激光光谱

摘要： 激光光谱技术作为光谱学领域的核心技术,已经成为研究物理、化学、生物、医学以及天文学等领域光和物质相互作用的重要手段。为了促进国内激光光谱领域的学术研究和发展,加强相关研究学者之间的学术交流与合作,《光子学报》将于2023年3月特别推出“激光光谱前沿与技术”专题,集中展示和探讨我国激光光谱等领域的研究成果和研究进展。

摘要： 采用溶剂热法分别制备了球形银纳米颗粒和多形貌银纳米颗粒,其中球形银纳米颗粒具有400 nm的窄带等离激元共振峰,而多形貌银纳米颗粒的共振区间在400~700 nm之间,将它们分别掺入R6G与PVP的混合溶液中,利用旋涂法在玻璃基板上制备银纳米颗粒嵌入染料掺杂聚合物薄膜随机激光器。采用纳秒脉冲激光进行随机激光泵浦实验,实验结果表明球形银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜只有自发辐射峰,而多形貌银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜具有线宽<0.8 nm的相干随机激光发射光谱,其阈值为1.9 mJ·cm^(-2),这可能是由于银纳米颗粒的等离激元共振区间与R6G的发射光谱重叠,支持局域等离激元效应的形成,明显的局域场增强有效地改善了与附近分子的相互作用,从而激发了更多的辐射光子,促进了高增益的形成。进一步,利用多形貌银纳米颗粒在银纳米颗粒染料掺杂聚合物薄膜中随机分布的特性,通过改变泵浦位置,实现了20 nm范围内的随机激光输出波长的调控,具体输出范围为590.1~610.4 nm。认为这是由于多形貌银纳米颗粒在不同位置的组成和分布不同,改变了表面等离激元的相互作用和光子的散射能力,从而形成不同的增益效应和不同的封闭光振荡路径。此外,考虑到多形貌银纳米颗粒的共振波长较宽,探究了其用于输出其他颜色光的可能性。以与上述银纳米颗粒R6G染料掺杂聚合物薄膜相似的制备方法,制备了多形貌银纳米颗粒掺杂DCJTB染料聚合物薄膜,并且进行随机激光泵浦实验。结果表明,可以有效的产生波长为675 nm,半高宽<0.8 nm的相干红光随机激光,并且阈值仅为0.98 mJ·cm^(-2)。研究结果在宽带可调谐随机激光器研究以及多色随机激光器研究领域具有重要的参考价值。

摘要： 详细介绍了某天然气净化厂引进的国产新型激光水露点在线分析仪的工作原理、技术优势,以及在生产现场测定外输天然气产品水露点的应用情况。现场应用结果表明,激光水露点在线分析仪替代石英晶体微平衡水分析仪测定采用三甘醇脱水工艺处理的天然气的水露点,不仅缩短了响应时间,提高了检测准确度,解决了接触式测量技术应用于溶剂脱水工艺时存在的误差问题,还降低了备件采购费用和维护工作量,有利于企业长远发展。

摘要： 入炉煤质量直接关系到火电厂经济效益和生产安全,为科学配煤,合理制定燃烧调整方案,需要做好煤质分析工作,以及时、准确的测量煤质参数。元素分析技术有助于测定并分析煤炭中的Ti、Na、K、Ca、Fe、C、O、H、Si等元素,进而获得煤炭中的挥发份、热值、水分、灰分等工业指标,辅助监督与控制生产工艺,促进生产效益和产品品质提升。以激光光谱分析技术为例,深入探究元素分析技术在煤质分析中的实践,详细介绍测定方法原理、试验检测过程,并进行技术分析,以为相关工作人员提供一定参考。

摘要： 激光光谱技术作为光谱学领域的核心技术,已经成为研究物理、化学、生物、医学以及天文学等领域光和物质相互作用的重要手段。为了促进国内激光光谱领域的学术研究和发展,加强相关研究学者之间的学术交流与合作,《光子学报》将于2023年3月特别推出“激光光谱前沿与技术”专题,集中展示和探讨我激光光谱等领域的研究成果和研究进展。

摘要： 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100000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0.0042 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。

