1 北京工商大学人工智能学院, 北京 100048
2 北京工商大学中国轻工业工业互联网与大数据重点实验室, 北京 100048
电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析法是一种常用的溶液元素浓度分析方法, 但在ICP-AES测量过程中, 由于温度漂移、 杂散光和仪器暗电流等原因, 光谱往往会存在一定程度的基线漂移, 导致元素光谱强度值的测量结果存在误差, 进而影响元素浓度的定量分析结果, 因此基线校正是ICP-AES分析法中的必要环节之一。 对传统光谱基线校正方法进行简要分析, 在此基础上设计了一种基于非均匀B样条曲线和差分进化算法的ICP-AES光谱基线漂移校正方法; 首先验证了光谱信号中噪声的概率密度分布服从高斯分布, 然后对原始光谱进行预处理, 通过高斯滤波对光谱信号去噪; 然后以光谱基线校正过程中极小值序列的标准偏差作为评价指标, 以非均匀B样条曲线作为基线模型, 以曲线的控制点序列C和内接点序列T作为评价函数特征参数, 建立ICP-AES光谱基线校正评价函数, 将光谱基线校正问题转换为求解评价函数特征参数全局最优解的问题; 最后简要介绍了差分进化算法的流程, 通过差分进化算法求解使得评价函数取得最小值时的特征参数的全局最优解, 即非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T的取值, 并以此拟合相应的非均匀B样条曲线作为光谱基线, 实现对ICP-AES光谱的基线校正。 利用一组实测的ICP-AES光谱数据对本文提出的基线漂移校正方法进行验证, 实验结果表明, 提出的基于差分进化算法和非均匀B样条曲线的ICP-AES光谱基线校正方法能够准确地计算出非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T, 并拟合出理想的光谱基线, 从而实现ICP-AES光谱的基线校正, 该方法能够克服非均匀B样条曲线在光谱基线校正领域应用的局限性, 为后续的元素含量定量分析提供了技术基础。
光谱基线 基线校正 差分进化算法 非均匀B样条 电感耦合等离子体 Spectral baseline Baseline correction Differential evolution algorithm Non-uniform B-spline Inductively coupled plasma
1 吉林大学化学学院超分子结构与材料国家重点实验室，吉林 长春 130012
2 吉林大学药学院，吉林 长春 130021
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
4 吉林大学物理学院，吉林 长春 130012
5 吉林大学化学学院理论化学研究所，吉林 长春 130012
基于双输出皮秒脉冲激光器和激光扫描显微镜平台，构建了一套可实现双光子和多种四波混频（FWM）效应的多模式成像系统，可实现光谱采集和良好的成像功能。等离激元材料可以提高FWM信号，在FWM成像下具有超高的成像对比度。以5 nm金纳米粒子作为成像探针，利用等离激元增强FWM成像追踪了其在小鼠肝脏和肾脏组织内的代谢残留。该研究为体内蛋白类药物的代谢评价应用提供可能。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617024
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100039
基于计算全息图（Computer-Generated Hologram，CGH）的非球面检测技术通过控制衍射光相位来生成所需要的参考波前，从而实现非球面的零位检测，近年来，该技术已经发展成为非球面的主流检测技术。对于CGH编码，采用传统编码方法实现高精度编码，其数据量往往高达几十甚至上百GB。因此，为同时确保编码精度高及编码数据量小，本文提出了一种变步长CGH编码方法。该方法首先通过寻找等相位面的方法得到CGH条纹分布，然后通过计算相位分布梯度选取不同的取样步长，使CGH能利用尽可能少的点实现高精度编码。利用变步长搜索的编码方法进行编码并制作了CGH对非球面样品进行检测，检测结果为3.142 nm （RMS）。为验证检测结果可信度，本文设计并制作了补偿器对同一非球面进行检测，其检测结果为3.645 nm （RMS）。对两检测结果点对点做差，RMS值为1.291 nm，结果表明该编码方法可满足非球面高精度检测需求。
