石斛是一种常用的中药材, 经常使用新鲜的或干燥的茎条入药, 有益胃生津、 滋阴清热的效果。 近年来, 药理学研究探索出石斛具有抗白内障、 抗氧化、 抗肿瘤、 提高免疫力的作用, 其在许多病例中疗效显著, 引起了国内外学者的关注, 然而不同时间采集的石斛中氨基酸、 微量元素等含量各不同, 其对应药用价值, 价格也不同, 因此石斛价格等级分辨的研究具有重要意义。 为快速鉴别不同价格、 不同药效的石斛, 研究了随机森林分类模型结合激光诱导击穿光谱技术(LIBS)对石斛价格等级进行分析建模。 选取5个等级的石斛样品进行建模, 为了对样品进行精确稳定分析, 所有石斛样品均通过粉碎压片减小实验误差。 采用1 064 nm波长的Nd∶YAG脉冲激光器作为激发光源, 设置激光脉冲能量50 mJ, 探测延时1 μs, 采集五个等级石斛样本的光谱数据, 每个等级的样本采集40组光谱, 共200组数据, 并采用归一化处理, 使所有的光谱数据转换到-1～1之间。 采用归一化处理后的光谱数据进行主成分分析, 通过主成分分析获得前7个主成分的得分矩阵, 其累计解释95.24%的光谱信息。 将选取的7个主成分作为输入, 建立波段为220~880 nm的随机森林鉴别模型。 并将石斛样本编号打乱, 任意选取50%的光谱数据作为训练集, 剩下50%的光谱数据作为测试集, 默认决策树个数ntree为500, 分裂属性集中属性个数mtry为5, 建立模型对不同等级的石斛进行分类。 等级一、 二、 三、 四、 五的识别率分别为95.45%, 100%, 78.26%, 94.12%和85%, 平均识别率为90.57%。 为提高识别率, 研究了不同的ntree和mtry对分类模型的影响, 利用袋外数据误差率估计对随机森林的两个参数进行了优化。 选择ntree为300, mtry为1, 等级一、 二、 三、 四、 五的识别率分别为100%, 100%, 92.31%, 100%和90%, 平均识别率为96.46%, 识别率提高了5.89%。 综上所述, 采用LIBS技术结合优化后的随机森林模型鉴别石斛等级具有一定的可行性, 为未来快速鉴定不同价格的石斛等级分类提供了可行性的判别系统。

The self-heterodyne detection Brillouin optical time domain reflectometer (BOTDR) system using broad-band laser is proposed to reduce coherent Rayleigh noise and improve the system performance. Compared with the system with narrow-band laser, the stimulated Brillouin scattering (SBS) threshold can be improved by about 3 dB. The experi-mental results of the narrow-band laser measurements for three times independently and the broad-band laser meas-urement for one time are compared. The root-mean-square (RMS) errors of Brillouin linewidth for two systems with narrow-band laser and broad-band laser are 6.9 MHz and 2.7 MHz, respectively, and the RMS errors of temperature for the heated fiber are about 1.3 °C and 0.7 °C. With the broad-band laser, signal-to-noise ratio (SNR) of the un-heated fiber is approximately equivalent to that of the integrated three independent Brillouin signals for the narrow-band laser, and the results are believed to be beneficial for performance improvement and measurement time reduc-tion.

The application of Golay pulse coding technique in spontaneous Brillouin-based distributed temperature sensor based on self-heterodyne detection of Rayleigh and Brillouin scattering is theoretically and experimentally analyzed. The enhancement of system signal to noise ratio (SNR) and reduction of temperature measurement error provided by coding are characterized. By using 16-bit Golay coding, SNR can be improved by about 2.77 dB, and temperature measurement error of the 100 m heated fiber is reduced from 1.4 °C to 0.5 °C with a spatial resolution of 13 m. The results are believed to be beneficial for the performance improvement of self-heterodyne detection Brillouin optical time domain reflectometer.

为了减小相干瑞利噪声, 提出了一种多波长瑞利和布里渊自外差检测布里渊光时域反射系统。分析了相位调制产生多波长探测光的机理及三波长系统的自外差检测原理; 搭建单波长和三波长自外差检测布里渊光时域反射系统, 获得了沿光纤的自外差信号功率和布里渊频移。实验结果表明, 相对于单波长系统, 三波长系统有效地减小了相干瑞利噪声引起的功率波动, 信噪比提高近4.56 dB; 布里渊频移波动的均方根误差降低2.2 MHz。

为简化系统结构、减小相干瑞利噪声对系统性能的影响, 提出了一种采用宽带光源的瑞利和布里渊散射自外差检测布里渊光时域反射温度传感系统.分析了瑞利和布里渊自外差检测原理, 研究了布里渊频移和自外差信号功率与光纤温度和应变的关系.设计并搭建采用宽带光源的自外差检测布里渊光时域反射温度传感系统, 获得了常温下沿光纤分布的自外差信号功率谱及不同温度时加温段光纤的功率谱, 验证了布里渊频移和自外差信号相对功率变化随温度的线性增加关系.通过实验数据获得的布里渊频移和相对功率变化的温度系数分别为1.07±0.01 MHz/℃和(0.37±0.09)%/℃.本文的研究结果为基于瑞利和布里渊自外差检测布里渊光时域反射传感系统的温度和应变同时测量提供了理论和实验依据.

