1 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东 青岛 266555
采用光束传播法对双芯光子晶体光纤中光纤结构参数对纤芯间耦合效率的影响进行分析。首先，根据双芯耦合原理，使用最小二乘法对波导间的耦合系数等参数进行估计，明确孔间距、纤芯折射率差、中央空气孔直径比例、纤芯直径比例、空气孔直径比例和空气孔对称度等参数对双芯光子晶体光纤耦合比及耦合区长度的调节作用，提出一种基于双芯光子晶体光纤的耦合器性能粗调与微调设计方法。然后，根据这一耦合器设计方法，提出一种非对称的双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器。该耦合器在1.31~1.55 μm区间实现了50%±5%的耦合比，带宽为240 nm，并具有3 mm的超短耦合长度。本研究成果可为光纤宽带定向耦合器的高效设计提供有意义的参考。
光纤光学 双芯光子晶体光纤 光束传播法 耦合效率 宽带耦合器
渭南师范学院化学与材料学院, 陕西 渭南 714099
红外(IR)光谱是液体物质定性分析的重要工具。 液体IR光谱常用液膜法制样、 透射(TR)法测试, 所需用的盐窗价格昂贵、 易受力或受潮开裂且表面清洁不彻底或划伤容易造成测试干扰, 而且可拆卸液体池安装麻烦, 进样时混入空气也会造成测试干扰。 研究液体物质红外光谱的简便测试方法, 比较改进的TR法(用在一次性压制的KBr片上涂覆液体的涂片法制样)与衰减全反射(ATR)法在液体IR光谱测试中的优劣。 选取6种挥发性、 吸水性、 腐蚀性不同的液体试剂, 采用改进的TR法和ATR法测试其IR光谱, 比较两种方法所测谱图, 并与SDBS谱库中谱图进行比较; 同时研究扫描次数和分辨率对ATR法测试谱图的影响。 结果发现, 两种方法用于液体IR的定性分析都很准确。 改进的TR法简化了制样过程且避免了清洁盐窗, 降低了成本, 但水的干扰仍难以避免; 相比之下, ATR法无需制样, 更简便、 快速, 水的干扰基本可以忽略, 虽然谱图的整体强度和精细程度不如TR法, 但通过提高分辨率、 增加扫描次数可得到高质量的谱图。 对于易挥发液体, 用改进的TR法和ATR法测试时需加大液体用量; 对于强酸性和/或腐蚀性液体, 建议采用改进的TR法测试; 对于吸湿性液体, 用ATR法测试的谱图更容易解析。 相比之下, 除强酸性和/或腐蚀性液体外, 其余液体物质皆可用ATR法快速完成IR光谱的准确检测。
红外光谱 液体物质 涂片法 透射法 衰减全反射法 Infrared spectroscopy Liquid matter Smearing method Transmission method Attenuated total reflection method 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2143
食源性致病菌是引发和威胁公众健康的主要因素之一。 由于食源性致病菌种类繁多, 常规检测方法复杂耗时要求高, 因此迫切需要一种更加快速精确的致病菌检测技术。 在传统红外光谱检测致病菌的流程中, 如经典的溴化钾压片法, 除了压片本身的操作之外通常还需对样品进行冷冻干燥(约需2 d)等耗时前处理过程, 因而不利于高通量快速检测。 本研究利用硒化锌薄膜法, 在硒化锌窗片上直接滴加菌液、 低温(48 ℃)烘干后进行原位检测, 无需漫长的冻干处理, 整个检测过程在50 min之内。 同时, 检测所需样品量少(10 μL)无需研磨等物理破坏性的制样过程, 避免了常规溴化钾压片法中研磨颗粒粗细、 制片厚薄误差及易碎片、 吸潮等的不利影响。 四种常见食源性致病菌(大肠杆菌DH5α; 沙门氏菌CMCC 50041; 霍乱弧菌SH04; 金黄色葡萄球菌SH10)的硒化锌薄膜法与溴化钾压片法红外谱图对比分析表明: 在相同的峰值检测阈值下(透过率大于0.05%), 本研究所采用的方法获得的二阶导数图谱在900~1 500 cm-1范围内可被识别的特征峰个数比溴化钾压片法明显增多(硒化锌薄膜法共计81个, 溴化钾压片法共计58个), 特征峰在多个位置强度显著增加(1 119, 1 085和915 cm-1等), 且可将溴化钾压片法中较宽的单峰或不明显的双峰显示为较明显的双峰(大肠杆菌DH5α: 1 441, 1 391和1 219 cm-1等; 沙门氏菌CMCC 50041: 1 490, 1 219和1 025 cm-1; 霍乱弧菌SH04: 1 441和1 219 cm-1; 金黄色葡萄球菌SH10: 1 491, 1 397和1 219 cm-1), 说明硒化锌薄膜法可以提高图谱分辨率及信噪比。 基于硒化锌薄膜法的原位红外光谱法对常见食源性致病菌整体快速高通量检测将具有巨大的应用前景。
