二氧化钒材料相变的太赫兹光谱与阵列成像

二氧化钒是一种具有绝缘态到金属态可逆相变特性的材料,在光器件及信息技术中有非常广泛的应用。分别采用太赫兹频段的光谱测量技术和阵列成像技术研究分析了硅基二氧化钒材料的相变过程。采用傅里叶变换光谱测量系统,获得了整个样品在2.5~20.0 THz频段透射谱和反射谱随温度的变化,分析得到了硅基二氧化钒材料相变的温度范围为334~341 K,对应温差为7 K;得到了相变前后样品对4.3 THz辐射的透过率变化达40%以上,反射率变化接近30%。随后采用一套4.3 THz的阵列成像系统,测量了整个样品在相变前后的太赫兹图像,获得了该材料由金属态转变为绝缘态时,其对4.3 THz激光信号的透过率由6.7%升至50.7%,透过率变化达44%,与傅里叶变换光谱在4.3 THz处的测量结果相当。上述研究结果为硅基二氧化钒材料用于2.5 THz以上电磁辐射的透射调制和反射调制提供了很好的实验数据支撑。     

连续太赫兹波偏振成像检测

研究了一种基于偏振特征的连续太赫兹(THz)波成像检测技术。实验采用相干公司SIFIR-50连续THz波激光器作为光源,搭建THz实时偏振成像系统。根据目标透射光偏振特性的差异,利用日本NEC公司IRV-T0831C型非制冷测微辐射热THz相机,获取金属结构、货币水印和隐藏物体三类典型目标的THz波透射图像,计算目标的斯托克斯参量图像和偏振图像,分析了THz波偏振成像的检测特性。实验表明,THz偏振成像技术既发挥了THz波无损成像的优势,又能有效提高目标的识别效率,使不同目标物体的成像差异最大化。     

壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱测试系统设计

基于壳层隔绝纳米粒子增强技术,开发了一种新型的等离激元拉曼光谱测试系统,该系统能够有效地提高被测物质的拉曼反射信号强度。壳层隔绝纳米粒子增强技术采用包裹了极薄的二氧化硅或者氧化铝壳层的单层金纳米粒子,能够产生较强的表面增强效应。整个测试系统的硬件部分主要包括双处理器（ARM和DSP）主控板、半导体激光光源、光谱仪、光纤探头和粒子施加装置;软件部分能够自动获取被测物质的拉曼谱图。这里,粒子施加装置用于自动地将壳层隔绝纳米粒子施加到被测样本中。在实验中,将测试系统用于检测食品违禁添加物三聚氰胺和孔雀石绿,以验证壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱技术。实验结果表明,该测试系统具有较高的测试灵敏度和较短的测试时间,广泛地适用于食品安全中痕量物质快速检测。     

基于生物发光技术的细菌总数快速检测仪

针对细菌总数现场检测需求,设计了一种基于ATP(三磷酸腺苷)生物发光技术的细菌总数现场快速检测仪。传统方法检测细菌总数需要2~3天,而利用ATP生物发光技术可在30min之内完成检测,大大提高了检测速度。本检测仪选取H5773-02型光电倍增管作为光电转换器件以检测微弱光信号,该光电倍增管的工作波长范围为330~850nm,峰值检测波长为500nm,ATP生物发光波长为550nm,两者基本一致,使检测仪具有较高的测量灵敏度。采用流动注射技术,在加入被测样品后分别向样品池中加入检测试剂。由于样品池被密闭在检测腔中,因此可有效减小外界光对测量结果的影响,同时也减小了人为加样对检测重复性的影响,提高检测重复性。利用本检测仪对浓度在10-6~10-14mol/L内的ATP样品进行了检测。实验表明,测量结果具有明显梯度,测试时间小于400s时,与标准样品浓度间的线性相关系数达到0.986。设计的细菌总数快速检测仪具有检测速度快、重复性高、操作简单等优点,可适用于食品卫生与安全、环境检测等领域。     

