1 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
2 陆装航空局洛阳室，河南 洛阳 471000
光谱范围和信噪比是评价太赫兹时域光谱仪性能的重要参数。为了解决太赫兹时域光谱仪光谱范围和信噪比的校准问题，介绍了太赫兹时域光谱仪的构成及原理，比较了目前常用的光谱范围和时域信噪比校准方法的优缺点，并优选其中一种方法，设计了太赫兹时域频域信噪比参数校准方法。以空测时频域信号幅值最大值的1/M对应的频率范围作为光谱范围，研究了M取值对光谱范围的影响。M值越大，则光谱范围越宽。当M值≥50时，光谱范围变化不大。对空测时域信号的信号和噪声进行定义，并计算出时域信噪比。以空测时的频域功率谱作为信号，以金属板遮挡光路时的频域功率谱作为噪声，从而计算出频域信噪比。进行了光谱范围和信噪比校准实验，采用对照法研究了湿度变化对太赫兹时域光谱仪测量范围和信噪比参数的影响。当相对湿度≤50%时，对光谱范围和时域信噪比影响不大；当相对湿度＞50%时，因为空气中水蒸气对于太赫兹的吸收急剧增加，光谱范围和信噪比急剧缩小。
太赫兹 时域 光谱仪 光谱范围 信噪比 terahertz time domain spectrometer spectral range signal-to-noise ratio
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200241
具有长波长荧光发射特性的碳点(CDs)材料由于其在生物领域的广阔应用而受到越来越多的关注。 长波长发射荧光碳点的合成主要基于高温高压的方法, 室温合成的方法和研究还比较少。 采用碱催化的方式, 将氢氧化钠溶液与果糖溶液混合后透析, 无需加热和其他额外的能量输入即可制备出一种蓝绿色发光可调的碳点, 并通过透射电子显微镜、 紫外-可见分光光度计、 稳态荧光光谱仪等光谱技术对合成碳点进行了表征。 进一步采用圆二色分光光度计和皮秒时间相关单光子计数等测量系统对碳点与牛血红蛋白(BHb)之间的相互作用进行了探究。 虽然已有较多应用碳点检测BHb的研究, 但这些研究更注重分析BHb检测的效果, 而对BHb猝灭碳点荧光的机理还缺少较为详细的系统性证明。 测量得到了二者在不同温度下相互作用的Stern-Volmer图像, 以及碳点在BHb加入前后的荧光寿命, 结果表明BHb对碳点荧光的猝灭是一个静态的过程。 并且在该过程中, BHb的α-螺旋含量下降了约3%, 证明了碳点会使蛋白的结构发生改变。 BHb与碳点混合后形成了复合物, 导致碳点的荧光下降。 通过分析干扰样品以及反应时间对检测BHb的影响, 证实了碳点检测BHb具有良好的选择性和稳定性。 另外, 碳点荧光强度下降, 下降比例与BHb浓度成线性关系, 因此可以设计基于碳点荧光猝灭的血红蛋白生物传感器, 用于微量BHb的特异性检测, 所检测的线性范围为0～5 μmol·L-1, 检测限为243 nmol·L-1(S/N=3)。 所合成的碳点还可以实现双波长激发检测, 实验证实在370和425 nm激发下, 碳点的荧光猝灭程度和BHb的浓度之间表现出良好的线性关系, 这为该荧光探针检测BHb提供了更多的应用价值。 由于该碳点的合成手段简便, 操作技术难度低且合成原料容易获得, 该荧光探针对BHb的微量检测在生命科学研究和刑侦领域都具有十分重要的意义。
碳点 血红蛋白 荧光探针 荧光猝灭 光谱技术 Carbon dots Hemoglobin Fluorescent probe Fluorescence quenching Spectroscopy 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3365
1 北京信息科技大学 机械工业现代光电测试技术重点实验室， 北京 100192
2 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室， 北京 100192
在对传送带上物体进行三维扫描成像过程中，位移标定方法的便捷性、准确性对于最终的成像精度和效率有非常重要的影响，但传统的位移标定方法需要已知位移平台或者传送带的运动速度或严格控制两次标定图片中标定板之间的精确位移，使得标定过程较为复杂。论文提出了一种专门用于传送带上物体测量的线结构光三维扫描成像系统的位移标定方法。只需要采集一系列标定板随传送带移动的位移标定图片，从中提取两张帧数间隔大于1的图片并记录对应的帧数，即可对单帧位移进行标定。介绍了该标定方法的基本原理和实现方法，搭建了线扫描单目成像系统，并对双阶梯型精度块进行了三维重建。实验结果表明，方法原理简单，操作便捷，测量速度更快且重建误差小于0.3mm，适用于以传送带作为主要运输工具的各个领域的实时三维测量。
位移标定 传送带 线结构光 三维成像 displacement calibration conveyor belt linear structured light three-dimensional imaging
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 宇瞳光学科技股份有限公司, 广东 东莞 523863
