基于柱矢量光束的纵向拉曼信号探测

提出了一种获得径向偏振光中纵向分量激发拉曼信号的方法,用于解决一般偏振拉曼信号无法检测分子取向垂直于样品的问题。首先使用聚焦后的角向偏振光和径向偏振光激发样品,然后用两种激发光产生的拉曼信号进行计算,得到由纯纵向光场激发的拉曼信号。使用Si(0 0 1)样品和Si(1 1 0)样品验证了该方法的可行性。这对于使用拉曼散射信号测量纵向取向的分子,以及纵向的分子振动模式具有一定意义。     

基于Kolmogorov-Smirnov检验的远程拉曼光谱寻峰算法

远程拉曼系统已经开始用于深空物质检测,要求远程拉曼系统具有小型化,抗辐射和低功耗等特点。为了解决通过降低激光脉冲能量来实现低功耗情况下,拉曼信号信噪比降低的问题,提出了一种新的拉曼光谱寻峰算法,根据远程拉曼特点,采用统计学中Kolmogorov-Smirnov检验作为寻峰方法,以此提高拉曼光谱的信噪比。为此建立了一个远程拉曼系统,实验中使用的激光脉冲能量为3 m J,检测距离为3.15 m。通过对设定的参数进行检验,验证了基于Kolmogorov-Smirnov检验的远程拉曼光谱寻峰算法的准确性和普适性。     

典型食用油的荧光光谱特性与拉曼光谱特性研究

本文结合激光诱导荧光技术和激光拉曼技术,建立了基于光谱分析的食用油快速分析系统,并利用此系统测量了多种油类样品的荧光光谱及拉曼光谱信号,结果表明,油类样品存在极为丰富的荧光信号和拉曼信号,不同种类的油类样品信号存在较大差异。因此,食用油的激光诱导荧光光谱和拉曼光谱可以作为食用油安全快速检测的一种依据,适于发展快速监测仪器。     

拉曼光谱在咪唑斯汀缓释片晶型鉴别中的应用

固体制剂多晶型药物仿制药一致性评价研究工作中,需对自制制剂和参比制剂中主药晶型的一致性进行研究。咪唑斯汀缓释片中主药含量占比低于5%,且辅料组分乳糖对主药晶型分析具有干扰,单独采用X射线粉末衍射法进行制剂晶型分析难度较大。本文采用拉曼光谱法,辅以X射线粉末衍射法对咪唑斯汀缓释片中咪唑斯汀的晶型进行鉴别。应用拉曼成像的方法,定位活性成分在缓释片制剂中分布较为集中的区域,再采用单点检测,精准采集制剂活性成分拉曼信号。将经X射线粉末衍射法确证为Form A的原料药进行拉曼单点检测,并与制剂中活性成分的拉曼信号进行对比。结果显示,自制咪唑斯汀缓释片中主药为Form A,且与原研制剂一致。证明本方法在制剂中主药含量低且辅料对主药X射线衍射分析有干扰的晶型鉴别中具有应用价值。     

基于HC-PCF的增强拉曼气体检测方法

自发拉曼散射是一种弱效应,在检测气体等低浓度物质时得到的信号往往非常微弱,很难辨识。针对这一问题,首先模拟了空心光子晶体光纤(HC-PCF)对激光能量密度的增强作用,讨论其与激光束耦合联接的条件,然后用HC-PCF作样品气的腔体,设计出一种与激光谐振腔部分重叠的反射腔,对样气中的氮气浓度进行检测。试验结果表明:把空心光子晶体光纤和反射腔结合起来可以有效增强自发拉曼信号的产生,且适用于气体浓度检测。     

过渡金属二硫化物拉曼散射在免疫检测中的应用

为了利用可见光激发下半导体拉曼散射信号实现生物检测,以窄带隙的MoS_2材料构建了拉曼免疫标记探针,用于实现对人IgG分子的高特异性识别。首先,运用液相剥离法分别获得了MoS_2和WS_2微米材料,以加热陈化处理分析了温度对532nm激发下样品拉曼散射信号强度的影响。之后借助3-巯基丙酸修饰向MoS_2材料表面引入羧基,进而获得了可用于免疫检测的拉曼探针。最后,以"抗体-待测物-抗体"的三层结构分析了基于MoS_2拉曼散射的免疫检测性能。实验发现适当温度下加热陈化处理可增强过渡金属二硫化物的拉曼散射强度(70℃下最优)。多组对照实验结果表明,免疫检测生物芯片的拉曼信号强度随人IgG浓度的升高而升高,最终趋于饱和,最低浓度的检测限达到1fM,实现了可见光激发下利用半导体拉曼散射信号对目标分子的高灵敏度、高特异性免疫检测。     

