多光谱探测与激光多光谱探测技术的进展

主要介绍了多光谱探测及激光多光谱探测技术的发展及现状,并着重探讨了激光多光谱扫描成像系统的关键技术与发展趋势。鉴于激光多光谱主动探测技术的优势,这项技术将在制导、目标识别、地形匹配及其它激光主动探测领域具有广泛的应用前景。     

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。     

超光谱地雷探测计划

由美国国防高级研究计划局提出的超光谱地雷探测(HMD)计划于1994年开始实施,其目的是研究并试验用先进的超光谱传感器对掩埋的地雷进行远距离探测的方法.超光谱传感器技术发展迅速,最近已扩展到反射和热红外谱区.机载超光谱传感器已显示出新的地面目标(其中包括地雷)探测水平.超光谱地雷探测计划旨在把这种地面目标探测能力扩大到能够探测掩埋好的地雷的水平.地雷的造价不高,埋置时所冒的危险也相对较小,但却特别难对付,因此,军队和恐怖分子都把它当作一种有效的武器.     

激光诱导等离子体光谱技术应用于月球探测的可行性研究

阐述了激光诱导等离子体光谱技术的物理机制,分析了气压影响激光诱导等离子体光谱探测的机制和规律,建立了低气压环境下进行激光诱导等离子体光谱探测的试验装置,开展了不同等级低气压环境下的试验研究,通过试验数据具体量化了气压对激光诱导等离子体光谱探测的影响,进而论证了激光诱导等离子体光谱技术应用于月球探测的可行性.     

微弱光谱信号的探测与识别

讨论了红外遥感中对微弱光谱信号的检测问题，利用该方法，能在远距离处对目标云团进行有效的探测和识别，本文对探测原理和信号处理等问题作了较为详细的论述。     

拉曼光谱技术在深海原位探测中的研究进展

拉曼光谱是一种分子指纹光谱,在物质成分识别和定量分析领域已得到广泛应用,近年来也逐渐应用于深海极端环境 的原位探测。回顾了激光拉曼光谱技术的发展历程,介绍了国内外已经研发的深海激光拉曼光谱探测系统,并着重介绍 了各系统在深海冷泉、热液等极端区域对喷口流体、沉积物孔隙水、自生碳酸盐岩、水合物等目标物的原位探测和 应用,最后总结了限制拉曼光谱技术在深海取得更多应用的因素,可以为拉曼光谱技术未来的发展提供参考。     

激光技术在机载光电探测与制导系统中的应用

围绕着空军作战模式从低空攻击向中空和防区外武器精确投放转变,分析了机载光电探测系统在目标探测与武器制导中的功能需求、技术发展趋势,并着重介绍了激光技术的热点研究内容。激光成像与多光谱探测等新技术有着强劲的发展势头,将在远距离目标识别、精确制导等领域有着广泛的应用前景。     

单细胞和单分子的激光捕获及喇曼光谱分析

上海光机所在“单细胞和单分子的激光捕获及喇曼光谱分析”项目中研制出了激光镊子喇曼光谱仪，可探测喇曼光谱范围为330-960nm，光谱分辨率水平为7cm^-1，探测灵敏度达到可以探测到单个生物细胞喇曼光谱的水平。完成了利用脉冲激光梯度力使得粘在样品池底面的样品颗粒从底面离开，从而可以被光镊捕获的实验，并采用合理的物理模型解释了实验现象。利用激光捕获喇曼光谱技术开展了环境温度变化对单个酵母细胞的分子喇曼光谱影响的研究；     

