基于光声光谱的气相全氟碳化合物检测技术研究

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作者 樊润泽 宋昱颖 +4 位作者 冯智宇 杨鹏辉 王文哲 鲁平 司马朝坦 《光电工程》 北大核心 2025年第9期132-140,共9页

研究了一种基于光声光谱的高精度气相全氟碳化合物检测技术与系统装置,旨在实现对此类气体物质的高精度实时监测。首先探究全氟碳化合物的中红外波段吸收谱线,基于非谐振式光声光谱原理搭建针对气相氟化物的专用检测系统,研制一体化试... 研究了一种基于光声光谱的高精度气相全氟碳化合物检测技术与系统装置,旨在实现对此类气体物质的高精度实时监测。首先探究全氟碳化合物的中红外波段吸收谱线,基于非谐振式光声光谱原理搭建针对气相氟化物的专用检测系统,研制一体化试验样机,实现小型化、集成化。在实际测试中,针对光源变化引起的浓度测试不稳定和误差问题,创新性地提出一种基于光电探测器反馈控制的光强-声压-浓度校正方法,建立关于光强值、声压值和浓度的关系模型,显著提高10^(-6)量级检测精度和稳定性。在模拟工业场景下,利用该系统对气相全氟碳化合物进行检测,验证其测试精度并进行抗干扰测试,实验结果表明,该系统在气相氟化物检测中检测精度高、稳定性良好,有望应用于实际的工业检测领域。 展开更多

关键词 光声光谱 全氟碳化合物 光源校正方法

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非集成微腔中的光学频率梳研究进展(特邀) 被引量：1

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作者 施雷 张日尧 +2 位作者 周晗 刘鹏飞 张新亮 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期3-22,共20页

光学频率梳在频域上是一系列离散的、等间隔的、具有稳定相位关系的谱线,光谱覆盖范围可达百太赫兹量级,被称为光学标尺,它的出现显著提高了时间与频率的测量精度,其重要性得到了广泛认可,该领域科学家也因此获得了2005年诺贝尔物理学... 光学频率梳在频域上是一系列离散的、等间隔的、具有稳定相位关系的谱线,光谱覆盖范围可达百太赫兹量级,被称为光学标尺,它的出现显著提高了时间与频率的测量精度,其重要性得到了广泛认可,该领域科学家也因此获得了2005年诺贝尔物理学奖。早期的光频梳系统由固态锁模激光器构成,系统复杂且体积庞大。近年来,新兴的微腔光频梳以小型化、低功耗、相对简易的产生系统等优势极大促进了光频梳技术的发展。由于制备相对简单,且具有超高的品质因子和丰富的模式族,非片上集成的光学微腔为克尔光频梳提供了更为便利的研究平台,进一步拓展了克尔光频梳的应用场景。本文介绍了微腔光频梳的理论模型,描述了微腔光频梳的产生过程与产生方式,梳理了克尔光频梳在各类非集成微腔中的研究进展,展示了非集成微腔光梳的应用场景,总结了目前非集成微腔光梳研究所面临的挑战,并对该领域未来的研究趋势进行了展望。 展开更多

关键词 光学频率梳 光学微腔 非集成微腔 微腔光频梳 耗散克尔孤子

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细径单模光纤的设计与性能研究 被引量：2

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作者 吴广哲 李伯中 +5 位作者 周红燕 雷汉林 张儒依 田照宇 苏晓帆 吴俊 《光通信技术》 北大核心 2024年第4期83-87,共5页

为了提升电力光纤复合架空地线(OPGW)的纤芯容量,研制了180 μm细径单模光纤,从光纤剖面结构设计、优化涂层技术2个方面展开研究,并对180 μm细径OPGW光缆进行衰减、应力-应变、环境等性能验证。实验结果表明:180 μm细径光纤在成缆过... 为了提升电力光纤复合架空地线(OPGW)的纤芯容量,研制了180 μm细径单模光纤,从光纤剖面结构设计、优化涂层技术2个方面展开研究,并对180 μm细径OPGW光缆进行衰减、应力-应变、环境等性能验证。实验结果表明:180 μm细径光纤在成缆过程中整体光纤的衰减平稳;光缆拉伸应力-应变性能以及光缆环境性能满足且优于OPGW光缆的电力行业标准要求,具备稳定可靠性及实际应用可行性。 展开更多

