多种农药, 包括孔雀石绿(MG)作为禁用兽药, 存在食用致癌的风险。 由于MG低廉的价格和极好的药效, 在渔业养殖中一直被不法商贩非法使用, 使得鱼类生鲜中时有MG残留检出。 针对MG分子痕量残留的检测, 目前一般是抽取少量养殖水样, 再利用高效液相色谱柱、 液相色谱-光谱等方法来评估其是否超标。 这类传统的检测方法一般需要依赖价格昂贵的大型设备, 且检测过程操作繁琐复杂, 单次检测耗时长、 价格高, 因而与农贸市场中商品流通量大、 速度快、 价格需亲民低廉等特点和要求不相符合。 近年来, 表面增强拉曼散射(SERS)检测技术以及便携式拉曼光谱仪的出现, 有望实现对痕量农药分子的现场快速检测, 进而很好地解决这一问题。 SERS检测技术利用金属纳米结构的表面等离激元效应感应位于其结构表面附近的分子, 得到分子种类和浓度信息。 为了降低可检测的浓度极限, 一般会在SERS基底上利用咖啡环效应或其他手段将待测分子蒸发富集, 以获得足够高的信号强度。 针对亲水基底, 液滴与基底相接触后, 会在基底表面摊开, 使其分布面积扩大, 导致其咖啡环周长变长, 分子分布浓度随之降低。 而当采用疏水基底富集时, 由于常规的疏水基底表面黏附性小, 液滴在其表面处于随处滚动无法抓取的状态, 极大增加了操作的难度。 以MG分子痕量残留的检测为例, 由于农贸市场人员众多、 无专业实验平台, 磕碰撞击时有发生, 在此环境下采用疏水SERS基底对农药分子进行检测显然是不可取的。 该研究提出一种基于超疏水高黏附纳米森林结构的SERS基底用于痕量MG分子的快速现场检测。 相比于超疏水SERS基底, 所提出的超疏水高黏附基底利用其高黏附性可牢固抓取待测液滴, 解决了以往超疏水基底在实际现场检测中存在液滴滚动无法操作的问题。 此外, 与亲水基底相比, 超疏水高黏附基底由于接触角大, 可将咖啡环面积缩小5.73倍, 继而使分子的富集浓度提高5.73倍, 最终使检测极限浓度降低了至少两个数量级。 研究所提出的超疏水高黏附SERS基底有望在痕量农药分子快速现场检测中得到应用。
表面增强拉曼散射(SERS) 痕量农药分子 超疏水高黏附 孔雀石绿 咖啡环 分子富集 Surface enhanced Raman scattering (SERS) Trace pesticide molecules Parahydrophobic Malachite green Coffee ring Molecular enrichment 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2499
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，动态测试技术山西省重点实验室，山西太原030051
2 中科院学院微电子研究所 智能感知研发中心，北京100029
3 江苏创芯海微科技有限公司，江苏无锡214001
4 山西大学 量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西太原030006
传统地，MEMS红外探测器响应时间的测量需要基于黑体辐射源、斩波器、水冷装置等设备搭建一套复杂的测量系统，然而斩波器的遮挡区域和透光区域具有一定的面积，其按某频率工作时会消耗一定的时间，而测试所得的器件响应时间无法排除斩波器的工作耗时，导致测试结果存在较大误差，所测响应时间为14.46ms。为解决这一问题，提出了一种以钛宝石激光器为辐射光源，利用声光调制器构建纳秒级激光脉冲，MEMS红外探测器响应激光脉冲的作用输出脉冲电信号，很好地规避了测量系统中设备工作耗时引入的时间参数，所测响应时间仅为3.13ms。由此可见，传统方法中斩波器工作耗时引入的时间误差甚至超过器件响应时间的300%，充分证明了此方法可以有效解决这一问题，进而为MEMS红外探测器以及其它光学探测器性能参数的测试与计量提供了一种新的方法。
激光脉冲 MEMS红外探测器 响应时间 斩波器 laser MEMS IR detectors response time chopper
1 中北大学 仪器与电子学院,山西 太原 030051
2 中国科学院微电子研究所 智能感知研发中心,北京 100029
基于等离子体再聚合技术制备了纳米纤维—纳米锥双层森林结构,并通过磁控溅射工艺在结构表面引入金属纳米颗粒实现了双层复合纳米森林结构,工艺流程简单便捷,与常规微纳加工工艺兼容性好,易于实现大面积的并行加工.将纳米森林的陷光效应和金属纳米颗粒的表面等离激元效应相结合,对双层复合纳米森林结构的光吸收特性进行深入研究与探索,最终实现了该复合纳米森林结构在1.5~25 μm波长范围内84.1%的平均吸收率.具有宽光谱高吸收光学特性的双层复合纳米森林结构有望在提高红外器件性能和拓展器件应用等方面获得广泛应用.