摘要： 大学专业课程设计是工科专业重要的课程,是在掌握基本理论知识后的进一步深入探究,也是培养更高水平人才质量的关键。随着时代的发展,大学专业实验的内容也需要与时俱进。把激光光谱气体测量引入光电专业实验中,针对学生对知识掌握的情况,合理设计学习型和探究型实验。通过实验系统的搭建,让同学们能够直观立体的感受激光光谱测量技术这门课程,锻炼操作动手能力。鼓励学生将之前课程学到的各种软件,用于实验数据的处理,实现从课本学习到实际应用的过渡。

摘要： 随着使用柴油发动机的机动车和轮船数量增长,尾气排放造成的环境污染压力越来越大.为了保证柴油发动机尾气排放满足要求,在柴油发动机推向市场前在实验室中对排放尾气含量进行测试验证和排放控制研究.N H3是发动机尾气排放中需要重点关注的气体污染因子之一,本研究基于可调谐半导体激光吸收光谱(T D-LAS)技术和长光程多次反射技术,研发一种移动式快速实时监测柴油发动机排放尾气中NH3含量的分析系统.通过实验室测试及现场与Industrie Automatisierung GmbH产品和AVL Emission Test Systems GmbH分割比对测试表明,采用1512.2nm吸收谱线能够满足发动机排放NH3含量快速实时监测要求,响应时间≤10s,测量准确度≤ ±3％ 或±2μmol/mol.

摘要： 腔增强吸收光谱技术(Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy,CEAS)利用激光在腔镜之间的多次反射,增长光与气体介质的作用路径,从而提升探测灵敏度.CEAS的主要噪声来源于激光-腔耦合效率的低下和腔模幅度的起伏.光学反馈腔增强吸收光谱技术(OF-CEAS)基于光学反馈(Optical Feedback,OF)效应,将激光频率锁定到腔模频率上,提高了激光-腔的耦合效率.为了避免光学腔直接反射光引起光学反馈,传统的OF-CEAS大都采用三镜V型谐振腔.然而,实验发现当反馈相位控制恰当时,光学腔直接反射光并不会影响光学反馈,激光可以锁定到光学腔的谐振光上.因此,提出了基于线性F-P腔的OF-CEAS.利用透射腔模的对称性计算得到反馈相位控制的误差信号,实现了激光频率到连续101个腔模频率的锁定.最后对32×10-6的甲烷标气进行检测,获得OF-CEAS吸收信号,评估得到的探测灵敏度可达0.54×10-6(1σ).

摘要： 人体呼出气中包含的数千种挥发性有机化合物(VOC),是人体代谢和外源性化合物暴露过程的产物,外源性VOC可表征外界因素对人体健康的影响;人体代谢产生的内源性VOC是呼吸代谢组学的媒介,可作为生物标志物用于人体健康状况评估以及疾病诊断,在临床应用中具有极大的潜力;此外,很多人也开展了使用训练有素的嗅探犬进行疾病筛查的研究.在临床和实验室针对人体呼出气的研究中,主要通过无创且快速的手段进行气味样本采集,并采用基于气相色谱、质谱、激光光谱以及气体传感器等的方法进行检测分析.该文主要对人体呼出气的采集、检测分析技术、疾病生物标志物的发现以及临床应用等方面的研究进展进行综述,并对人体呼出气的分析研究与应用进行展望.

摘要： 本文介绍了用于燃烧流场诊断的激光光谱技术的研究进展，阐述了相干反斯托克斯喇曼散射、自发振动喇曼散射、激光诱导荧光、分子滤波瑞利散射、可调谐二极管激光吸收光谱等技术的基本原理及其实验系统。给出并分析了激光光谱技术对预混火焰稳态燃烧场和固体燃剂瞬态燃烧场的温度、主要组分及浓度、流场密度和火焰构造测量的实验结果。实验结果表明，基于激光光谱的燃烧诊断技术不仅能够实现对稳态燃烧场的高精度测量。而且能够应用于复杂的瞬态燃烧场诊断。

摘要： 随着长输天然气管道的增多和管道服役龄期的增长及油气行业管理模式和相关制度的不断完善,管道泄漏事故时有发生.对天然气长输管道泄漏进行在线无源监测并且尽可能早地对泄漏工况进行维修处理,采取多种措施配合的方法来对天然气管线泄漏进行预防具有重要意义.激光光谱技术以其光纤无源、快速响应、大范围分布式、环境适应性强及高精度等无法取代的优势成为长输管线泄漏监测的最佳选择,在陕京四线中的应用进一步证明,基于TDLAS技术的泄漏在线监测系统方案稳定可靠、效果显著.