月球表面原位光谱探测技术研究与应用（特约）

探测月球与行星表面物质化学成分是了解其起源及演化历史的关键，而光谱探测技术则是物质成分识别与定量反演研究的重要手段。原位（In-Situ）光谱探测有别于空间探测中的环绕器遥感及采样返回探测，是指在目标现场进行的近距离光谱探测。我国“嫦娥三号”任务科学研究与资源勘查，需要开展月球表面原位光谱探测技术研究，突破凝视型时序扫描的新型声光光谱探测关键技术，研发适应表面恶劣环境的高性能、轻小型、高可靠仪器，在国际上率先实现月球表面光谱原位探测及分析。论文结合以“嫦娥三号、四号”为典型应用的红外成像光谱仪，介绍据此发展起来的月球表面原位光谱探测技术，包括探测机制、工作模式及仪器的功能、性能与应用；最后，也简要介绍了即将应用的“嫦娥五号”月球矿物光谱分析仪。     

基于电可调式F-P干涉具的脉冲激光静态干涉

传统激光光谱探测通常采用动态Michelson干涉具来实现,但此类干涉具结构复杂,且需要反复移动内部器件的位置才能实现稳定的干涉.此外,某些激光脉冲的时间宽度较窄,因此,此类动态干涉具无法实现持续时间较短的脉冲激光光谱探测.该文从基于电可调式法布里-珀罗(F-P)干涉具用于脉冲激光光谱探测人手,讨论了交流控制式F-P干涉具的相关参数,并进行了光学测量实验.该文为静态脉冲激光光谱探测技术的实现提供了可靠的理论依据.     

Detection of Concealed Explosives at a Distance Using Terahertz Technology

Terahertz imaging and spectroscopy has been shown to have the potential to use very low levels of nonionizing radiation to detect and identify objects hidden under clothing. In this paper we discuss some of the important factors involved in addressing practical systems in the security industry, and describe our recent work on the development of a prototype terahertz standoff detection system. Using this system we demonstrate the spectroscopic detection of concealed explosives at a standoff distance of 1 m, both real time, in reflection, and under normal atmospheric conditions.     

基于TDLAS-WMS的液体无损探测识别电子鼻系统

为了实现对液体的无损探测识别,在可调谐二极管激光吸收光谱和波长调制光谱（TDLAS-WMS）技术的基础上,采用嵌入式处理器LPC2148和波长可调谐的分布反馈（DFB）激光器设计并研制了液体无损探测识别电子鼻系统,控制DFB激光器出射波长通过被检测液体的挥发气体,根据谱带的吸收情况进行探测,并将数据经过USB接口传输到上位机进行处理和分析。上位机根据气体信息数据库识别出被检测液体。测试结果表明,设计的电子鼻系统可以在不破坏待测物质化学性质的前提下快速准确地进行探测和区分识别。     

基于可调谐半导体激光器的甲烷气体监测技术

介绍了一种利用分布反馈(DFB)可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS)实现甲烷气体浓度监测系统。不同于直接测量气体吸收前后光源强度的变化值,TDLAS通过提取二次谐波幅值信息,在频域换算气体浓度,因此具有更高的稳定性和精确度。同时对不同输出特性的DFB半导体激光器进行对比研究,分析光源的波长调谐特性及功率-电流特性对实际应用的影响。     

Imaging for concealed weapon detection: a tutorial overview of development in imaging sensors and processing

Manual screening procedures for detecting concealed weapons such as handguns, knives, and explosives are common in controlled access settings like airports, entrances to sensitive buildings, and public events. The detection of weapons concealed underneath a person's clothing is an important obstacle to the improvement of the security of the general public as well as the safety of public assets like airports and buildings. It is desirable to be able to detect concealed weapons from a standoff distance, especially when it is impossible to arrange the flow of people through a controlled procedure. The goal is the eventual deployment of automatic detection and recognition of concealed weapons. It is a technological challenge that requires innovative solutions in sensor technologies and image processing. A number of sensors based on different phenomenology as well as image processing support are being developed to observe objects underneath people's clothing. The main aim of this article is to provide a tutorial overview of these developments.     

