设计了一种基于二氧化钒的动态可调谐的红外线超宽带吸收器。数值模拟表明：对于横磁（TM）波，当入射角由0?增加到60?时，在17~55 μm波长范围内，吸收器的吸收率可以保持在90%左右；对于横电（TE）波，当入射角由0?增加到55?时，在10~55 μm波长范围内，依然可以实现90%左右的高效吸收；当TM波或TE波垂直入射时，在16~60 μm波段，吸收率大于90%，吸收带宽可以达到54 μm。当二氧化钒的电导率从20 S/m逐渐变化到2×10⁵ S/m时，超宽带吸收器可转换为多峰吸收器。与之前报道过的基于二氧化钒的吸收器相比，所设计的吸收器的带宽和可调性得到了显著改善。该吸收器有望在偏振探测器、热辐射器、红外传感器等领域中得到应用。

采用固相合成法制备了Pb(Zr0.52Ti0.48)O3+x%LiF(PZT+x%LiF)及Pb(Zr0.52Ti0.48)O3+y%Li2CO3(PZT+y%Li2CO3)(x、y为质量分数)压电陶瓷, 研究了x、y不同对PZT压电陶瓷烧结性、晶体结构、微观形貌及压电性能的影响。随着x、y的增加, PZT压电陶瓷的四方相晶胞比(c/a)均下降, 但在x=y时, 与PZT+y%Li2CO3相比, PZT+x%LiF的c/a较小, 居里温度基本不变, PZT+x%LiF及PZT+y%Li2CO3的压电性能小幅提升后下降, 且在x=y=0.2时, 其压电性能均取得最佳。结果表明, 掺杂LiF、Li2CO3均能促进低温烧结, 提高致密度; 在1 100 ℃烧结温度下, PZT+y%Li2CO3样品性能较优, 且低温烧结效果更好。但在掺杂量较大时, LiF对性能的恶化较小。

研究Au-O键可以帮助人们更好理解不断发展的金化学科学, 而氧化金AuO是含Au-O键最简单的模型, 因此对氧化金分子的电子态结构进行研究有重要的科学意义。 激光诱导荧光光谱是研究分子结构和化学键的有效手段。 利用激光溅射结合超声射流技术产生气相氧化金分子(AuO), 采用激光诱导荧光光谱技术测量氧化金在16 500～18 500 cm-1范围内的电子谱。 消融激光(Leibao Dawa-300)溅射高纯度(99.9%)金靶产生金原子, 将靶材安装在真空步进电机上由步进电机带动转动, 保证溅射激光每次打在靶材不同的位置, 保证信号的稳定度。 高压纯氧气经脉冲阀(Parker, General Valve, series 9)进入真空腔室与金原子反应生成气相氧化金分子AuO。 Nd∶YAG激光器(Continuum Surelite Ⅱ-10) 泵浦染料激光器(Sirah, Cobra-Stretch)输出线宽为0.05 cm-1、 脉宽为5 ns、 能量为0.1 mJ·pulse-1的激光, 该激光激发前述产生的氧化金分子至激发态。 扫描染料激光器, 使用光电倍增管PMT(EMI, ET9202QB)探测此荧光。 示波器卡(Picoscope 6404C, 500 MHz, 14 bits)将光电倍增管探测的信号转换成数字信号输入到计算机, 采用基于LabVIEW的分析程序读取信号。 分析所测量的光谱, 带头在17 152.94, 17 552.17, 17 932.78和18 291.62 cm-1的四个振转谱带被归属为b4Π3/2 (v′=0, 1, 2, 3)－X2Π3/2(v″=0)跃迁谱。 对转动分辨的光谱进行拟合, 得到激发态b4Π3/2态的光谱常数, 包括转动常数和离心畸变常数。 分析了激发态可能的电子组态, 为1σ21π41δ42σ12π33σ*1。

提出一种基于Android平台的海水油污检测光谱仪数据传输与处理系统设计方案, 方案结合移动终端便捷性、高效性的特性, 选用蓝牙对光谱数据和油污等光谱参数进行传输, 优化数据解析算法, 实现了光谱和油污参数变化曲线实时绘制, 并可进行数据本地存储。在实验中, 对威海小石岛水域进行了测量, 实时快速获得了海水的光谱及油污参数数据, 实验结果表明系统具有数据传输处理速度快、稳定性高、成本低等优势, 有较高的实用价值。

