在轻元素自身和实测元素间的特征X射线相互影响之下, 受仪器能量分辨率的制约, 实测Ｘ射线荧光光谱会产生严重重叠。 以色谱分离度Rs判定谱峰重叠程度, 针对Rs低于0.3的重叠峰, 提出一种解析EDXRF光谱的新方法, 并对模拟Ｘ射线荧光光谱进行了新方法的验证。 首先, 详细介绍基于四阶导的峰锐化法和提出误差小波变换。 通过仿真结果发现: 当Rs=0.27时, 两种方法皆不能单独实现重叠谱峰的解析与识别; 然而, 原始信号在四阶峰锐化法处理后保留了峰位特征的同时, 还出现了Rs明显增大的有利现象。 因此, 只需要通过调节四阶峰锐化法的权重完成对低分离度重叠峰的初步锐化处理, 再对锐化后的信号进行误差小波变换, 结果实现了对模拟重叠峰的分解, 证明了结合后的新方法(锐化误差小波变换)针对极低分离度的重叠谱峰具有强大的分解能力。 对两组重叠谱峰采用叠加的高斯函数进行模拟, 分别是Mn的Kβ能量峰与Fe的Kα能量峰的重叠光谱(Rs=0.19)以及Al的Kα能量峰与其Kβ能量峰的重叠光谱(Rs=0.11)。 用新方法对谱线进行处理, 实现了重叠峰分解, 结果表明针对极低分离度的重叠谱峰该方法具有可行性。 通过锐化误差小波对实测的EDXRF光谱进行解析, 通过对三组数据解析特定三种低分离度重叠峰进行对比实验, 均成功解析与识别了低分离度的重叠谱峰。 结果表明: 针对极低分离度的重叠谱峰, 锐化误差小波变换可以有效分解, 具有突破性, 实用性和创新性。

现有的国标光度法无法直接测定流程工业中连续反应单元生产过程的污染物, 主要原因是氧气在深紫外区对紫外光的吸收干扰了紫外分光光度计对目标物质的检测, 导致检测结果存在一定程度偏差。 因此, 解决这一问题的关键核心是稳定获取深紫外区不同特征波长物质的高灵敏光度信息。 在紫外分光光度计基础上加装氮气输配系统, 同时设计了自动进样流通池及进样托盘以实现检测间隙自动进样功能, 减少检测间隙氮气消耗。 为提高仪器稳定性, 分别精准控制通入仪器内部光学系统区、 样品室和数据接收区三个腔体的氮气流量, 数值分别为6, 2和3 L·min-1, 使仪器基线平直度平均值由0.108降低至0.010, 较空气条件削减了90.7%。 通过对比空气与氮气两种气氛下直接测定SO2-4的吸光度、 灵敏度、 灵敏度变化量和线性范围的差异, 发现氮气气氛下检测结果的吸光度和灵敏度在光程b=1~100 mm范围内均有提升, 灵敏度变化量随b=1 mm时的10.42%增大至b=100 mm时30.65%, 线性范围却随光程的增加由0.09 g·L-1缩短至0.03 g·L-1。 说明氮气输配系统能够成功抑制检测过程中紫外光强度的衰减。 与检测SO2-4的常用方法之一的离子色谱法相比, 该方法具有检测便捷、 检测结果稳定可靠并且经济效益良好的优势, 可为工业实际应用奠定基础。

目前, 光谱学分析已经成为支撑科技考古发展的重要技术手段, 在产地研究、 呈色机理、 测年分析等方面发挥了重要作用。 河南省灵宝市西坡遗址以其丰富的仰韶文化遗存被确定为“中华文明探源工程”的首选遗址之一, 灵宝地区是仰韶文化庙底沟类型的中心地带, 可能与传说中的黄帝时代文化相对应。 不少考古专家认为, 对西坡遗址的勘探和发掘将有助于揭开中华五千年文明的起源之谜。 西坡遗址出土器物也较为丰富, 包括陶器、 玉器、 石器等, 还有一些较为特殊的青绿色熔块, 这些熔块比后世原始瓷釉的出现要早1 000多年。 本研究综合运用电感耦合等离子体质谱/原子发射光谱分析(ICP-MS/AES)、 电子探针(EPMA)、 拉曼光谱(Raman)等光谱学分析技术, 对河南灵宝西坡遗址出土50件陶器和1件熔块进行了分析。 西坡遗址出土陶器以红陶、 褐陶为主, 同时也存在彩陶、 红皮陶(带红色陶衣的陶器)、 黄色陶、 黑灰陶等。 以往的研究主要将不同颜色的陶器归因为不同烧制气氛, 并没有研究不同类别陶器的原料来源。 该研究通过对泥质陶器中16种微量元素含量的测定及多元统计分析, 探讨了不同种类陶器的原料特征, 为研究陶器的生产和流通提供一定的科学依据。 同时, 研究了部分彩陶的显微结构和黑彩的物相组成, 分析了遗址出土青绿色熔块的材料属性和组成结构特征。 结果表明, 大部分带红色陶衣的陶器, 其所用胎泥原料中Ba含量相对较高, 与其他陶器有一定的区别, 可能具有特殊的原料来源; 彩陶表面黑彩的着色矿物原料为磁铁矿; 青绿色熔块化学组成除锰磷含量较低外, 与原始瓷釉的化学组成比较接近, 这些结果为了解仰韶文化时期制陶工艺以及社会生产状况提供了科学依据。 研究表明, 基于元素分析和结构分析的多种光谱学分析技术联用在考古材料的研究中效果显著。

