辽宁科技大学计算机与软件工程学院, 辽宁 鞍山 114051
在照明领域中, LED已被证明是一种很有前途的人造光源, 其光谱可以用来合成日光光谱。 目前通过不同种类的LED合成日光光谱的关键问题是如何从LED数据库中选择LED型号和确定各型号LED的工作参数。 针对这一问题, 科学家们提出了通过各种数学模型来表示LED的光谱功率分布, 如高斯函数、 洛伦兹函数、 logistic功率峰函数等。 这些数学模型可以准确地反映出LED的非线性光谱特征, 包括峰值波长、 半高宽、 红移等。 但是通过数学光谱模型模拟的LED光谱与真实的LED光谱并不完全相同, 通过数学光谱模型模拟的LED光谱曲线都是轴对称的。 然而, 真实的蓝色和绿色LED光谱曲线在短波长的一面更陡, 在长波长的一面更缓, 红色LED光谱曲线则相反。 基于现有的多个LED的基础上提出了一个新的模拟日光光谱的方法。 通过设计一个滤光片和调节各个现有的LED光源的辐射量权重（LED光源的辐射量权重为当前LED光源的辐射量与该LED的最大辐射量的百分比）来进行仿真实验, 以此模拟出一个新的光源, 使其光谱与日光光谱相接近。 即将一个滤光片放置在多个LED的混合光源下, 通过滤光片的光谱透射率和各个LED光源的辐射量权重来限制光源的光谱, 使得修正后的多个LED混合光源的光谱尽可能的接近日光光源光谱。 因工业要求需要对滤光片的光谱透射率曲线进行平滑约束。 最后通过优化后的滤光片的光谱透射率求出各个LED光源的辐射量权重的最小二乘解, 从而得到各个最优的LED光源的辐射量权重。 通过仿真实验, 最后该方法得到的模拟日光光源的相关色温(CCT)为6 492 K, 目标光源的相关色温为6 503 K。 模拟日光光源光谱与日光光谱的拟合优度(R2)为0.992 6。 该方法对基于LED的日光光谱拟合的研究有重要的参考价值。
单色LED 日光光谱拟合 约束最小二乘解 平滑约束 Monochrome LEDs Solar spectral fitting Constrained least squares solution Smooth constraint 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2369
1 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230027
2 中国科学技术大学苏州高等研究院，江苏 苏州 215123
荧光成像仪器的成像性能测试对于提高仪器的性能和临床转化成功率具有重要意义，成像性能测试的标准化需要一种可以精确模拟荧光光谱的长期稳定的样品作为测试工具。本团队提出了一种荧光发光模拟系统，该系统可以模拟荧光样品的激发效率、荧光发射谱特性和荧光空间分布特性，可以替代真实的荧光剂仿体对荧光成像类仪器进行量化表征。该系统采用的是基于线性滤光片和液晶显示器的光谱模拟方法。本团队还设计了一种改进的最小二乘光谱拟合算法，该算法可以自动模拟任意荧光发射谱。使用该系统模拟了近红外荧光造影剂吲哚菁绿(ICG)的发光特性，并对不同荧光成像仪器的成像灵敏度进行了测试。实验结果表明，所设计的荧光发光模拟系统可以稳定精准地模拟荧光样品的发光特性。
光谱学 荧光发光模拟 光谱拟合 近红外荧光成像 成像性能测试 吲哚菁绿 中国激光
2022, 49(24): 2407204
内蒙古科技大学材料与冶金学院, 白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室, 内蒙古 包头 014010
高能球磨法是材料制备过程中常用的方法, 通过物料在高速运转的过程中进行磨合而产生晶体空位缺陷, 实现元素的掺杂, 进而发生化学吸附或化学反应, 合成产生新的物相, 对于后续合成材料的性能有很大影响。 钡铁氧体具有良好的磁性能, 被用于功能材料制备的诸多领域。 采用高能球磨法制备钡铁氧体前驱体, 利用XRD, SEM和FTIR检测方法考察不同高能球磨时间下钡铁氧体前驱体物相、 微观形貌及官能团的变化规律, 并通过红外二阶导数光谱、 拟合平滑光谱计算法, 定量分析高能球磨过程中物相的变化规律。 XRD及SEM检测结果表明, 随球磨时间增加, 钡铁氧体前驱体各物相的衍射峰宽度变宽, 粉末细化, 晶格逐渐发生畸变, 产生晶体空位缺陷, 从而使Ba溶入Fe2O3晶格中生成BaxFe2-xO3的固溶体, 且产生吸附“团聚”现象; 当球磨时间大于40 h时, 发生“纳米尺寸效应”, 生成有磁性的Fe3O4及BaxFe3-xO4固溶体。 红外光谱分析结果显示, 随着球磨时间的增加, BaCO3和α-Fe2O3的特征峰均存在峰强减小、 峰位发生明显移动的规律, 表明随着球磨时间增加, BaCO3和α-Fe2O3颗粒粒度变小, 且发生化学吸附。 