1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室，江西 南昌 330063
2 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
3 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
基于单级虚像相位阵列（VIPA）的布里渊散射光谱信号检测技术具有结构简单、光通量高的特点，在透明生物组织弹性快速检测方面具有优势。眼角膜和晶状体是典型的透明组织，但由于单级VIPA光谱仪中布里渊信号易被弹性散射淹没，限制了其信噪比和分辨率的提高，成为临床进一步应用的技术瓶颈。针对这一问题，从理论和实验两方面探究了提升单级VIPA布里渊光谱检测系统性能的方法。利用VIPA的傍轴近似色散模型，理论分析了柱面透镜前准直光束的半径、柱透镜焦距、球面透镜焦距和VIPA倾斜角度对单级VIPA光谱仪色散率的影响。研究结果表明，影响色散率的主要因素是球面透镜焦距、VIPA倾斜角度和探测器分辨率。在实际测试系统中，对一种变焦镜头与高分辨CMOS相机结合的信号接收装置进行有效的参数设计与系统匹配，实现了色速率与散射信号强度的平衡，优化了光谱仪系统各项参数，提升了该检测系统的性能。应用该单级VIPA光谱仪，实现了猪眼角膜和晶状体二维频移成像。该研究结果对于单级VIPA光谱仪在临床诊疗领域的应用具有重要意义。
布里渊散射 虚像相位阵列 色散率 频移 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0130001
1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室，江西 南昌 330063
钽铌矿中Ta和Nb元素含量极低，采用常规激光诱导击穿光谱（LIBS）技术面临检测灵敏度不足的问题，双脉冲LIBS技术可显著改善分析灵敏度，但设备成本高。为此，提出一种基于单激光分束构造的双脉冲激光诱导击穿光谱（DP-LIBS）技术对钽铌矿中Ta和Nb元素进行高灵敏度检测。在对离焦量、采集延时、激光能量等实验参数优化的基础上，建立了LIBS定量分析模型。结果表明：所提的DP-LIBS系统对Ta和Nb元素特征谱线强度比单脉冲LIBS增强3~4倍，检测灵敏度提高约2倍，Ta和Nb元素检出限分别达到195.91 μg·g-1和81.79 μg·g-1。为钽铌矿痕量Ta和Nb元素的快速高灵敏度定量分析提供了一种有前景的检测方法。
双脉冲激光诱导击穿光谱 钽铌矿 定量分析 灵敏度 等离子体 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1330001
1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
3 南昌航空大学无损检测与光电传感技术与应用国家工程实验室，江西 南昌 330063
为实现海水温度和盐度的同步测量，理论和实验研究了受激布里渊散射（SBS）频移和线宽相结合的数据反演方法。理论上根据经验公式，拟合了SBS频移、线宽随温度、盐度的变化关系。实验上测量了不同温度、盐度下海水的SBS频移和线宽，并利用理论反演模型反演分析了海水的温度和盐度。研究结果表明，利用频移和线宽相结合的方法可实现海水温度和盐度的同步反演，温度反演误差的最小值为0.04 ℃、最大值为0.41 ℃，盐度反演误差的最小值为0.09‰、最大值为0.65‰。
散射 受激布里渊散射 频移 线宽 温度 盐度 光学学报
2022, 42(24): 2429001
1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室, 江西 南昌 330063
2 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室, 江西 南昌 330063
为研究高能激光在水中产生受激布里渊散射(SBS)的机理,提出了一种基于强激光非线性极化和非线性吸收的非均匀折射率光栅结构模型,分析了水中SBS产生的物理机制及光谱特性。通过建立非均匀折射率光栅的调制结构以及周期结构,研究了水中SBS非均匀折射率光栅的产生机理;利用传输矩阵法分析了非均匀折射率光栅结构对SBS线宽、频移、衍射效率等光谱特征的影响,并与实验测量结果进行了比对。结果表明:理论模拟与实验测量结果吻合良好,利用非均匀折射率光栅结构模型可以有效地分析水中SBS产生的物理机理。
光学学报
2022, 42(12): 1229001
1 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室, 江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室, 江西 南昌 330063
生物柴油是典型的“绿色能源”, 具备良好的环保性和燃料特性, 通常与柴油混合使用在柴油发动机上。 但是目前世界各国柴油与生物柴油混合的比例标准参次不齐, 没有一个统一的标准, 并且不同比例的柴油/生物柴油混合物具有不同的燃烧性能, 也会对柴油发动机产生一定程度的影响。 为了能够快速、 准确的测量柴油/生物柴油混合物中的生物柴油浓度, 近红外光谱和拉曼光谱在燃油检测方面已经得到广泛的应用。 利用拉曼及近红外光谱对柴油/生物柴油混合物中的生物柴油浓度进行了量化分析研究。 首先采集了柴油/生物柴油混合燃油的拉曼光谱及近红外吸收光谱, 然后利用平滑、 基线校正、 归一化等方法对采集到的光谱进行预处理。 从光谱图中观察到, 在柴油/生物柴油混合物的拉曼光谱和近红外光谱中都有CO特征光谱区域, 且该光谱区域的光谱峰都随生物柴油的浓度增加而越来越明显。 拉曼光谱中, 随生物柴油浓度变化的主要CO特征光谱区域是在1 743 cm-1位置处的特征峰, 在近红外光谱中, 随生物柴油浓度变化的主要CO特征光谱区域是在4 659 cm-1处的特征峰。 然后分别根据强度比方法和偏最小二乘(PLS)回归方法建立了相应的混合燃油中生物柴油浓度预测模型。 结合强度比方法建立特征峰强度比的生物柴油浓度预测模型, 由混合燃油的拉曼光谱和近红外光谱建立的CO特征峰线性预测模型相关系数分别为0.947 2和0.996 2; 结合偏最小二乘(PLS)回归法建立特征光谱区域的生物柴油浓度预测模型, 由混合燃油的拉曼光谱和近红外光谱特征区域建立的相应预测集相关系数(R2)分别为0.981 5和0.991 2, 相应的预测均方根误差(RMSE)分别为0.093 7和0.012 9。 结果表明, 在混合燃油中, 使用近红外光谱中的CO光谱区域建立的生物柴油浓度预测模型会得到更准确的预测结果。
拉曼光谱 近红外光谱 生物柴油 量化分析 Raman spectroscopy Near infrared spectroscopy Biodiesel Quantitative analysis 光谱学与光谱分析
2020, 40(6): 1889
1 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室, 江西 南昌 330063