基于生物发光技术的细菌总数快速检测仪

针对细茵总数现场检测需求,设计了一种基于ATP(三磷酸腺苷)生物发光技术的细茵总数现场快速检测仪.传统方法检测细菌总数需要2～3天,而利用ATP生物发光技术可在30 min之内完成检测,大大提高了检测速度.本检测仪选取H5773-02型光电倍增管作为光电转换器件以检测微弱光信号,该光电倍增管的工作波长范围为330～850 nm,峰值检测波长为500 nm,ATP生物发光波长为550 nm,两者基本一致,使检测仪具有较高的测量灵敏度.采用流动注射技术,在加入被测样品后分别向样品池中加入检测试剂.由于样品池被密闭在检测腔中,因此可有效减小外界光对测量结果的影响,同时也减小了人为加样对检测重复性的影响,提高检测重复性.利用本检测仪对浓度在10-6～10-14 mol/L内的ATP样品进行了检测.实验表明,测量结果具有明显梯度,测试时间小于400 s时,与标准样品浓度间的线性相关系数达到0.986.设计的细菌总数快速检测仪具有检测速度快、重复性高、操作简单等优点,可适用于食品卫生与安全、环境检测等领域.     

基于生物发光技术的细菌总数快速检测仪

针对细菌总数现场检测需求，设计了一种基于ATP（三磷酸腺苷）生物发光技术的细菌总数现场快速检测仪。传统方法检测细菌总数需要2-3天，而利用ATP生物发光技术可在30min之内完成检测，大大提高了检测速度。本检测仪选取H5773-02型光电倍增管作为光电转换器件以检测微弱光信号，该光电倍增管的工作波长范围为330-850nm，峰值检测波长为500nm，ATP生物发光波长为550nm，两者基本一致，使检测仪具有较高的测量灵敏度。采用流动注射技术，在加入被测样品后分别向样品池中加入检测试剂。由于样品池被密闭在检测腔中，因此可有效减小外界光对测量结果的影响，同时也减小了人为加样对检测重复性的影响，提高检测重复性。利用本检测仪对浓度在10^-6-10^-14mol/L内的ATP样品进行了检测。实验表明，测量结果具有明显梯度，测试时间小于400s时，与标准样品浓度间的线性相关系数达到0.986。设计的细菌总数快速检测仪具有检测速度快、重复性高、操作简单等优点，可适用于食品卫生与安全、环境检测等领域。     

聚合物薄片的复介电常数微波测量方法

提出了一种在微波频域测量聚合物样品薄片复介电常数的方法,它利用自动测量线测试系统测量出电压驻波比和相角,然后采用级数各阶次展开方法,由反射系数推导出复介电常数.级数低阶次方法求解厚度较大的被测样品复介电常数时,为确保结果具有较高的精确度,要求测量频率不超过1.5GHz.为了克服这种测量频域的局限性,可采用级数高阶次展开方法来求解复介电常数.用级数展开方法测量聚苯乙烯、多乙酸乙烯酯和聚亚胺酯的复介电常数值,结果与真实值相近,可以和传输/反射法相媲美.     

光激发半导体硅片对宽带太赫兹波的调制研究

利用光泵浦-太赫兹(THz)探测(OPTP)技术,研究 了THz波在Si半导体界面间的传输行为。通过改变抽 运光密度从而改变样品表面的载流子浓度,实现对THz波透射/反射的有效调制。在外加中心 波长为800nm 的飞秒激光激发块体半导体Si片时,成功实现了对宽带THz波时域谱包括入射THz 脉冲振幅和 相位以及THz波次级反射峰抗反射的调制。光激发Si片可以获得任意载流子浓度 的Si片实现对 THz脉冲振幅的调制,调制度达到90%以上;光激发Si片能够使THz脉 冲的相位发生负延迟,随着 泵浦光密度的增加,负的相移越来越明显,随着频率的增高,负的相移也越来越明显;光激 发Si片还能够 对THz波的次级反射峰进行调制,随着泵浦光密度的改变,实现对次级反射峰的π相位以及 次级反 射峰抗反射的调制。光激发Si片对宽带THz波时域谱的调制为THz波在通信、国防安全等领域 的应用奠定了基础。     

氧化钒薄膜的制备及其在光激励下对太赫兹波的调制

采用磁控溅射法在蓝宝石基底上制备金属钒薄膜,然后在O2中快速热处理获得具有相变特性的VOx薄膜。实验对比了不同的热处理温度和热处理时间对薄膜性能的影响,薄膜的结晶状况用X射线衍射(XRD)进行分析;利用THz时域频谱系统,观测薄膜在不同激励光功率下的相变特性及其对THz波的调制作用。结果表明,在570℃条件下快速热处理60s所制得的VOx薄膜性能最佳,薄膜对THz波透过性最好,光激励后对THz波的调制作用最大,调制幅度达到83.9%,且引发相变的功率阈值低。     

