1 国网四川省电力公司电力科学研究院，四川 成都 610041
2 华东师范大学重庆研究院，重庆 401121
3 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，湖北 武汉 430074
双光梳光谱是实现高分辨光谱分析的重要工具，其因相干特性依赖于复杂、庞大的频率锁定与反馈系统，导致成本高昂且对环境扰动敏感，应用领域受限。基于电光频率梳的双光梳系统具有装置简单、频率捷变及相干性高等优势，有利于外场的应用，但其在气体检测应用中的含量反演精度及实时性仍有待验证。为此，搭建了高相干电光双光梳系统，并利用多通气体池实现了CO和CO2气体吸收光谱测量，其结果与HITRAN数据库仿真结果一致。光谱分辨率达200 MHz，单次刷新时间仅为4 μs。实验通过对CO2吸收峰的含量反演与多峰拟合，将含量不确定度缩小至2.86%。此外，通过对CO吸收光谱的快速检测，验证了系统对混合气体含量监测的实时性，该系统有望应用于电力设备故障特征气体的实时监测。
分子光谱 电光 频率梳 双光梳光谱 气体检测 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1730002
1 中国人民公安大学侦查学院，北京 102600
2 北京海关缉私局司法鉴定中心，北京 100000
指甲等人体生物组织的鉴定在刑事案件侦查中发挥着重要作用。为了对犯罪现场提取的指甲组织进行快速无损鉴别，提出了一种基于分子光谱分析和机器学习的人指甲无损鉴别和性别刻画方法。通过采集120个同年龄段不同性别人指甲样本的红外光谱数据，建立了多种分类预测模型。借助主成分分析技术降维提取3个主成分，对样本进行交互验证，并对比了Fisher判别函数、多层感知器及反向传播（BP）神经网络模型的识别效果。实验结果表明：多层感知器模型的分类识别率可达到91.4%，优于Fisher判别分析模型；基于粒子群优化算法的BP神经网络模型分类效果最佳，识别率达到97.7%。
光谱学 法医人类学 人指甲 分子光谱 深度学习 性别刻画 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0530003
1 中国人民公安大学侦查学院，北京 100038
2 北京市海关缉私局司法鉴定中心，北京 100000
通过寄递渠道传播的含有非法添加成分的减肥药物是公安机关侦办食药环犯罪的重点打击对象。为快速鉴别此类药物，本研究采用分子光谱分析技术，对含艾司唑仑、西地那非、西布曲明、氟硝西泮、唑吡坦等5种精神管制类药物成分的“减肥药”进行检验，获取了145组光谱数据。采用主成分分析提取主成分因子对数据降维。基于所提取的20维数据，建立FDA模型、KNN模型、SVM模型并进行对比。在模型1中构建3个Fisher判别函数对5类样品进行判别，准确度达到100%；在模型2中K值的变化会影响分类器精度，通过对K值的调整能够快速对5类样品进行分类，准确率达到100%；在模型3中选用RBF核函数，分别对比唑吡坦与其他4类减肥药物分类效果，准确率均达到100%。通过实验中的数据集对唑吡坦不同品牌的样本进行识别和对实际案件进行分析，对公安机关侦办此类案件具有一定参考。
光谱学 减肥药物 精神管制类药物 寄递 分子光谱 机器学习 模式识别 激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0430002
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, China
2 Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
3 Institute for Advanced Study, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
In this Letter, we use electromagnetic simulations to systematically investigate the influence of a thin dielectric layer on the local electric field and molecular spectroscopy in the plasmonic junction. It is found that both the intensity and spatial confinement of the electric field and molecular spectroscopy can be significantly enhanced by applying a dielectric layer with large dielectric constant. We also discuss the optimal dielectric layer thickness to obtain the largest quantum efficiency of a dipole emitter. These results may be instructive for further studies in molecular spectroscopy and optoelectronics in plasmonic junctions.
