1 国网雄安新区供电公司，河北 保定 071699
2 中国电力科学研究院有限公司，北京 100192
太赫兹脉冲信号在频域上具有“指纹频谱”特性，利用该性质可以对物质进行定性分析。借助Zemax软件的光学分析与优化功能，设计了二次非球面TPX平凸透镜，提高了透镜对太赫兹波束的聚集能力；采用平凸透镜设计了太赫兹波束整形光学系统，并将该光学系统用于太赫兹时域光谱系统中，对盐酸莫西沙星和左氧氟沙星进行太赫兹光谱测试，经过算法处理后得到二者在频域上的吸收系数与折射率曲线。测试结果表明：左氧氟沙星的折射率在0.1 THz～3.5 THz波段要比盐酸莫西沙星高，但是盐酸莫西沙星的折射率变化更加平缓；盐酸莫西沙星在1.03 THz、1.92 THz、2.58 THz、2.84 THz处具有明显的吸收峰，左氧氟沙星在1.35 THz、1.96 THz、2.52 THz、2.73 THz处具有明显的吸收峰。
太赫兹 光学系统 指纹频谱 物质识别 terahertz optical system fingerprint spectrum substance identification 
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室, 天津 300072
在一台光学发动机上, 利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法, 研究了燃料敏感性(S)为0和6时对发动机缸内火焰发展和燃烧发光光谱的影响。 试验过程中, 通过改变喷油时刻 (SOI=-25, -15和-5°CA ATDC) 使燃烧模式从部分预混燃烧过渡到传统柴油燃烧模式。 通过使用正庚烷、 异辛烷、 乙醇混合燃料来改变燃料敏感性。 结果表明, 在PPC模式下(-25°CA ATDC), 火焰发展过程是从近壁面区域开始着火, 而后向燃烧室中心发展, 即存在类似火焰传播过程, 同时在燃烧室下部未燃区域也形成新的着火自燃点。 敏感性对燃烧相位影响较大, 对缸内燃烧火焰发展历程影响较小; 高敏感性燃料OH和CH带状光谱出现的时刻推迟, 表明高敏感性燃料高温反应过程推迟, 且光谱强度更低, 表明碳烟辐射强度减弱。 在PPC到CDC之间的过渡区域(-15°CA ATDC), 燃烧火焰发光更亮, 燃烧反应速率比-25°CA ATDC时刻的反应速率更快。 高、 低敏感性燃料对缸压放热率的影响规律与-25°CA ATDC相近, 此时的燃烧反应更剧烈, 放热率更高, 碳烟出现时刻更早。 该喷油时刻下的光谱强度高于PPC模式下的光谱强度, 说明此时的CO氧化反应与碳烟辐射更强。 在CDC模式下(-5°CA ATDC), 由于使用的燃料活性较低, 燃烧放热时刻过于推迟, 放热量很小, 缸内燃烧压力低, 因此燃料敏感性对缸压和放热率的影响不明显, 但从燃烧着火图像中可以看到高敏感性燃料的火焰出现时刻较低敏感性燃料推迟。 低敏感性燃料的燃烧初期蓝色火焰首先出现在燃烧室中心, 着火火焰出现时刻更早, 之后蓝色火焰从中心向周围扩散, 呈现火焰传播为主导的燃烧过程; 燃烧后期, 局部混合气过浓区导致亮黄色火焰面积逐渐增大并向周围扩散。 高敏感性燃料的火焰发展趋势与低敏感性燃料类似, 黄色火焰的亮度与面积更小。 尽管高、 低敏感性燃料的OH和CH带状光谱的出现时间相近, 但高敏感性燃料的光谱强度仍更低。 综合分析, 火焰发展结构与自发光光谱特征主要受喷油时刻的影响, 燃料的敏感性主要影响着火时刻和火焰自发光光谱强度, 且高敏感性燃料的光谱强度更低。
光学发动机 部分预混燃烧(PPC) 燃料敏感性 自发光光谱 火焰发展 Optical engine Partially premixed combustion (PPC) Fuel sensitivity Self-luminous spectrum Flame development 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 2999
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室, 天津 300072