多种光学支架的太赫兹反射特性测量

光学支架是太赫兹(THz)实验系统的重要组成部分,通过研究一些常用的光学支架对THz光的反射特性,并以此为依据采取合理的措施降低反射影响,对提高实验精度具有重要意义。对一些常用的光学支架,如方形滤波片固定座、三角块、不锈钢接杆和杆座等,进行了反射率测量实验,采用对比测量法,通过计算获得了不同支架在45°入射角时对2.52 THz光的近似反射率。实验结果表明,光滑的不锈钢接杆反射率较大,实验测得直径为25 mm的不锈钢接杆的反射率最高可达约43%;表面不平整的直径为25 mm的喷漆杆座的反射率较低,为0.62%;而表面有菱形条纹的直径为28 mm的升降杆座的反射率仅为0.35%。     

太赫兹技术用于精准农业污染检测探索研究

利用太赫兹光谱技术进行了土壤中重金属铅含量检测研究,太赫兹光谱是一种拥有多种独特性质的新型安全检测技术,前期实验结果证明该研究具有一定可行性。制备了不同浓度的含铅污染土壤样品,研究并确定了压片法制备参数,然后在首都师范大学太赫兹实验室开展了样品测量实验,获取了有效数据。分别采用偏最小二乘和区间偏最小二乘法对太赫兹全谱数据进行了建模和预测,结果表明经优化的预测结果相关系数达到0.81,证实了该方法可行。借助于该检测手段,可以得到农田的重金属铅污染分布图,然后根据污染图进行污染治理和农田土壤有效管理,从而提高农田的生产能力。为精准农业中农田重金属污染快速检测、实现农业可持续发展提供参考。     

面向生化样品的太赫兹偏振传感研究进展

太赫兹(Terahertz,THz)波具有相干性好、信噪比高、辐射能量低等性质,在传感领域有着广泛应用。此外,THz传感还具有实时、非接触、无标记、非电离等优点,在生化传感特别是生物活性物质的传感中有着重要应用。但THz传感也存在着灵敏度低、水的吸收强、检测信息有限、适用性差等缺陷。介绍在THz时域偏振光谱传感技术方面的系列工作,采用微结构器件作为传感器,使用透射或反射传感方法分别检测了细胞、氨基酸和脱氧核糖核酸(DNA)几种生化样品。实验结果表明：与传统的谐振传感方法相比,偏振传感方法的品质因数和传感灵敏度均有着显著提高;反射式传感有效避免了水对THz的吸收,实现了液体环境下活性生化样品的传感;使用具有手性的微结构器件作为传感器,或利用手性THz波作为激发场,可以增强样品的偏振响应,提高传感灵敏度,实现手性分子的传感。     

烷基化汽油中烃类物质含量的太赫兹时域光谱研究

应用太赫兹时域光谱技术研究了烷基化汽油中烯烃在太赫兹波段的性质。以烷基化汽油中的2,4,4-三甲基戊烯为例,分析了其不同浓度在太赫兹波段产生的光谱响应。结果表明, 对于烯烃含量不同的烷基化汽油,其信号中的峰强具有明显不同,并浓度的变化呈线性变化。利用时域谱最大值和最小值之和拟合而成的预测曲线对两种未知浓度样品进行预测,其误差均小于0.5%。同时对其不同频率下的吸收系数进行拟合与分析。根据太赫兹光谱最原始的幅值信息及其吸收系数可对其中烯烃含量进行快速定性,甚至是定量分析, 为烷基化汽油中烃含量和品质的定量检测作基础。     

太赫兹光谱分析中用误差理论确定样品厚度的研究

太赫兹（1 THz=1012 Hz）时域光谱作为一种新型的光谱探测技术,被广泛用来研究各种材料在远红外频谱范围内的光学特性。在太赫兹透射光谱分析中,多数情况下需要知道被测样品的厚度,才能准确提取样品的光学参数。然而,有些样品的厚度不宜测量准确甚至不能直接测量。文中介绍和讨论了利用误差理论给出了准确确定样品厚度的同时提取样品的太赫兹波段光学参数的方法,该方法可以广泛应用于该类样品的太赫兹透射谱分析过程。     