叶绿素浓度是海洋初级生产力的重要指标之一, 激光诱导荧光技术可以实现海水叶绿素浓度的快速测量。 测量叶绿素浓度的传统激光诱导荧光原理, 是利用叶绿素荧光与水体Raman散射的强度比值(IF/R)进行反演, 即叶绿素浓度nchl＝CIＦ／Ｒ, 其中C为系统常量。 这是依据叶绿素荧光685 nm、 水体Raman散射强度都与激发光强呈线性关系。 然而, 该理论并没有考虑诱导荧光饱和现象的存在。 当诱导激光强度达到一定程度后, 685 nm荧光强度随激发光强非线性变化。 另外, 值得注意的是, 水体Raman散射并不存在信号饱和现象。 为了探讨饱和激发造成荧光非线性变化的影响, 在激光诱导荧光技术测量叶绿素浓度的实验中, 设计两种测量方案, 即: 不同激光功率诱导单一浓度样本的荧光测量, 和固定激光功率时不同浓度样本的荧光测量。 实验中利用Nd∶YAG三倍频激光355 nm激发获得叶绿素溶液的404 nm处 Raman散射和685 nm荧光。 实验结果分为2部分进行讨论: (1)为了分析饱和激发造成荧光变化的非线性特性, 通过调节激发光功率测量溶液的受激发射光谱, 发现水体Raman散射强度与激发光强呈线性关系, 而685 nm荧光强度出现饱和激发下的非线性变化。 而且, 随叶绿素浓度的增加, 685 nm荧光的非线性趋势更为明显, Raman散射强度与激发光强的线性关系中斜率变小。 数据分析表明, 685 nm荧光数据拟合的4阶多项式和Raman散射效率值, 可以定性地表征685 nm荧光的饱和程度。 (2)考虑实际海洋激光雷达探测叶绿素浓度应用中存在饱和激发荧光非线性现象, 为了分析荧光非线性对传统叶绿素浓度反演理论适用性的影响, 在固定激发光强情况下对不同浓度叶绿素溶液的发射光谱进行测量。 将激发光功率调节至52.00, 80.70, 132.10和197.30 mW·cm-2, 获取相应激发光强下685 nm荧光与水体Raman散射的强度比值和叶绿素浓度之间的关系。 实验表明, 激发光强不变的情况下, 685 nm荧光与水体Raman散射的强度比值, 与叶绿素浓度仍满足线性关系。 但是, 在较高光强激发时, 饱和激发造成的叶绿素荧光非线性变化, 导致利用传统激光诱导荧光理论反演的叶绿素浓度值偏小。 因此, 需要对饱和激发下荧光非线性的影响进行修正, 其关系为IF/R=nchl/C+CF, 修正值CF不可忽略。 另外, 值得一提的是, 修正关系中系统常量C随激发光强增加而增大。 研究表明, 饱和激发造成的荧光非线性, 会对激光诱导荧光技术测量叶绿素浓度产生影响, 但由于造成荧光非线性因素的复杂性, 仅通过荧光数据拟合获得的多项式, 无法定量说明其影响权重。 然而, 当激发光强不变时, 可以实验测量获得基于激光诱导荧光原理的修正关系, 从而准确反演叶绿素浓度。

矿井突水是影响矿井安全生产的重要因素之一, 如果矿井发生突水, 能够快速、 准确地判别突水水源类型是治理矿井突水灾害保证生产安全的重要环节, 因此, 建立一个能够快速识别矿井突水水源的模型具有重要的意义。 水化学分析法作为在传统的矿井突水水源类型识别方法里应用最为广泛的识别方法, 通过获得相应的pH值、 离子浓度、 电导率等参数, 然后利用这些参数来建立突水水源的类型识别模型对矿井突水的类型进行判别。 针对这种传统矿井突水水源识别方法在判别时间上耗时长和识别准确率低等不足, 鉴于LIF技术具有分析速度快、 灵敏度高等优点, 提出了将线性判别分析(LDA) 算法作为弱分类器的自适应提升(AdaBoost) 算法用于激光诱导荧光(LIF) 光谱识别矿井突水水源的新方法。 用于实验的九种水样(每种水样各取50个样本) 由淮南地区某矿的老空水、 灰岩水以及按不同比例混合的老空水与灰岩水的七种混合水构成。 将405 nm激光器发射的激光打入被测水体并采集荧光光谱数据, 然后对采集到450组荧光光谱数据进行分析, 取其中360组光谱数据(每种水样各40组) 用作训练集, 取剩余90组光谱数据用作测试集。 分别选取三种算法针对水样的激光诱导荧光光谱的分类进行了建模并将三种结果进行对比。 首先利用决策树算法对光谱进行分类识别, 在节点个数为8时决策树对测试集的分类效果最好, 分类准确率达到91.11%。 然后针对决策树算法分类效果的不足, 利用决策树算法作为弱分类器的AdaBoost算法, 当选取节点个数为9的决策树作为弱分类器的时, 对训练集的分类准确率为97.78%。 最后针对基于决策树的AdaBoost算法的泛化性能不足和为了获得更好的分类效果, 提出了基于LDA算法作为弱分类器的AdaBoost算法, 在设置迭代次数为150后对水样光谱数据分类准确率可以达到100%。 通过实验结果可以发现, 集成学习算法的分类能力比传统的分类算法对水样的光谱的分类识别能力更强, 相较于同为九个节点的决策树算法, 采用节点数为9的决策树作为弱学习器的AdaBoost算法对测试集的分类准确率从88.89%提升到了97.78%, 对训练集的分类准确率从99.72%提升到了100%; 然后可以发现相对于使用决策树作为弱分类器的AdaBoost算法, 采用LDA算法作为AdaBoost算法的弱分类器对水样的光谱的测试集的分类准确率从97.78%提升到了100%, 对训练集的分类准确率达到100%, 具有更好的识别效果, 并且具有更好的泛化性能。 实验结果证明采用Adaboost-LDA算法为激光荧光光谱的模式分类用于矿井突水水源的判别和预警是可行且有效的。