等离子体再聚合 纳米森林结构 表面等离激元 宽光谱高吸收 plasma repolymerization nanoforests surface plasmon broadband high absorption
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林 长春130033
为了获得Risley棱镜系统光束指向控制精度指标设计及性能提升的依据，对系统光束指向控制精度随轴系角度测量精度的非线性变化规律进行了研究。首先，以一级近轴近似矢量合成模型为基础，采用正解方法根据双棱镜方位推导了出射光束指向的解析表达式; 然后，结合单自由度轴系伺服控制经验，通过泰勒级数展开的方式推导出了光束指向控制精度与轴系角度测量精度之间的非线性解析表达式，并由此获得了界定限判据; 最后，分别对小偏向角系统和大偏向角系统进行了仿真分析，获得了光束指向控制精度在全视场区域内的变化情况。结果表明，本文研究所得的非线性解析式描述了影响系统光束指向控制精度诸多因素之间的相互关系,能够为Risley棱镜光束指向系统的设计及整体性能的优化提供依据。
光束指向 Risley棱镜 控制精度 正解 界定限 beam steering Risley prism control precision forward solution dividing line
1 长春工业大学 电气与电子工程学院, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
3 长光卫星技术有限公司, 吉林 长春 130033
针对光电跟踪系统目标的快速捕获过程, 本文提出了时间最优滑模控制方法。该控制的滑模面函数为时间最优控制系统状态最优运动轨迹, 保证系统状态变量沿着最优轨迹滑动; 设计相应的指数趋紧率, 使状态变量快速平稳趋近滑模面。以180°、90°、60°阶跃信号为捕获目标进行仿真与实验研究, 实验结果为时间最优滑模控制调节时间比时间最优控制和滑模控制分别减小了约43.66%、59.67%, 超调量为0, 稳态波动量为0, 稳态误差减小了约为44.94%和6234%, 与仿真结果相吻合。结果表明该方法调节时间短, 超调小, 稳态值平稳, 稳态误差小, 鲁棒性强等优点适合应用于光电跟踪系统目标快速捕获, 具有重要的研究与应用价值。
捕获 时间最优滑模控制 时间最优控制 滑模控制 photoelectric tracking system acquisition time optimal control sliding model control steady state errors robustness
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
2 Smart Sensing Research and Development Centre, Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
3 Laboratory of Advanced Polymer Materials, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
An innovative formaldehyde gas sensor based on thin membrane type metal oxide of TiO2layer was designed and fabricated. This sensor under ultraviolet (UV) light emitting diode (LED) illumination exhibits a higher response to formaldehyde than that without UV illumination at low temperature. The sensitivities of the sensor under steady working condition were calculated for different gas concentrations. The sensitivity to formaldehyde of 7.14 mg/m3is about 15.91 under UV illumination with response time of 580 s and recovery time of 500 s. The device was fabricated through micro-electro-mechanical system (MEMS) processing technology. First, plasma immersion ion implantation (PIII) was adopted to form black polysilicon, then a nanoscale TiO2membrane with thickness of 53 nm was deposited by DC reactive magnetron sputtering to obtain the sensing layer. By such fabrication approaches, the nanoscale polysilicon presents continuous rough surface with thickness of 50 nm, which could improve the porosity of the sensing membrane. The fabrication process can be mass-produced for the MEMS process compatibility.
