输出偏振方向及电光调制器(EOM)温度对光纤FMS中RAM的影响,均与RAM存在线型关系,验证了理论分析结果,并为RAM的抑制工作以及基于RAM的其他应用提供了依据。 展开更多

关键词 频率调制光谱 残余幅度调制 光纤 电光调制器

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阈值电路特性对腔衰荡光谱测量影响的实验研究 被引量：3

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作者 赵刚 李志新 +6 位作者 马维光 付小芳 谭巍 董磊 张雷 尹王保 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期2026-2030,共5页

腔衰荡光谱技术(cavity ring-down spectroscopy,CRDS)是一种高灵敏的激光吸收光谱技术,被广泛应用于镜片反射率测量、光谱分析以及痕量气体检测等研究领域。首先从理论上描述了CRDS技术的实验原理,然后基于555定时器自行设计了一种可... 腔衰荡光谱技术(cavity ring-down spectroscopy,CRDS)是一种高灵敏的激光吸收光谱技术,被广泛应用于镜片反射率测量、光谱分析以及痕量气体检测等研究领域。首先从理论上描述了CRDS技术的实验原理,然后基于555定时器自行设计了一种可应用于CRDS技术的阈值电路,并通过实验进行了验证。为了优化阈值电路的性能,研究了不同输入阻抗及容抗下阈值电路对衰荡事件测量的影响。通过直接接入不同值的电容与电阻,发现输入电容越大,输入阻抗越小,对衰荡事件的测量影响越大,尤其当阈值电路输入电阻小于50Ω时,衰荡事件的线型严重扭曲。对不同输入电阻与输入电容时C2H2气体在6 531.780 5cm-1处的吸收信号进行了采集与分析,发现输入电容与输入电阻的改变对测量结果有很大的影响,得到的吸收信号会失真,甚至无法进行拟合。最终给出了阈值电路的最佳设计方案,在阈值电路的设计中选取的输入阻抗越大越好,最小要在100Ω以上,选取的容抗越小越好,最好低于1nF,同时要保证阈值电路的时间常数远小于衰荡时间。该研究对于CRDS技术应用过程中阈值电路的设计具有重要的参考价值。 展开更多

关键词 腔衰荡光谱 阈值电路 吸收光谱 定时器

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基于激光诱导击穿光谱的化验室水泥质量检测设备研制 被引量：6

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作者 郭锐 张雷 +2 位作者 樊娟娟 张向杰 李逸 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期2249-2254,共6页

研制了一套基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的化验室水泥质量检测设备,可对水泥生熟料成分及率值进行快速检测。对该设备的总体结构、光学系统、样本制备、光谱处理方法等几方面进行了介绍。通过内标法建立定标模型,将LIBS测量结果与X射线... 研制了一套基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的化验室水泥质量检测设备,可对水泥生熟料成分及率值进行快速检测。对该设备的总体结构、光学系统、样本制备、光谱处理方法等几方面进行了介绍。通过内标法建立定标模型,将LIBS测量结果与X射线荧光光谱分析(XRF)结果进行了对比分析,该套LIBS设备对水泥生熟料中CaO,SiO_2,Al_2O3和Fe_2O3测量的平均绝对误差分别为0.46%,0.25%,0.13%和0.05%,对水泥熟料率值KH,SM,IM测量的平均绝对误差分别为0.02,0.05和0.04;通过计算激发产生的等离子体温度和电子密度,验证了激光诱导水泥等离子体处于局部热平衡(LTE)态。 展开更多

关键词 激光诱导击穿光谱 水泥生熟料 平均绝对误差 率值 局部热平衡态

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超低频调制光缔合光谱的实验研究

15

作者 汪丽蓉 马杰 +2 位作者 赵延霆 肖连团 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期3201-3204,共4页

通过激光冷却技术在磁光阱中俘获原子数约107,温度约200μK,直径约400μm的超冷铯原子,利用超冷铯原子光缔合方法制备了激发态的超冷铯分子。实验研究了光缔合光不同扫描速率对铯分子振转光谱分辨率的影响,发现光缔合光扫描速率较慢时,... 通过激光冷却技术在磁光阱中俘获原子数约107,温度约200μK,直径约400μm的超冷铯原子,利用超冷铯原子光缔合方法制备了激发态的超冷铯分子。实验研究了光缔合光不同扫描速率对铯分子振转光谱分辨率的影响,发现光缔合光扫描速率较慢时,铯分子振转光谱分辨率较高。通过高灵敏的雪崩光电探测器探测冷原子荧光,获得了超冷铯分子第一激发态6S1/2+6P3/2离解限0-g长程态高分辨振转光谱。为了实现受控拉曼光缔合制备超冷基态分子,光缔合激光频率需要锁定在原子-分子共振跃迁线,对超冷原子光缔合光谱进行了超低频波长调制,通过改变调制幅度和调制频率获得最优化的一阶微分信号,将该信号反馈回激光器,实现闭合环路稳频,满足了受控拉曼光缔合制备振转能级可控的基态分子的实验要求,该工作对研究受限空间中的超冷原子分子具有很重要的意义。 展开更多

