Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Bio-Resource and Eco-Environment, Ministry of Education, College of Life Sciences, Sichuan University Chengdu 610064, Sichuan, P. R. China
2 Research Center of Analytical Instrumentation, School of Mechanical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610064, Sichuan, P. R. China
3 Key Laboratory of Green Chemistry & Technology of Ministry of Education, College of Chemistry, Sichuan University Chengdu 610064, Sichuan, P. R. China
4 State Key Laboratory of Membrane Biology, Beijing Advanced Innovation Center for Structural Biology, School of Life Sciences, Tsinghua University, Beijing 100084, P. R. China
Laser spectroscopic imaging techniques have received tremendous attention in the field of cancer diagnosis due to their high sensitivity, high temporal resolution, and short acquisition time. However, the limited tissue penetration of the laser is still a challenge for the in vivo diagnosis of deep-seated lesions. Nanomaterials have been universally integrated with spectroscopic imaging techniques for deeper cancer diagnosis in vivo. The components, morphology, and sizes of nanomaterials are delicately designed, which could realize cancer diagnosis in vivo or in situ. Considering the enhanced signal emitting from the nanomaterials, we emphasized their combination with spectroscopic imaging techniques for cancer diagnosis, like the surface-enhanced Raman scattering (SERS), photoacoustic, fluorescence, and laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). Applications of the above spectroscopic techniques offer new prospects for cancer diagnosis.
Laser spectroscopy tumor imaging tumor diagnosis nanomaterials Journal of Innovative Optical Health Sciences
2024, 17(1): 2330008
1 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室，激光光谱研究所，山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
3 山西迪奥普科技有限公司，山西 太原 030006
讨论无人机载污染气体激光监测技术的发展现状以及在我国“天地空”一体化监测体系中的应用价值。无人机载污染气体激光监测平台由无人机平台和机载污染气体激光传感器两部分组成。从无人机平台出发，首先介绍当前无人机平台的类型，阐明不同类型无人机的优势和劣势；然后，介绍适用于无人机装载的几种激光光谱传感技术原理和相关应用，讨论无人机载污染气体激光监测技术在气体监测领域的应用潜能。
激光光谱 激光传感器 无人机 气体监测 光学学报
2023, 43(18): 1899912
1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
3 国家电网重庆市电力公司电力科学研究院，重庆 404100
展示一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）的微型化纳米光纤甲烷传感器。在比尔-朗伯定律的基础上，选择1.6 μm附近的甲烷吸收线，对分布式反馈半导体激光器（DFB-DL）进行波长调制，使用锁相放大器解调出二次谐波信号，建立一套完整的基于纳米光纤的TDLAS系统。使用该系统测量室温下不同入射功率和不同压强对二次谐波信号的影响，同时获得了该系统的压力展宽系数和压力频移系数，发现直径较小的纳米光纤可以对甲烷产生更强的吸收。所设计的纳米光纤传感器是一个在低功率条件下进行微量气体测量的有力工具，在气体种类分析和定量分析方面有着巨大的应用潜力。
激光光谱技术 可调谐半导体激光吸收光谱技术 分布式反馈半导体激光器 纳米光纤 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0628011
1 中国科学院 合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所，安徽合肥23003
2 中国科学技术大学，安徽合肥3006
针对温室气体CH4的高灵敏探测需求，提出了高精细度光学反馈腔衰荡光谱技术，研究了光学反馈对腔模信号的影响、系统的灵敏度以及光谱扫描法。在精细度大于100 000的V型谐振腔上实现了光学反馈腔衰荡光谱技术，对比了有/无光反馈时腔模信号的差别，验证了光反馈效应可以提高激光到腔的耦合效率。发展了固定腔长的光反馈检测技术，将腔的自由光谱范围FSR用作光谱相对频率标尺，基于HITRAN数据库中两条吸收谱线的绝对波长和测量到的相对位置进行对比分析，得到腔的FSR为0.004 2 cm-1。然后，运用allan方差分析了系统的检测能力，测得系统的噪声等效吸收系数为1.1×10-10 cm-1 Hz-1/2，当积分时间为4.7 s时，系统灵敏度为8×10-11 cm-1。最后，提出了连续电压扫描的激光器频率控制扫描方法，用1.5×10-6的标气对该方法进行了验证，得到测量精度为6.8×10-9。该方法在仪器工程化方面极具潜力。
激光光谱 光学反馈 腔衰荡光谱 CH4高灵敏探测 laser spectroscopy optical feedback cavity ringdown spectroscopy CH4 highly sensitive detection 光学 精密工程
2022, 30(19): 2305
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技创新研究院前沿交叉技术研究中心，北京 100071
基于呼吸气体分析的疾病诊断技术，属于无损医学诊断研究范畴，是今后医学诊断的重要发展方向，将会在今后无损医学疾病诊断中发挥重要作用，尤其是在当下新冠疫情肆虐的背景下，对于无创、实时、准确性高的疾病诊断技术的需求更加迫切。针对呼吸气体诊断需求，在介绍腔增强吸收光谱技术基本原理和技术特点基础上，概述了腔增强呼吸气体诊断技术国内外发展历史及现状，并在归纳整理呼吸气体诊断特点的基础上，分析了今后腔增强呼吸气体诊断技术发展方向，可为后续技术的发展和应用提供参考。
光谱学 呼吸气体诊断 激光光谱技术 腔增强吸收光谱技术 光反馈 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1900002
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 蚌埠学院电子与电气工程学院, 安徽 蚌埠 233030
4 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
5 中国科学院合肥物质科学研究院中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
近红外波段的气体吸收强度低,不利于痕量气体的测量。利用分子在中红外波段的基频吸收特性,使用单个新型室温连续输出量子级联激光器(CW-QCL)结合波长调制光谱技术(WMS)和长程光学吸收池,建立了一套高灵敏度和高精度的大气多组分温室气体同时检测的激光光谱系统。该系统的输出波数范围为2202.8~2205.6 cm -1,覆盖了CO、N2O和H2O的中心吸收谱线。实验测试结果表明:在1 s的时间分辨率下,CO、N2O和H2O的测量精度分别为1.83×10 -8,1.86×10 -9,1.19×10 -4;当满足最佳积分时间(100 s)时,系统的最低检测限可以达到1.8×10 -9(CO),0.16×10 -9(N2O),1.5×10 -5(H2O)。通过长时间测量和分析可知,所提系统部件简单,使用方便,满足大气多组分气体长时间测量要求,可广泛应用于大气化学和温室气体等领域的高灵敏检测研究。
光谱学 连续输出量子级联激光器 激光光谱 波长调制 多组分气体
1 南京科远智慧科技集团股份有限公司 江苏 南京 211102
2 江苏省热工过程智能控制重点实验室 江苏 南京211102
利用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术在电站锅炉尾部烟道进行测量或者采取抽取式的测量方法,能够在一定程度上反映锅炉的燃烧状况,但并不直接、迅速,需要建立模型根据测量结果对炉膛内的燃烧状况进行计算。为了给燃烧诊断提供更直接的参考,需要对锅炉炉膛进行直接测量。选择1.3 μm附近的一对H2O谱线,设计了一套测量系统,实现了TDLAS技术对燃煤电站锅炉炉膛温度的直接测量。对电站锅炉起机过程进行温度测量试验,为研究锅炉炉膛的非接触式原位在线测量系统,并进一步研究燃烧优化提供了支持。
激光光谱学 可调谐半导体激光吸收光谱 温度测量 燃煤电站锅炉 laser spectroscopy TDLAS temperature measurement coal-fired power plant
