为了获取相对稳定的温度场, 通过实验得到了不同比例下甲烷-氧气预混火焰温度场的变化情况, 并分析了甲烷质量分数对该预混火焰温度场的影响。借助Mckenna燃烧器, 采用数字全息技术, 获取不同甲烷-氧气比下预混火焰温度场的干涉条纹图像, 利用巴赫沃斯低通滤波降低经过预处理的图像的散斑噪声; 通过改进的四向最小二乘解包裹法提取温度场相位分布信息, 根据相位与温度的理论关系, 取得了相应的温度信息数据, 并利用B型热电偶进行了实验验证。结果表明, 利用该方法测得的温度与相同条件下热电偶测得的温度变化基本一致, 证明了数字全息技术测量温度场的可行性; 甲烷与氧气质量分数之比为0.9时, 其温度变化约为10K, 相对其它工况, 其温度场分布最为稳定。该研究为甲烷-氧气预混燃气的相关研究和Mckenna燃烧器的应用提供了理论基础。

厌氧发酵技术是最具发展前景的有机废弃物资源化利用技术之一, 其研发与利用在国内外都已广泛开展。 在有机废弃物厌氧发酵过程中, 通常采用生化甲烷潜力(BMP)表示物料的厌氧降解能力。 传统BMP的测定方法存在成本高、 耗时长等缺点, 因此提出了利用近红外光谱分析技术快速预测有机废弃物的生化甲烷潜力(BMP), 采用遗传算法(GA)结合支持向量机(SVM)建立函数模型, 对有机废弃物生化产甲烷潜力进行预测。 实验收集了64份水生植物和能源藻类生物质, 样品BMP原始数据通过自行搭建的产甲烷潜力实验平台获得, 同时, 利用傅里叶近红外光谱仪获取样品的近红外光谱数据。 首先, 对光谱数据进行预处理后在全谱区范围内分别建立主成分回归(PCR)、 偏最小二乘法(PLS)和递归指数偏最小二乘法(RPLS)模型, 将原始BMP数据与光谱数据建立关联, 从而实现水生植物和能源藻类BMP的快速预测。 结果表明, 在全谱区上, 递归指数偏最小二乘能够解决传统偏最小二乘法的抗粗差效果差, 易受不良数据影响等问题, 该方法可以提高模型的稳定性, 但响应速度慢、 计算效率低, 在此基础上提出遗传算法(GA)结合支持向量机(SVM)的机器学习方法, 该方法具有良好的全局搜索能力, 适用于小样本情况, 避开了从归纳到演绎的传统过程, 剔除了大量冗余样本信息, 算法简单且具有良好的鲁棒性。 结合近红外光谱频带分配可知, 利用遗传算法(GA)筛选出1 404个波长点, 大致可划分为3个代表性波段, 因此在所选取的波段利用支持向量机建立回归模型。 依据模型评价结果可知, 采用遗传算法和支持向量机所建立的预测模型不仅简化了数据规模, 同时还能提高模型预测精度, 其预测均方根误差(RMSEP)为10.32 mL, 相关决定系数(R2)为0.92, RPD为6.56, 与常规的PLS和RPLS算法建模相比, RMSEP分别减少了19.56和14.81 mL, R2分别提高了0.06和0.04, RPD分别提高了4.31和3.85。 结果表明, 采用GA-SVM算法建模预测有机废弃物生化甲烷潜力的模型准确度较高, 可以代替传统的BMP测定方法, 满足快速检测的需要。

为了对宽频段高吸收率太赫兹辐射计的特性进行表征,研究了吸收涂层材料的特性;对常见的吸波材料在太赫兹波段的吸收率进行仿真,探寻在太赫兹波段具有高吸收率的材料;将碳化硅与3M黑漆进行混合,以进一步提高涂层的吸收率,并通过仿真调整涂层内碳化硅颗粒的尺寸;根据仿真结果制备混合涂层,利用太赫兹时域光谱仪对混合涂层样品进行测量。结果表明:该混合涂层样品的光谱吸收率大于0.99,与仿真结果基本吻合。

