1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 湖南大学化学化工学院，湖南 长沙 410082
4 上海镭慎光电科技有限公司，上海 201899
5 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵州 贵阳 550081
地下水重金属污染正在严重威胁环境安全和人体健康。荧光探针检测技术因具有灵敏度高、选择性好等优势，已成为检测重金属离子浓度的常用方法之一。受限于光源和光学系统的体积与成本等因素，现有重金属荧光检测装置无法满足现场原位检测需求。本文研制了一种地下水重金属荧光原位检测装置，其光学探头以紫外发光二极管（LED）为光源，采用共聚焦光路设计，荧光收集角范围可达102°，外径不超过60 mm，实现了小型化和低成本化。同时，以商用化台式荧光分光光度计作为参照设备，搭载相同的二价汞离子（Hg2+）荧光探针，开展了对比性能测试。实验结果表明，本文研发的装置具有良好的稳定性和线性响应特性，相关系数R2为0.989，检测限可达到1.4710-9，各项性能参数不亚于台式荧光分光光度计。
光学仪器 地下水原位检测 荧光光谱 重金属检测 紫外发光二极管 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2130001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海镭慎光电科技有限公司，上海 201899
4 海军军医大学海军特色医学中心，上海 200433
提出了一种利用归一化荧光信号对气溶胶颗粒进行分类的方法。将单个粒子的荧光信号在对应散射光信号上的归一化值分为四个区间，在四个区间内分别进行计数。将其应用于以405 nm激光二极管为激发光源的荧光粒子计数器，实现了对细菌、核黄素、香烟烟雾、汽车尾气、荧光微球等不同气溶胶粒子的初步分类。同时，采用主成分分析算法对实验结果进行了可视化分析。该方法可应用于微生物粒子的识别和预警，降低环境中非生物荧光粒子的干扰。
遥感 气溶胶检测 本征荧光 归一化荧光 气溶胶分类 中国激光
2023, 50(13): 1310005
西北工业大学 凝固技术国家重点实验室, 纤维增强轻质复合材料陕西省重点实验室, 西安 710072
低密度C/C多孔体的结构与性能调控是制备具有优异摩擦磨损性能的C/C-SiC复合材料的关键。本研究采用化学气相渗积法制备了C/C多孔体, 并对其进行2100 ℃高温热处理, 再通过反应熔渗法制备了C/C-SiC复合材料, 研究了C/C多孔体高温热处理对C/C-SiC复合材料微观结构、导热性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明, 经2100 ℃热处理的C/C多孔体孔隙率和石墨化程度增加, 用其制备的C/C-SiC复合材料比C/C多孔体未经热处理的密度更大(2.22 g/cm3), 孔隙率由5.1%降低至3.4%, SiC陶瓷相含量比热处理前提高11.9%。石墨化程度越高，声子的平均自由程越大, 因此其室温的导热率提升到3.1倍, 1200 ℃导热率提升到1.2倍。经过热处理的热解炭更软, 摩擦面易形成连续且稳定的摩擦膜, 因此摩擦系数更稳定, 并且在测试载荷为3、6和9 N下磨损率均显著降低, 下降幅度达到47.8%、41.9%和11.7%, 平均摩擦系数分别为0.47、0.38和0.39。综上所述, 对C/C多孔体进行高温热处理可使C/C-SiC复合材料的导热性能提升, 更耐磨并且表现出更稳定的摩擦系数。
C/C-SiC复合材料 高温热处理 导热率 摩擦 耐磨 C/C-SiC composites high temperature treatment thermal conductivity friction wear resistance
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海镭慎光电科技有限公司, 上海 201800
鞘流技术是实现高浓度气溶胶颗粒物光学检测的关键技术之一。在空气动力学理论和国外相关研究的基础上设计了一种气体鞘流器来实现高浓度气溶胶粒子的有效测量。首先根据大型通用有限元分析软件ANSYS中的Gambit和Fluent模块对鞘流器进行仿真分析,确定了一组最佳的设计参数并依此制作了相应的鞘流器实物, 仿真结果表明该鞘流器可以将样气气流直径从1 mm压缩到0.34 mm, 有明显的压缩效果。接着提出了一种用光学尘埃粒子计数器的粒径分布误差间接分析鞘流器压缩效果的实验方案, 并对比分析了在同一台粒子计数器上分别配置1.0 mm普通气嘴、0.5 mm普通气嘴以及鞘流气嘴三种情况下0.3 μm粒子粒径的分布情况。实验结果表明, 本研究设计的鞘流器能够有效降低尘埃粒子的重叠率, 显著提升粒子计数器的浓度检测上限值。该结果验证了流体动力学分析的可行性, 为实现高浓度气溶胶粒子的光学测量提供了重要基础。