关键词 超冷原子 光缔合 超低频调制 振转光谱

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基于自制超稳定F-P腔压窄632.8 nm外腔半导体激光线宽的实验研究 被引量：3

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作者 郭松杰 周月婷 +9 位作者 吴永前 周晓彬 田建飞 赵刚 马维光 董磊 张雷 尹王保 肖连团 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期339-344,共6页

窄线宽激光由于其具有单色性好、稳定度高、相干长度长等优点,广泛应用于光电检测领域,包括相干通信、精密测量、光学频率标准、吸收光谱计量以及光与物质相互作用研究等。目前频率稳定的氦氖激光器线宽可以达到MHz量级,分布反馈式(DFB... 窄线宽激光由于其具有单色性好、稳定度高、相干长度长等优点,广泛应用于光电检测领域,包括相干通信、精密测量、光学频率标准、吸收光谱计量以及光与物质相互作用研究等。目前频率稳定的氦氖激光器线宽可以达到MHz量级,分布反馈式(DFB)光纤激光器线宽可达kHz量级,DFB半导体激光器线宽可以达到MHz量级,然而光栅反馈半导体激光器可以实现百kHz量级线宽的输出。为了进一步压窄各类激光器线宽,需要通过反馈控制技术来锁定激光到某一频率参考。该研究将自行设计的超稳腔作为频率参考,实现了632.8 nm外腔半导体激光器(ECDL)线宽的有效压窄。本窄线宽激光产生系统的研制包括超稳腔设计、光路设计、ECDL频率控制以及系统集成。超稳腔采用两镜法布里-珀罗腔(F-P腔)结构,腔体是膨胀系数约为10^-6K^-1的微晶玻璃,腔镜为一对反射率达99.9885%(±0.0035%)的平面镜和凹面镜。为进一步减小外界环境对F-P腔腔长的影响,需要对腔体进行温度控制,本系统采用四片总功率为96 W的半导体制冷片以及水冷散热设计。同时为了降低声音和空气流动对腔模频率的影响,将F-P腔置于真空度为10-5 torr的真空室中;另外为了有效隔振,腔体与真空室用硅橡胶材料隔离。该系统采用的ECDL为德国Toptica公司的DL pro系列激光器,其具有压电陶瓷(PZT)和电流调制两个频率控制端,响应带宽分别为1 kHz和100 MHz。激光器的频率控制采用了Pound-Drever-Hall(PDH)锁频技术,18 MHz的调制频率加载到激光器的电流调制端,通过对F-P腔的反射信号进行解调获得误差信号,通过两路反馈控制,实现了近1 MHz的锁定带宽。通过对系统的不断优化,最后将自由运转状态下约300 kHz的激光线宽压窄到了10 kHz量级,并且系统运行稳定,连续12小时锁定的频率漂移量约为30 MHz。该研究研制的632.8 nm窄线宽激光源不仅可以应用到吸收光谱计量领域,同时也可以在光学面型精密测量领域发挥重要作用。 展开更多

关键词 窄线宽激光 半导体激光器 超稳腔 频率锁定

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二元激光等离子体的时空演化机制研究 被引量：2

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作者 赵洋 张雷 +3 位作者 程年恺 尹王保 侯佳佳 白成华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2067-2073,共7页

由于等离子体是激光诱导击穿光谱(LIBS)的光谱源,其内部粒子的分布结构将直接影响LIBS谱线的信噪比,因此研究等离子体粒子分布结构和动态膨胀过程对提高LIBS的定量测量精度具有指导意义。利用时间、空间、波长分辨的双波长差分成像技术... 由于等离子体是激光诱导击穿光谱(LIBS)的光谱源,其内部粒子的分布结构将直接影响LIBS谱线的信噪比,因此研究等离子体粒子分布结构和动态膨胀过程对提高LIBS的定量测量精度具有指导意义。利用时间、空间、波长分辨的双波长差分成像技术分析激光诱导铝锡合金产生的二元等离子体,获取等离子体内各态粒子发射率的时空分布图像,以期探索不同激光支持吸收波(LSAW)类型的等离子体内各态粒子时空分布结构的演化机制。实验通过低、高激光辐照度的脉冲激光,分别构建了激光支持燃烧波(LSCW)和激光支持爆轰波(LSDW)型等离子体。通过观察等离子体的形态、内部结构、粒子分布、粒子寿命,结合元素的物理性质及谱线属性,分析了激光与金属及等离子体之间的相互作用,形成了二元激光等离子体的时空演化机制。结果表明:(1)激光辐照度会改变等离子体的粒子分布结构;(2)低辐照度激光诱导产生的LSCW型等离子体内部有明显的层状分布,激光主要吸收区位于蒸汽等离子体,此时粒子的寿命较短,分布结构主要依赖于元素熔点,低熔点元素会先从难混溶合金表面熔化并析出,分布于蒸汽等离子体顶部;(3)高辐照度激光产生等离子体的传播模型为LSDW型,其内部蒸汽等离子体与冲击气体层有很大的混合区域,激光主要被冲击气体层所吸收,此时粒子寿命延长,分布结构主要依赖于元素的相对原子质量。高激光辐照度会使难混溶合金表面烧蚀区域内的粒子同时汽化,粒子速度与相对原子质量的平方根成反比,即相对原子质量小的粒子飞行速度快,分布在蒸汽等离子体顶部。以上等离子体粒子分布结构的时空演化机制有望普适于其他元素甚至多元等离子体情形。 展开更多

