葡萄酒市场的迅猛发展, 大量的中国优质葡萄酒也一直受假冒葡萄酒的侵害。 假冒劣质葡萄酒的存在不仅影响中国优质葡萄酒的品牌, 也会对人体产生一定的伤害。 葡萄酒中掺水掺伪是制造假酒的最常见的手段, 因此, 对葡萄酒掺水掺伪的检测方法的研究也越来越受到国内外学者的重视。 相比于传统的感官鉴定法、 理化指标分析检验方法, 具有快速、 高效、 无需破坏样本、 非接触性等独特优势的可见-近红外光谱分析技术, 更加适合于葡萄酒品质的快速检测。 为了快速、 准确的检测葡萄酒掺水问题, 基于可见-近红外光谱构建了一种反映葡萄酒掺水程度的光谱吸收深度指数(DI), 并设计构建了基于DI指数的葡萄酒掺水量的反演估算模型。 首先采用长城解百纳葡萄酒(CC)、 张裕解百纳葡萄酒(ZY)和西奥葡萄酒(XA)三种葡萄酒配制葡萄酒样本, 分别提取相同量的葡萄酒作为实验对象, 掺入比例为0%(未掺水的纯葡萄酒), 4%, 7.7%, 11.1%, 14.3%, 17.2%的蒸馏水, 获取样本共18份; 另外对长城葡萄酒加大掺水比例, 分别掺入比例为0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 90%的蒸馏水, 获取样本数为6份, 共获得24份掺有不同比例蒸馏水的葡萄酒样本。 然后利用PSR-3500便携式地物光谱仪采集葡萄酒样本光谱数据, 并对葡萄酒样本的原始光谱数据进行S-G滤波、 特征波段选择、 包络线去除等特征增强预处理; 通过分析预处理后的葡萄酒样本的可见-近红外光谱特征, 选取能反映葡萄酒掺水程度的837 nm处稳定的吸收特性, 构建了葡萄酒掺水的光谱吸收深度指数(DI)。 为了提高光谱吸收深度指数DI的稳健性, DI指数中光谱反射率的值均采用837 nm附近微小邻域均值进行计算。 最后采用二次多项式拟合方法, 给出了基于DI指数的葡萄酒掺水量的反演估算模型。 选用长城解百纳葡萄酒在837 nm处微小邻域内光谱吸收深度指数DI值, 同时选择长城葡萄酒样本中的七个样本作为模型预测集, 另外4个样本作为测试集, 对该葡萄酒掺水量的反演估算模型进行验证分析。 实验结果表明, 采用二次多项式拟合方法, 该模型结果的精度R平方高达0.999 2, 且该模型的估算值与真实值的平均相对误差为0.042 5, 表明了基于DI指数所构建的反演估算模型不仅可以判定待鉴别葡萄酒是否掺水并且可以定量分析葡萄酒的掺水量。 光谱吸收深度指数DI构建简单, 且能够反映不同品牌的葡萄酒的掺水稀释程度。 研究结果可为低成本、 手持式简易的葡萄酒光谱检测设备的设计与研发提供科学依据, 进一步促进可见-近红外光谱分析在葡萄酒品质无损检测及相关领域的应用推广。

测试了采集自黑龙江省塔河地区的300块并进行抛光处理后的岩石样本350～2 500 nm间光谱反射率、 磁化率、 密度 、 孔隙率和金属元素含量(Fe, Mn, Ti, Zr, V, Zn, Pb, Nb, Co, Bi), 并计算了其光谱吸收深度。 在此基础上, 以相关性分析方法为依据, 探讨了所采集岩石样本的金属元素含量、 物性参数、 反射光谱间的特征响应关系, 计算了岩石样本金属元素和光谱吸收深度间的相关性系数、 物性参数与光谱反射率的相关性系数, 获得成果如下: (1)在410 nm附近, 闪长玢岩各金属元素与吸收深度间的相关系数都存在尖锐的波峰和波谷, 相关系数达到极值。 (2)岩石样本金属元素和吸收深度的相关性研究中, 侵入岩的相关系数则显著高于其他岩石类型。 (3)1 400 nm附近, 岩石样本金属元素与吸收深度、 各物性参数与光谱反射率的相关性都存在尖锐的波峰和波谷。 其中磁化率、 密度、 视孔隙率与光谱反射率的相关系数在可见光范围内波动变化较大。 (4)在1 900～2 500 nm范围内, 金属元素与光谱吸收深度、 各物性参数与光谱反射率间的相关系数波动较大, 其中金属元素和光谱吸收深度呈显著相关, 相关系数达到极值。 进一步研究了岩石金属元素和物理特性与其光谱特征的关系, 对于不同岩性的不同波段的反射率与不同金属元素间分布状态的探测, 具有一定意义。