为客观、 有效对古陶瓷进行无损断代, 提出了一种基于可见-近红外光谱古陶瓷断代分类识别方法。 耀州窑古陶瓷跨代较多, 且不同朝代之间具有物理相似性, 因此耀州窑的断代具有一定的挑战性。 以耀州窑为研究对象, 在采用紫外-可见-近红外光谱分析仪获取古陶瓷不同朝代的多光谱数据的基础上, 提出基于分数阶微分对光谱数据进行预处理, 避免微分预处理常用的一阶微分和二阶微分遗漏中间过渡信息, 同时压制并消除光谱数据中的背景信息和噪声干扰。 实验结果表明, 未进行微分处理（0阶）时, 耀州窑不同年代古陶瓷的分类准确率仅为84.8%, 而基于不同分数阶微分的分类准确率均较0阶明显高, 分数阶微分的最优阶数为0.7阶。 另外, 提出基于深度信念网络对不同朝代古陶瓷进行断代分类, 首先采用层叠的受限玻尔兹曼机(RBM)对深度网络进行预训练, 提取光谱数据高层特征以消除光谱数据中的冗余特征。 实验结果表明, 光谱数据经RBM降维之前特征间的相关系数为0.885 7, 经第一层和第二层RBM降维后的相关系数分别为0.544 6和0.391 5, 特征间的相关性明显下降, 冗余度明显减少。 然后将RBM预训练得到的权值参数对BP神经网络进行初始化, 并对深度信念网络进行微调, 在克服BP神经网络因随机初始化权值参数而陷入局部最优局限性的同时, 提升网络训练主动性。 实验可得, 深度信念网络的最优RBM数量为2, RBM隐藏层最优节点数为100。 最后, 为避免小样本数据基于深度信念网络进行训练易出现过拟合, 提出了一种Dropout随机丢弃策略, 在深度信念网络训练阶段以一定概率随机让网络某些隐含层节点的权重不工作, 以减少网络训练过程特征之间的相互依赖性, 实验可得当Dropout丢弃比例为0.45时, 分类性能最高。 采用所提方法, 耀州窑不同朝代古陶瓷分类的平均准确率为93.5%, 而耀州窑五代时期的分类识别率最高为96.3%。 通过与同类古陶瓷断代分析方法的客观定量对比, 表明所提方法有效、 可行, 为古陶瓷的断代提供了新方法。

古陶瓷是历史的遗存, 具有不可再生性, 因而理想的古陶瓷分析技术应该是无损的。 为客观、 有效地对古陶瓷窑口进行无损鉴定, 提出了一种基于紫外、 可见光和近红外的多波段漫反射光谱无损鉴定方法。 针对传统单一波段古陶瓷窑口鉴定对目标特征描述不足的问题, 即在可见光波段区域, 漫反射光谱数据可反映古陶瓷的颜色特征, 但在同一窑口烧制的陶瓷也会有不同的颜色属性, 仅仅根据可见光波段的漫反射反射率来鉴定窑口来源是不合理的, 在紫外与近红外波段, 古陶瓷内部分子与此波段光发生作用后的漫反射光谱数据, 可反映古陶瓷携带的丰富样品结构和物质属性信息, 结合紫外与近红外光谱漫反射光谱数据可有效提高特征的表达, 因此提出利用紫外、 可见光和近红外的多波段特征提取方法。 在实验过程中, 基于多波段线性特征融合窑口平均鉴定准确率为92.9%, 相比于单波段的窑口鉴定平均准确率91.1%提高了1.8%, 实验结果验证了所提多波段方法相对单波段方法的有效性; 在特征提取过程中, 常用小波变换对光谱信号进行处理, 但由于古陶瓷漫反射光谱波信号在紫外、 可见光与近红外波段形波动大, 频率变化大, 因此, 在小波基的选取上存在很大困难, 提出利用自适应时频分析特征提取方法, 其特点是可自适应分配不同频率子波本征模态函数, 通过选择合适的本征模态函数来提取古陶瓷不同波段的光谱特征, 但在分解过程中存在过分解现象, 即虚假的本征模态函数, 将所有样本与分解的本征模态函数的平均相关系数和平均方差贡献率作为选择本征模态函数的标准, 实验结果表明, 随着分解阶次的递增平均相关系数和平均方差贡献率递减, 当分解阶次为4时, 相关系数和方差贡献率都为0.30, 但当分解阶次为5时, 相关系数和方差贡献率仅为0.15和0.18, 因此选择4阶分解, 用于不同波段的特征提取; 所提取的特征给与分类器进行分类时, 不同波段的特征对分类的准确率贡献不同, 因此在此基础上, 计算不同光谱特征的散布矩阵, 利用类内与类间散布矩阵的迹, 计算特征融合时不同波段特征的权重, 自适应分配权重并进行非线性特征融合, 权重越大, 表明该类特征对鉴别的贡献越大, 非线性特征融合时, 平均鉴定准确率为94.5%, 相比于线性特征融合鉴定平均准确率92.9%提高了1.6%; 其中分类器采用k最近邻分类器对来自不同窑口的古陶瓷进行无损分类识别。 通过客观定量地将该方法与同类方法进行对比, 朱旭峰等利用非线性特征融合方法, 窑口平均鉴定准确率为86.97%, 该方法比其高7.53%。 刘峰等采用基于协方差阵进行特征级融合多波段方法, 窑口平均鉴定准确率为89.63%, 该方法比其高4.87%。 实验结果表明所提方法有效、 可行, 可作为古陶瓷窑口鉴定的有效辅助鉴定方法。