关键词 光纤复合架空地线 180μm 细径光纤 微弯 涂料

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活体颅骨光透明方法及应用(特邀) 被引量：1

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作者 李东宇 俞婷婷 +1 位作者 朱京谭 朱䒟 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期246-262,共17页

颅骨的高散射极大地限制了光学技术在活体脑成像中的应用。开颅窗和磨薄颅骨窗等基于手术的“颅窗”让皮层神经-血管观测成为可能,但各有局限性。近年来发展的活体颅骨光透明技术,以一种更方便、更无创方式建立光透明颅窗。本文主要介... 颅骨的高散射极大地限制了光学技术在活体脑成像中的应用。开颅窗和磨薄颅骨窗等基于手术的“颅窗”让皮层神经-血管观测成为可能,但各有局限性。近年来发展的活体颅骨光透明技术,以一种更方便、更无创方式建立光透明颅窗。本文主要介绍活体颅骨光透明的发展及应用:1)颅骨光透明方法;2)基于光透明颅窗的细胞及血管成像;3)透过光透明颅窗,实现皮层光操控,包括结合光动力效应打开血脑屏障或实施靶向栓塞、基于激光损伤的靶向出血性脑卒中建立、以及在光遗传学方面的应用等。最后,对活体颅骨光透明技术未来的发展和应用做出展望。 展开更多

关键词 活体颅骨光透明 光学成像 光操控 神经血管成像 光动力效应

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集成电光频率梳研究进展(特邀) 被引量：4

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作者 刘鹏飞 任麟昊 +2 位作者 闻浩 施雷 张新亮 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期25-42,共18页

光学频率梳是由一系列离散且等间隔分布的频率成分所组成的光谱结构,作为光谱分析的天然刻度尺,其已广泛应用于光谱学、精密测量、光通信、传感等多个领域。光学频率梳根据其产生技术可分为基于锁模激光器的光学频率梳、克尔微腔光学频... 光学频率梳是由一系列离散且等间隔分布的频率成分所组成的光谱结构,作为光谱分析的天然刻度尺,其已广泛应用于光谱学、精密测量、光通信、传感等多个领域。光学频率梳根据其产生技术可分为基于锁模激光器的光学频率梳、克尔微腔光学频率梳、电光频率梳。电光频率梳由于其频率间隔可调、梳齿功率较高、可实现微波到光波的转换等优势,得到了充分发展。但传统电光频率梳的产生器件存在体积大、功耗高的缺点,限制了其进一步应用。随着微纳加工技术的不断发展,越来越多的材料应用于片上集成光学器件,包括硅、氮化硅、氮化铝、磷化铟、铌酸锂、砷化铝镓等。集成电光频率梳器件具有体积小、功耗低等优势,是构建光电集成芯片的重要器件。文中旨在对集成电光频率梳的研究现状进行综述,首先介绍光学频率梳的类型,并详细论述电光频率梳的产生机制;其次介绍产生集成电光频率梳的材料平台、相应的光梳性能指标及其应用;最后基于目前集成电光频率梳领域存在的问题,对未来的研究趋势做出展望。 展开更多

关键词 光学频率梳 电光调制 集成光学

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基于Delta-Sigma调制的实时自由空间光传输系统研究

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作者 王忠忠 敖学渊 杨奇 《光通信研究》 2023年第5期1-4,15,共5页

为了简化实时相干自由空间光(FSO)/无线传输系统结构并降低成本,文章基于带通Delta-Sigma调制(DSM)技术,实现了一个低成本的FSO系统。带宽为400 MHz、速率为1.6 Gbit/s的256进制正交振幅调制(256-QAM)信号经DSM后,生成10 Gbit/s偏振复用... 为了简化实时相干自由空间光(FSO)/无线传输系统结构并降低成本,文章基于带通Delta-Sigma调制(DSM)技术,实现了一个低成本的FSO系统。带宽为400 MHz、速率为1.6 Gbit/s的256进制正交振幅调制(256-QAM)信号经DSM后,生成10 Gbit/s偏振复用-正交相移键控(PDM-QPSK)信号,在50 m的FSO链路中实现实时传输,且该系统的灵敏度达到-46.2 dBm。从而证明,相干检测和带通DSM的结合将是未来光无线场景的一种有前途的技术。 展开更多