基于定镜动态准直的傅里叶变换拉曼光谱仪

本文介绍了一种基于定镜动态准直的傅里叶变换拉曼光谱仪。光谱仪采用了迈克尔逊干涉仪将拉曼光信号调制成干涉信号,通过计算机对干涉信号做快速傅里叶变换(FFT)得到拉曼光谱。为了克服干涉仪中动镜和定镜两面平面反射镜之间在运动过程中产生倾斜和振动,导致拉曼光谱调制度和信噪比降低,设计中采用了通过控制三个磁力线圈的磁场力的方式动态调整定镜的姿态实现动态准直。采用单晶硅材料作为样品对仪器性能进行测试,实验结果表明,该拉曼光谱仪的分辨率达到2 cm-1,测试硫的光谱和三氧化二锑的光谱的信噪比优于100:1。该仪器的设计和研发为我国未来同类仪器的创新发展做出有益探索。     

基于高波数拉曼光谱的口腔癌检测方法研究

目前口腔癌触诊检查依赖于医生经验,术中冰冻切片的检测方式为有创检测,准确性较低,为满足临床手术对口腔癌检测的实际需求,研究了基于高波数(2 400～4 000 cm~(-1))光纤激光拉曼光谱的口腔癌检测方法。研究光纤拉曼光谱实现口腔癌检测的原理,分析了主成分-线性判别分析(PCA-LDA)统计算法的可行性,搭建了便携口腔癌组织检测光纤拉曼系统,制备了口腔癌组织和正常组织病理切片,采集了口腔癌组织和正常组织的高波数拉曼光谱,利用PCA-LDA算法对光谱进行处理和分析。光谱分析结果表明,癌组织和正常组织的平均光谱在2 780、2 890、2 936、3 180、3 285、3 300、3 650 cm~(-1)有较大区别,利用PCA-LDA分析,对正常组织和口腔癌组织拉曼光谱进行降维分类,检测准确率为96.6%,与共聚焦显微拉曼光谱检测相比,提高了检测效率,较指纹拉曼光谱检测准确率提高约0.6%,研究表明高波数拉曼光谱结合统计学方法可以较好的区分正常组织和癌组织,有望成为一种高灵敏度,高时效性和高准确率的口腔癌检测方法,对术中口腔癌检测有重要意义。     

基于功能化银纳米粒子的表面增强拉曼法检测水体中As~(3+)

将谷胱甘肽(GSH)和4-巯基吡啶(4-MPY)通过Ag-S化学键键合到AgNPs表面,使其发生GSH/4-MPY功能化的AgNPs团聚,增强了4-MPY的拉曼信号,间接检测了水体中As~(3+)。实验充分研究了银纳米材料的合成条件及对As~(3+)进行SERS检测的最优条件,在4-MPY的浓度为2.0μmol/L、搅拌时长为30分钟的优化条件下,拉曼信号强度与As~(3+)浓度呈线性关系,线性范围为1~300μg/L。     

变压器油中气体拉曼光谱检测及信号处理方法

准确检测变压器油中溶解故障特征气体是诊断变压器运行状态的重要技术手段之一。论文基于拉曼光谱和腔长调制频率锁定原理,搭建了变压器故障特征气体频率锁定腔增强拉曼光检测平台,实现了H_2、CH_4、C_2H_2、C_2H_4、C_2H_6、CO、CO_2等七种故障特征气体的同时检测;1atm时,H_2、CH_4、C_2H_2、C_2H_4、C_2H_6、CO、CO_2的最小检测浓度实验值分别达到106、25、45、73、41、170、126(ppm)。频率锁定增强腔技术使最小检测浓度提高了约68倍。运用小波模极大值法对H_2的拉曼光谱检测信号进行了去噪处理,提出了基于包络线迭代法的光谱基线校正方法,校正后的光谱荧光背景残留减少,使气体拉曼光谱检测准确度提高了约2.95%,为变压器油中溶解故障气体同时准确检测提出了一种新方法。     