为实现太赫兹辐射特性精准认知, 开展太赫兹辐射功率密度测量研究.通过光学频率梳产生太赫兹频率梳, 利用太赫兹频率梳实现太赫兹辐射源空间辐射功率密度测量.本文利用电光采样和光电导探测两种方式, 实现了100 GHz辐射源空间辐射功率密度测量; 将100 GHz辐射总功率溯源到标准太赫兹功率计, 实现太赫兹辐射功率密度绝对测量.分析比较了利用800 nm空间光进行电光采样和利用1550 nm光纤激光进行光电导探测的测量结果.在不同距离下, 对太赫兹辐射源的空间辐射功率密度进行了测量和量值溯源, 实验揭示了太赫兹辐射传输的空间演化特性.

利用基于时域有限差分法的FDTD Solutions软件建立了镀Ag膜台阶形针尖-Ag纳米粒子活性基底结构的表面/针尖增强拉曼光谱（SERS-TERS）仿真模型, 并在相同的条件下对其他不同类型的针尖和基底的近场电场分布进行数值计算, 验证了所设计的镀Ag膜台阶形针尖和活性基底模型在拉曼散射增强方面的有效性。同时, 针对此结构模型系统地分析了台阶形针尖曲率半径、针尖镀Ag膜厚度、针尖镀Ag膜高度、Ag纳米粒子直径、针尖与Ag纳米粒子间距, 以及入射光角度对该针尖-基底结构热点位电场强度的影响。结果表明：在针尖曲率半径为5 nm、镀Ag膜厚度为25 nm、镀Ag膜高度为300 nm、Ag纳米粒子直径为55 nm、探针与Ag纳米粒子间距达到1 nm, 以及入射光角度为45°时, 该结构可产生最大的拉曼增强因子, 为107量级。仿真结果可为制备高增强效应的针尖和TERS活性基底结构提供重要的理论依据和实验指导。

为了保障太赫兹探测器测试的准确度和可信度, 对太赫兹探测器响应度定标溯源技术进行研究, 针对常用太赫兹探测器黑体辐射测试技术存在对环境、设备要求高和搭建难度大等问题, 以中国计量科学研究院的热电型太赫兹探测器作为计量标准, 提出一种校准方案, 设计搭建了一套太赫兹探测器响应度定标系统。为提高定标准确度, 实验测试了定标光学系统的光束质量, 并合理设置光阑孔径以满足定标要求。在0.1 THz频点处对2个响应度未知的场效应自混频太赫兹探测器进行响应度定标。结果表明, 定标的相对扩展不确定度为6.80% (k=2), 验证了定标系统的可行性, 系统可实现太赫兹探测器功率响应度溯源到国家激光功率标准, 保障太赫兹功率测量的准确可靠。

太赫兹技术的独特性和优越性吸引着众多科学研究者的关注, 在生物医药、信息科学、公共安全、量子研究和太空探测等领域具有巨大应用潜力。这些应用的有效性和可信度都需要以太赫兹相关参数的量值溯源为前提。文章以太赫兹光谱、频率、功率和强度等参数为对象, 介绍了太赫兹计量研究的最新进展, 分析了各种计量技术的特点, 以期促进太赫兹计量技术发展, 保障太赫兹研究和应用的量值可靠。

设计了一种表面镀有Ag涂层且具有内凹弧度的圆锥形钨(W)针尖, 运用时域有限差分法建立了针尖-球形样品结构的针尖增强喇曼散射模型, 研究了针尖增强效应及参数优化配置.采用波长632.8 nm光源斜入射激励方式, 对模型的针尖增强喇曼散射效应进行电磁场仿真计算, 获得了模型在不同光源入射角度、样品粒径、针尖-样品间距下的增强电场强度和针尖增强喇曼散射增强因子.研究结果表明: 当光源入射角为72°、样品粒径约为140 nm、针尖-样品间距达到2 nm时可产生最大的增强因子, 达到104量级.该结果为制备高增强效率的探针针尖, 及其在高空间分辨率和高检测灵敏度喇曼光谱仪中的实用化提供了参考依据.