通过红外光谱的平滑拟合光谱和二阶导数光谱计算可知, 随球磨时间的增加, 各吸收峰面积均明显减小。 相对于球磨0 h, 在球磨10, 20和40 h后, 波数473 cm-1的Fe—O键振动吸收峰的峰面积分别减少48.84%, 65.97%和93.54%; 而在波数540 cm-1处的Fe—O键吸收峰的峰面积则分别减少37.11%, 51.76%和82.85%; 同理, 在波数856 cm-1处的O—C—O键的面内弯曲振动吸收峰的峰面积分别减少30.62%, 44.71%和67.10%; 在波数1 446 cm-1处的C—O键不对称伸缩振动峰的峰面积则分别减少0.03%, 27.63%和57.90%。 从定量分析的角度考察了钡铁氧体前驱体高能球磨过程中物相的变化规律并精准确定反应产物含量变化的百分比, 对于后续材料的合成与性能随钡铁氧体前驱体物相不同而发生变化的研究有重要的指导意义。
钡铁氧体前驱体 高能球磨 光谱拟合 二阶导数光谱 Barium ferrite precursors High energy ball milling Spectral fitting Second derivative spectrum 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1634
1 深圳大学光电工程学院, 广东 深圳 518061
2 深圳技术大学新能源与新材料学院, 广东 深圳
量子点材料具有发光光谱窄、发光波长可调及荧光量子产率高等特点, 其制成的发光器件在提升色域方面更具潜力。本文介绍了一种由蓝光 LED激发 CdSe红、绿光量子点并结合表色系统计算方法配得白光的计算方法。经多次实验确定, 红、绿光量子点与胶水配比为 (1∶60)和(1∶10), 胶量测试范围为 1.4 μL～2.2 μL和 3.0 μL～5.0 μL。采用传统 LED制作方式和分层结构制得样品, 测试此胶量范围对蓝光的吸收、转化比率, 经 Matlab拟合得到胶量与吸收、转化率的函数关系。取上述测试胶量范围形成的白光区域点 (0.34, 0.3), 得到红、绿光量子点胶量为 1.9 μL和 4.55 μL, 根据光谱计算公式得到对应的理论光谱。再根据上述胶量制作验证样品, 测试得到色坐标点为 (0.3409, 0.2992)且对应的光谱与理论光谱也基本重合。
量子点 白光 LED 光谱拟合 quantum dots white LED Matlab Matlab spectral fitting
1 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
全组分AlGaN是指Al组分(原子数分数)在0~1之间的AlGaN。通过将组分引入到AlGaN的复折射率中,在200~800 nm光谱范围内建立了全组分AlGaN复折射率公式。通过椭圆偏振法获得了蓝宝石的光学参数,并利用透射谱进行了验证。利用上述复折射率公式和多层光学薄膜模型研究了蓝宝石衬底多层AlGaN薄膜样品的透射谱,分析了各层薄膜对样品透射谱的影响以及工艺可能造成的实际结构的偏移,提出了一种多层薄膜透射谱的快速分析法。
薄膜 AlGaN 全组分 光学性质 多层薄膜模型 透射谱拟合 光学学报
2020, 40(19): 1931002
兰州空间技术物理研究所 无锡泓瑞航天科技有限公司，江苏 无锡 230000
为了研究准确性更高的复杂多层膜光学参数测量方法，测量实际镀制红外带通滤光片的光学参数，对红外滤光片研制过程的设计优化与工艺的改进具有重要的指导作用。首先,在研究传统薄膜光学参数光谱测量方法的基础上，提出了包-全法，并研究了该方法的基本思想、物理模型以及优化算法;其次,设计制备了2 000~8 000 nm谱段内膜料单层膜和高透射率、宽截止中波带通红外滤光片，通过对比测量单层膜光学参数反演计算光谱与实测光谱的差异，验证了包-全法测量膜料单层膜光学参数的准确度及有效性，依据测量结果确定了膜料色散关系，甄别了膜层工艺的优劣;最后,采用包-全法与全光谱拟合反演法对红外滤光片的光学参数作了对比测量验证。结果证明：该方法能够准确测量红外滤光片的光学参数，测量结果可用于指导修正设计与工艺之间的匹配性，进而研制了性能更好的红外滤光片。
红外滤光片 光学参数 包-全法 全光谱拟合反演法 infrared filter optical parameters envelope-full spectral fitting inversion method full spectral fitting inversion method 红外与激光工程
2019, 48(9): 0913004
1 内蒙古科技大学 机械工程学院, 内蒙古 包头 014010
2 鄂尔多斯市莱福士光科技有限公司, 内蒙古 鄂尔多斯 017000
