近年来, 猪饲料重金属超标问题屡禁不止, 严重危害食用人群健康与环境安全。 国家标准中所采用的干灰化-原子吸收光谱法存在耗时长、 需破坏样品、 试剂易造成环境污染等问题。 激光诱导击穿光谱(LIBS)以其快速、 近乎无损、 无需复杂制样的检测特性被誉为化学分析领域的“未来巨星”。 传统LIBS技术在应用于猪饲料安全品质检测时具有特征光谱强度弱, 检测精度较低等缺陷, 针对该缺陷, 提出LIBS技术与空间限域相结合, 采用空间限域方法提高分析谱线强度, 从而实现更低浓度样品的检出, 实现对猪饲料样品中Cu元素含量进行快速绿色检测。 以Cu Ⅰ 324.75 nm为分析谱线, 在优化后的能量下, 对比不同延时时间下加载不同高度和直径的圆柱形空间限域腔对分析谱线影响, 再选取对分析谱线整体增强效果最佳的空间限域腔对7组不同浓度猪饲料样品进行LIBS光谱采集, 结合采用国家标准方法获取的7组猪饲料样品中Cu元素参考浓度对LIBS系统检测灵敏度进行分析。 结果表明, 加载空间限域腔对分析谱线强度引起增强的同时不会对背景光谱造成明显影响, 分析谱线强度增强因子最大值为5.16, 空间限域腔直径为5.0 mm、 高度为2.0 mm情况下对分析谱线整体增强效果最佳。 在上述最佳试验参数基础上, 以Cu元素在324.75 nm处特征光谱峰值强度为参考, 对猪饲料进行定量分析。 结果发现加载空间限域腔后不同浓度下猪饲料样品中Cu元素浓度与分析谱线强度之间线性关系相较于传统LIBS提升明显, 其单变量定标模型R2从0.742提升至0.996, 检测限从6.21 mg·kg-1降低至1.61 mg·kg-1(《饲料添加安全使用规范》中猪类Cu元素日粮推荐含量为3~6 mg·kg-1), 检测灵敏度提高了2.86倍。 研究表明, 采用空间限域与LIBS技术相结合, 可以大幅提升系统检测精度与灵敏度, 使待测元素检测限降低至国家要求以下, 对于实现猪饲料中Cu元素含量较低样品的LIBS快速绿色检测具有较好的作用。

提出了一种噪声下非重复瞬态弱信号感知灵敏度增强方法。在双相干光频率梳（OFC）频谱克隆接收系统的基础上，利用声光频移器和光耦合器分别对本振OFC和信号OFC进行多路复制，使得瞬态弱信号频谱被分割的子信道成倍增加。在接收端灵敏度范围内，各子信道频谱被下变频至同一中频，并在频域中同步累加，累加后瞬态信号的感知信噪比（SNR）以倍数增加。利用梳齿个数为9的频谱克隆接收机对带宽为18 GHz的瞬态噪声信号进行感知，当本振OFC和信号OFC进行1、2、3路复制时，瞬态信号的感知灵敏度增益分别提升至12.63 dB、14.04 dB、15.43 dB。与双相干OFC频谱克隆接收结果相比，所提结构的SNR提升了3.0 dB、4.5 dB、5.9 dB，并进一步讨论了分路损耗对SNR改善比的影响。所提方案基本上不增加OFC生成模块的复杂度和频谱覆盖范围，实现了SNR倍增式增强。

拉曼光谱技术在液体检测方面具有诸多优点, 如多组分同时探测、 非接触、 检测周期短、 分子指纹特性等, 已成功用于多个领域的样品分析, 但是较低的探测灵敏度制约了该技术的进一步发展。 为了提高液体样品拉曼光谱探测灵敏度, 文章报道了一种基于新型液体样品池的拉曼光谱增强方法。 该方法在传统比色皿底端加入一个凹面反射镜, 一方面可以使作用于样品后的激光再次反射聚焦重新作用于样品, 另一方面凹面反射镜可以使拉曼光谱探测装置同时收集前向与后向拉曼散射信号, 相较于传统拉曼光谱技术该方法可提高液体拉曼探测灵敏度。 首先理论分析了影响拉曼散射强度的因素以及在非偏振光激发下拉曼散射信号强度与收集角度之间的关系, 得出结论: 当收集角度相较于光源传播方向为前向或后向时(即0°或180°)拉曼散射强度最大, 为样品池的设计提供理论基础。 进一步设计并制作了一种新型样品池, 采用UV胶将镀银凹面反射镜(直径12.5 mm, 焦距10 mm)与石英管(外径12 mm, 壁厚1 mm, 长度30 mm)粘合形成新型液体样品池。 为了验证新型样品池的效果, 搭建了785 nm拉曼探头装置并开展了相关实验研究, 对三种典型的液体样品(75%乙醇、 异丙醇、 甲醇)进行探测并与传统比色皿的探测效果进行对比, 结果表明: 新型样品池对不同液体样品探测灵敏度均有明显的增强, 增强因子近4倍。 为了分析新型样品池制作方法的重复性, 制作了3个样品池, 实验对比了三个样品池的探测效果, 并对其结果进行分析。 为了验证该方法对低浓度样品的探测能力, 对稀释20倍的75%乙醇溶液进行探测, 利用新型样品池可获得样品的拉曼光谱信息, 而传统拉曼光谱技术无法获得有效的拉曼信号。 上述结果表明报道的新型样品池具有结构简单、 适用范围广的优点, 且可有效提高液体拉曼光谱探测灵敏度。