计算全息图 计算全息编码 非球面检测 computer-generated hologram CGH encoding aspheric test
1 北京工商大学人工智能学院, 北京 100048
2 北京工商大学中国轻工业工业互联网与大数据重点实验室, 北京 100048
电感耦合等离子体原子发射光谱分析法（ICP-AES）已成为一种常规的元素分析方法, 但在ICP-AES分析过程中, 大多元素的分析谱线会受到背景或其他谱线的重叠干扰, 形成的光谱干扰严重影响了谱线分析的准确性, 所以在元素的分析过程中, 需要通过适当的光谱干扰校正方法才能得到合适的元素分析线。 根据光谱强度具有叠加性的特征, 利用谱图将谱线形状表示为Voigt线型函数加和的多峰谱线叠加模型, 以多峰谱线叠加模型与目标谱线的均方根误差构建多元函数作为评价函数的数学模型, 设计自适应粒子群优化（APSO）算法寻找分离谱线特征参数的最优解, APSO算法在标准PSO算法的基础上, 引入压缩因子同时使得种群参数惯性权重根据粒子个体适应度值自适应变化以及学习因子线性变化, 在算法迭代过程中协调粒子种群内全局搜索能力和局部开发能力, 保证算法有效且迅速收敛, 实现多峰谱线分离, 减少干扰谱线的影响从而得到更精准的元素分析线。 以ICP-AES检测器返回的含Pr元素溶液特征波长为390.844 nm和汞灯特征波长为313.183 nm两条谱线的光强AD采样值作为两组实测数据, 以两个Voigt线型近似函数构成的三种不同重叠程度的叠加合成曲线作为三组模拟数据, 在数据曲线上分别选取50个能够包含曲线全部特征参数信息的点作为数据点, 通过对上述五组目标数据点进行APSO算法处理, 结果表明APSO算法得到的多峰谱线叠加模型相关参数能够较准确地拟合出相应的目标数据曲线, 目标数据点与拟合曲线函数值相对误差较低, 算法表明能够有效扣除谱线重叠干扰, 同组目标数据经过多次算法处理, 选择最小的最优适应度值相应的特征参数向量作为Voigt线型函数相关参数, 以此拟合出的多峰谱线叠加模型曲线精准度越高、 相对误差越小。 这种算法具有良好的收敛性和适应性, 可应用于ICP-AES在元素定性、 定量方面的分析研究。
粒子群算法 多峰谱线分离 光谱干扰 Particle swarm optimization Multi-peak spectral line separation ICP-AES ICP-AES Spectral interference 光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1452
采用自蔓延燃烧法结合后期热处理手段制备得到了Y3+/Pr3+共掺杂的CaGdAlO4荧光粉材料.实验结果表明: 当用与Gd3+离子半径较近的Y3+来取代Gd3+时, Pr3+的光致发光强度增强, 使来自 Pr3+的4f-5d跃迁的吸收峰峰值位置发生了从261 nm至259 nm的蓝移.在确定 Y3+的最优浓度为50%, Pr3+的最优浓度为0.5%时, 进一步制备了Y3+/Pr3+/Yb3+共掺杂的CaGdAlO4荧光粉材料, 并实现 了从深紫外到近红外的量子剪裁.在Yb3+的浓度达到6%时, Yb3+位于980 nm的发射峰最强.经计算Y3+/Pr3+/Yb3+共掺杂的CaGdAlO4材料的量子剪裁效率约为168%, 优于Pr3+/Yb3+共掺杂的CaGdAlO4荧 光粉.此外, 在254 nm紫外光照射下, Y3+取代Gd3+的策略在一定程度上抑制了CaGdAlO4荧光粉材料的晶格热化现象.综上, 用价格更低的Y部分取代Gd, 可使CaGdAlO4: Pr3+/Yb3+荧光粉制备成本降 低, 并进一步优化其量子剪裁性能.该研究对硅空间太阳能电池的应用开发具有实际意义.