摘要： 本文采用微秒级快放电脉冲氙灯泵浦染料PM567溶液,研究了激光输出特性。单脉冲激光输出能量高达598.5 mJ,转换效率为0.57%.激光输出能量随染料溶液浓度的增高、氙灯的放电电压的增加、染料池直径的减小而升高;转换效率随染料池直径的减小而升高,随注入氙灯的放电电压的增加,浓度的升高现增加后减小.同时,还测量了输出激光光谱和氙灯发射谱,分析了它们之间匹配问题。

摘要： 文章介绍了激光激发光谱的工作原理。分析了传统火花光谱法和X射线荧光光谱法与激光激发光谱法的应用。分析高炉炉渣和生铁传统方法，需火花发射光谱和X射线荧光光谱共两台仪器及它们的两种方法的制样设备，炉渣通常需要破碎成细粉，而且为了在光谱仪上分析，还需压成片，需要研磨机和压力机。当然采用化学全分析方法就更慢了。用激光激发光谱法分析炉渣和生铁等金属试样的铸块，则不需要进一步的试样制备。采用激光激发光谱，可以直接采用从高炉转送来的样品进行分析，不需要专门制样。

摘要： 文章介绍了激光激发光谱的工作原理。分析了传统火花光谱法和X射线荧光光谱法与激光激发光谱法的应用。分析高炉炉渣和生铁传统方法，需火花发射光谱和X射线荧光光谱共两台仪器及它们的两种方法的制样设备，炉渣通常需要破碎成细粉，而且为了在光谱仪上分析，还需压成片，需要研磨机和压力机。当然采用化学全分析方法就更慢了。用激光激发光谱法分析炉渣和生铁等金属试样的铸块，则不需要进一步的试样制备。采用激光激发光谱，可以直接采用从高炉转送来的样品进行分析，不需要专门制样。

摘要： 文章介绍了激光激发光谱的工作原理。分析了传统火花光谱法和X射线荧光光谱法与激光激发光谱法的应用。分析高炉炉渣和生铁传统方法，需火花发射光谱和X射线荧光光谱共两台仪器及它们的两种方法的制样设备，炉渣通常需要破碎成细粉，而且为了在光谱仪上分析，还需压成片，需要研磨机和压力机。当然采用化学全分析方法就更慢了。用激光激发光谱法分析炉渣和生铁等金属试样的铸块，则不需要进一步的试样制备。采用激光激发光谱，可以直接采用从高炉转送来的样品进行分析，不需要专门制样。

摘要： 文章介绍了激光激发光谱的工作原理。分析了传统火花光谱法和X射线荧光光谱法与激光激发光谱法的应用。分析高炉炉渣和生铁传统方法，需火花发射光谱和X射线荧光光谱共两台仪器及它们的两种方法的制样设备，炉渣通常需要破碎成细粉，而且为了在光谱仪上分析，还需压成片，需要研磨机和压力机。当然采用化学全分析方法就更慢了。用激光激发光谱法分析炉渣和生铁等金属试样的铸块，则不需要进一步的试样制备。采用激光激发光谱，可以直接采用从高炉转送来的样品进行分析，不需要专门制样。

摘要： 为了获得高温高速瞬态喷流的结构,建立了分子滤波瑞利散射诊断系统。介绍了分子滤波的基本原理,研制了用于532nm滤波的碘分子滤波器。针对瞬态喷流流场,设计了同步控制。采用了两种激光入射方式对喷流流场进行了诊断,得到了喷流结构的滤波图像。结果表明,分子滤波瑞利散射技术可用于超声速湍流混合层流场结构的研究。

摘要： 为了获得高温高速瞬态喷流的结构,建立了分子滤波瑞利散射诊断系统。介绍了分子滤波的基本原理,研制了用于532nm滤波的碘分子滤波器。针对瞬态喷流流场,设计了同步控制。采用了两种激光入射方式对喷流流场进行了诊断,得到了喷流结构的滤波图像。结果表明,分子滤波瑞利散射技术可用于超声速湍流混合层流场结构的研究。

摘要： 为了获得高温高速瞬态喷流的结构,建立了分子滤波瑞利散射诊断系统。介绍了分子滤波的基本原理,研制了用于532nm滤波的碘分子滤波器。针对瞬态喷流流场,设计了同步控制。采用了两种激光入射方式对喷流流场进行了诊断,得到了喷流结构的滤波图像。结果表明,分子滤波瑞利散射技术可用于超声速湍流混合层流场结构的研究。