本文利用Rydberg阶梯型三能级系统的电磁诱导透明光谱实现了509 nm倍频激光器的无调制频率锁定。我们在实验中使用852 nm激光和509 nm激光在铯原子蒸汽池中构成阶梯型三能级体系,852 nm激光器的频率锁定在铯原子6S1／2→6P3／2共振跃迁线上,509 nm激光在铯原子激发态6P3／2→62D5／2 Rydberg态的跃迁频率附近扫描获得了Rydberg态的电磁诱导透明光谱。利用852 nm半导体激光器的频率调制作为参考信号,对探测的电磁诱导透明光谱信号进行解调得到误差信号,实现了509 nm激光器的频率锁定。通过分析误差信号的频谱,对伺服电路的低频和高频反馈参数进行优化,获得的最佳锁定线宽约为533 kHz,最小阿伦方差达到15×10-11。

An all-fiber LP01-LP11 mode convertor based on side-polished small-core single-mode fibers (SMFs) is numerically demonstrated. The linearly polarized incident beam in one arm experiences π shift through a fiber half waveplate, and the side-polished parts merge into an equivalent twin-core fiber (TCF) which spatially shapes the incident LP01 modes to the LP11 mode supported by the step-index few-mode fiber (FMF). Optimum conditions for the highest conversion efficiency are investigated using the beam propagation method (BPM) with an approximate efficiency as high as 96.7%. The proposed scheme can operate within a wide wavelength range from 1.3 μm to1.7 μm with overall conver-sion efficiency greater than 95%. The effective mode area and coupling loss are also characterized in detail by finite element method (FEM).

微型干涉仪在许多微传感领域有很高的应用价值。基于空芯光纤的全光纤Mach-Zehnder干涉仪成为了近些年研究的热点。研究了全光纤MZ干涉仪的传光原理及干涉机制。在参考前人对空芯光纤干涉仪研究的基础上, 提出了一种基于空芯光纤的新型MZ干涉仪。搭建实验环境对该结构的MZ干涉仪的传输谱进行了验证。实验得出, 当波长为1 550 nm, 传感臂长度为50 μm时, 自由波谱范围大约为140 nm。利用BPM法对该新型MZ干涉仪进行了仿真, 仿真结果符合理论预期。同时对激发出的高阶模式进行了仿真探讨, 并且得到辐射模的传输特性。

对随机折射率调制的光纤光栅进行了理论建模,将随机光纤光栅看作是长、短周期均匀光纤光栅的随机线性组合.分别利用传输矩阵法和光束传播法计算了随机间距均值为20 μm的随机光栅的反射和透射特性,证实了随机光栅中同时具有前后向纤芯基模的耦合以及纤芯基模与包层模式之间的耦合,验证了所提出的线性组合的理论模型.文中还进行了随机光栅的实验研究,采用飞秒激光器在1 cm的单模光纤中写入了具有500个随机间距在10~20 μm的折射率调制点的随机光栅,并测量了该随机光栅的反射和透射光谱.实验结果进一步验证了理论模型的准确性.

为了分析芍药对土壤矿质元素的吸收利用规律， 采用ICP-AES法检测了不同产地芍药根和相应土壤中K， Ca， Na， Mg， Fe， Cu等主要矿质元素含量。 结果表明： 不同产地的芍药对土壤中矿质元素的吸收利用效率不同， 反映在不同产地的芍药根中有些矿质元素含量有明显差异， 从而使各地芍药药材质量在矿质元素方面也有差异， 以黑龙江和内蒙古等地的赤芍中Ca， Fe， Zn等元素含量偏高； 土壤中有些矿质元素不仅影响芍药对这种元素的吸收利用， 而且影响芍药对其他元素的吸收利用。