正丁醇是一种很有前景的柴油替代燃料, 针对缸内火焰发展和燃烧中间产物的自发光光谱开展研究, 有助于深入理解柴油掺混正丁醇混合燃料对柴油机燃烧过程的影响规律。 因此, 在一台光学发动机上, 利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法, 研究纯柴油与柴油掺混不同比例正丁醇后对发动机缸内火焰发展和自发光光谱的影响。 试验过程中, 光学发动机转速为1 200 r·min-1, 喷油压力为600 bar, 进气加热到398 K, 使上止点附近达到约900 K温度。 纯柴油、 柴油掺混20%正丁醇燃料和柴油掺混40%正丁醇燃料分别用D100, DB20和DB40表示, 三种燃料在每个着火循环喷入的油量分别为17.5, 18.7和19.2 mg, 从而保证发动机输出功相同。 试验结果表明: 冷却水温不变时, 喷油时刻推迟, 滞燃期缩短, 初始火核形成时刻推迟, 蓝色预混火焰比例减小； 喷油时刻不变时, 提高冷却水温度, 滞燃期缩短, 初始火核形成时刻提前, 蓝色预混火焰比例减小。 随着正丁醇掺混比例增加, 呈现局部混合气率先着火的特征且着火时刻推迟, 蓝色预混火焰比例增加, 火焰亮度降低, 火焰亮度从大到小依次为: D100＞DB20＞DB40。 D100燃料随喷油推迟, 整体光谱的峰值向长波方向移动, 碳烟辐射增强, OH谱带的光强峰值先增大后减小, OH和CH2O谱带出现的时刻推迟, 表明高温和低温反应时刻推迟； 喷油时刻不变时, 提高冷却水温, 整体光谱的光强增加, OH和CH2O谱带的出现时刻提前, 表明高温和低温反应时刻提前。 掺混正丁醇后的DB40燃料随喷油推迟, 光谱的整体光强增加, OH和CH2O谱带的光强峰值提高, 表明推迟喷油对DB40燃料也是有助于促进高温和低温反应。 DB40燃料光谱的整体光强低于D100燃料, 其OH和CH2O的谱带出现的时刻迟于D100燃料, 表明掺混正丁醇后燃料的高温和低温反应时刻都相对D100燃料推迟。 SOI-15、 冷却水温95 ℃工况下, D100燃料的谱线经过2 ℃A就呈现出了类似碳烟黑体辐射谱的特征, 而DB40燃料先呈现出CO氧化连续谱的特征, 经过15 ℃A才呈现碳烟黑体辐射谱的特征。
柴油 正丁醇 火焰发展 自发光光谱 Diesel n-butanol Flame development Self-luminosity spectra 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 1998
1 陕西科技大学电子信息与人工智能学院, 陕西 西安 710021
2 陕西科技大学文理学院, 陕西 西安 710021
为了解决特征融合目标跟踪(Staple)算法在复杂场景中固定权重融合方式的局限性,在其基础上进行改进并引入通道置信度,提出了一种自适应特征融合与通道加权的抗遮挡相关滤波跟踪算法。先引入多维特征描述,根据每个通道上滤波模板的响应峰值,计算通道权重;再根据特征模型的响应结果,计算模型的可靠性,确定模型的融合权重,从响应结果的角度完成特征融合;最后根据历史帧的平均峰值相关能量,以及当前帧图像与前一帧图像的均方误差,来判断目标的遮挡情况,并进行模型更新。在OTB-2013和OTB-100数据集上进行实验,与Staple算法相比,所提算法的成功率和精确度均有所提高,并在多项具有挑战的属性上表现较佳。
图像处理 目标跟踪 相关滤波 特征融合 通道置信度 抗遮挡 激光与光电子学进展
2020, 57(14): 141014
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子国家重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电工程中心，北京 100083
理论仿真和实验制备了AlGaInAs/InP材料1.55 μm小发散角量子阱激光器.为了扩展近场光场并减小内损耗，将一个非对称模式扩展层插入到外延结构的下盖层当中.仿真结果表明，该模式扩展层除了少量增加激光器阈值电流以外，在不影响激光器其它性能的情况下能显著减小激光器的垂直远场发散角.实验结果与理论仿真高度吻合.成功制备出脊宽4 μm，腔长1000 μm的脊波导小发散角激光器.在端面未镀膜的情况下，该激光器阈值电流为56 mA，输出功率为17.38 mw@120 mA，斜率效率可以达到0.272 W/A.实验测得垂直远场发散角为29.6°，相比较传统激光器减小了约35.3%.