为实现材料在冲击加载下微观动力学响应测量, 基于小型闪光X射线源开展衍射成像系统设计.利用直流X光机及高纯锗探测器实现系统衍射光路的精确调节, 克服了闪光X射线瞬时强度高及连续辐射本底强导致的衍射角度确定困难, 并采用Scandiflash AB公司TD-450S和成像板建立了衍射成像系统.应用该系统在冲击加载实验中获得了LiF单晶单脉冲的Mo-Kα线静态及动态衍射图像.该闪光X射线衍射系统时间分辨率可达25 ns, 为冲击压缩实验中材料瞬时结构变化测量提供了新的实验方法.

研究了一种应用于气体扩张激光诱导荧光（FAGE）技术测量OH自由基的染料激光器波长修正方法。 该方法采用镍铝丝热解水汽产生稳定的高浓度OH自由基, 利用重复频率为8　500　Hz的染料激光器输出波长约282 nm激光作为光源, 激发低压腔内热解产生的高浓度高稳定性OH自由基产生荧光, 由普通光电倍增管和光电二极管分别探测激发荧光和出腔激光强度。 通过延时信号发生器统一触发激光器和高速数据采集卡并结合LabVIEW软件处理得到单位激光强度的荧光积分强度数据。 连续两次扫描激光波长, 当第二次扫描的荧光积分强度达到第一次最大值的0.95倍时, 停止波长扫描, 此时的激光器波长位置即为激发线位置。 本文首先扫描激光波长, 研究了282 nm激发机制下的OH自由基激发谱; 然后在Q12激发线位置探究了气体湿度、 氧气含量、 进气量以及抽速对荧光积分强度和寿命的影响; 并分析了镍铝丝热解水的反应机理, 初步认为热解中OH自由基主要来源于氧原子与水的反应。 在以上荧光积分强度和寿命影响因素的研究基础上, 优化了系统参数, 使荧光积分强度波动小于±1.9%。 连续多次进行波长修正, 修正偏差为0.1　pm。 该方法能够满足气体扩张激光诱导荧光（FAGE）技术定量精确测量大气OH自由基对波长的要求。

在轻气炮加载实验平台上, 利用小型闪光X射线源建立了一套脉冲X射线衍射测量系统。利用该测量系统对平面冲击加载条件下LiF晶体微观结构变化进行了研究, 得到了不同冲击加载压力下LiF晶体的单次脉冲X射线衍射图像。实验结果表明: 沿［100］晶向加载, LiF晶体晶格发生了压缩, 压缩量与衍射峰偏移量相关; 基于小型闪光X射线源的脉冲X射线衍射测量系统可实现冲击压缩下材料微观结构变化的定量化测量, 同时具有体积小、操作简单等优点, 为研究弹塑性形变微观机理提供了一种有效手段。

快速的矿井涌水水源辨识对于矿井的水灾预警及灾后救援意义重大。 常规方法使用离子浓度做为判别因子, 耗时过长, 因此提出一种激光诱导荧光光谱(LIF)技术与偏最小二乘判别分析(PLS-DA)算法联合快速辨识矿井涌水水源类型的方法。 实验使用405 nm激光对被测水体进行激发, 获取矿井5个不同含水层100组水样的荧光光谱, 根据光谱曲线特征, 对数据进行压缩处理, 获取合适的光谱数据。 每种水样使用15组共75组光谱数据作为建模集, 剩余的25组水样的光谱数据作为测试集。 为验证实验结果, 设计了簇类的独立软模式(SIMCA)算法与PLS-DA算法构建的实验模型进行对比。 实验发现矿井不同含水层水样的荧光光谱差异较大, 在不进行任何预处理的情况下, 以PLS模型为基础的PLS-DA算法较SIMCA算法的建模正确率高, 达到了100%, 其校正及验证结果与实际分类变量的相关系数均大于0.951, 校正集均方根误差(RMSECV)和验证集均方根误差(RMSEP)均小于0.123, 利用模型对测试集中五种水样样本的识别正确率均为100%。