摘要： 一种基于荧光光谱的超高激光光强远程测量方法，该方法建立在测量337nm和391nm两条氮气荧光谱线强度之比的基础上，从氮气分子荧光辐射机制入手，理论推导337nm和391nm两条氮气荧光谱线强度比与飞秒激光峰值功率的关系，发现对应337nm和391nm的谱线强度比与飞秒激光脉冲的光斑半径和脉冲宽度没有关系，仅取决于激光脉冲峰值功率I0，最后经最小二乘法曲线拟合得到一个经验公式，通过该公式我们只要测量出337nm和391nm两条谱线的相对强度之比，将其代入经验公式，即可求得飞秒激光的峰值功率，该方法对许多强场激光物理实验中激光峰值功率的远程测量、远程大气传输以及气体检测等方面都具有很重要的意义。

摘要： 本发明提供了一种含外接激光光源的高级稳态荧光光谱仪，包括装于光谱仪内部的内置光源以及与所述光谱仪相连的外接激光光源；所述光谱仪内还设有样品室，样品室内装有激发单色器、样品架、发射单色器和检测器；所述内置光源与激发单色器相连，光闸装于所述内置光源与激发单色器之间；所述内置光源和外接激光光源与所述样品架共线，两组光源所在直线与检测器和样品架所在直线垂直；所述发射单色器与检测器相连，检测器外部连接至计算机；本发明通过设置内置光源和外接激光光源两组光源，有效拓展了荧光光谱仪的测试范围，解决了因仪器只有单一光源不能满足部分特殊样品测试分析的难题，结构简单，设计合理。

摘要： 一种基于荧光光谱的超高激光光强远程测量方法，该方法建立在测量337nm和391nm两条氮气荧光谱线强度之比的基础上，从氮气分子荧光辐射机制入手，理论推导337nm和391nm两条氮气荧光谱线强度比与飞秒激光峰值功率的关系，发现对应337nm和391nm的谱线强度比与飞秒激光脉冲的光斑半径和脉冲宽度没有关系，仅取决于激光脉冲峰值功率I0，最后经最小二乘法曲线拟合得到一个经验公式，通过该公式我们只要测量出337nm和391nm两条谱线的相对强度之比，将其代入经验公式，即可求得飞秒激光的峰值功率，该方法对许多强场激光物理实验中激光峰值功率的远程测量、远程大气传输以及气体检测等方面都具有很重要的意义。

摘要： 本发明涉及一种激光光谱仪和用于运行激光光谱仪的方法，在激光光谱仪中将可以调谐波长的半导体激光器的光穿过包括需要测量的气体成分的混合气体和标准器结构引导到探测器上。为了在调谐范围内通过气体成分的特定的吸收谱线调谐半导体激光器的波长，半导体激光器的注入电流周期性地按照预定的电流‑时间‑函数变化。同时利用频率并且交替地利用匹配于吸收谱线的半值宽度的第一振幅和匹配于标准器结构的光谱宽度的第二振幅调制注入电流和进而波长。由探测到的光强度分析二次谐波，其中在利用第一振幅调制时测量吸收谱线，并在利用第二振幅调制时根据标准器结构的透射光谱使半导体激光器的波长稳定。

摘要： 本发明提出一种共聚焦显微拉曼（Raman）和激光诱导击穿光谱（LIBS）联用激光光谱分析仪。该仪器包括显微Raman系统、显微LIBS系统、高分辨率显微成像系统、共聚焦显微光路和具有时间分辨功能的光谱接收系统等，可自动转换白光显微成像观察模式、自动对焦模式、LIBS光谱工作模式、Raman光谱工作模式等。本发明的显著特点是利用显微共聚焦系统实现Raman和LIBS紧凑联用，能够实现同一微小位置物质元素和分子结构的定性和定量分析，结合高分辨率成像功能，可以在微米尺度上做空间分辨的元素和物质结构化学分析，得到样品的化学元素、物质结构和物理条件的空间分布图像等完整信息。

