1 长春理工大学 化学与环境工程学院， 吉林 长春 130022
2 吉化北方化学工业有限公司， 吉林 吉林 132022
金属离子过量使用会造成环境污染，危及人类健康。因此，对相关金属离子进行检测显得尤为重要。发光金属有机框架（Luminescent metal?organic frameworks，LMOFs）因其具备高色纯度、超高孔隙率和可调结构等优势，被视为简单有效且有前途的荧光传感材料。本文以3，5?二（4?咪唑?1?基）吡啶（Bip）为主配体，1，4?萘二甲酸（1，4?ndc）为辅助配体，Ni2+为中心离子，采取溶剂热法合成了一例二维金属有机框架［Ni2（Bip）2（1，4?ndc）2（H2O）6］（记为CUST?756，其中CUST是Changchun University of Science and Technology缩写），并通过合成后修饰法制备了Eu3+@CUST?756复合发光材料。利用XRD、FT-IR和XPS对合成的CUST?756和Eu3+@CUST?756复合材料进行了基础表征。并且采用荧光光谱对样品进行了发光特性、金属离子传感性能及其机理研究。实验结果表明，Eu3+@CUST?756在甲醇溶液中具备优异的发光性能和良好的稳定性，Eu3+的引入使得材料可用于金属阳离子Cr3+、Fe3+检测。Cr3+离子的检出限（limit of detection，LOD）为5.44 μmol·L-1；Fe3+离子的LOD为7.51 μmol·L-1，与大多数LMOFs性能相近。
金属有机框架 合成后修饰 荧光检测 metal-organic frameworks post-modified method fluorescence detection
1 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心，北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
单模795 nm垂直腔面发射激光器作为铷原子钟的激光光源，一般采用氧化限制结构获得单模输出。对垂直腔面发射激光器外延结构以及氧化限制孔径进行了优化设计。基于有限元分析方法，利用光纤波导理论和热电耦合模型，对氧化孔径的光学和电学限制进行了模拟，计算分析了实现单模和良好热电特性所需的氧化孔径大小。实验制备了具有不同氧化孔径的器件，并进行了功率-电流以及光谱特性测试。当氧化孔径为1.9 μm时，在3~7 mA注入电流下器件始终保持单模输出，边模抑制比大于35 dB；器件保持单模输出的最大氧化孔径为3.8 μm，室温下阈值电流为1 mA，最大饱和输出功率为2 mW，斜率效率为0.3 W/A，3 mA注入电流下的出射波长为790 nm，边模抑制比大于30 dB。制备的室温下单模特性良好的790 nm垂直腔面发射激光器，为实现高温下795 nm偏振稳定单模输出提供了可能。
激光器 垂直腔面发射激光器 铷原子钟 单模 氧化限制层
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室，吉林 长春 130033
3 长春长光精瓷复合材料有限公司，吉林 长春 130033
碳化硅陶瓷具有力学和热学综合性能优势，已广泛应用于光学/精密结构构件的制造。综述了应用于天/地基先进光电系统领域的碳化硅陶瓷制备技术国内外现状，对比分析了常压烧结、反应烧结、气相转化/沉积三种已获得工程化应用的致密化技术，以及预制体成型技术和材料性能调控方法；介绍了碳化硅陶瓷的增材制造技术，及其应用于光学/精密结构构件制备的进展；总结了超大口径、超高复杂度碳化硅陶瓷的连接技术。阐述了不同应用场景对碳化硅陶瓷的性能需求及其面临的挑战，展望了碳化硅陶瓷制备技术的发展趋势。
光学材料 碳化硅陶瓷 光学/精密结构构件 致密化技术 增材制造 连接技术
1 黑龙江八一农垦大学工程学院, 黑龙江 大庆 163319
2 黑龙江八一农垦大学信息与电气工程学院, 黑龙江 大庆 163319
3 黑龙江省农业科学院绥化分院, 黑龙江 绥化 152052
4 大庆市绿色农产品监测中心, 黑龙江 大庆 163311
