期刊,光谱学与光谱分析 2024年卷4期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

光谱学与光谱分析

主　　编：高松

出版周期：月刊

国际刊号：1000-0593

电子邮箱：chngpxygpfx@vip.sina.com

电　　话：010-62181070

邮政编码：100081

地　　址：北京市海淀区学院南路76号钢铁研究总院

光谱学与光谱分析/Journal Spectroscopy and Spectral AnalysisCSCD北大核心CSTPCDEISCI

查看更多>>本刊系中国光学学会会刊，由钢铁研究总院、中国科学院物理研究所、北京大学、清华大学联合承办的学术性刊物。刊登主要内容：激光光谱测量、红外、拉曼、紫外、可见光谱、发射光谱、吸收光谱、X-射线荧光光谱、激光显微光谱、光谱化学分析、国内外光谱化学分析最新进展、开创性研究论文、学科发展前沿和最新进展、综合评述、研究简报、问题讨论、书刊评述。本刊适用于冶金、地质、机械、环境保护、国防、天文、医药、农林、化学化工、进出口商检等各领域的科学研究单位、高等院校、光谱仪器制造厂家、从事光谱学与光谱分析的研究人员、高等院校有关专业教师和研究生、有关专业管理干部。《光谱学与光谱分析》为我国首批自然科学核心期刊，中国科协优秀科技期刊，中国科协择优支持基础性、高科技学术期刊，是中国科技论文、中国科学引文数据库、中物理文摘、中国学术期刊文摘的统计源刊，被国外的SCI，AA，CA，EI，MEDLINE，AJ等文献结构收录。

正式出版

收录年代

飞秒相干反斯托克斯拉曼散射光谱测温研究进展

云胜章媛张盛张志斌...

901-909页

查看更多>>摘要：当今世界大约90％的能量供应都是由燃烧生成的.在燃烧场中,火焰的温度影响着场中各种组分链式反应的途径和浓度,获取燃烧场温度信息可以为提高燃料燃烧效率,改进燃烧装置的设计提供重要的支撑依据.随着我国在航空、航天和航海这类高端制造业领域的不断发展,各种大型燃气轮机和超声速发动机的研发进入加速期,此类燃烧装置产生的火焰具有高温、高压、湍流超声速和持续时间短等特点.传统的接触式测温法难以对这类湍流燃烧场进行温度测量,近年以激光光谱法为代表的非接触式测温技术逐渐走向成熟,并获得了广泛地应用.与超短脉冲相结合的飞秒相干反斯托克斯拉曼散射光谱测温技术凭借可提供高时间分辨率(每秒可提供上千个测温数据)、高测温精度和高测温灵敏度等优势而被应用到各种高温、湍流等复杂燃烧场景温度诊断中.文章概述了飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理,综述了该技术在稳态火焰、加热气体、模拟燃气轮机等燃烧环境中测温工作的研究进展,简要介绍了飞秒时间分辨相干反斯托克斯拉曼光谱的研究和应用,着重介绍了可以实现毫秒量级时间分辨率的飞秒啁啾探测脉冲相干反斯托克斯拉曼散射测温技术和混合飞秒/皮秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理和应用进展.指出了三种测温技术的优缺点,并提出飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术目前需要关注并解决的技术问题,主要为在高温高压湍流燃烧等极端条件下实现高精度CARS光谱高保真反演出温度信息,以及高温高压湍流燃烧场极端条件下如何获得高信噪比CARS信号的问题.展望了今后的发展趋势:通过高时间分辨的测量,获得湍流火焰中温度的瞬时演化规律,并建立各种复杂火焰的温度演化信息数据库,为研究各种发动机机理提供支撑.

关键词：

飞秒激光相干反斯托克斯拉曼散射光谱高温湍流燃烧场温度测量

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《光谱学与光谱分析》期刊社决定采用ScholarOne Manuscripts在线投稿审稿系统

《光谱学与光谱分析》期刊社

909页

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基于CiteSpace软件分析的太赫兹超材料器件研究

戴林林苏晋寇菲菲亓丽梅...