根据相干检测理论提出了一种基于多模法布里-珀罗激光器的光纤瑞利与布里渊散射自外差检测的布里渊光时域反射计传感系统, 分析了该系统提高光纤受激布里渊散射阈值和瑞利与布里渊散射自外差检测的原理, 推导出系统信噪比表达式, 分析了纵模数与布里渊谱峰值功率、谱宽和系统信噪比、温度及应变测量准确度之间的关系, 并进行了计算.结果表明, 选用纵模间隔为0.141 nm的多模法布里-珀罗激光器时, 随着纵模数的增加, 在25 km光纤末端系统信噪比、温度和应变测量准确度均得到了较大提升, 当纵模数为19时, 温度和应变测量准确度分别达到最佳值3.81 ℃和86.69με.

观察傅里叶变换红外光谱技术无创、 原位、 快速诊断胃癌淋巴结转移的可行性。 联合使用衰减全反射探头及傅里叶变换红外光谱仪测量新鲜离体胃周淋巴结红外光谱, 发现每条光谱在吸收波长3 000～1 000 cm-1之间循序出现13条谱带, 依据病理检测结果将淋巴结分为转移组及非转移组, 比较两组淋巴结红外光谱的峰位和相对峰强等指标结果, 最后进行标准统计学分析。 36例胃癌患者, 共检测淋巴结720枚, 其中转移性淋巴结180枚, 未转移540枚; 与非转移淋巴结相比, 转移淋巴结红外光谱有如下特征: (1)与核酸相关的峰强比I1 240/I1 460(p=0.015)和I1 080/I1 460(p=0.034)显著升高, 提示转移淋巴结细胞的核酸含量增多; (2)与蛋白相关的I1 640/I1 460(p=0.001)和I1 546/I1 460(p=0.027)峰强比值升高, 表明转移淋巴结组织的蛋白质含量明显升高; (3)与脂类相关的I2 855/I1 460和 I1 740/I1 460显著降低(p＜0.001), 提示癌组织脂类含量相对减少; (4)I1 160/I1 460(p=0.023)显著降低, 表明恶性细胞糖类物质的减少。 研究结果显示, 傅里叶变换红外光谱分析技术有望成为术中原位、 在体和快速诊断胃癌淋巴结转移的新方法。

基于射线光学和波动光学理论分析了多模光纤的布里渊散射特性, 提出了确定布里渊散射角取值范围的方法；推导了阶跃型和渐变型多模光纤不同模式群布里渊频移、线宽、散射谱和散射功率的表达式.结果表明, 阶跃型和渐变型多模光纤布里渊散射角的最大取值范围为全反射临界角的2倍到π；阶跃型光纤的布里渊频移、线宽、归一化峰值增益和散射功率随模式群的变化比渐变型光纤缓慢, 且随着模式群编号的增加, 阶跃型光纤的上述参量分别在11.084-10.932 GHz、21.760-21.168 MHz、1-0.933和1.990×10-9-1.857×10-9 W范围内呈曲线下降；渐变型光纤的上述参量分别在11.064-10.969 GHz、21.683-21.314 MHz、1-0.957和2.052×10-9-1.965×10-9 W范围内呈直线下降.

长期超量开采地下资源、 动静载荷逐年增加均在一定程度上影响着区域地面沉降的发生与发展, 选取覆盖北京平原地区29景Envisat ASAR数据, 采用融合永久散射体(PS)和小基线合成孔径雷达干涉测量技术, 获取区域地面沉降时序监测信息。 结合GIS空间分析方法, 在区域浅表层空间(地铁、 城市密集建筑群(CBD)、 立体交通网络设施)不同的利用模式下, 选取5个典型地面沉降区域, 结合土地利用分类信息、 多光谱遥感影像、 地质资料等, 分析时间序列的不均匀沉降的演化规律。 结果表明: 浅地表空间利用的复杂情况在一定程度上影响着区域的不均匀沉降态势, 空间利用情况越简单, 沉降的梯度相对越小, 不均匀沉降趋势越小。