铟磷基激光器 发散角 光场分布 InP-based lasers beam divergence intensity distribution 红外与毫米波学报
2019, 38(4): 04412
1 四川中医药高等专科学校医疗技术学院, 四川 绵阳 621000
2 西南科技大学分析测试中心, 四川 绵阳 621000
3 西南科技大学材料科学与工程学院, 四川 绵阳 621000
为研制新型γ射线屏蔽材料, 采用熔融淬火法制备了xGd2O3-(50-x)BaO-50P2O5(0≤x≤7 mol%)系列玻璃样品, 并经60Co辐照源辐照, 利用UV-Vis-NIR, Raman等分析技术研究了玻璃的光学特性和微观结构。 结果表明, 玻璃在γ射线辐照下产生了磷氧空穴中心(Ⅰ类色心), 呈现棕色; Gd2O3能增强磷酸钡玻璃的抗γ辐照能力, 玻璃中Gd2O3含量越高, γ射线辐照导致的色心数量越少; 玻璃产生的色心数量会随着γ射线辐照剂量的增大而增加; Gd2O3加入降低了玻璃对可见光和近红外光的透过率; γ射线辐照使玻璃出现了光学吸收带损耗, 玻璃在紫外到可见光区的透过率降低; 玻璃样品的主要结构为Q2偏磷酸盐结构, 伴有少量Q1焦磷酸盐和Q0正磷酸盐结构; 玻璃微观网络结构在γ射线辐照下变化不明显。
辐射屏蔽材料 γ射线 磷酸盐玻璃 光谱分析 Radiation shielding materials γ-ray Phosphate glass Spectral analysis 光谱学与光谱分析
2018, 38(11): 3607
传统MTV型红外诱饵(以镁粉、聚四氟乙烯、氟橡胶为基本组分)的优点是其红外辐射总能量很高,可有效对抗传统热源寻的导引头.依靠燃烧高温产生光谱辐射的MTV诱饵,紫外波段和近红外波段辐射强度很高,红外中波段的辐射强度相对较低,而真实战斗机的紫外波段辐射强度较低,且其红外中近比一般大于1,因此,传统的MTV型诱饵无法对抗红外/紫外双色复合制导系统.根据光谱匹配原理设计制备了一种新型红外/紫外双色诱饵剂,基本组分为45%~75%的氧化剂(A1/A2)、10%~25%的燃料(B1/B2/B3)、25%~50%的含能粘合剂(C1/C2/C3)以及添加剂(D),使用CEA软件对药剂配方的燃烧产物进行了理论计算,通过计算结果初步确定诱饵剂配方中各个组分的含量;采用SR5000光谱辐射计、Tensor37遥感红外光谱仪测试其红外光谱辐射特性,并分别从测试原理和计算方法、测试环境的差异性以及测试结果的稳定性等方面分析了两种仪器测试获得的结果存在差异性的可能原因;采用S2000光纤光谱仪测试其紫外光谱辐射特性,测试结果与通过理论计算获得的战斗机紫外辐射强度较为吻合;采用Imager IR8325中波红外热像仪测试其燃温特性,结果表明该双色诱饵剂与真实目标具有较为接近的温度特征.实验结果表明,该诱饵剂的红外中近比为1
辐射特性 光谱匹配 配方 测试 Radiation characteristics Spectrum matching Formula Test 光谱学与光谱分析
2015, 35(7): 1824
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室, 天津 300072
为了更好地区分测量小分子芳香烃, 利用一台Nd∶YAG激光器提供能量为0.085 J·cm-2、 波长为266 nm的入射光。 针对苯、 甲苯、 萘、 菲、 蒽、 芘和屈不同环数的芳香烃, 使用激光诱导荧光法研究了单一芳香烃及不同芳香烃混合物的荧光光谱。 结果表明, 芳香烃的苯环数是荧光发射光谱的主要决定因素; 相同苯环数不同结构的芳香烃对荧光光谱范围基本没有影响; 由于266 nm波长的吸收效率差异, 导致相同环数的芳香烃的荧光光强存在差异; 而且吸收效率相近且浓度相同时, 环数越大, 荧光光强越强。 随着芳香烃环数的增加, 荧光光谱波段和峰值都出现从紫外波段向可见光波段红移的现象, 同时吸收效率相近时, 荧光光谱范围变宽; 一环至四环芳香烃的较好的荧光光谱区分范围分别为275~320, 320~375, 375~425和425~556 nm。 针对不同芳香烃混合物研究表明, 由于辐射能量传递机制导致混合物中有3环或4环芳香烃存在时, 紫外波段的光被损失, 所以1环或2环芳香烃混入混合物后, 混合物中的1环或2环荧光光谱不能被检测到, 但荧光光谱强度增大; 当混合物中只包含3环和4环芳香烃时, 荧光发射光谱具有两种芳香烃的特点; 当混合物中存在3环和4环芳香烃时, 荧光发射光谱和各自的浓度相关, 从而可以一定程度区分不同环数物质。
激光诱导荧光 光谱 多环芳香烃 苯环 Laser induced fluorescence Spectroscopy Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) Aromatic rings 光谱学与光谱分析
2015, 35(6): 1592
上海交通大学农业与生物学院, 上海市兽医生物技术重点实验室, 上海200240
采用热聚合法制备了莱克多巴胺（ractopamine, RCT）的分子印迹聚合物(molecular imprinted polymers, MIPs)。 用紫外分光光度法测定MIPs对RCT的吸附性能, 结果发现: RCT在272 nm波长处有最大吸光度, 测定RCT的回归方程为y=7.354 1x+0.001 0, R2=0.999 9; 合成的MIPs对RCT平均吸附率为83.4%。 吸附动力学研究表明, MIPs对RCT的吸附时间应控制在10 min以内。 红外光谱分析表明RCT与功能单体甲基丙烯酸通过氢键形成MIPs, 该聚合物能够通过氢键专一地识别和结合RCT分子, 从而为建立基于分子印迹技术检测RCT的方法奠定了基础。
莱克多巴胺 分子印迹聚合物 红外光谱 吸附性能 Ractopamine Molecularly imprinted polymers Infrared spectrum Adsorptive characters 光谱学与光谱分析
2013, 33(10): 2629