大豆品种快速准确的鉴别, 对于鉴定种子品质、 净化种业市场以及保障粮食安全具有重要意义。 为解决传统农作物品种鉴别方法中存在精度差和效率低等问题, 采用拉曼光谱结合特征波长提取方法建立偏最小二乘(PLS)鉴别模型, 对黑龙江省4个高蛋白大豆品种（黑农88、 黑农98、 绥农71以及绥农76）进行快速鉴别。 随机蛙跳(RF)算法是一种通过迭代计算变量被选概率, 以确定变量重要性的新型特征波长选择算法, 可以有效剔除全光谱数据中的冗余信息。 该方法存在初始变量集随机性、 所需迭代次数大、 阈值选取不确定的问题, 因此提出一种基于最小绝对收敛与选择算子(LASSO)回归的改进随机蛙跳（MRF）算法。 采用LASSO算法提取与属性变量最相关的特征波长点作为RF初始变量集F0, 消除初始变量的随机性, 在此基础上开始迭代计算, 可以减少无用迭代次数, 提高模型的预测精确度。 RF算法通过设定阈值的方法选择变量, 因此提取的特征波长往往具有不确定性。 改进如下: 首先去除被选概率为0的变量, 对于排序后变量以10个波长点为间隔, 每次增加1个间隔建立特征波长与大豆品种属性的偏最小二乘回归模型, 当交叉验证均方根误差(RMSECV)取最小值时的建模波长为优选特征波长。 以MRF优选特征波长作为输入变量建立PLS鉴别模型, 并与全光谱以及常用的RF、 LASSO和ElasticNet特征波长选择算法建模结果进行对比分析。 结果表明, MRF算法提取300个特征波长点, 仅占全谱波长的9.37%, 有效筛选了关键特征变量, 简化了模型复杂度。 预测结果中均方根误差(RMSEP)和决定系数(R2p)分别为0.246 9和0.951 2, 识别准确率达到100%, 为所有模型中最优。 拉曼光谱结合MRF算法可以实现大豆品种的快速鉴别, 同时也为其他农作物品种的快速鉴别提供了一种新思路。
拉曼光谱 大豆 特征波长选择 随机蛙跳 最小绝对收敛与选择算子 Raman spectroscopy Soybean Characteristic wavelength selection Random frog LASSO 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3763
1 北京市农林科学院智能装备技术研究中心, 北京 100097
2 贵州大学农学院, 贵州 贵阳 550025
3 北京市农林科学院智能装备技术研究中心, 北京 100097农业部都市农业(北方)重点实验室, 北京 100097
为了探究红、 蓝光在番茄果实着色过程中的作用关系, 在人工光型植物工厂中采用岩棉种植微型番茄, 以各发育阶段番茄果实在不同LED红蓝光模式下的反射光谱为切入点, 通过对纯红光、 红蓝组合光以及不同间隔的交替光照射下番茄果实色相指标和反射光谱的分析, 研究了不同的红蓝光照射模式对番茄果实光谱特性及着色的影响。 结果表明: (1) R6h/RB2h(纯红光/红蓝组合光6 h/2 h)交替供光模式最有利于番茄果实中呈红色素(如β-胡萝卜素和番茄红素)的积累和叶绿素的分解, 最终促成番茄果实更早地转色; R(纯红光)供光模式作用效果仅次于R6h/RB2h; 相比之下, RB(红蓝组合光)供光模式不利于番茄果实呈红色素的积累和果实着色进程。 (2) 在促进番茄果实着色方面, 红光和蓝光之间既存在协同增强效应, 也存在信号串扰引发的削弱效应, 红光与红蓝组合光以一定的间隔进行交替辐射, 能最大化地发挥单一红光与红蓝混合光在番茄果实色素代谢及果实着色方面的积极作用。 (3) 转色期番茄果实红绿区域反射比(Red/Green)、 修正叶绿素吸收比指数(MCARI)、 光化学反射指数绝对值(|PRI|)等光谱参量所反映出的色素含量变化动态与Hue值所反映的番茄果实色相一致, 该时期番茄果实反射光谱特性与果皮着色有较高的统一性, 转色期番茄果实的反射光谱能够更好地反映番茄果实着色程度和着色进程。
反射光谱 植物工厂 LED供光模式 番茄 果实转色 Reflection spectrum Plant factory LED lighting mode Tomato Fruit color conversion 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1809
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 光学系统先进制造技术重点实验室， 吉林长春30033
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室， 吉林长春130033
增材制造结合反应烧结技术能够制备高度轻量化的碳化硅陶瓷反射镜，针对增材制造技术制备的碳化硅陶瓷存在抗弯强度低、弹性模量低等力学性能差的问题，开展高温氧化提升材料力学性能的研究。对基于增材制造的反应烧结碳化硅陶瓷试样在850 ℃下进行高温氧化处理，研究氧化时间对材料成分及表面缺陷含量的影响，阐明氧化时间对材料性能的提升机制，揭示它对材料性能的影响规律。实验结果表明：当氧化时间为2 h时，材料表面原位生长一层致密的氧化硅膜层，该膜层能够使材料表面缺陷自愈合，有效降低陶瓷材料表面缺陷的含量，此时材料获得最佳的力学性能，抗弯强度和弹性模量分别为263.9 MPa和384.75 GPa，分别提升10.7%和14.4%。该方法具有高效率、低成本和易操作的优势，为增材制造碳化硅陶瓷的性能优化提供理论指导。
