天津理工大学理学院天津市量子光学与智能光子学重点实验室，天津 300384
为了满足信息化时代对信息加密安全性的要求，提出一种基于激光诱导击穿光谱（LIBS）技术的信息安全加密方法。使用常用的葡萄糖酸锌片和去离子水配制的水溶液在白纸上书写需要加密的信息，通过分析白纸和涂抹葡萄糖酸锌水溶液的白纸的LIBS光谱，发现Zn I在328.23 nm、472.22 nm和481.05 nm处的光谱线可以解读加密信息。通过扫描获得载有加密信息的白纸上不同位置处的LIBS光谱，并进一步通过去除基线、归一化和光谱叠加提高光谱强度空间分布的对比度，使得加密信息较清晰完整地被解读出来。实验结果表明，该方法通过生活中常用的葡萄糖酸锌片，实现了高效隐藏信息提取，具有安全性高、成本低和制作便捷等优点，为LIBS在信息加密领域提供了新思路，具有一定的潜在应用价值。
光谱学 激光诱导击穿光谱 加密 葡萄糖酸锌 基线校正 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0530002
国画颜料解混一直是古画颜料研究的重要内容, 其中光纤反射光谱(FORS)是无损化探测颜料类别的常用手段。 通过CCD光纤光谱系统, 从光谱线型对国画颜料进行了分类, 分别探测了两种有机植物颜料藤黄和胭脂在不同比例混合下的漫反射光谱与吸收光谱, 并获取了不同色系无机矿物质颜料混合后的漫反射光谱。 分析了单一颜料和混合颜料的光谱特征峰值, 运用多元线性回归(MLR)以及一阶导数光谱法(FDS), 通过全波段线性解混获得了各组分颜料的比例。 经过实验与理论分析, 藤黄与胭脂的漫反射光谱为S型, 混合颜料一阶导数光谱中两特征峰的位置分别为536和649 nm, 在漫反射光谱中多元线性回归基本适用于该混合颜料的解混并显示出一定的线性规律, 但无法精确地解混。 而混合颜料的吸收光谱与单色光谱之间存在较好的线性关系, 解混误差在5%左右。 无机矿物质颜料中的漫反射光谱有S型(石黄和赭石)和钟型(石青和石绿)两种。 首先, 对于S型(石黄)与S型(赭石)混合颜料漫反射光谱, 赭石的一阶导数光谱出现明显的“三峰”现象, 并且混合颜料一阶导数光谱在534 nm处出现新的特征峰。 多元线性回归理论虽适用于该混合颜料的解混, 但由于不同颜料解混的权重因子不同, 无法形成较为精准的线性模型。 其次, 对于S型(赭石)与钟型(石绿)混合颜料的反射光谱需要多元线性回归与导数光谱法共同判断混合比例的基本趋势, 该光谱在400~800 nm范围内仅有一个交叉点。 最后, 利用钟型(石青)与钟型(石绿)混合颜料反射光谱的特征峰位置, 即可判断出颜料混合比例的特征, 随着混合比例的变化, 反射光谱特征峰在457~524 nm出现了明显的横向移动, 并且混合颜料光谱的峰值强度有明显的减弱。
漫反射光谱 国画颜料 光谱特征 线性解混 Diffuse reflectance spectrum The traditional Chinese painting pigment Spectral characteristics The linear unmixing 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3915
为了确认偏振光谱技术对复杂Sm原子的适用性，本文采用双色两步共振激发技术和光电离探测技术对Sm原子偶宇称高激发态的光谱进行了研究。首先，通过两步激发将处于基态4f66s27F0的Sm原子激发到偶宇称激发态（总角动量量子数J=0~2），并采用光电离技术对其进行探测；然后，通过对ππ、πσ、σ+σ+和σ+σ-不同偏振组合下的光谱进行对比分析，利用偏振选择定则确定了三个偶宇称高激发态的总角动量量子数J；最后，通过改变两步线偏振激发光光振动方向的夹角，得到了光电离信号与该角度的关系，从而验证了偏振光谱技术对Sm原子的适用性。
光谱学 原子光谱 偏振激发 Sm原子 偶宇称 光电离 高激发态 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1130001
结合共振激发和场电离探测技术, 通过总角动量量子数0→1→0→1的激发路径, 研究了第一电离阈附近的Sm原子奇宇称Rydberg态4f66snp(J=1)。首先, 在45 200~45 500 cm-1能量范围内共发现了94个奇宇称Rydberg能级。其次, 通过对有效量子数和Rydberg能级结构特点的分析, 将其中68个能级归属为3个束缚Rydberg系列, 另外26个能级也给出了能级位置。然后, 利用Rydberg-Ritz公式, 对3个Rydberg系列分别进行了拟合, 获得了Sm原子的电离阈为（45 519.61±0.79) cm-1。最后, 采用6种偏振组合激发, 由偏振选择定则, 进一步验证了这些奇宇称Rydberg态总角动量量子数为1。这些结果首次证实了场电离探测技术对Sm原子高激发Rydberg态的适用性, 并且通过对奇宇称Rydberg系列拟合得到的Sm原子电离阈与文献中通过偶宇称Rydberg系列获得的值（45 519.64±1.39) cm-1基本一致。
Sm原子 奇宇称 Rydberg态 场电离 偏振光谱 samarium atom odd-parity Rydberg state field ionization polarization spectra
1 天津理工大学 理学院, 天津 300384
2 天津理工大学 显示技术与光电器件教育部重点实验室, 天津 300384
