中国电子科技集团公司第三十八研究所, 安徽 合肥 230088
光学波束形成网络相对于传统电学波束形成网络具有带宽大、传输损耗小、抗电磁干扰等特性。国内在多通道射频信号输入情况下,基于色散光纤体制的光学波束形成网络的插损变化规律研究较少。假设光子探测器达到饱和阈值的前提下,分别计算了单通道微波光子链路与双通道光学波束形成网络的插损。推导得到,随着输入射频通道数的成倍增加,采用色散光纤体制的光学波束形成网络的插损也成倍增加。搭建了实验系统,发现当输入射频通道数为2、4、8、16时,对应插损分别为-26.0 dB、-30.8 dB、-34.3 dB、-46.0 dB。
光纤光学 色散光纤 光学波束形成网络 射频通道 插损 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 070601
中国电子科技集团公司第三十八研究所, 合肥 230088
介绍一种采用光波长路由选择方式实现时延扫描的光学波束形成网络, 波束形成网络具有处理带宽大、电磁兼容性好、传输损耗小、同时多波束能力强等诸多优势。根据介绍的光学同时多波束网络原理框图, 搭建了原理样机, 进行了性能指标测试, 结果表明, 波束形成网络可同时形成多个波束, 并具备很好的宽带性能。
光学波束形成网络 宽带阵列 optical beam forming network broadband array wavelength division multiplex true time delay phased array
中国电子科技集团公司第三十八研究所, 合肥 230088
宽带光控阵列是将微波光子学技术同阵列技术相结合的产物, 它不仅保留了阵列系统的技术优势, 而且具有大带宽、易于同时形成多个波束、抗电磁干扰等特点, 宽带光学波束形成网络正是宽带光控阵列的核心技术。介绍了光学波束形成的基本原理及其宽带特性, 介绍了一种基于光纤色散的光学波束形成技术, 并搭建了光学波束形成网络试验系统, 对试验系统进行了测试, 最后给出结论。
光学波束形成网络 宽带光控阵列 光纤色散 optical beamforming network optically controlled phased broadband array fiber dispersion
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
为了研究再加热双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)对信号的增强机制, 分别采用单脉冲LIBS和再加热双脉冲LIBS两种方式烧蚀合金钢样品产生等离子体, 利用高分辨率的中阶梯光栅光谱仪采集等离子体发射光谱信号, 同时用快速成像ICCD相机观测等离子体形态的变化, 研究了两种烧蚀方式下等离子体的时空演变特性。通过比较两种烧蚀方式下等离子体产生初期光谱信号和图像的时间演变规律, 发现再加热双脉冲LIBS提高了等离子体温度, 且当信号采集延时等于再加热双脉冲的脉冲间隔时, 等离子体温度的衰减速率发生变化; 再加热双脉冲LIBS使等离子体图像强度增加, 等离子体的中心区域高度和宽度分别增大了23.5%和15.1%。空间分布的研究结果表明, 与单脉冲LIBS相比, 当到样品表面的距离大于0.6 mm时, 等离子体中的Fe Ⅱ和N Ⅰ谱线强度有较明显的增强, 而Fe Ⅰ谱线在空间不同位置处的增强程度都较小, 局部区域有减小的现象; 再加热双脉冲LIBS使等离子体温度增加了约2 000 K, 等离子体中产生了一个较大的高温区域。综合时空演变的实验结果说明再加热双脉冲对光谱信号增强的机制主要是由于第二束激光对第一束激光烧蚀样品产生的等离子体再次激发, 使等离子体温度增加, 进而引起等离子体辐射强度增加。
再加热双脉冲 激光诱导等离子体 时空演变 Reheating double pulse Laser-induced plasma Temporal and spatial evolution
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
3 上海卫星装备研究所, 上海 200240
4 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
现有的激光诱导击穿光谱定量分析模型大多是基于激光诱导等离子体处于局部热平衡这一假设, 而实际上等离子体只是在有限的时间、 空间内近似处于热平衡状态。 非热平衡状态下各个能级上的粒子布居数不服从玻尔兹曼分布, 故用某一能级的单一谱线做定量分析会带来一定误差。 考虑到等离子体的非热平衡状态, 提出了一种多元非线性定量分析模型, 该模型充分利用了待分析粒子的不同上能级对应的多条跃迁谱线信息, 能够有效减小信号不稳定对定量分析结果的影响。 利用此模型和建立在等离子体局部热平衡假设上的单谱线内标模型分别对30块钢铁样品中Mn元素的含量进行定量分析对比, 对比结果表明, 多元非线性模型的测量准确性和重复性均优于单谱线内标模型。
激光诱导击穿光谱 多元非线性 热平衡 稳定性 定量分析 LIBS Multivariate nonlinear LTE Repeatability Quantitative analysis 光谱学与光谱分析
2014, 34(11): 3100
1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 合肥 230009
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
3 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院, 合肥 230026
4 上海卫星装备研究所, 上海 200240
炉渣成分的实时在线检测是目前金属冶炼企业迫切需求的一项技术.本文利用激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘回归模型对炉渣中的CaO、MgO、Al2O3和Fe进行定量分析.采用背景修正和基于等离子体成像强度的谱线归一化法对光谱进行预处理, 有效提高了光谱强度的准确性和稳定性.利用25块已知成分的炉渣样品建立偏最小二乘回归定量分析模型, 并用其预测另外5块样品成分.CaO、MgO、Al2O3和Fe预测结果的平均相对误差分别为4.7%、11.5%、17.9%和12.5%.实验结果表明, 激光诱导击穿光谱结合偏最小二乘回归方法可实现炉渣成分实时在线检测.
