为提高红外微测辐射热计的光谱吸收率, 设计一种基于表面等离激元的金属光栅促吸收结构, 研究光栅结构参数对光谱吸收率的影响规律。 以金作为光栅材料, 利用等离激元的谐振结构, 克服金属材料的高反射特性, 增强红外微测辐射热计的红外吸收能力。 通过改变光栅的结构参数, 对等离子共振波长进行调节, 提高红外微测辐射计工作波段内的光谱吸收效率。 利用有限差分法, 分析光栅参数对光谱吸收率的影响机理, 研究金属光栅的周期、 占空比和高度对光谱吸收率的调控规律。 随着光栅周期由2 μm逐渐增加到5 μm, 吸收峰的峰值波长发生明显的红移现象, 吸收峰高度呈现出较明显的下降趋势。 随着光栅占空比从0.2逐渐增加到0.5, 红外吸收峰的峰值波长向短波长移动, 吸收峰高度也逐渐增高, 但吸收峰宽度逐渐变窄。 光栅厚度对吸收峰的峰值影响不大, 当厚度达到一定程度后, 峰值基本保持不变。 峰值波长随厚度增加出现不同程度的减小, 当厚度不足100 nm时, 峰值波长减小的程度较大, 随着厚度的继续增加, 下降趋势逐渐变缓, 基本维持在10.6 μm附近。 通过分析光栅结构参数对光谱吸收率的影响机理, 对光栅结构参数的进一步优化, 大幅提高氧化钒红外微测辐射热计的红外光谱吸收率, 8～14 μm的平均吸收率达61.6%, 峰值吸收率在99%以上。 金属光栅的光谱吸收率促吸收结构研究, 对高性能红外微测辐射热计的设计具有重要的指导意义。

太阳能热发电是高效利用太阳能资源的有效途径之一, 对缓解能源危机和环境污染具有重要的推动作用和深远的社会意义。 选择性吸收涂层是太阳能真空集热管的重要组成部分, 是决定太阳能与热能转换效率的关键因素。 针对高温状态下太阳能选择性吸收涂层光学性能的表征问题, 提出一种适用于高温金属-陶瓷选择性吸收涂层太阳光谱吸收率的测量方法。 基于双探测器的傅里叶光谱仪和具有涂层加热功能的积分球, 研制了能够防止高温氧化并模拟涂层工作温度的高真空测量装置, 实现0.3～2.5 μm、 室温-700 ℃太阳光谱吸收率的测量。 选取磁控溅射制备的Mo-SiO2选择性吸收涂层作为测量样品, 该样品具有双吸收层的多层膜结构。 对涂层样品不同温度下的太阳光谱吸收率进行了测量实验, 室温测量值与理论计算值进行了对比分析, 结果表明具有较好的一致性, 最大偏差仅为2.9%, 验证了涂层太阳光谱吸收率测量方法的可行性。 高温光谱吸收率测量对涂层参数设计的优化及吸收性能的提高具有重要的指导意义及推动作用。

根据时-空守恒元算法得到的脉冲爆轰发动机管外流场分布结果, 针对燃气流场分布进行了重建模型假设, 给出了一种基于多谱线吸收光谱技术的爆轰发动机管外流场燃气参数测试方法, 并对重建模型偏差及计算方法误差进行了仿真研究。 针对80 mm口径无阀式气液两相连续脉冲爆轰发动机设计搭建了爆轰燃气管外流场测试系统, 通过10 kHz高频扫描四条H2O吸收谱线采用直接吸收法结合时分复用技术同时对爆轰燃气流场进行扫描测试, 实现了脉冲爆轰发动机管外流场的在线监测, 并通过多点同时测试首次对管外流场燃气温度分布进行了重建, 验证了测试方法的可行性。 本研究为拓展激光吸收光谱技术应用于爆轰领域全方面诊断提供了实验支撑, 对推进爆轰机理研究、 爆轰噪声影响因素及噪声控制研究具有重要意义。

气体的光谱吸收率是Lambert-Beer定律对气体进行定性定量分析的重要依据, 光谱吸收率积分值是描述气体吸收特性的一个重要参量。 根据所测气体的吸收光谱图, 通过从HITRAN数据库中查询得到所需数据, 选择其中一条吸收光谱, 计算出光谱吸收率在频域上的积分值, 然后把积分值代入Lambert-Beer定律便可以求出所测气体的浓度值。 计算光谱吸收率的积分值, 能够避开复杂的线型函数的计算, 不需要通过标准气体进行校准, 从而更加简捷、 快速地求出气体浓度值。 鉴于温度变化会引起相应的压强的变化, 同时在压强不随温度变化以及压强随温度共同变化这两种情况下, 对光谱吸收率积分值随温度的变化规律进行了研究。 总结出在这两种情况下, 光谱吸收率在频域上的积分值总是随着温度的增加而增加, 当增加到一定温度时, 光谱吸收率在频域上的积分值随着温度的增加而减小, 最后趋于稳定, 但是两种情况下光谱吸收率积分值变化趋势的范围有所不同。 最后通过实验验证计算光谱吸收率在频域内的积分值时需要同时考虑温度的变化以及温度导致的相应的压强的变化, 此时吸收率积分值相对误差约为1%; 只考虑温度的变化而不考虑压强随温度的变化, 吸收率积分值的相对误差值大于1%而且逐渐变大。 研究温度对光谱吸收率积分值的影响, 可以在使用光谱吸收率积分值计算气体浓度时, 选择合适的温度范围即更稳定的吸收区, 从而减少温度对测量结果带来的误差。

碱金属混合物原子配比是超高灵敏惯性测量装置表头的重要参数,需精确测量.针对碱金属配比与碱金属蒸汽密度相关的特点,提出运用光深理论检测碱金属配比.结果表明:受多种因素影响,光深理论得到的碱金属蒸汽密度与饱和蒸汽压经验公式计算的结果相差3个数量级,无法保证碱金属配比的测量精度;改变数据处理方法,建立光谱吸收率与气室内部温度的映射模型,运用光谱吸收率标定碱金属气室内部温度,通过碱金属饱和蒸汽压经验公式计算气室内部碱金属原子的配比,多组数据分析表明:检测误差在10%以内.

对爆轰燃气准确有效地检测可以为探索爆轰形成机理以及提升爆轰发动机工作效率提供数据支撑。 提出了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术结合双光路互相关算法的气液两相爆轰燃气速度、 温度和组份浓度同时在线测量方法, 针对口径80 mm无阀式脉冲爆轰发动机设计并搭建了双光路光学测试系统, 通过50 kHz高频扫描1 343 nm波段H2O吸收谱线完成对爆轰燃气速度、 温度及H2O气体浓度的在线诊断。 测试结果表明光学测试系统可以实现对瞬态爆轰过程燃气变化特征的细致分析, 单个爆轰过程持续时间为85 ms, 爆轰循环过程中爆轰波速度最高达到1 172 m·s-1, 爆轰燃气最高温度达到2 412 K, 爆轰燃气中H2O气体浓度维持在0～7%之间; 爆轰过程中出现了短暂的速度平台与温度平台。