动脉粥样硬化斑块和血管壁的光谱学实验研究

为区分动脉粥样硬化斑块和血管壁,给激光血管成形术的实时监控提供依据,研究了动脉粥样硬化斑块和血管壁的激光诱导荧光光谱(LIFS)和拉曼光谱.日本雄性大耳白兔15只,以高脂饲料喂养3个月,取主动脉弓作纵行切开,分别采用380 nm紫外激光和532 nm绿激光作为激发光源诱导动脉粥样硬化斑块和血管肇的荧光光谱;采用532 nm绿激光作为激发光源诱导动脉粥样硬化斑块和血管壁的拉曼光谱.结果表明,380 nm紫外激光诱导的动脉粥样硬化斑块和血管壁的荧光光谱在416 nm处均有明显特征峰,但前者的强度显著高于后者;532 nm绿激光诱导的动脉粥样硬化斑块和血管壁的荧光光谱在800 nm处均有明显特征峰,但强度无明显差别;动脉粥样硬化斑块的拉曼光谱在3000 nm和3300 nm处存在明显的波峰和波谷,而血管壁的拉曼光谱曲线较光滑,无明显特征峰.说明380 nm紫外激光诱导的荧光光谱和拉曼光谱均有可能有效区分动脉粥样硬化斑块和血管壁,而532 nm绿激光诱导的荧光光谱不能有效区分动脉粥样硬化斑块和血管壁.     

激光诱导荧光探测气溶胶装置的研制及实验研究

基于激光诱导荧光原理研制出一套激光诱导荧光探测气溶胶的装置。该装置采用Nd:YAG脉冲激光器产生355 nm波长脉冲激光,经过引导后进入样品池,激发出的荧光被系统收集后进入高分辨率光栅光谱仪,得到样品的荧光光谱图。选用还原型辅酶I（NADH）和核黄素两种典型的生物荧光物质对系统的性能进行测试,在355 nm激光激发下,获取了还原型辅酶I（NADH）、核黄素荧光光谱图;研究了样品浓度对于荧光光谱强度的影响,结果表明在低浓度范围荧光强度与浓度呈线性关系;考查了激光能量对荧光强度的影响,在一定能量范围荧光强度与激光能量呈线性关系,但当激光能量达到一定值后荧光强度会发生饱和。该装置所建立的生物性物质荧光数据库有利于了解和掌握生物荧光特性,对于进一步实现生物气溶胶远距离探测具有重要意义。     

远距离物质拉曼光谱探测系统

为了实现远距离物质的识别检测,设计和建立了脉冲门控非接触式的拉曼光谱探测系统,利用强脉冲激光的高能量密度（~106 W）增强被探测物质的拉曼散射信号,通过大口径透镜系统提高拉曼光收集效率,同时采用同步延时系统控制ICCD的开启和积分时间,有效地去除背景光和荧光的干扰,提高信噪比,从而显著增加拉曼光谱探测距离。初步研究了不同通光口径对探测能力的影响,以及在950 mm的探测距离上获得了清晰的硫元素和纯净水的拉曼光谱信号。     

基于激光拉曼光谱的氯苯低浓度探测

采用激光拉曼光谱技术对氯苯的25种不同浓度的CCl4溶液进行了分析。研究结果表明,在253~0.44g/L范围内,氯苯及CCl4振动拉曼光谱强度比与氯苯浓度呈线性关系,利用最小二乘法拟合得到线性相关系数为0.995。激光拉曼光谱技术具有快速、无损、样品无需预处理等优点。该研究为有机分子的低浓度测量及定量分析提供了一种可行的光谱测量方法。     

原子干涉仪中拉曼激光的相位-频率双调制稳频

为降低拉曼激光的频率噪声,提出了一种相位-频率双调制稳频技术。用光纤电光相位调制器对激光进行调制并产生大失谐边带;用射频信号对光纤相位调制器的微波驱动信号进行频率调制,通过锁相放大法将一个大失谐边带锁到铷原子的饱和吸收谱线上。利用该技术实现了拉曼种子激光的稳频和2 GHz的移频,拉曼激光的线宽大幅压窄到56 kHz,预期拉曼激光频率噪声引起的原子干涉重力仪的单次测量噪声可降低到7×10-9/s2。     

生化战剂激光侦检技术的发展概述

生化战剂在恐怖主义活动和非军事领域的非法使用对社会公共安全造成了严重的威胁。分析了基于米氏散射、瑞利散射、拉曼散射、吸收光谱和诱导荧光光谱信号的生化战剂激光侦察报警和快速检测技术的基本原理,说明了生化战剂激光侦检系统的关键技术,回顾了美、俄、德、法等国生化战剂激光侦检技术的发展情况。     