食源性致病菌 红外光谱 样品前处理 原位检测 硒化锌薄膜法 Foodborne pathogens Infrared spectroscopy Sample pretreatment In-situ detection ZnSe film transmission method
渭南师范学院化学与材料学院, 陕西 渭南 714099
红外(IR)光谱是进行物质结构分析常用的工具, 广泛应用于各种固态、 液态、 气态材料的分析检测。 由于测试方法和制样过程直接影响IR测试结果的准确性, 研究了比较常用的衰减全反射(ATR)法与透射(TR)法在固体物质的IR光谱测试中的优劣。 选取3种常见高分子、 3种无机物以及3种有机小分子化合物作为研究对象, 分别用ATR法和TR法测试其IR光谱。 结合制样过程及谱图解析, 对谱图中异常现象进行了深入剖析。 TR法制样复杂、 干扰因素多: 样品与KBr混合研磨过程易吸收空气中水分, 对含N—H和O—H基团的样品分析会造成干扰; 样品太浓或太厚谱图会出现平头峰, 导致谱图无法解析; 样品颜色太深重时, 样片透光性差, 吸收峰强度整体减弱。 与TR法相比, ATR法无需制样, 省时省力且减少了吸水的可能性。 ATR法吸收峰的整体强度小于TR法, 因方法原理不同造成的。 尽管ATR法吸收峰的波数小于TR法几到几十cm-1, 但出峰位置在合理范围内, 定性分析不受影响。 由于ATR法测试时光进入样品的深度很浅(仅2~15 μm), 故谱图不会出现平头峰。 由于短波长的光不能穿透样品那么深, 故ATR法谱图中吸收峰的强度随波长的减小而减弱, 导致官能团区峰强度显著减小、 指纹区峰强度大大增强, 此问题可通过测试软件的“ATR校正”功能修正, 也可在定量分析中加以利用: 以测试的原始谱图对指纹区吸收峰定量, 以校正后谱图对官能团区吸收峰定量。 相比之下, ATR法不受样品颜色、 形状、 厚度限制, 测试简便、 快速、 准确、 无损、 样品可回收, 在高分子、 颜色深重以及易吸湿物质的IR测试上有明显优势。 故推荐广泛使用ATR法进行固体IR光谱检测。
红外光谱 固体物质 衰减全反射法 透射法 Infrared spectroscopy Solid matter Attenuated total reflection method Transmission method 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2775
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
2 广西光电信息处理重点实验室，广西 桂林 541004
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所，中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室，安徽 合肥 230031
隧道能见度与行车安全有重要关系，对隧道能见度进行实时监测可以为隧道通风换气提供有力依据。基于透射法能见度检测原理，设计并搭建了一套能见度检测系统用于隧道能见度的自动检测。检测系统主要由激光二极管、分束器、硅探测器和信号处理单元等部分构成。采用高响应度硅探测器并设计了跨阻抗放大电路以满足在低能见度下测量需求。两硅探测器分别检测经光学路径衰减前后的光强并输出对应的光电流，信号处理电路对探测器两路输出进行放大滤波和A/D 转换后，反演出消光系数。使用固定透过率滤光片模拟隧道环境，在实验室环境下对该检测系统性能指标进行测试。实验结果表明：消光系数测量范围3.37 km-1～118.82 km-1，最大相对测量误差为8.4%，稳定性优于0.12 km-1。
隧道能见度 透射法 消光系数 tunnel visibility transmission method extinction coefficient
1 西安邮电大学 电子工程学院, 陕西 西安 710121
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