小型高灵敏度水下拉曼光谱系统

为了使水下拉曼光谱系统更加易于搭载和布放,并进一步提高其探测能力,研制了一套探头式的小型高灵敏度水下拉曼光谱系统并对其探测能力进行了评估。通过优化结构设计和严格的器件选型,系统的体积和重量得到了有效的控制,其主体舱尺寸为Φ260mm×L795mm,重量为548N,仅为国际上报道的首台深海拉曼光谱系统(DORISS)质量的三分之一。将激光器从主体舱移至探头舱,有效避免了传统光学探头中激发光耦合进入光纤时产生的耦合损失以及激光在传输过程中引起的杂散光干扰。系统采用了300mW能量可调激光器配合高衍射效率的体相位全息光栅和半导体制冷CCD,有效提高了探测灵敏度。实验结果表明,系统对于硫酸根的检测限在0.4mmol·L-1以下,是DORISS探测能力的4倍,同时能够实现对水下矿石种类的原位鉴定。该深海拉曼光谱系统在海洋原位探测方面展现出了良好的应用前景。     

Femtosecond broadband stimulated Raman spectroscopy: Apparatus and methods

The laser, detection system, and methods that enable femtosecond broadband stimulated Raman spectroscopy (FSRS) are presented in detail. FSRS is a unique tool for obtaining high time resolution (<100 fs) vibrational spectra with an instrument response limited frequency resolution of <10 cm(-1). A titanium:Sapphire-based laser system produces the three different pulses needed for FSRS: (1) A femtosecond visible actinic pump that initiates the photochemistry, (2) a narrow bandwidth picosecond Raman pump that provides the energy reservoir for amplification of the probe, and (3) a femtosecond continuum probe that is amplified at Raman resonances shifted from the Raman pump. The dependence of the stimulated Raman signal on experimental parameters is explored, demonstrating the expected exponential increase in Raman intensity with concentration, pathlength, and Raman pump power. Raman spectra collected under different electronic resonance conditions using highly fluorescent samples highlight the fluorescence rejection capabilities of FSRS. Data are also presented illustrating our ability: (i) To obtain spectra when there is a large transient absorption change by using a shifted excitation difference technique and (ii) to obtain high time resolution vibrational spectra of transient electronic states.     

拉曼特征峰提取在多组分混合溶液检测中的应用

拉曼光谱作为一种快速、无损检测技术受到越来越多的关注,已经广泛应用于食品安全监督、纺织纤维分析、危险品和毒品的检测、考古鉴定等多个领域。本文主要利用不同物质的拉曼光谱所具有的明显特征峰,提出了一种基于拉曼光谱特征峰提取的多组分混合溶液检测方法。该方法可以直接测得混合溶液的激光拉曼光谱,然后经过光谱预处理与特征峰提取、特征峰匹配的方法,能够定性的识别出混合溶液中的主要物质成分。利用甲醇、甲苯、丙酮、乙醇分别进行混合识别,从而验证了算法的有效性。实验结果表明,整个识别过程快速、有效,需要样品量少、无需前处理,测试过程对样品无损,不产生化学污染物,是对混合溶液检测的一种有效方法。     

An integrated laser Raman optical sensor for fast detection of nitrogen and oxygen in a cryogenic mixture

An integrated fiber optic Raman sensor was designed for real-time, nonintrusive detection of liquid nitrogen (LN(2)) in liquid oxygen (LO(2)) at high pressures and high flow rates. This was intended to monitor the quality of LO(2) in oxidizer feed lines during the ground testing of rocket engines. Various issues related to optical diagnosis of cryogenic fluids (LN(2)/LO(2)) in supercritical environment of rocket engine test facility, such as fluorescence from impurity in optical window of feed line, signal-noise ratio, and fast data acquisition time, etc., are well addressed. The integrated sensor employed a frequency doubled 532-nm continuous wave Nd:YAG laser as an excitation light source. The other optical components included were InPhotonics Raman probes, spectrometers, and photomultiplier tubes (PMTs). The spectrometer was used to collect the Raman spectrum of LN(2) and LO(2). The PMT detection unit was integrated with home-built LABVIEW software for fast monitoring of concentration ratios LN(2) and LO(2). Prior to designing an integrated sensor system, its optical components were also tested with gaseous nitrogen (GN(2)) and oxygen (GO(2)).     