基于激光光谱的远距离炸药探测技术

激光光谱技术能够提供炸药的光谱“指纹”信息,具有远距离快速探测能力,近年来得到国内外的广泛关注。重点阐述了激光拉曼光谱和激光诱导击穿光谱应用于远距离炸药探测的基本原理、技术特点和发展现状及趋势,并在此基础上,分析了激光光谱远距离炸药技术的应用前景。     

拉曼-荧光联合水下探测系统及初步试验

深海热液环境中存在着巨大的化学和热梯度,快速剧烈的混合和生物合作过程产生了多种多样的矿物合作过程,并培养了大量的化学合成微生物。激光拉曼光谱非常适合于深海热液环境矿物过程的探测,然而要对矿物与微生物作用过程进行研究,还需要与荧光光谱技术进行联合。针对深海热液的探测需求,研发了一套拉曼-荧光联合光谱水下原位探测原理样机。该联合系统主要通过双波长激光器和两个微型光谱仪实现,双波长激光器同时发射266 nm和532 nm激光,其中532 nm激光用来激发拉曼光谱,266 nm激光用来激发荧光光谱。根据波长不同,双波长激光被分为两束分别经两片石英玻璃窗口照射到海水或液体样品上。产生的拉曼和荧光光谱经后向散射收集并分别耦合到拉曼和荧光光谱仪中。整个系统集成于L790 mm270 mm的舱体内,在舱体前端有光学窗口和水密插头,舱体内部主要包括双波长激光器、光谱仪、嵌入式计算机和供电装置,甲板控制终端通过电缆实现对系统的供电、控制和数据采集。利用搭建的原理样机在实验室对海水和拟棱形藻样品进行探测,实验结果初步证明拉曼-荧光联合光谱探测装置的可行性,之后系统在青岛近岸进行了实验并获得了实验数据。下一步将优化系统并应用于深海热液环境探测。     

低功率CO2激光辐照对多层石墨烯结构的影响

在真空环境下使用不同功率密度的CO2激光对化学气相沉积法(CVD)生长的石墨烯进行辐照,通过研究辐照前后的拉曼光谱变化考察了激光功率密度及辐照时间对多层石墨烯结构的影响。结果表明,当功率密度较低(13W/cm2)时,石墨烯拉曼光谱中的D峰降低,2D峰增强,石墨烯内的掺杂、缺陷减少。随着功率密度的增加,石墨烯的缺陷增多,部分缺陷连接形成晶界,使石墨烯分解为纳米晶。在58 W/cm2的功率密度下,当作用时间为120s时,在石墨烯表面产生非晶碳。研究表明,适当参数的CO2激光辐照能改善石墨烯的内在性能。     

紫外激光使拉曼光谱学革命

新科学仪器导致日益深刻的探索，也导致对材料更深入的化学考察和物理考察。仪器发展和科学推进联姻的最好例子也许是激光对搞清分子结构和分子动力学的影响。新激光源在这方面应用的继续扩大，促使产生光谱学的新方法和重新形成用于指导新概念、新材料和新工艺发展的经典光谱技术。紫外激光源的新近发展使用于材料科学和生物学基础研究和应用研究的紫外拉曼光谱实验成为可能。这些研究包括对环境致癌物、金刚石薄膜生长、蛋白质结构和动力学的研究。普通拉曼效应是一种较微弱现象。直至80年代，拉曼光谱学都被认为是特殊技术，它需要高度专…     

相干多普勒测风激光雷达研究

研制了一套用于大气风速测量的1.064 μm全固态相干激光雷达系统。该系统采用种子注入 Nd∶YAG脉冲单频激光器作为光源。激光的脉冲能量为0.5 mJ,脉冲宽度(FWHM)为80 ns。 利用40 m处的转轮进行了硬靶速度校正实验(速度测量误差的方差为0.23 m/s),并对大气视向风速进行了测量(探测距离可 到达400 m)。在对系统进行初步优化后,获得了30 ～ 870 m的视向风速分布曲线。     

闪光式焦平面激光成像雷达方程改进及仿真

推导了一个适用于闪光式焦平面激光成像雷达的雷达方程。该方程以传统的激光雷达方程为基础,使用双向反射分布函数描述目标,可以更准确地反应目标上各点的光反射情况。并且讨论了新的雷达方程与原有理论方法之间的关系。根据得到的雷达方程编写了仿真程序,对成像结果进行了仿真计算,针对难以给出解析表达式的双向反射分布函数,使用Phong光照模型进行参数化处理。通过对仿真结果的分析,认为该雷达方程能够较好地反映焦平面激光成像雷达的工作情况。     

差分吸收激光雷达几何因子实验确定方法

差分吸收激光雷达发射光束与接收视场的重叠区域用几何因子函数来描述,几何因子是差分吸收激光雷达的重要参数。提出了一种实验方法,实验使用米散射激光雷达和差分吸收激光雷达同时测量信号,通过对比分析两台激光雷达采集信号计算得到的气溶胶散射比廓线,获得差分吸收激光雷达的几何因子。该方法的优点在于不需要预先得到精确度高的激光雷达参数,比如望远镜直径,光束发散角,望远镜接收视场角等。该方法的应用有利于减少近地面差分吸收激光雷达测量臭氧廓线的误差,提高差分吸收激光雷达的探测性能,有助于研究近地面层的臭氧时空分布特征。     