建立了平面型三级行星夹具膜厚均匀性数学模型, 根据该模型编写计算机仿真程序, 研究了1.8 m大口径镀膜机使用平面型三级行星夹具的膜厚均匀性问题。以光驰OTFC-1800-DCI型镀膜机为仿真对象, 分析了蒸发源特性、行星夹具倾角和行星轨半径对膜厚均匀性的影响。仿真计算结果表明: 行星夹具倾角是影响平面型三级行星夹具膜厚均匀性的主要因素, 当行星夹具倾角α=64°时, 膜厚分布最为均匀, 不均匀性为0.1%。行星轨半径对膜厚均匀性也存在影响, 当行星轨半径在665 mm时, 膜厚分布最为均匀, 膜厚不均匀性控制在1％以内。平面型三级行星夹具膜厚分布理论模型对实际镀膜工作有一定的指导意义。
行星夹具 均匀性 光学薄膜 膜厚分布 蒸发源 planetary fixture film thickness uniformity optical film film thickness distribution evaporation source
超薄银薄膜具有高柔韧性和优良的光电性能，是用于透明导电电极的潜在材料。通过电阻热蒸发技术以金属铝作为浸润层制备超薄银透明导电薄膜。引入铝浸润层降低银薄膜的阈值厚度，使银薄膜在K9 玻璃基底上以尽可能低的厚度达到连续。对不同厚度铝浸润层上银薄膜方块电阻进行测试，经SEM 图像验证后得出，1 nm铝浸润层对银薄膜具有较好的浸润效果。随后采用相同的工艺在1 nm铝浸润层上制备了不同厚度的银薄膜，透过率和方阻测试结果表明，1 nm铝浸润层上制备的10 nm银薄膜方阻值可达到13 Ω/□，其在0.4 μm~2.5 μm波段内透过率可达到50% 以上。
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
为了降低金属高反射薄膜表面微粒污染物的光学散射，分析了金属铝膜表面不同厚度的SiO2保护层薄膜上半径为100 nm的球状微粒污染物球心处的电场强度，取电场强度极小值点对应的SiO2薄膜的物理厚度125 nm作为SiO2薄膜的优化厚度，理论计算了当波长为632.8 nm的光束正入射时，镀有优化SiO2保护层的铝膜表面的双向反射分布函数(BRDF)。研究结果显示，在－90°～90°散射角内，与不镀保护层相比，优化后膜层表面污染物的散射得到了显著降低，在反射光传输方向上，镀制保护层前后BR×cos θs(BR为双向反射分布函数，θs为散射角)分别为0.00855和0.00048。计算了原始膜系与优化膜系表面污染物的总散射损耗，分别为0.018609和6.09264×10－4，优化膜系使得表面微粒的总散射降低了96.73%。最后实验镀制了四种薄膜设计，测量了相同污染条件下四种膜系表面的污染物散射情况，证实了优化SiO2薄膜保护层可降低微粒污染物散射。
薄膜 光学薄膜 光散射 薄膜散射 双向反射分布函数 中国激光
2022, 49(18): 1803101
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210371
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200241
2 中国科学院化学研究所分子反应动力学实验室, 北京 100190
当前, 有关量子点pH响应方面的研究主要集中在含Cd(镉)类量子点, 且都是研究其稳态荧光光谱对pH值的响应。 然而, Cd类量子点对生物体系具有一定的毒性, 且稳态荧光光谱法由于受浓度等因素的影响具有一定的不稳定性, 因此应用于生物体系中作为pH探针具有明显的缺点。 基于以上分析, 通过水相合成法, 我们制备出了基于谷胱甘肽配体的水溶性ZnSe量子点, 该量子点具有毒性小, 生物兼容性好等特点, 适合被应用于生物体系中。 利用所制备的ZnSe量子点, 采用时间相关单光子计数技术, 结合紫外可见吸收光谱和稳态荧光光谱, 对pH值在5~11不同环境下的ZnSe量子点荧光动力学进行了系统性的研究。 ZnSe量子点荧光衰减具有两个寿命组分, 拟合得到分别为4和24 ns。 通过采集不同探测波长下ZnSe量子点荧光衰减曲线, 发现其长寿命组分随探测波长的增加而增加, 而短寿命组分基本不随探测波长的改变而改变, 结合有关报道分析判断, 短寿命和长寿命组分分别来源于核内非局域载流子复合和表面态局域载流子复合。 实验发现, 处于不同pH值的环境下的ZnSe量子点具有不同的荧光寿命, 其荧光寿命与pH值的变化呈负相关。 通过比较ZnSe量子点两种荧光寿命组分随pH值的变化关系, 发现ZnSe量子点的荧光寿命对pH值的响应主要来源于长寿命组分即表面态寿命, 且在不同pH值范围内响应的灵敏度不同, 在6~8的pH值范围内响应最为显著, 表现为长寿命组分随pH值的增加出现一个较大幅度的衰减。 实验进一步发现, ZnSe量子点两个寿命组分的比值在不同pH值范围内具有较好的线性相关性, 但在不同pH值范围内斜率不同, 通过比较, 最大值在pH值为6~8的范围内。 另外, 与金属钠离子相互作用实验及相关报道表明, 金属离子对ZnSe量子点荧光寿命的影响较小。 以上研究表明, ZnSe量子点在生物体系pH值检测中具有良好的应用前景。
ZnSe量子点 荧光寿命 pH值 时间分辨荧光光谱 ZnSe quantum dots Fluorescence lifetime pH value Time-resolved fluorescence spectroscopy 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3178