关键词 Delta-sigma调制 相干检测 实时 自由空间光传输

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基于目标检测的VOC泄漏区域识别技术研究 被引量：1

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作者 杨承霖 陈海永 +5 位作者 岳学智 李华曜 邓立齐 郭东歌 王海超 刘欢 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期922-930,共9页

为了解决红外气体成像仪在挥发性有机化合物(VOC)泄漏识别中存在的误识别率高、漏检率高、算法执行效率低以及模型泛化能力差等问题,提出了一种基于运动特征增强的VOC泄漏区识别方法。采用视频序列投影变化率统计的方法确定视频稳定性... 为了解决红外气体成像仪在挥发性有机化合物(VOC)泄漏识别中存在的误识别率高、漏检率高、算法执行效率低以及模型泛化能力差等问题,提出了一种基于运动特征增强的VOC泄漏区识别方法。采用视频序列投影变化率统计的方法确定视频稳定性判定阈值,提取稳定状态下运动背景和运动前景;采用优化线性拉伸的方法对运动前景进行特征增强和异常值过滤;将运动前景与原始帧进行图像融合,并利用目标检测算法进行VOC泄漏区域识别;通过模型预训练和迁移学习的方法,以烟雾数据集和少量VOC泄漏数据集进行了识别模型训练,并将模型迁移至RK3588S嵌入式开发板上进行了执行效率测试。结果表明,该算法在交并比为0.5的情况下,平均精度均值为0.88;交并比在0.5~0.95范围内,平均精度均值为0.51,单帧平均识别时间为49 ms,具有较高的识别精度和识别效率,能够满足实时监测需求。本文中的算法能够保持稳定的模型性能且具有一定的抗干扰能力,为VOC泄漏识别提供了一定的参考。 展开更多

关键词 图像处理 泄漏区域识别 目标检测 挥发性有机化合物泄漏 红外气体成像仪

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量子点电容气敏效应研究及其传感器芯片设计

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作者 胡志响 唐艳婷 +3 位作者 张文键 周伯文 李华曜 刘欢 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第12期117-121,共5页

量子点具有晶粒尺寸小、比表面积大、表面活性位点多的特点,是低维气敏材料领域的研究前沿。然而,受量子限域效应的制约,量子点薄膜电阻通常较高,影响气体传感器的实用性。本文以硫化铅量子点室温气敏材料为研究对象,在陶瓷衬底上制备... 量子点具有晶粒尺寸小、比表面积大、表面活性位点多的特点,是低维气敏材料领域的研究前沿。然而,受量子限域效应的制约,量子点薄膜电阻通常较高,影响气体传感器的实用性。本文以硫化铅量子点室温气敏材料为研究对象,在陶瓷衬底上制备出量子点薄膜,分别对其薄膜电阻与电容的气敏效应进行了测试与分析。研究结果表明:量子点薄膜电容同样具有室温二氧化氮(NO_(2))气敏效应。以此为基础,提出融合量子点电容气敏效应与晶体管原理的新型气体传感器芯片结构,将量子点薄膜平面电容通过串联的方式形成气敏栅并进行仿真分析,利用量子点薄膜电容随气体发生变化的敏感效应,将气—固界面的化学作用转换为晶体管沟道电流信号,具有高灵敏度、低功耗、高集成度的特点。研究结果可为实现半导体气体传感器芯片设计和晶圆级制造提供参考。 展开更多

关键词 半导体气体传感器 场效应晶体管 电容 仿真 敏感机理

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电子鼻多组分气体检测算法与性能研究 被引量：3

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作者 李龙 应滨州 +1 位作者 李华曜 刘欢 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2023年第11期1-6,11,共7页

多组分气体检测在工业和环境监测、人体呼出气检测等领域需求广泛。通过对多组分气体的快速检测分析,有助于保障工业生产安全、保护生态环境。电子鼻系统是一种重要的多组分气体检测技术,它能够模拟人类嗅觉,对多种气体或气味进行快速... 多组分气体检测在工业和环境监测、人体呼出气检测等领域需求广泛。通过对多组分气体的快速检测分析,有助于保障工业生产安全、保护生态环境。电子鼻系统是一种重要的多组分气体检测技术,它能够模拟人类嗅觉,对多种气体或气味进行快速识别。文中针对人体呼出气中常见气体NO_(2)、乙醇和甲醛,通过电子鼻动态配气系统配制不同浓度的单一和混合气体,重点研究电子鼻信号特征提取与多组分气体检测算法,实现了对目标气体的可靠检测,具有较高的定性识别和定量分析准确性,为多组分气体检测技术研究提供了思路和手段。 展开更多