利用单色LED实现对AM1.5标准太阳光谱可见光(380~780 nm)波段和标准光源CIE-D65的匹配, 提出了通过有效集算法作为目标光谱的匹配算法, 将Epitex公司的大功率单色LED的峰值波长和半高全宽数据作为有效集, 并建立了一个数据库。将相关指数R2最大作为优化目标, 通过MATLAB编程求解超定方程组的最小二乘解求出拟合所需要的单色LED的种类和数量。拟合AM1.5可见光的最佳组合中使用24种单色LED, 相关指数R2高达0.850 2, 拟合标准光源CIE-D65的最佳组合中使用25种单色LED, 相关指数R2高达0.940 5。进行了增加LED和减少LED的优化实验。得出的结果对工程实践中单色LED拟合太阳光谱的研究提供了理论基础。
单色LED 光谱拟合 最佳组合 相关指数 AM1.5 AM1.5 monochromatic LED spectral fitting optimum combination correlation index
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 极端光学协同创新中心, 山西大学, 山西 太原 030006
燃煤工业指标的在线精确分析对于指导燃煤工业优化生产、 降低燃煤煤耗至关重要。 利用激光诱导击穿光谱(LIBS)分析燃煤煤质时, 因受我国复杂多样煤种所导致的“基体效应”, 测量精度有待提高。 实验中对激光诱导燃煤等离子体光谱至燃煤工业分析指标转化过程中的光谱预处理和定标建模方法进行了优化选择。 实验结果表明, 利用单/多峰Lorentzian光谱拟合计算谱线强度相比于传统计算方法, 谱线强度RSD均值可由12.1%降至9.7%; 对于核函数参数寻优, 相比于网格参数(Grid)和遗传算法(GA), 粒子群算法(PSO)的平均绝对误差(MAE)最小; 采用PSO参数寻优式支持向量机(SVM)回归建模的预测均方根误差(RMSEP)小于偏最小二乘回归分析法(PLS); 采用单/多峰Lorentzian光谱拟合方法和PSO参数寻优式SVM回归建模, 对燃煤工业分析指标预测的平均绝对误差(AAE)为: 灰分为16%～30%时AAE为1.37%, 灰分大于30%时AAE为1.77%, 发热量为9～24 MJ·kg-1时AAE为0.65 MJ·kg-1, 挥发分低于20%时AAE为1.09%, 挥发分大于20%时AAE为1.02%。
激光诱导击穿光谱 燃煤工业分析指标 光谱拟合 支持向量机 Laser-induced breakdown spectroscopy Proximate analysis of coal Spectral fitting Support vector machine 光谱学与光谱分析
2017, 37(10): 3198
兰州空间技术物理研究所表面工程技术重点实验室，甘肃 兰州 730000
为了研究准确性和效率更高的膜层光学薄膜参数测量方法，对优化膜系结构和改进制备工艺都有重要的指导作用。论文在研究传统测量方法基础上，将包络线法与全光谱拟合反演法相结合，提出了一种新型的光学薄膜参数测量方法。该方法将采用包络线法计算的单层膜光学薄膜参数近似值作为参考，设置全光谱拟合反演法优化搜索的上下限，结合适当的评价函数构建计算物理模型，并选用综合优化算法求解获得待测膜系各膜层的光学薄膜参数。最后设计TiO2、SiO2单层膜和膜系为：G|0.5HLHL0.5H|A(H-TiO2，L-SiO2)的多层膜进行测量验证，并分析了该测量方法的效率、准确度、稳定性等。
光学薄膜 光学薄膜参数 包络线法 全光谱拟合反演法 包络线-全光谱拟合反演法 optical film optical thin film parameters envelope method full spectral fitting inversion method envelope-full spectral fitting inversion method
1 中南大学 物理与电子学院,长沙 410012
2 广东省工业技术研究院,广州 510650
荧光粉受激发产生的白光LED照明光源存在显色指数较低的问题。对此提出一种利用光谱拟合反演高显指目标光谱的方法,针对已知白光LED计算提高该光源所需补充的单色光LED种类及光谱系数。利用光谱拟合方法分析添加不同波段的光谱对白光LED显指和色温的影响。并通过拟合反演的方法进行补光设计,使用一到两种单色光LED,将冷白光源和中性白光源的显指分别提高至92.3和96.8。实验结果表明,使用红光与蓝绿光、低波长绿光LED补光后,大幅度提高了荧光粉受激发产生的白光LED光源的显色性。
发光二极管 光谱拟合 显色指数 反演法 色温 光视效能 LED spectral fitting CRI inversion method CCT LER