关键词 激光诱导击穿光谱 激光支持燃烧波 激光支持爆轰波 粒子分布

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基于电流扫描波长响应函数直接确定正弦波扫描波长调制光谱中DFB激光器的相对波长响应 被引量：5

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作者 郭松杰 刘建鑫 +2 位作者 周月婷 许非 马维光 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2281-2288,共8页

为了研究适用于描述正弦波扫描波长调制光谱中相对波长响应的方法,提高正弦波扫描测量气体浓度的准确性,对现有的描述激光器相对波长响应的方法进行了讨论。首先,分析现有的几种描述激光器波长响应的方法是否适用于正弦波扫描。然后,比... 为了研究适用于描述正弦波扫描波长调制光谱中相对波长响应的方法,提高正弦波扫描测量气体浓度的准确性,对现有的描述激光器相对波长响应的方法进行了讨论。首先,分析现有的几种描述激光器波长响应的方法是否适用于正弦波扫描。然后,比较由不同方法模拟的相对波长响应和实测的激光器波长响应残差,残差越小说明激光器波长响应越准确。最后,用确定的准确快捷的方法测量二氧化碳气体浓度。实验结果表明,由电流扫描波长响应(CSWR)直接确定相对波长响应(RWR)的方法描述激光器的波长响应更准确。将得到的相对波长响应与通过标准具实测的结果进行比较,二者残差的标准偏差小于5×10^-3 cm^-1。利用该方法结合多光程池技术和免定标波长调制技术,能够准确测量二氧化碳的气体浓度。 展开更多

关键词 正弦波扫描 波长响应 波长调制 浓度误差

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TDLAS中激光器IM/FM相位延迟实时测量方法研究 被引量：1

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作者 张超 马维光 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期2908-2911,共4页

在基于谐波检测法的TDLAS(可调谐二极管激光吸收光谱)系统中,在通过改变激光器注入电流实现激光频率扫描和调制的同时引起激光强度的变化,激光器输出信号的强度-频率(IM/FM)相位延迟m的变化将直接导致谐波系数波动,带来系统误差。提... 在基于谐波检测法的TDLAS(可调谐二极管激光吸收光谱)系统中,在通过改变激光器注入电流实现激光频率扫描和调制的同时引起激光强度的变化,激光器输出信号的强度-频率(IM/FM)相位延迟m的变化将直接导致谐波系数波动,带来系统误差。提出一种利用光纤迈克尔逊干涉仪实现激光器输出信号强度-频率(IM/FM)相位延迟m的测量方法,能在激光器调制测量的同时实时测量相位延迟m。实验结果表明,激光器输出信号强度-频率(IM/FM)相位延迟m与理论值π有一定差异。研究提出的方法可以用来实时补偿信号强度-频率(IM/FM)相位延迟m对气体浓度测量结果的影响。 展开更多

关键词 TDLAS 波长调制 光纤干涉 相位延迟

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便携式小型化磁光阱系统

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作者 丁会 高蓓 +4 位作者 苏殿强 姬中华 蒋源 马一飞 赵延霆 《激光技术》 北大核心 2025年第1期92-97,共6页

为了实现一种新型且简单的磁光阱(MOT)原子俘获,采用了大口径单光束和多个反射镜组合的方式来简化磁光阱结构,并用永磁体替代线圈提供所需的梯度磁场来增加冷原子俘获装置的便携性。分析了腔室内的偏振光和实验光路构成,并进行了实验验... 为了实现一种新型且简单的磁光阱(MOT)原子俘获,采用了大口径单光束和多个反射镜组合的方式来简化磁光阱结构,并用永磁体替代线圈提供所需的梯度磁场来增加冷原子俘获装置的便携性。分析了腔室内的偏振光和实验光路构成,并进行了实验验证;采用收集荧光法、及释放和再捕获的方法测得了在不同铷原子释放器电流下的原子数目和电流关闭后原子团寿命的变化。结果表明,俘获的^(87)Rb原子团的大小约为1.5 mm,冷原子数目大约为1.7×10^(7),原子团的温度约为177μK。该MOT结构可以在小型化的基础上实现理想的原子俘获,研究结果为新型量子传感器领域提供了参考。 展开更多

关键词 激光技术 小型化磁光阱 收集荧光法 ^(87)Rb原子 原子数目 原子温度

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