有源RLC电路的量子化

本文提出了RLC电路的一种量子化方案，研究了电路中电荷和电流在几种量子态中的量子涨落。通过变量替换，这种量子化方案也适用于受迫阻尼谐振子。     

基于太赫兹光谱技术的爆炸物类危险品检测

太赫兹(THz)光谱技术识别爆炸物类危险品是一种极具竞争力的新型安检方法。总结了不同研究机构的爆炸物指纹谱数据,建立了可供参考的数据库;讨论了棉布、塑料、皮革、涤纶和硬纸板等常见材料覆盖下隐蔽爆炸物的检测状况;介绍了远距离探测爆炸物的最新研究进展。最后,分析了实战场景中应用THz光谱技术检测爆炸物需要面临的混合爆炸物、复杂环境条件和远距离探测等主要问题,并对未来的发展趋势作了展望。     

大气环境污染气体的光谱遥感监测技术

光谱遥感监测是大气环境污染监测领域的一项高新技术,具有其它方法不可比拟的优点,如灵敏度高、分辨率高、多组份、实时、快速监测等。本文介绍了主要几种光谱遥感监测技术：傅氏变换红外光谱（ＦＴＩＲ）技术,差分光学吸收光谱（ＤＯＡＳ）技术,激光长程吸收技术以及差分吸收激光雷达技术（ＤＩＡＬ）。讨论了它们的测量方法、应用范围、各自的优缺点以目前的发展状态。     

利用TDLAS技术的多点甲烷气体全量程监测

甲烷气体是一种对人体和环境有严重危害的气体,特别在煤矿、天然气罐、气站和石油化工等安全生产领域,对甲烷气体的泄漏监测至关重要。利用可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）,选择1 653.72 nm波长作为甲烷气体直接吸收检测的中心波长,使用微透镜设计了14 cm光程吸收池建立了一套浓度范围为0~100%全量程甲烷在线监测系统,利用分束器分成多路对不同位置进行监测,通过小波变换对吸收信号进行降噪处理,提高信噪比,使系统的最低测量极限达到335 ppm （1 ppm=10-6）,并将自行研制的多点全量程激光甲烷传感器与商用红外甲烷气体探测器进行对比实验,结果表明:该系统具有测量稳定性好、测量范围大、响应速度快、免调校、测量探头本征安全、低成本等优点,完全有能力满足各行业的使用需求。     

Novel Signal‐Amplifying Fluorescent Nanofibers for Naked‐Eye‐Based Ultrasensitive Detection of Buried Explosives and Explosive Vapors

A novel electrospun fluorescent nanofiberous membrane with a function like “molecular wires” was developed via electrospinning for the detection of ultra‐trace nitro explosive vapors and buried explosives by naked eye under UV excitation. The high binding affinity between the electron‐deficient nitro explosives and the sensing film results in a rapid, dramatic quenching in its fluorescence emission. A wide spectrum of nitro explosives, in particular, TNT, Tetryl, RDX, PETN and HMX could be “visually” detected at their sub‐equilibrium vapors (less than 10 ppb, 74 ppt, 5 ppt, 7 ppt and 0.1 ppt, respectively) released from 1 ng explosives residues. Such outstanding sensing performance could be attributed to the proposed “sandwich‐like” conformation between pyrene and phenyl pendants of PS which may allow efficient long‐range energy migration similar to “molecular wire”, thus achieving amplified fluorescence quenching. Its application for the detection of buried explosives in soil by naked eye was also demonstrated, indicating its potential application for landmine mapping. To the best of our knowledge, this is the first report about the detection of buried explosives without the use of any advanced analytical instrumentation.     

轨道UWB地表穿透SAR探雷验证系统

轨道地表穿透合成孔径雷达（GPSAR）是为了评估UWBSAR在地雷目标探测中的可行性和效能，而用高于地面数米支架作为轨道构建的一个地雷目标探测系统。文中首先介绍了轨道GPSAR的系统框架，接着介绍了该系统在射频／耦合抑制、近场SAR成像，以及埋设地雷目标检测方面所作的工作，最后，用一系列实测试验数据及其处理结果验证了轨道GPSAR检测地雷目标的性能。