实验对辽宁省兴城地区的97块岩石样本测量了350～2 500 nm间光谱反射率, 岩石化学成分及部分样本的复介电常数值, 并用包络线去除法计算了光谱吸收深度。 研究基于岩石化学成分光谱特征理论、 介电常数相关理论, 利用相关性分析的方法求得岩石各化学成分与光谱吸收深度间的相关系数曲线、 岩石复介电常数与光谱反射率间的相关系数曲线。 通过归纳总结曲线形态特征, 获得以下信息: (1)岩石中SiO2, Al2O3, CaO, K2O, MgO, 灼失含量与光谱吸收深度在波段(1 900～2 500 nm)间相关性明显, 在1 900, 2 200和2 300 nm等化学元素识别特征波段处, 出现局部极大/极小值; 火成岩中Fe2O3含量与光谱吸收深度在铁元素的特征波段(400～550 nm)有着良好的相关性, 相关系数达-0.406。 探讨岩石光谱吸收特征与其化学成分含量间的关系在通过遥感影像进行成矿预测、 识别岩性等方面都有着积极的作用。 (2)岩石复介电常数总体与岩石反射率呈负相关, 实部相关性优于虚部, 实部相关系数在1 900 nm附近达到极小值-0.753。 观查曲线可知, 介电常数实部与光谱反射率相关系数在1 900和2 200 nm附近都有着良好的相关性, 因此实验运用不同的模型拟合了在该处的响应关系函数曲线。 介电常数是介质的基本物理性质之一, 现有研究中多在微波波段中分析电磁波特征与介电常数间的关系, 该研究在可见光和近红外波段范围内探究了二者间的关系, 为进一步探讨岩石介电特性和光谱特征奠定了基础。

光谱分析对于植物识别特征与机理研究具有重要意义, 长期以来在植被光谱的叶绿素吸收特征、 水分吸收特征、 红边效应、 光谱波形参数提取、 波形转换、 以及植被叶面结构和化学组份对光谱的影响方面进行了大量研究, 而在植物因季节变化引起的叶面结构、 叶绿素、 叶面积指数变化而产生的光谱变化研究较少。 通过开展对不同生活型、 叶面结构与大小、 物候特征的11类植物季节生长过程的地物光谱观测, 提取植物的归一化植被指数NDVI、 包络线去除后的绿波段最大光谱吸收深度、 红波段最大光谱吸收深度参数, 对该参数时间过程曲线的均值、 变幅、 斜率进行分析, 研究植物生长期和成熟期特征参数的植物光谱可分性研究。 提出了植被光谱区分度的参数运算方法, 利用该参数进行植被识别能力分析。 结果表明: 植物生长过程的光谱特征比成熟期的光谱特征更容易区分。 在相同参数对比中, 生长期植物区分度比成熟期区分度高出三个点。 在植物生长过程中, 总体上植被的季节变幅区分度>斜率区分度>均值区分度, 而对于NDVI参数季节变化, 植物季节斜率区分度最大。 所以利用植物的季节NDVI斜率、 绿波段最大光谱吸收深度的季节变幅、 红波段最大光谱吸收深度的季节变幅进行植物的识别效果最佳。

波谱吸收特征一般和物质成分具有密切联系, 其中描述波谱吸收特征的参数——波谱吸收深度可以作为一种定量评估样品化学组成的参数。 波谱吸收特征及化学特征之间的相关性研究已经在土壤学、 矿物学及植被科学等领域得到了证实, 但是针对稀土元素及其化学特征之间的相关性研究目前还未开展相关工作。 为开展此方面的研究, 针对赣南稀土矿区采集的10个不同浓度的稀土溶液样品, 运用便携式地物波谱仪和等离子质谱仪分别获取了其波谱特征和稀土总浓度, 研究结果表明稀土溶液呈现出水体和稀土氧化物的混合波谱特性, 在可见光-近红外波段有6个明显的稀土特征吸收谷。 针对这6个特征吸收谷, 运用原始波谱与纯水波谱比值的方法计算得出的波谱吸收深度和稀土总浓度进行线性回归分析, 表明两者高度线性相关, 由此建立了稀土浓度定量评估模型。 这一研究提供了一种间接评估溶液中稀土浓度的新方法, 并且为稀土元素高光谱信息提取研究提供了理论基础。

以黑龙江多宝山和铜山矿区为例, 通过采集矿区典型植物的光谱, 以及岩石、 土壤、 植物中14种金属元素和植物叶片生化参数的测试分析, 表明不同植物选择性吸收富集的金属元素不同, 分别与岩石、 土壤不同层中金属元素含量的相关性不同。 由于植物叶片对金属元素富集, 植物胁迫光谱的变异体现在光谱的‘红边’和吸收深度不同, 而植物光谱的变异特征与其粗蛋白和叶绿素（a、 b）含量相关, 与叶绿素a的相关性更强。 通过叶片内重金属元素含量和550～760　nm之间波段吸收深度的多元回归分析, 表明叶片中Co, Cu, Ni, Mo, Ag, Sb, W, Pb和As的含量与其光谱吸收深度的复相关系数都在0.75以上, 相关性强。 通过此研究, 为植被覆盖区利用高光谱遥感调查评价金属元素的分布和富集奠定基础。

对激光二极管泵浦单频连续运转的NdYVO4腔内倍频激光器进行了理论和实验研究。通过精密调控Nd:YVO4、KTP及泵浦源温度以达到有关参数的最佳匹配,从而获得了较稳定的单横模、单纵模、单偏振的绿光输出。实测最大单频绿光功率为7.5mW,此时会聚泵浦光功率约为430 mW,已超过阈值泵浦功率13倍以上。

采用“面对面”激光二极管泵浦Nd:YVO4和KTP内腔倍频,获得单横模单纵横绿光输出。阈值泵浦功率为12 mW,实测的单端绿光最大单横模输出为7.3 mW,最大单纵模输出为1.5 mW,光光转换效率为1.9%。全固化系统设计小型紧凑,运转可靠。