激光诱导击穿光谱(LIBS)信号的稳定性受激发光在目标表面聚焦准确性的影响很大。在海底热液喷口烟囱体探测等应用现场,难以通过对目标样品进行预处理这种常规方法来提高对焦精度,一套快速、高精度对焦系统对LIBS探测有重要意义。将显微自动对焦系统与图像对比度评价方法相结合应用于LIBS探测系统中以提升对焦精度,以双色激光辅助对焦方法扩大寻焦范围并加快对焦速度。实验证明两种方法结合可以实现2400 μm的对焦范围和20 μm的对焦精度,并明显提升对焦速度,有望提高现场探测时的LIBS信号质量和光谱采集效率。

激光诱导击穿光谱技术具有微损、 原位、 快速分析的特点, 在样品分类识别、 成分分析等领域有广阔的应用前景。 为探索该技术在天然地质样品识别应用的可行性, 提出了一种自组织特征映射神经网络结合相关判别对天然地质样品LIBS光谱分类识别的方法。 为减小全谱中背景噪声等不相关数据干扰、 降低计算量, 在元素谱线归属的基础上进行了特征谱线提取, 实现了高维光谱数据的降维。 以特征谱数据为输入建立网络训练模型, 得到具有输入样本特征的权向量, 通过权向量与待测样本进行相关分析可以实现样品分类。 对16种天然地质样品的分类算法实验证明, 在全谱、 主成分降维和特征谱段三种数据处理方法中, 特征谱的降维和提取LIBS数据主特征效果最优。 改进的SOM网络结合相关判别算法比支持向量机方法和直接应用SOM网络方法的分类准确度更高, 初步证实了该方法的有效性。

Raman光谱分析中,由于仪器光谱分辨率的限制和复杂的目标成分,经常存在着谱峰重叠现象.容易导致谱峰参数提取乃至样品成分分析错误,更为现场光谱的自动分析处理增加了难度.重叠光谱峰的识别已成为现场光谱学处理的难点,针对这个问题,建立了一套自动识别重叠谱峰的方法:以多个高斯峰的组合作为重叠光谱解析模型,首先以对称零面积变换寻峰方法确定高斯峰的个数和初步的峰位、峰高、宽度参数,并以Levenberg-Marquardt方法对获得的初始高斯峰参数进行拟合优化,最终获得各个独立谱峰的拟合参数.对该方法进行了测试,其中以仿真数据进行的算法实验证明,对称零面积变换寻峰获得的初始参数与真实值较为接近,在此基础上进行的参数优化收敛速度快,对峰参数的提取可获得较高的准确度;以具有不同信噪比的实测Raman光谱数据进行的算法实验证明,该方法可以适用于信噪比在较大范围变化的信号,但对信噪比过低的实测信号则容易产生虚假峰和漏峰.研究证明,以对称零面积变换寻峰结合L-M拟合自动识别重叠光谱峰的方法具有一定的实用价值.

自动寻峰是进行光谱原位探测、 实时自动分析的必要环节, 对拓展光谱分析技术到长期海洋监测、 石油录井等应用领域具有重要意义。 该研究以实验室中获得的LIBS/Raman光谱数据, 对Gaussian, Lorenz, Voigt三种线型函数构建的对称零面积变换函数进行了比较研究。 结果证明各个光谱峰都存在一个最优的对称零面积变换函数, 但三种变换函数在各自的最优化参数下获得的峰位、 峰宽一致; 以实验室中LIBS和Raman光谱定量实验数据对该方法的测试还证明, 对称零面积变换寻峰方法对信号的大范围动态变化适应性强, 弱峰识别能力达到或优于人工识别水平, 有望应用于将来的LIBS/Raman自动原位分析中去。

阐述了大气传输介质引起激光测高仪回波能量衰减的机制;采用中纬度地区晴朗和霾雾天气下标准大气模式数据,计算了各衰减因素对1.064μm和0.86 μm激光的影响程度和大气斜程透射率随测高仪平台倾角的变化情况.为测高仪设计和对地观测应用提供了依据.