plasmonics decoupling layer scanning tunneling microscope molecular spectroscopy tip-enhanced spectroscopy Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 123001
Author Affiliations
Abstract
1 Beihang University, School of Electronic and Information Engineering, Beijing, China
2 Tokushima University, Graduate School of Advanced Technology and Science, Tokushima, Japan
3 JST, ERATO MINOSHIMA Intelligent Optical Synthesizer, Tokushima, Japan
4 Tokushima University, Institute of Post-LED Photonics, Tokushima, Japan
5 Tokushima University, Graduate School of Technology, Industrial and Social Sciences, Tokushima, Japan
6 Tokushima University, Research Cluster on “Multi-scale Vibrational Microscopy for Comprehensive Diagnosis and Treatment of Cancer”, Tokushima, Japan
7 Université du Littoral Côte d’Opale, Laboratoire de Physico-Chimie de l’Atmosphère, Dunkerque, France
8 Beihang University, Beijing Advanced Innovation Center for Big Data-based Precision Medicine, Beijing, China
Dual-comb spectroscopy (DCS) is an emerging spectroscopic tool with the potential to simultaneously achieve a broad spectral coverage and ultrahigh spectral resolution with rapid data acquisition. However, the need for two independently stabilized ultrafast lasers significantly hampers the potential application of DCS. We demonstrate mode-resolved DCS in the THz region based on a free-running single-cavity dual-comb fiber laser with the adaptive sampling method. While the use of a free-running single-cavity dual-comb fiber laser eliminates the need for two mode-locked lasers and their frequency control, the adaptive sampling method strongly prevents the degradation of spectroscopic performance caused by the residual timing jitter in the free-running dual-comb laser. Doppler-limit-approaching absorption features with linewidths down to 25 MHz are investigated for low-pressure acetonitrile/air mixed gas by comb-mode-resolved THz spectroscopy. The successful demonstration clearly indicates its great potential for the realization of low-complexity, Doppler-limited THz spectroscopy instrumentation.
optical comb terahertz dual-comb spectroscopy molecular spectroscopy Advanced Photonics
2020, 2(3): 036004
1 华南理工大学 电力学院, 广州 510640
2 广东省能源高效低污染转化工程技术研究中心, 广州 510640
选用碳元素常见的有机形态(C6H7O2)和碳酸盐形态(CaCO3)样品为实验对象, 配置一系列不同含碳量的样品进行激光诱导击穿光谱实验, 实验分析了不同形态碳元素样品在空气气氛条件下的激发特性.研究结果表明, 碳酸盐形态中可探测到明显的碳元素的原子谱线, 且与碳元素含量有良好的线性关系, 但较难探测到碳元素的分子光谱; 对于有机形态, 不仅能探测到碳的原子谱线, 还能探测到碳的CN分子谱线和C2分子谱线, 且分子光谱与碳元素含量具有较好的相关性, 说明碳元素分子光谱的形成与有机形态有关.将两种形态混合后, 发现CN分子光谱与有机形态中的碳元素含量具有较好的相关性, 说明利用探测到的CN分子光谱可以实现有机形态的鉴别.同时利用CN分子光谱的形成机制, 在两种形态混合后的样品中添加一定量的氮元素, 在氩气条件下, CN分子光谱与样品中有机碳元素含量存在较好的线性关系.进一步说明来源于空气中N和样品中N所形成的CN, 均可用于有机形态碳元素的鉴别.