单镜头天幕靶配接线阵光源构成等腰三角形探测光幕, 常用作室内靶道速度测量装置, 探测灵敏度直接影响天幕靶测速精度。分析了该类探测光幕的构建及工作原理, 考虑天幕靶光学镜头的边缘效应及照度距离衰减, 建立了灵敏度计算模型, 推导了弹丸穿过光幕时刻遮挡光源引起光通量变化量的计算公式, 以弹丸穿过光轴上某处产生的光通量变化量为参考值进行归一化处理, 得到探测光幕内灵敏度分布规律并进行实弹射击试验验证, 文中的结论可用于指导天幕靶配接线阵光源测速系统的使用和设计。

对多元探测的灵敏度模型进行研究，结合探测信噪比、探测概率和虚警率等推导建立了该模型，并进行实验验证，证明了该模型的准确性。在此基础上，仿真分析不同探测条件下，APD单元数、脉冲累加次数、填充因子和死时间对探测灵敏度的影响，为多元APD的选型提供理论依据。结果显示，脉冲累加次数为6时，填充因子越大，死时间越小，测距性能越好。在高背景噪声下，APD单元数的增加对探测灵敏度的提升效果显著。在低背景噪声下，采用4元APD就可以达到较好的测距效果。

自由空间激光通信以其传输速率高、保密性能好、体积质量小等特性, 在无线通信领域具有广泛的应用前景, 特别是卫星领域, 可有效解决微波通信通信速率低、体积大等问题。为实现远距离、高速率的星间激光通信系统, 有必要引入一种数字激光通信接收机, 灵活地抑制干扰和噪声, 提高通信灵敏度。根据数字通信误差概率的原理, 设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字接收机。采用有限脉冲响应、动态阈值、基带中值等滤波算法, 优化信噪比, 提高检测灵敏度。同时, 设计了1 550 nm激光通信接收机灵敏度测试实验结构, 并进行了检测灵敏度实验。实验结果表明, 雪崩光电二极管(APD)接收机在Mbps数量级的通信速率下, 实现了接近理论设计值的探测灵敏度-52.57 dBm。通过数字滤波算法信噪比提高了约10 dB, 为卫星激光通信的接收机设计提供了理论指导。

超分辨荧光显微技术一直是研究热点,各种超分辨荧光成像技术的出现打破了光学衍射极限,将空间分辨率提高到纳米尺度。但随着时间、空间分辨率要求的不断提高,目前超分辨荧光显微技术仍然面临着空间分辨率、时间分辨率和视场存在三角制约关系及探测灵敏度较低的问题。随着近年来基于量子关联的新型成像机制的发展,基于荧光量子特性与量子关联成像的超分辨荧光显微镜应运而生,新成像模式及新物理量的引入不仅增加了信息量也提高了图像信息获取的效率,为超分辨荧光显微技术的研究提供了新思路。介绍了目前超分辨荧光显微镜的技术原理、优缺点与面临的主要技术问题,以及基于量子关联的新型超分辨荧光显微镜,并探讨了未来超分辨荧光显微镜的发展方向,以期为该领域的科学研究提供参考。

为了提高激光导引头探测灵敏度, 采用数值仿真的方式, 拟合出了象限探测器放大组件带宽与激光导引头探测灵敏度的关系曲线, 并定量分析了导引照射激光的脉冲宽度对象限探测器放大组件带宽设计的影响。提出象限探测器放大组件带宽设计方法, 以某型激光导引头为例, 对该方法的有效性进行了实验验证。结果表明, 象限探测器放大组件带宽设计方法可有效降低激光导引头最小可探测功率, 使用该方法对激光导引头象限探测器放大组件进行优化设计后, 激光导引头最小可探测功率较原设计下降约60%, 有效地提高了激光导引头探测灵敏度。该研究为激光导引头光电探测系统设计提供了参考。