光电子快报（英文版）
2016, 12(4): 308
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
对随机并行梯度下降算法(SPGD)性能与不同变形镜排布规律的关系进行了研究。以采用Roddier方法生成的由52项Zernike像差构成的畸变波前为整形对象, 对SPGD算法的收敛速率和整形效果与变形镜排布规律(单元数分别为19、21、32、37、45、60、61、77、91)之间的关系进行了仿真研究。结果表明: 从整体分析, 随着变形镜单元数逐渐增多, SPGD算法的收敛速率和整形效果均逐渐变差; 从局部分析, 由于变形镜元胞类型变化和边缘占空比的影响, 在渐变规律中产生了局部差异。
波前整形 随机并行梯度下降算法 变形镜 wave-front shaping stochastic parallel gradient descent algorithm deformable mirror
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
以获得空间未知目标的轨迹运动信息为目的, 研究了一种基于星载光电成像跟踪测距方式的空间目标定轨技术。该技术从测量学角度出发, 利用星载光学测量系统获得目标的相对运动信息, 利用角度传感测量系统获得卫星的姿态角变化和跟踪架的角随动信息, 最后通过坐标变换解算出目标在地球惯性坐标系中的绝对运动信息。文中依次从物理模型、坐标体系、基本原理等方面对该项技术进行了描述和推导, 获得了目标在地球坐标系下的状态方程和观测方程。最后, 在对天基监视卫星轨道模型、星载光电跟踪控制模型、目标特性及光学成像测距模型进行分析后, 建立了具体的数学模型, 并对计算结果进行了分析讨论。得到的结果显示理想模型的目标轨迹测量精度优于0.5 km。
天基监视 目标定轨 光电跟踪 光电成像 激光测距 建模仿真 space-based surveillance orbit determination for target opto-electrical tracking opto-electrical imaging laser ranging modeling and simulation
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
本文以天基监视为研究背景, 主要围绕星载光电捕获跟踪瞄准(ATP)控制技术展开研究, 针对卫星调姿变轨和跟踪架转动的多自由度配合控制过程, 依次对天基监视物理模型、星载光电ATP控制系统方案和电视跟踪精度进行了分析。通过分析, 不仅对这种多阶段多任务多模式切换的ATP控制有了较为清晰的理解, 而且对其中所涉及的关键技术获得了较为全面的认识, 对星载光电ATP控制系统设计有一定的指导意义。
天基监视 星载光电ATP控制系统 卫星调姿变轨 光电跟踪架 space-based surveillance opto-electrical acquisition tracking and pointing( adjusting posture and changing trajectory of satel opto-electrical tracking
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京航天自动控制研究所, 北京 100039
在传统激光主动成像系统的基础上, 结合目标识别技术搭建了一个激光主动成像识别系统实验平台, 用于研究激光主动成像后的目标识别。介绍了实验平台的工作原理, 基于Hu矩特征的双隐含层BP神经网络算法以及实验处理流程和实验结果。特征量由7个不变Hu矩构成, 通过240张原始目标样本库对由136个权值系数构成的双隐含层BP神经网络算法进行了训练。利用训练好的双隐含层BP算法对黑夜条件下远处的运动目标--43式冲锋模具枪进行了实验研究, 成功获得了清晰的红外激光主动成像效果。实验显示对450 m处2 740帧和550 m处2 420帧激光主动成像图像的统计识别率达到了68.87%和72.11%, 其中旋转变换下的统计识别率可达80.05%和84%, 好于仿射变换的识别效果。
激光主动成像 图像识别系统 Hu矩特征量 双隐含层BP算法 目标识别率 laser active imaging image recognition system Hu moment feature vector double hidden layer BP algorithm target recognition probability