量子剪裁 荧光粉 光致发光 稀土离子 Y3+掺杂 Quantum cutting Phosphors Photoluminescence Rare earth ions Y3+ doping
1 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学 辽宁省微纳米技术及系统重点实验室, 辽宁 大连 116024
在微装配中, 采用变焦变倍视觉系统可以有效解决测量范围与精度的矛盾, 但同时也引入了动态标定和实时自动聚焦的新问题。为此, 对变焦变倍显微视觉系统的标定和自动聚焦技术展开研究。在标定方面, 首先通过变倍率法完成图像主点的标定。基于平面靶标定法, 采用单视图单应矩阵分解对固定倍率下相机内外参数进行线性标定, 再引入畸变模型, 并由量子行为粒子群优化算法对标定结果进行非线性优化, 优化之后的最大反投影误差约为0.13 pixel, 平均反投影误差约为0.1 pixel。此外, 通过高斯曲线拟合完成对任意工作状态下视觉系统放大倍数的校准。在自动聚焦方面, 针对传统灰度梯度函数只考虑固定梯度方向且易受噪声影响的问题, 采用八邻域最大梯度阈值的自动调焦算法, 通过梯度阈值提高算法的抗噪性。与其他几种灰度梯度调焦函数相比, 该算法的单峰性好, 抗噪性强。
变焦变倍显微视觉系统 标定 量子行为粒子群优化 自动调焦 zoom micro-vision system calibration quantum-behaved particle swarm optimization automatic focusing 红外与激光工程
2018, 47(11): 1117001
1 西北核技术研究所, 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室， 西安 710024
2 上海航天电子技术研究所, 上海 201109
建立了一种基于状态分析的电子系统抗辐射能力评估方法，该方法以电子系统中单元器件的辐射效应实验数据为基础，采用行为级电路仿真方法对电子系统功能状态进行分析，并应用蒙特卡罗方法模拟辐射损伤随机性对系统功能状态的影响，最终结合系统功能阈值，给出系统功能的裕量及不确定度估计，进而对系统抗辐射能力进行评估。为了验证评估方法的可行性，应用该方法对某模数转换电子系统的抗γ总剂量能力进行了评估，并将评估结果与该电子系统的γ总剂量效应实验结果进行了对比。结果表明该评估方法能够定量给出系统功能在受到辐射损伤后的变化，评估方法给出结果与实验结果在变化趋势和评估结论上基本一致。
电子系统 抗辐射能力 评估方法 蒙特卡罗方法 不确定度量化 electronic system radiation hardness assessment method Monte Carlo simulation quantification of margins and uncertainties 强激光与粒子束
2016, 28(8): 28084001
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为了测量光学元件多层膜膜厚均匀性指标，基于面形检测对多层膜均匀性测量方法进行了研究。分析了均匀性的测量过程以及影响因素，评估了元件面形检测复现性对测量结果的影响，建立了多层膜结构的有限元模型，计算分析膜层内应力对基底面形带来的影响。基于高复现性面形检测装置进行了测量方法的实验验证工作，实验结果表明：元件面形测量口径范围内膜厚分布均匀性优于0.1 nm[均方根(RMS)值]；将测试结果转化为沿径向的轮廓分布结果，与基于反射率计的膜厚检测数据进行了对比，表明两种方法测试数据基本吻合，验证了基于面形检测方法评估光学元件多层膜均匀性的可行性。
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室, 吉林 长春 130012
研究了Kretschmann型表面等离子体共振（SPR）结构中电介质折射率、柱面镜折射率以及金属膜厚度对SPR场增强表面增强拉曼散射（SERS）信号的影响。实验结果表明SPR与SERS之间存在着本质上的相关性，电介质折射率、耦合柱面镜折射率以及金属膜厚度均对SPR场增强SERS有较大影响。相同条件下，电介质的折射率越小，SPR场对SERS信号的增强越强，激发的SERS信号的强度越大；柱面镜折射率越大，SPR对SERS的增强越明显； SERS信号强度随着银膜厚度的增加先增大后减小，在银膜厚度为47 nm左右时SERS强度有最大值。
光谱学 表面增强拉曼散射 表面等离子体共振 电介质折射率 金属膜厚度 中国激光
2013, 40(12): 1207001
1 西北核技术研究所, 西安 710242
2 高功率微波技术重点实验室, 西安 710024
在HPM效应实验中经常可以获得区间删失数据，为了能够合理利用这类数据对HPM效应进行有效分析，需要对它进行处理。根据电子器件的微波失效机理和实验现象，基于插值方法的思想，在充分利用删失数据信息情况下建立了不同阶插值精度的数据处理方法。理论分析可知，高阶精度处理方法要优于低阶精度方法。此外，根据构建的区间删失数据，通过统计分析可知，处理后数据与原始数据在统计意义上没有显著差异，可用于HPM效应研究，为数据的可靠分析提供了有利支撑。
HPM效应 区间删失数据 数据处理 统计分析 HPM effect interval censored data data processing statistical analysis