2 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室, 江西 南昌 330063
为了研究介质参数对受激布里渊散射(SBS)时间相干性的影响,提出一种基于迈克耳孙干涉仪的测量及验证方法。理论上分析温度对SBS时间相干性影响的物理机制;实验上测量并分析水体温度对SBS时间相干性的影响。研究结果表明:SBS时间相干性与水体温度直接相关,随着温度的降低,SBS的时间相干性变差;温度一定时,当相干光的光程差增大到一定值后,对应的SBS相干脉冲波形不再是准高斯型。
散射 受激布里渊散射 时间相干性 复相干度 温度
1 南昌航空大学 江西省光电检测技术工程实验室, 南昌 330063
2 南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室, 南昌 330063
针对水中受激布里渊散射阈值和增益这两个重要特征参量，理论分析了温度和盐度对水中受激布里渊散射增益的影响，同时采用耦合波方程与平均衰减系数相结合的方法，研究了阈值与温度和衰减系数的相关性.研究结果表明，受激布里渊散射的增益与温度和盐度正相关，随着温度和盐度的升高，受激布里渊散射增益增大；而受激布里渊散射阈值随着温度的增加而减小，随着衰减系数的增大而增大.研究结果对了解水中的受激布里渊散射过程提供理论依据.
受激布里渊散射 增益 阈值 温度 盐度 Stimulated Brillouin scattering Gain Threshold value Temperature Salinity 光子学报
2019, 48(12): 1229002
1 南昌航空大学测试与光电工程学院江西省光电检测技术工程实验室, 江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室, 江西 南昌 330063
提出一种基于激光诱导荧光(LIF)和主成分分析法相结合的植物油掺假检测与量化分析方法。采用LIF谱分别对橄榄油及花生油掺假煎炸油进行检测,分析不同掺杂浓度下的荧光谱强度和光谱峰值位置,并运用主成分分析法和偏最小二乘法模型对实验数据进行处理分析。结果表明位于500 nm波段的荧光强度随着掺假浓度的增加而增加,而位于670 nm波段的荧光峰强度会随着掺假浓度的增加而减小;利用荧光光谱并结合主成分分析法及偏最小二乘法模型对植物油进行了有效分类,并预测掺假浓度,预测误差小于2%。
光谱学 激光诱导荧光 植物油检测 主成分分析 偏最小二乘法 中国激光
2019, 46(12): 1211002
南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室, 江西 南昌 330063
提出了一种基于受激布里渊散射(SBS)及吸收光谱的橄榄油等级鉴别方法。采用紫外-可见吸收光谱法对不同等级的橄榄油进行检测, 依据所获得光谱吸收峰的数量及位置可以实现各等级橄榄油的初步鉴别与分析。在吸收光谱实验的基础上, 采用SBS光谱法, 通过测量不同温度下各等级橄榄油的SBS光谱, 分析SBS频移随温度的变化。实验结果表明：不同等级橄榄油的布里渊光谱随温度的变化特性一致, 即布里渊频移随温度升高而减小, 但不同等级橄榄油具有其独特的频移特征曲线。通过两种光谱法的结合, 可以有效、快速地鉴别橄榄油等级。
光谱学 橄榄油等级鉴别 受激布里渊散射 频移 吸收光谱
Author Affiliations
Abstract
1 Jiangxi Engineering Laboratory for Optoelectronics Testing Technology, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China
2 National Engineering Laboratory for Nondestructive testing and Optoelectric Sensing Technology and Application, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China
The scattering properties of ZnO nanospheres with four different particle diameters of 10, 50, 100, and 200 nm suspended in water are investigated theoretical and experimentally in the spectral range of the entire visible range and part of the near-infrared region. The scattering properties of ZnO nanospheres suspended in water are described by employing three main parameters: the angular distribution of the scattering intensity I, the scattering extinction coefficient αscat, and the scattering cross section σscat. The results indicate that (i) at a certain wavelength, the angular distribution of the scattering intensity appears as an obviously forward-propagating feature, and the forward-scattering intensity is dominant gradually when the particle diameter increases from 10 to 200 nm, and (ii) the scattering extinction coefficient and cross section can be determined by using the measured transmittance changes of a pure water sample and a given ZnO sample; they all are shown to be dependent on the particle size and incident wavelength. The experimental results of four different scattering samples agree well with the theoretical predictions within the given wavelength range.
290.5850 Scattering, particles 290.5820 Scattering measurements 290.5825 Scattering theory Chinese Optics Letters
2017, 15(1): 012901