光谱学 激光诱导击穿光谱 有机形态碳 碳酸盐形态碳 分子光谱 Spectroscopy Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) Organic carbon Carbonate carbon Molecular spectroscopy
1 中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心, 安徽 合肥230026
2 中国科学技术大学能源材料化学协同创新中心, 安徽 合肥 230026
3 Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Atomic and Molecular Physics Division, Cambridge, MA 02138, USA
分子吸收光谱数据, 包括谱线的位置、强度、压力位移系数及展宽系数等,是研究温室效应、大气环境监测以及星际气体探测等应用的基本参考。随着激光技术的飞速发展, 光腔衰荡光谱技术以其极高的探测灵敏度和测量精度, 被广泛应用于分子光谱测量。结合各种复杂精密光谱线型, 可以获得大量可靠的高精度光谱数据参数。这些结果被用于更新光谱数据库, 甚至是检验基本物理定律和常数。主要介绍光腔衰荡光谱测量方法, 特别是结合激光锁频技术的精密测量技术, 并以一氧化碳、氢分子泛频振转光谱测量为例, 介绍其在精密分子光谱参数测量中的应用。
光谱学 分子光谱 红外光谱 精密测量
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室量子频标室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
锶原子单态和三重态间的互组跃迁(5s2)1S0-(5s5p)3P1辐射率远小于一般的电偶极跃迁，共振跃迁荧光信号微弱。介绍了一种应用于探测该互组跃迁荧光谱的直流偏置探测器。该探测器选用极低输入偏置电流运算放大器作为前置放大，具有信噪比高、增益高、偏置可调等优点。此探测器探测增益为106 V/W量级，-3 dB带宽为1 MHz。实验中利用该探测器对锶原子互组跃迁(5s2)1S0-(5s5p)3P1微弱共振荧光进行探测，获得信噪比很好的共振荧光谱，且无直流偏置，并由此获得高信噪比的鉴频曲线。应用该探测器观测到了饱和荧光谱线以及对应的鉴频曲线，可用于689 nm激光锁频，应用于锶光钟系统。
探测器 量子光学 互组跃迁 原子分子光谱
1 中国科学院福建物质结构研究所,结构化学国家重点实验室,福建 福州 350002
2 福建省公安厅刑事科学技术研究所,福建 福州 350001
运用傅里叶变换红外光谱、显微激光拉曼光谱以及紫外灢可见光谱仪等多种光谱学手段测定了纸张上蓝色签字笔墨水的光谱,并根据吸收峰的差异对收集到的28种不同品牌、系列的蓝色签字笔进行了分类。同时还结合热重灢质谱联用研究了人为老化过程中纸张上签字笔墨水成分的变化。讨论了上述谱学方法在分析鉴别纸张上蓝色签字笔墨水种类及成分的优劣,以及在研究相对书写时间和绝对书写时间中的潜在应用。
分子光谱 红外 拉曼 蓝色签字笔 热重-质谱 Molecular spectroscopy IR Raman spectroscopy Blue gel pen inks TD-MS 光谱学与光谱分析
2009, 29(12): 3319
1 华南师范大学光谱学与波谱学教育部重点实验室,华东师范大学物理系, 上海 200062
2 金沙萨大学工程系,刚果民主共和国 金沙萨
3 中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室,武汉 430071
介绍了一种针对瞬态分子光谱测量的新技术:光外差磁旋转浓度调制光谱技术,这种光谱技术具有很高的灵敏度,综合了光外差探测技术、磁旋转光谱技术和浓度调制光谱技术的特点,利用浓度调制光谱技术针对寿命很短的瞬态分子和激发态分子的光谱进行测量,利用光外差探测技术可以消除来自光源的幅度涨落噪声,实现散粒噪声的测量极限,利用磁旋转光谱技术可以对顺磁性分子进行选择性的测量,并且进一步提高探测灵敏度。详细讨论了这种光谱技术的工作原理,并用这种技术对O2分子的b1Σ+g-X3Σ-g三重禁戒跃迁光谱进行测量,获得了很好的测量信噪比。并对该技术的灵敏度作了详细的分析,估计最小相对吸收度可达1.9×10-9以及O2分子三重禁戒跃迁的吸收截面为σ=2.4×10-24 cm2。
光谱学 分子光谱学 光外差磁旋转浓度调制光谱技术 O2分子