Raman-Mie激光雷达测量对流层大气气溶胶光学特性

为了研究合肥上空对流层大气气溶胶的光学特性,研制了一台Raman-Mie激光雷达,用来测量大气气溶胶的消光系数、后向散射系数和激光雷达比的垂直分布。文中介绍了研制的Raman-Mie激光雷达系统和数据处理方法,并且给出了几个测量结果。在冷锋过境时,激光雷达测量的整层对流层中大气气溶胶的后向散射系数的时空变化表明,大量的气溶胶粒子被冷空气输送到合肥上空,大气气溶胶在4 km以下的垂直分布有剧烈的变化,混合层顶的高度被抬升到了3 km附近。Fernald方法和Raman方法反演的大气气溶胶光学特性的对比结果表明,该激光雷达能够测量合肥上空大气气溶胶层中的消光系数、后向散射系数和激光雷达比廓线。     

应用于测风激光雷达的多普勒校准仪

测风激光雷达作为一种测速工具,系统的多普勒校准是验证测量准确性的关键步骤之一。针对车载、机载测风激光雷达的校准要求,设计了便携式多普勒校准仪。其基本原理是:利用已知目标的运动速度,与激光雷达系统测得的目标运动速度比较,得到系统的速度校准曲线。研制的多普勒校准仪自身系统相对误差为1%,小于激光雷达测量误差;其多普勒散射信号频谱展宽小于0.7 MHz,可以等效为气溶胶的后向散射谱。径向速度的连续调节范围可达±50 m/s。实验结果显示:当探测光子数接近2000时,激光雷达测速的精度为0.6 m/s。     

MPL-A1/T型微脉冲激光雷达的研制与应用

微脉冲激光雷达(MPL)是大范围探测大气气溶胶廓线的理想工具,在简单说明原理的基础上介绍了MPL的特点与应用;针对同轴和非同轴结构的MPL,重点讨论了在研制过程中的关键技术;给出了研制的MPL-A1型和MPL-T型MPL探测大气气溶胶消光系数廓线、云层结构和实际连续观测的结果.     

高层薄卷云消光后向散射比的求解方法

卷云的消光后向散射比是研究卷云光学特性的一个重要参量,我们的工作就是利用米散射激光雷达探测的大气和卷云的后向散射信号来获得间断出现的高层薄卷云的消光后向散射比.在无大的天气系统过境的情况下,通过对定点观测到的雷达上空有卷云和无卷云的大气回波信号的对比求解,得出间歇性卷云的消光后向散射比,并与其他方法进行了对比分析,指明了该方法的可靠性和局限性.     

卷云消光后向散射比的激光雷达测量

高层卷云对天气和气候有着重要的影响,其消光后向散射比是它的一个重要光学特性.假设卷云上方和下方没有气溶胶,只有大气分子,由激光雷达信号就可反演出卷云的透过率和光学厚度,进而算出卷云的消光后向散射比.对美国汉普顿大学的532 nm通道激光雷达测量的卷云数据进行了分析,数据采集期间从2007年1月至10月,共选取了光学厚度在0.08～1.5之间的798组卷云数据.计算结果表明:卷云高度主要分布在7～13.5 km之间;卷云消光后向散射比平均值为21.4 sr,月季特征并不很明显,概率分布呈现出正态分布特征;光学厚度的概率分布函数说明大部分为薄卷云.     

采用半解析蒙特卡洛技术模拟星载海洋激光雷达回波信号的软件

采用半解析蒙特卡洛方法,开发了一套星载海洋激光雷达回波信号的仿真系统。通过输入激光雷达系统参数和仿真的环境参数,该系统能够模拟具有不同光学特性的大气和海洋的激光雷达回波信号。同时该仿真系统设计了用户友好的软件界面方便用户对输入参数进行操作,并直观地看到输出结果。利用该系统进行了多种仿真,例如不同类型水体以及不同散射相函数的情况,并将仿真结果与理论的激光雷达信号做了对比,具有较高的一致性。该系统对星载海洋激光雷达探测机理的研究有一定的指导意义。     

微脉冲激光雷达探测大气气溶胶定标反演新方法

利用一种新的自适应定标反演方法在有效探测高度内确定标定值,反演微脉冲激光雷达(MPL)回波信号,并同另外一台激光雷达系统在相同时间、相同地点的探测结果进行了对比。对比结果显示利用该方法得到的结果能够同大气实际情况吻合地较好。应用该算法对连续12h的观测(共25组)数据进行批处理,结果正确反映了当时的天气状况。这说明该算法应用于MPL信号处理时具有很好的稳定性。