关键词 多组分气体 动态配气系统 电子鼻 传感器阵列 特征提取 算法 模型

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高精度电子鼻采样电路设计与检测系统开发 被引量：2

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作者 王乐 李龙 +2 位作者 段秋阳 李华曜 刘欢 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2023年第9期58-63,126,共7页

电子鼻融合了气体传感器阵列、数据采集电路和模式识别算法,可实现对不同气体的识别与分类。在电子鼻的研发过程和实际应用中,气体传感器阵列的响应、数据采集的精度直接影响着对目标气体的识别准确率。文中以高精度、宽量程采样为目标... 电子鼻融合了气体传感器阵列、数据采集电路和模式识别算法,可实现对不同气体的识别与分类。在电子鼻的研发过程和实际应用中,气体传感器阵列的响应、数据采集的精度直接影响着对目标气体的识别准确率。文中以高精度、宽量程采样为目标,设计半导体气体传感器电阻信号的采样电路,结合自动化配气系统提高信号采样稳定性。进一步通过上位机软件设计,研制出可测试多种气体的电子鼻检测系统。对乙醇、甲苯和甲醛3种气体的测试研究表明:该系统能够稳定地实现传感器电阻值信号采样,阻值范围在10 kΩ~100 MΩ,采样误差低于0.31%。结合良好的气体分类效果,展现出电子鼻应用于多组分气体检测的潜力。 展开更多

关键词 电子鼻 半导体气体传感器 电阻 采样电路 高精度

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微囊藻毒素检测用电化学生物传感器的研究 被引量：1

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作者 古瑞琴 付会兵 +2 位作者 黄清 赵雨农 刘欢 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2023年第9期119-126,共8页

微囊藻对人体肝脏等器官具有较强的毒性。对微囊藻毒素的高灵敏、快速检测有助于保障饮用水的安全。文中利用二氧化锡胶体量子线修饰金电极,进一步包被微囊藻抗体,构建出一种对微囊藻毒素具有高灵敏度和特异性的电化学生物传感器。差分... 微囊藻对人体肝脏等器官具有较强的毒性。对微囊藻毒素的高灵敏、快速检测有助于保障饮用水的安全。文中利用二氧化锡胶体量子线修饰金电极,进一步包被微囊藻抗体,构建出一种对微囊藻毒素具有高灵敏度和特异性的电化学生物传感器。差分脉冲伏安法测试结果表明:在1 pg/mL~10 ng/mL微囊藻毒素质量浓度范围内,传感器响应具有较好的线性,检测下限为0.33 pg/mL。进一步的研究表明:二氧化锡修饰提高了电极表面对微囊藻抗体的富集能力,同时具有促进电荷传输的作用。 展开更多

关键词 微囊藻毒素 电化学生物传感器 二氧化锡

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超表面全息术:从概念到实现 被引量：18

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作者 许可 王星儿 +4 位作者 范旭浩 刘耘呈 余轩 高辉 熊伟 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1-34,共34页

对实时彩色三维动态显示的追求激发了学术界和产业界巨大的研究热情。随着“元宇宙”概念的提出,对高性能三维显示设备与技术的需求越发迫切。全息术是一种理想的三维显示方案,但传统光场调控器件却存在视场角狭窄、信息容量小等问题,... 对实时彩色三维动态显示的追求激发了学术界和产业界巨大的研究热情。随着“元宇宙”概念的提出,对高性能三维显示设备与技术的需求越发迫切。全息术是一种理想的三维显示方案,但传统光场调控器件却存在视场角狭窄、信息容量小等问题,阻碍了全息技术的进一步发展。而超表面作为一种新型光场调控器件,有望利用其像素尺寸小和光场调控能力强的特点在全息技术领域实现新的突破。本文主要从超表面全息器件的设计流程、调制方式、动态实现、制造技术四个方面给出了超表面全息十余年的概貌,并提出该领域未来发展的方向。 展开更多

关键词 超表面 计算全息 三维显示 光场调制 微纳制造

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