测量 空气动力学原理 气体鞘流技术 弹性光散射技术 气溶胶测量 气溶胶光学传感器
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院上海光学与精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
3 上海市大恒光学精密机械有限公司, 上海 201800
利用米氏散射理论和时域有限差分(FDTD)软件计算了不同大小、形状和折射率粒子的前向散射光场分布，分析了通过光强度分布和非对称因子反演粒子相关信息、区分粒形的可行性。研制了一台利用增强型CCD 相机在线采集单个气溶胶粒子在5°~19°前向散射角范围内光场图样的装置。8 μm 粒径的聚苯乙烯球形粒子散射图样实验结果与理论计算对比较为吻合，验证了该装置的有效性。应用该装置对不同形状的气溶胶粒子进行检测，结果表明能够从散射图像和反演计算结果区分出球形、杆状和其他形状粒子。
激光技术 形状识别 光散射 气溶胶
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
亚微米虚拟冲击器是实现高灵敏度生物气溶胶光学在线监测的前提，是当前的研究热点之一。基于空气动力学理论与相关研究基础，设计了一种切割粒径为0.4 μm的亚微米级粒子虚拟冲击器，利用计算流体动力学(CFD)分析软件Fluent以及离散相模型对虚拟冲击器结构的入口喷嘴与收集孔间距、收集孔径和流量比等各种设计参数进行模拟与分析，得到了一组优化设计参数并制作了虚拟冲击器实物。测试结果表明，该虚拟冲击器具有良好的浓缩效果，对0.37、0.5、0.7 μm聚苯乙烯乳胶球(PSL)粒子的收集效率等参数与仿真结果基本吻合，验证了流体动力学分析方法的可行性。该虚拟冲击器切割粒径的实验测试结果达到0.4 μm，满足实际应用需求。
生物光学 虚拟冲击器 流体动力学 亚微米粒子 生物气溶胶监测
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
近年来，大气生物气溶胶的实时监测技术已经成为研究领域的热点。在已有技术的基础上，研发出了含有280 nm和365 nm两种激发光波长的双通道生物气溶胶检测系统。利用该检测系统，分别测量了色氨酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的荧光光谱和强度，确定了对该系统两个通道进行标定的方法，并结合对牛血清蛋白(BSA)以及易引起误判的香烟烟雾等物质的测量结果进行了分析与探讨。实验结果证明了通过多通道紫外光诱导生物气溶胶粒子产生本征荧光，并对荧光光谱与强度等信息进行分析可以较为准确地实现对粒子种类的预判别。这种技术具有较强的应用价值与发展空间。
测量 光学测量 生物气溶胶检测 本征荧光 双通道
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
生物气溶胶与环境质量和人类健康密切相关。基于光学测量的气溶胶检测技术具有快速、无损和灵敏的优点，是目前的研究主流。而对检测系统的标定技术及其评价方法尚无国家标准可依。基于本征荧光测量技术，研制完成了一套针对包括病毒气溶胶在内的生物气溶胶检测装置。并在此基础上，以色氨酸气溶胶作为被检物，提出了一种生物气溶胶检测与标定方法。实验结果表明，研制的检测装置对色氨酸气溶胶具良好的线性响应特性，线性相关系数R2≥0.99，灵敏度达到4000 L-1。证明了通过测量气溶胶中色氨酸含量检测生物气溶胶技术的可行性与可靠性。还探讨了利用多通道本征荧光检测技术实现对生物粒子种类进行预判别的可行性。
测量 生物气溶胶检测 本征荧光 标定 色氨酸
西安工业大学 光电微系统研究所, 西安 710032
为了实现对红外探测器积分响应的自动测量, 配合虚拟仪器技术搭建了一套热释电红外探测器积分响应自动测试系统。利用双绞线将测试仪器与计算机连接, 以LabVIEW为开发平台编写软件测试系统, 遥控测量仪器, 实现计算机自动采集和处理数据实时绘制曲线, 对LT-020-H型热释电红外探测器在不同调制频率下的积分响应度进行了测试并分析。在500K的黑体辐射下, 探测器积分响应度达到3.5×106V/W。通过对实验结果进行分析, 得到了探测器响应、黑体辐射温度以及信号调制频率之间的关系。
红外探测器 热释电探测器 积分响应 infrared detector pyroelectric detector integral responsivity LabVIEW LabVIEW