利用双光子电离探测技术系统地研究了Eu原子的奇宇称态的光谱。双光子电离探测技术利用两步激发获得Eu原子奇宇称态的光谱：首先将第一步激光的波长固定, 而最后一步激光的波长在35 500~35 650 cm-1, 36 200~36 600 cm-1和46 650~46 950 cm-1三个能域范围扫描, 对处于奇宇称激发态的Eu原子进行双光子电离, 以实现探测其光谱信息的目的。本文系统地研究了35 500~35 650 cm-1, 36 200~36 600 cm-1和46 650~46 950 cm-1能域内的光谱特征, 报道了这些能域内具有特殊寿命的高激发态。通过对采用3种不同的激发路径获得的高激发态的光谱进行拟合, 不仅获得了这些高激发态能级位置、线宽和线型的信息, 而且还观察到奇宇称态光谱中的q反转现象。 此外, 通过分析所获得的3张奇宇称态的光谱, 首次证明了4f壳层的电子被激发的可能性, 该结果为检测新量子理论提供了可靠的实验依据。
铕原子 双光子电离探测技术 4f电子 q反转 Eu atom two-photon ionization 4f electrons q-reversal
1 天津理工大学 理学院, 天津 300384
2 天津理工大学 显示技术与光电器件教育部重点实验室, 天津 300384
通过共振激发技术和速度影像法对铕原子4f76pns(n=7, 8)自电离态进行了系统性的研究。首先采用三步共振激发技术探测光谱, 通过前两步固定波长的激光将铕原子激发到4f76p2态上后扫描第三步激光的波长, 使得三步激光的能量总和位于铕原子4f76pns(n=7, 8)自电离态能域附近, 从而得到该自电离态的光谱; 然后采用速度影像法对其动力学过程进行探测, 经过数据分析得到铕原子4f76pns(n=7, 8)自电离态的衰变分支比和弹射电子的角分布。不仅从光谱中观察到了强烈的组态相互作用并且确定了部分能态的总角动量, 从自电离弹射电子角分布中观察到铕原子4f76pns(n=7, 8)自电离态复杂的物理机制, 还在该能域内观测到了粒子数反转。最后, 本文还对孤立实激发技术在探测低n值自电离态光谱的适用性进行了讨论。
铕原子 自电离态 光谱 角分布 分支比 Eu atom autoionizing states spectrum angular distribution branching ratio
1 天津理工大学 理学院, 天津 300384
2 天津理工大学 显示技术与光电器件教育部重点实验室, 天津 300384
利用三步三色孤立实激发技术(ICE), 系统地研究了铕原子4f76p3/2 nd自电离态的光谱, 同时首次研究了激光偏振对复杂原子的光谱的影响。为了研究铕原子4f76p3/2 nd自电离态的光谱, 首先设计并采用了不同的激发路径, 分别将原子布居到同一高激发能域并探测它们在该能域的自电离光谱。通过比较这些光谱的异同并结合上述激发路径所对应的跃迁选择定则, 便可唯一地确定这些高激发态的总角动量。为了研究激光偏振对铕原子的影响, 设计并使用了两种偏振组合: 三步激光都是垂直(πππ), 三步激光都是平行(σσσ)(激光偏振方向相对于探测器垂直或平行)。为了得到有偏振影响的光谱, 分别使3部激光器处于同一偏振, 依次对铕原子进行激发, 激发路径与终态同上。通过对同一路径不同偏振下的光谱的比较, 发现仅能确定极少数的高激发态的总角动量, 同时在光谱中一些峰独立于另一偏振光谱存在。
铕原子 自电离光谱 激光偏振 选择定则 Eu atom spectrum of autoionizing state laser polarization selection rules
1 天津理工大学 理学院, 天津 300384
2 天津理工大学 显示技术与光电器件教育部重点实验室, 天津 300384
采用孤立实激发技术, 对铕原子4f76p3/2ns (n=7, 8)自电离态的光谱进行了系统的研究, 同时是首次在不同激光偏振组合下进行的研究。首先, 用前两束激光分步将铕原子从基态4f76s2 经中间4f76s6p态激发至4f76sns里德堡态, 然后再用第三束激光通过离子实4f76s+→4f76p+3/2的跃迁将其进一步激发至4f76p3/27s自电离态或4f76p3/28s自电离态。对铕原子4f76p3/2ns (n=7, 8)自电离态复杂的光谱分别给出了详细的解释, 从中我们可以获得一些重要的光谱信息, 比如自电峰的能级位置和线宽等, 同时还可以观察到收敛于不同离子限的自电离系列之间的组态相互作用。最后, 通过比较不同激光偏振组合下的自电离光谱, 确定了一些自电离态的总角动量的值。
Eu原子 4f76p3/2ns自电离态 光谱 孤立实激发 激光偏振 Eu atom 4f76p3/2ns autoionizing states spectra isolated-core excitation laser polarization
1 天津理工大学 理学院, 天津 300384
2 显示技术与光电器件教育部重点实验室, 天津 300384
利用三步激光共振激发结合场电离探测技术, 系统地研究了铕原子归属于第一电离限4f76s 9S4的4f76snp Rydberg态的场电离过程, 得到了铕原子 4f76snp Rydberg 态的场电离光谱图。在光激发之后施加脉宽为0.2 μs的脉冲电场, 连续扫描电压得到场电离过程图。从4f76snp Rydberg态的场电离过程图谱中, 可以精确地获得态的场电离阈, 观察电场逐步从0到3 kV变化时原子的演化过程。特别是, 受黑体辐射的影响, 一些结构出现在了场电离光谱图上。
铕原子 Rydberg态 场电离 场电离阈 Eu atom Rydberg state field ionization ionization threshold