光谱学 激光诱导击穿光谱 偏最小二乘 炉渣 归一化 定量分析 实时在线 Spectroscopy LIBS PLS Slag Normalization Quantitative analysis On-line
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥230031
2 基于多粒子LIBS谱线的自吸收校正方法研究
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥230026
4 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥230009
为克服自吸收效应对炉渣样品定量分析结果的影响, 基于快速模拟退火算法的优化过程, 结合等离子体发射光谱的基本理论, 发展了一种基于多种粒子发射谱线的自吸收校正算法, 给出了该算法的流程图。 利用前述自吸收校正算法分别对精炼渣和高炉渣样品的激光诱导等离子体发射光谱强度进行校正, 并结合无标分析法, 对比分析了自吸收校正算法对样品成分定量分析结果的影响。 对比自吸收校正前后的Boltzmann图可以看出, 经自吸收校正后, 等离子体中各粒子的温度均稳定在11600K左右, 结果明显趋于一致。 利用自吸收校正后同种粒子的等离子体光谱构建的Boltzmann图中, 除一组数据外, 其他数据在Boltzmann图中的截距基本一致。 利用经自吸收校正后的谱线, 对两种炉渣样品成分进行定量分析的结果表明: 对于精炼渣, MgO的定量分析结果精度不高, 若不分析MgO的含量, 则CaO, Al2O3和SiO2等成分定量分析结果的相对误差会明显降低; 对于MgO含量为8.49%的高炉渣样品, Al2O3定量分析结果的精度最高, 相对误差为2.38%, MgO最低, 相对误差为28.27%, 但基本可以反映出该成分在样品中的含量。
激光诱导击穿光谱 自吸收校正 定量分析 无标分析法 Laser induced breakdown spectroscopy Self-absorption correction Quantitative analysis Calibration free method 光谱学与光谱分析
2014, 34(9): 2523
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
利用具有时间分辨功能的ICCD相机对空气中激光诱导击穿合金钢产生的等离子体成像,同时采集了等离子体产生的发射光谱,针对焦距为100 mm的聚焦透镜,研究了透镜到样品的距离(LTSD)对发射光谱强度、等离子体温度和等离子体形态的影响,并分析了产生影响的物理机制,对透镜到样品表面5个不同距离下等离子体光谱信号在样品表面垂直方向上的空间演变进行了分析。结果表明,透镜到样品的距离对等离子体的光谱信号、等离子体形态以及空间分布具有较大的影响。等离子体图像的像素强度与等离子体温度的变化规律基本一致,分别在透镜距离样品表面92 mm和107 mm处取得峰值, 而92 mm处对应最大值。对样品表面垂直方向上等离子体光谱信号的空间分布研究结果表明,不同聚焦位置下所产生的等离子体温度的空间分布不同,等离子体中不同谱线的光谱强度在空间的演变规律也有差别。
光谱学 激光诱导击穿光谱 聚焦位置 等离子体图像 空间分布
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 合肥工业大学, 安徽 合肥 230009
采用激光诱导击穿光谱技术对炉渣中的Ca、Mg含量进行了定量分析。由于炉渣成分复杂, 建立的一元回归关系式往往得不到理想的结果,这时需要考虑多个自变量的回归分析问题。 为了分析炉渣中Ca、Mg元素的含量,将炉渣中Mg、Ca、Fe、Si、Al的原子谱线强度以及Mg、Ca的 离子谱线强度作为输入向量。由于不同谱线强度相差过大时,会使在计算出的权重系数中不同 谱线所占的比重大不相同。为了消除不同谱线强度差距过大的影响,对光谱强度进行标准化处理, 把所有谱线强度的值放在了一个相似的范围。综合对比分析了非线性多元函数定标、BP神经网络定 标以及径向基网络(RBF神经网络)定标在炉渣成分分析中的作用,并重点分析了RBF神经网络定标 相对于传统非线性定标方法的优势。
光谱学 激光诱导击穿光谱 标准化 多个自变量 径向基网络 Spectroscopy laser-induced breakdown spectroscopy standardization multi-variables radial basis function networks
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
4 中国石油化工集团公司中原石油工程有限公司录井公司, 河南 濮阳 457001
激光诱导击穿光谱(LIBS)已经被证明是极具潜力的物质定性、定量分析工具之一。将激光诱导击穿光谱结合自组织映射神经网络技术,引入到石油勘探录井领域,对五类岩心样品(火山灰岩、泥岩、页岩、砂岩、白云岩)进行了岩性自动分类,为以后在录井现场实现岩性在线快速识别奠定基础。使用构造特征变量和主成分分析两种方法对原始光谱进行特征提取,相应的特征参量和主成分分别作为自组织映射神经网络的输入变量。两种输入方式下,神经网络对全部44块岩心样品岩性分类的准确率分别为75%和86%。其中以主成分作为网络输入变量,对火山灰岩、砂岩、白云岩的分类准确率可达100%。实验分析表明:在进一步提高对泥岩和页岩的区分能力后,LIBS有望成为录井领域新的岩性快速识别技术。
激光光学 激光诱导击穿光谱 自组织映射 特征变量 主成分分析 岩性分类 中国激光
2013, 40(12): 1215001