增材制造 反应烧结碳化硅 氧化时间 性能优化 additive manufacturing reaction-bonded silicon carbide oxidation time properties regulation 光学 精密工程
2023, 31(23): 3449
东北林业大学 生物质材料科学与技术教育部重点实验室, 哈尔滨 150040
以木糖为碳源, 利用嵌段共聚物聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷 (P123)/十二烷基硫酸钠(SDS)混合乳液构筑微反应器, 水热炭化制备马蹄形中空多孔炭。研究表明木糖在微反应器与溶液界面发生水热反应, 160 ℃水热条件下P123的亲水聚环氧乙烷嵌段(PEO)亲水性下降并向乳液内部增溶, 使乳液逐渐润胀和破裂。P123/SDS质量比会影响微反应器的完整度, 而水热时间可以调控微反应器的开口角度和空腔直径。开放性空腔能储存更多电荷和离子并缩短传输距离, 使多孔炭的比电容和能量密度增大且与空腔直径呈正相关关系。当P123/SDS质量比为1.25 : 1、水热时间为12 h时, 马蹄形中空多孔炭的开口角度(63°)和空腔直径(80 nm)最大、电化学性能最佳, 在6 mol·L-1 KOH三电极体系中电流密度1 A·g-1时比电容达292 F·g-1; 在两电极体系中电流密度0.2 A·g-1时比电容达185 F·g-1, 能量密度达6.44 Wh·kg-1; 电流密度5 A·g-1时5000次充放电循环后电容保持率达94.83%。
马蹄形 中空多孔炭 木糖 水热炭化 模板 界面 horseshoe-shape hollow porous carbon xylose hydrothermal carbonization template interface
1 安徽建筑大学 电子与信息工程学院, 合肥 230601
2 安徽建筑大学 安徽省古建筑智能感知与高维建模国际联合研究中心, 合肥 230601
3 北京航空航天大学 无人机系统研究院, 北京 100191
4 淮南师范学院 电子工程学院, 淮南 232038
为了准确重建正反面叶片叶绿素3维分布, 利用高光谱激光雷达, 采集了不同生长状态的绿萝叶片与植株的空间-光谱域点云数据, 设计了一种基于分类预测的重建方法。通过偏最小二乘回归构建叶片正面与反面光谱的叶绿素含量预测模型, 采用光谱自适应阈值选择方法实现植株点云中叶片正反面的分类, 并根据类别标签选择模型计算叶绿素含量, 重建植株的叶绿素3维分布。结果表明, 该方法得到的植株叶绿素3维分布更接近真实值, 决定系数达到0.69, 均方根误差为4.97。这一结果可为植物表型研究提供新的数据基础和理论方法。
遥感 高光谱激光雷达 偏最小二乘回归 叶绿素含量 3维重建 remote sensing hyperspectral LiDAR partial least squares regression chlorophyll content 3-D reconstruction
1 沈阳化工大学信息工程学院，辽宁 沈阳 110142
2 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110169
3 辽宁省太赫兹成像与感知重点实验室，辽宁 沈阳 110169
4 中国科学院大学，北京 100049
5 华北水利水电大学电力学院，河南 郑州 450045
利用Nd∶YAG激光泵浦磷酸氧钛钾晶体，实现了波长为2.05~2.97 μm的相干光输出，其覆盖了近红外与中红外过渡波段（也称“短波红外波段”）。采用了与以往报道不同的相位匹配调谐区域，在较小的晶体转角下，获得了较宽的调谐范围。比较了单程与双程泵浦的两种光学参量振荡器结构，验证了双程泵浦的优越性。双程泵浦的光学参量振荡器的最高输出脉冲能量在18 mJ以上，峰值功率高于2.3 MW，在较宽调谐范围内保持了较高的输出能量，输出能量在5 mJ以上的波段占比为78.3%。上述工作为短波红外波段应用提供了一种便捷有效的相干光源。
非线性光学 光学参量振荡器 短波红外波段 磷酸氧钛钾 角度调谐 中国激光
2023, 50(23): 2308001