碳类烟幕材料对太赫兹波的衰减特性

为获得太赫兹波对碳类烟幕的穿透特性,采用压片法分别将不同比例混合的石墨粉和KBr、碳黑粉和KBr进行压片,利用太赫兹时域光谱仪在0.2~1.1 THz频率范围内测试压片样品的太赫兹透射光谱,进而获得样品在该频率范围内的吸收系数。研究发现:随着频率的增大,样品的吸收系数均逐渐增大,且在同一频率处,其均随碳类粉末掺杂比例的增加而增大;与石墨相比,相同掺杂比例的碳黑样品具有更大的吸收系数。结果表明,太赫兹波具有较强的穿透石墨烟幕的能力,但其对碳黑烟幕的穿透能力较弱,利用碳黑有望进行太赫兹波段烟幕的研制。     

用介电函数的三级微商谱精确确定GaxIn1—xP临界点的能量值

本文导出了弱电场则反射谱与电函数对能量的三级微商成正比。将ＭＯＣＶＤ方法生长的ＧａＩｎＰ以及掺Ｓｉ和掺Ｚｎ３个样品，用椭圆偏振光谱法测量得到了可见光区的介电函数谱，并求其三级微商谱，把用一分析电反射谱的三点法推广到分析介电函数的三级微商谱，得到弱电场调制反射谱的实验结果，并与介电函数谱的结果加以比较，使灵敏度和分辨率有很大提高。     

基于荧光光谱法的皮肤胆固醇快速无创检测技术

皮肤胆固醇含量可以作为评价动脉粥样硬化的重要指标之一,现有的皮肤胆固醇含量检测主要基于实验室活检进行,缺少快速无创的检测技术和装备。针对以皮肤胆固醇含量为评价指标的动脉粥样硬化的早期快速筛查需求,本文提出了基于荧光光谱法的皮肤胆固醇快速无创检测方法,研发了一种皮肤胆固醇无创检测系统。为了提高测量的准确性和稳定性,该系统对温度引起的检测试剂荧光效率的波动进行了修正。本文结合气相色谱法对测量结果的准确性进行了验证,并通过检测正常人群和动脉粥样硬化高风险人群的皮肤胆固醇含量,明确了该系统的临床应用价值。本文的研究结果表明,462~520 nm波段内的平均荧光强度与温度的相关系数为-0.995(p<0.0001),可据此建立温度校准曲线对由温度差异引起的荧光波动进行修正。校正后,系统测量的皮肤胆固醇含量与气相色谱测量值的相关性显著,相关系数为0.905(p<0.0001)。在动脉粥样硬化高风险人群的筛查实验中,动脉粥样硬化高风险人群和正常人群的皮肤胆固醇检测结果具有显著差异(P=0.0004)。与现有技术相比,基于荧光光谱法的皮肤胆固醇检测技术具有测量快速无创等优势,为大规模开展动脉粥样硬化的早期风险筛查提供了先进技术手段。     

宽光谱宽光束瞄具透过率测试系统

介绍了一种可用于瞄具、望远镜、透镜等光学系统的新型透过率检测系统。系统集光谱技术、检测与转换技术、计算机技术等多种技术于一体,分别设计了白光和光谱光源准直扩束系统和双通道反射测量光路。可进行宽光谱范围和大口径透过率检测。同时保证系统减小杂光、背景光和光源波动引起的误差。光谱范围覆盖可见—近红外波段(300~1600 nm),测量光束直径可达60 mm,分别使用4种透过率的标准透过率板进行标定实验,得到绝对测量误差≤0.5%的实验结果。     

飞秒激光作用ZnSe晶体产生和探测THz辐射的实验

实验研究了ZnSe单晶的光学整流THz产生,借助电光取样技术得到THz脉冲的时域波形和FFT频谱分布,观察到约113fs的THz辐射场分布,及相应约5.8THz的频谱分布,辐射峰位于3THz左右.对比研究了不同表面的ZnSe晶体的THz辐射峰值强度随激发光功率的变化,通过轻微烧蚀模型定性解释了高激发功率下THz信号的饱和机制.     

基于拉曼光谱全谱数据的无损快速胆维丁含量定量检测方法

提出了利用拉曼光谱全谱数据结合偏最小二乘法实现胆维丁含量快速无损定量检测方法。 采用实验室自主研发的便携式拉曼光谱仪采集了39组不同含量胆维丁样品的拉 曼光谱,26组作为训练集建立偏最小二乘预测模型,13组作为测试集验证模型。测试集预测的 含量和实际含量的线性相关系数为0.999。研 究结果表明拉曼光谱全谱分析结合偏最小二乘法可以用于胆维丁含量的快速定量检测。