智能变电站二次系统回路安全在线监测技术研究

针对目前智能变电站二次系统回路监测方法有效性较差的问题,提出智能变电站二次系统回路安全在线监测技术。将极性作为智能变电站二次系统回路的重要特征,定义广义变比,在此基础上辨识系统回路的极性,分析极性监测受回路综合误差产生的影响,获得极性故障判断依据,以此实现回路故障检测。结合灰色关联分析法和熵权法对检测到的故障进行识别,完成智能变电站二次系统回路安全在线监测。实验结果表明,该监测技术的故障识别正确率高、故障检测误判率低、故障检测效率高、故障识别效率高,以及鲁棒性好。     

Remote Continuous Wave and Pulsed Laser Raman Detection of Chemical Warfare Agents Simulants and Toxic Industrial Compounds

This study describes the design, assembly, testing and comparison of two Remote Raman Spectroscopy (RRS) systems intended for standoff detection of hazardous chemical liquids. Raman spectra of Chemical Warfare Agents Simulants (CWAS) and Toxic Industrial Compounds (TIC) were measured in the laboratory at a 6.6 m source-target distance using continuous wave (CW) laser detection. Standoff distances for pulsed measurements were 35 m for dimethyl methylphosphonate (DMMP) detection and 60, 90 and 140 m for cyclohexane detection. The prototype systems consisted of a Raman spectrometer equipped with a CCD detector (for CW measurements) and an I-CCD camera with time-gated electronics (for pulsed laser measurements), a reflecting telescope, a fiber optic assembly, a single-line CW laser source (514.5, 488.0, 351.1 and 363.8 nm) and a frequency-doubled single frequency Nd:YAG 532 nm laser (5 ns pulses at 10 Hz). The telescope was coupled to the spectrograph using an optical fiber, and filters were used to reject laser radiation and Rayleigh scattering. Two quartz convex lenses were used to collimate the light from the telescope from which the telescope-focusing eyepiece was removed, and direct it to the fiber optic assembly. To test the standoff sensing system, the Raman Telescope was used in the detection of liquid TIC: benzene, chlorobenzene, toluene, carbon tetrachloride, cyclohexane and carbon disulfide. Other compounds studied were CWAS: dimethylmethyl phosphonate, 2-chloroethyl ethyl sulfide and 2-(butylamino)-ethanethiol. Relative Raman scattering cross sections of liquid CWAS were measured using single-line sources at 532.0, 488.0, 363.8 and 351.1 nm. Samples were placed in glass and quartz vials at the standoff distances from the telescope for the Remote Raman measurements. The mass of DMMP present in water solutions was also quantified as part of the system performance tests.     

基于水凝胶聚合物波导传感器检测盐酸吖啶黄

多功能化是光纤化学传感器的重要发展方向。为实现该目标,首先通过激光诱导波导自形成技术制备了一种光纤–水凝胶聚合物波导–光纤传感结构,并在水凝胶聚合物波导探针中成功地掺杂了纳米金颗粒。在该结构中,波导与光纤同轴无缝相连,保证了探测光和信号光的高效利用。掺金后的聚合物波导具有丰富的光谱探测能力,利用该波导探针成功实现了对盐酸吖啶黄的吸收、荧光以及拉曼光谱的检测,扩大了波导传感器的应用范围。     

高速剪切设备剪切装置的结构设计

利用高速剪切理论结合裂纹技术设计了一种高效率，结构简单可靠的剪切装置，并对定时定距送料系统和上料控制结构进行分析。     

光源类石英管材分拣实验系统

论文介绍了一种用于光源类石英玻管外径和壁厚的非接触检测分拣系统.本系统基于激光扫描原理和双光路壁厚检测方法,采用旋转检测方式,辅以上料、输送、分拣及存管装置,实现了该类玻管管身特定位置外径和壁厚的高精度检测以及高效、自动化分档.