以强激光系统和自聚焦理论的研究为出发点, 主要采用光束传输法和光线追迹法分析了非线性介质下的强激光光束传输过程。并且, 基于适合于非线性介质下光线追迹的亚当斯法和基于梯度信息的光强分布的恢复算法, 仿真模拟出光强与透镜厚度、介质折射率、透镜曲率半径以及入射光束半径的关系; 同时结合光学设计软件, 不仅得出了折射率与光强的乘积与焦点位置的变化关系, 还通过点列图中的数据直观地反映出系统结果的成像质量, 最后对光线追迹法和光束传输法两种光学方法进行了对比分析。仿真分析结果可以判断出系统的哪些部分容易受到自聚焦的影响, 进而可以通过改进某些参数的大小, 减少并消除其不利影响, 找到适合于强激光系统的最优方法。
强激光系统 自聚焦效应 非线性介质 光束传输法 光线追迹法 high intensity laser system self-focusing effect nonlinear medium beam transmission method ray tracing method 红外与激光工程
2019, 48(7): 0706003
1 中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院 大学, 北京 100080
3 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
在15 MeV电子加速器驱动的白光中子源装置上进行了铍材料的中子总反应截面测量, 测量结果与已有实验数据和ENDF/VII.1数据库的评价数据基本符合。为了得到由于加速器束流波动、飞行路径测量、靶厚度测量以及获取系统死时间等引起的测量系统的关联不确定度, 利用Geant4模拟软件对整个实验装置、实验过程进行了模拟, 经过对模拟中使用的中子反应总截面与模拟计算得到截面的比较分析, 得到了实验系统关联不确定度的估计值。在模拟中采用了局部区域增加权重的方法来降低模拟运算时间。对模拟得到的中子飞行时间谱与实验测量得到的飞行时间谱进行了比较, 并且对探测器处的中子产额也进行了比较, 以此来验证模拟程序的可靠性。
中子反应总截面 系统关联不确定度 飞行时间 透射法 铍靶 neutron total cross-section correlated uncertainties Geant4 Geant4 time of flight transmission method beryllium 强激光与粒子束
2017, 29(12): 126002
中国地质大学（武汉）珠宝学院, 湖北 武汉 430074
颜色是衡量宝玉石品质、 价格的重要因素, 对宝玉石颜色的量化研究一直是宝石科学关注的热点。 在透射光条件下观察宝玉石颜色特征是珠宝行业中十分重要的手段。 本研究致力于依赖光谱和光谱分析技术, 建立一套依照透射法实现软玉颜色定量表达、 颜色复原和确定致色机制的方法。 以来自中国青海格尔木地区、 具有渐变颜色特点的灰紫色软玉为例, 采用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）定量测量、 结合国际照明委员会1976 CIE L*a*b*色度学模型转化及计算机软件处理（Adobe Photoshop）, 实现对特定厚度（1.0 mm）灰紫色软玉样品颜色的定量表达和颜色复原。 样品浅色和深色区域复原的颜色与样品透射光下肉眼观察颜色较为接近, 存在的色差可能与玉石样品的半透明多晶质结构有关。 而对于紫色的致色机理, 通过激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪（LA-ICP-MS）, 我们发现微量元素Mn含量随颜色加深呈现递增规律。 在较深颜色区域, 光致发光光谱（PL）中检测到的以585 nm为中心的发射峰、 UV-Vis光谱中以530 nm为中心的吸收峰, 以及电子顺磁共振光谱（EPR）的六重超精细分裂峰都在指示Mn2+是导致灰紫色软玉中紫色调的主要原因。 本工作对于研究透射光条件下宝玉石样品颜色定量观测和表达提供了确切的实验方法依据, 并为采用光谱学确定致色元素以及致色机理提供了有价值的实验信息。
软玉 紫外可见吸收光谱 透射法 颜色定量表达和复原 Nephrite UV-Vis absorption spectra Transmission method CIE L*a*b* CIE L*a*b* Color quantitative expression and replication Mn2+ Mn2+