摘要： 利用腔内激光光谱(ILS)技术以光学方式检测浓度低于百万分之一(ppm)和接近太分之一(ppt)的污染物。采用一种光学泵浦的固体激光器(ILS激光器)500作为检测器。该ILS激光器(500)包括一块设置在一个激光器腔(902)中、由一个泵浦源(100)光学泵浦的掺杂离子晶体介质(507)。包含气体污染物组分的样品放置在激光器腔(902)中并在掺杂离子晶体(507)的一侧。检测并分析ILS激光器(500)的输出信号以识别这种气体组分(通过其光谱特征)。利用光谱特征还可以确定气体组分的浓度。在本发明的第一实施例中，ILS激光器(500)包括一块由一台半导体二极管激光器(914)光学泵浦的掺杂离子晶体介质(507)。在第二实施例中，ILS-激光器(500)包括放置在仰射线性激光器腔(902)中的一块掺杂离子晶体介质(507)。使用半导体二极管激光器(914)和/或线性激光器腔(902)能够使ILS激光器(500)与其它结构设计相比具有相对较小和紧凑的结构。气体检测系统的小巧/紧凑结构使之具有广泛的实际用途。

摘要： 本发明涉及一种激光光谱仪和用于运行激光光谱仪的方法，在激光光谱仪中将可以调谐波长的半导体激光器的光穿过包括需要测量的气体成分的混合气体和标准器结构引导到探测器上。为了在调谐范围内通过气体成分的特定的吸收谱线调谐半导体激光器的波长，半导体激光器的注入电流周期性地按照预定的电流-时间-函数变化。同时利用频率并且交替地利用匹配于吸收谱线的半值宽度的第一振幅和匹配于标准器结构的光谱宽度的第二振幅调制注入电流和进而波长。由探测到的光强度分析二次谐波，其中在利用第一振幅调制时测量吸收谱线，并在利用第二振幅调制时根据标准器结构的透射光谱使半导体激光器的波长稳定。

摘要： 本发明提出一种共聚焦显微拉曼（Raman）和激光诱导击穿光谱（LIBS）联用激光光谱分析仪。该仪器包括显微Raman系统、显微LIBS系统、高分辨率显微成像系统、共聚焦显微光路和具有时间分辨功能的光谱接收系统等，可自动转换白光显微成像观察模式、自动对焦模式、LIBS光谱工作模式、Raman光谱工作模式等。本发明的显著特点是利用显微共聚焦系统实现Raman和LIBS紧凑联用，能够实现同一微小位置物质元素和分子结构的定性和定量分析，结合高分辨率成像功能，可以在微米尺度上做空间分辨的元素和物质结构化学分析，得到样品的化学元素、物质结构和物理条件的空间分布图像等完整信息。

摘要： 利用腔内激光光谱(ILS)技术以光学方式检测浓度低于百万分之一(ppm)和接近太分之一(ppt)的污染物。采用一种光学泵浦的固体激光器(ILS激光器)500作为检测器。该ILS激光器(500)包括一块设置在一个激光器腔(902)中、由一个泵浦源(100)光学泵浦的掺杂离子晶体介质(507)。包含气体污染物组分的样品放置在激光器腔(902)中并在掺杂离子晶体(507)的一侧。检测并分析ILS激光器(500)的输出信号以识别这种气体组分(通过其光谱特征)。利用光谱特征还可以确定气体组分的浓度。在本发明的第一实施例中，ILS激光器(500)包括一块由一台半导体二极管激光器(914)光学泵浦的掺杂离子晶体介质(507)。在第二实施例中，ILS-激光器(500)包括放置在仰射线性激光器腔(902)中的一块掺杂离子晶体介质(507)。使用半导体二极管激光器(914)和/或线性激光器腔(902)能够使ILS激光器(500)与其它结构设计相比具有相对较小和紧凑的结构。气体检测系统的小巧/紧凑结构使之具有广泛的实际用途。

摘要： 本实用新型提出一种共聚焦显微拉曼（Raman）和激光诱导击穿光谱（LIBS）联用激光光谱分析仪。该仪器包括显微Raman系统、显微LIBS系统、高分辨率显微成像系统、共聚焦显微光路和具有时间分辨功能的光谱接收系统等，可自动转换白光显微成像观察模式、自动对焦模式、LIBS光谱工作模式、Raman光谱工作模式等。本实用新型的显著特点是利用显微共聚焦系统实现Raman和LIBS紧凑联用，能够实现同一微小位置物质元素和分子结构的定性和定量分析，结合高分辨率成像功能，可以在微米尺度上做空间分辨的元素和物质结构化学分析，得到样品的化学元素、物质结构和物理条件的空间分布图像等完整信息。