910-917页

查看更多>>摘要：超材料具备天然材料没有的电磁性质,基于超材料的太赫兹(THz)功能器件在生物分子检测、医学成像、安全检查等领域都具有广泛的应用前景.采用CiteSpace软件对2016年—2023年web of science网站上有关太赫兹超材料功能器件的参考文献进行了可视化分析,综述了 THz超材料功能器件的研究进展、热点领域,并对其发展前景进行了预测,从而为从事相关研究的工作人员提供借鉴.此次分析共检索到紧密相关文献2 159篇.论文从发表文献的国家、机构和作者贡献、被引次数和关键词聚类等多方面分别进行了分析和讨论.得到了最近几年THz超材料功能器件的研究领域,主要包括吸波器、滤波器、电磁诱导透明、调制器、非对称传输、波前调控、编码超表面、机器学习、生物传感和量子纠缠超表面等.研究发现在THz超材料功能器件领域,中国发文量占所有文章总数的50％以上,英国、中国、美国这三个国家的影响力最高.通过对科研机构的合作网络分析,发现发文量排名前十位的科研机构均是中国单位,其中天津大学发文量占据第一位.通过对论文作者的共现分析和共被引分析,可以分别统计出作者的发文数量和影响力.为进一步研究THz超材料功能器件的研究热点,对关键词进行了聚类分析,得到了 11个集群,总结了 5个关键研究领域.最后给出了研究领域的分布图,以知识树的形式分析了各个领域的发展现状.其中吸波器、滤波器、调制器、电磁诱导透明等领域已经研究成熟.生物传感、非对称传输、天线等领域处于发展阶段,并逐渐成熟.机器学习、量子纠缠超表面成为未来的研究热点.

关键词：

超材料太赫兹功能器件CiteSpace

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基于CRISPR-Cas系统的光学信号传感检测策略综述

刘思彤黄朝鹤罗美玉王桢...

918-924页

查看更多>>摘要：簇状规则间隔短回文重复序列(CRISPR and CRISPR-associated system,CRISPR-Cas系统)是在大多数细菌和古菌中发现的一种获得性免疫系统,由Cas酶和引导RNA(guide RNA,gRNA)组成,根据gRNA序列的特异性识别并剪切靶标DNA或RNA.近年来,得益于CRISPR-Cas系统优异的酶切活性,建立了多种生物传感技术(biosensor),光学信号传感策略简单、便携,广泛应用于科学研究和实际应用中.详细总结了近五年来基于CRISPR-Cas系统的各种光学传感策略的基本原理以及代表性成果和应用.同时,也对当前的应用前景和挑战进行展望.

关键词：

簇状规则间隔短回文重复序列信号读出光学传感

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基于大口径高温固定点黑体的光谱辐射照度国家基准量值复现新方法

代彩红王彦飞李玲吴志峰...

925-931页

查看更多>>摘要：采用国际前沿的大口径高温固定点黑体新技术,中国计量科学研究院NIM(National Institute of Metrology)组建了大口径钨碳-碳WC-C高温固定点黑体辐射源,在3 020.11 K的融化点温度,实现了250～2 500 nm光谱辐射照度、相关色温和分布温度基准的量值复现.这是国际上首次将大口径高温固定点黑体技术成功应用于光谱辐射度基准复现领域.针对大口径固定点黑体熔化温坪曲线的特点、以及测量期间温坪曲线中间部分缺失的问题,提出了固定点熔化温坪拐点温度计算新方法,重构了缺失的熔化温坪曲线.采用光谱比较法,通过双光栅光谱比较测量系统将黑体的量值传递至光谱辐射照度副基准灯组,完成光谱辐射照度基准量值的复现和保存.新的量值复现方法将黑体温度的测量不确定度减小为0.36 K,缩短了量传链,实现光谱辐射照度最佳测量不确定度0.25％(k=2).在250～2 500 nm,基于固定点新方法和传统变温黑体法进行量值复现的平均偏差为0.42％,将两种方法相结合,最终实现我国光谱辐射照度基准的测量不确定度(k=2)为:250～400 nm,Urel=1.9％～0.43％;400～1 000 nm,Urel=0.43％～0.25％;1 000～2 200 nm,Urel=0.25％～0.76％;2 200～2 500 nm,Urel=0.76％～2.4％.基于固定点黑体的光谱辐射照度量值复现技术已经应用于遥感仪器的辐射定标,用于提升仪器的测量准确度.

关键词：

光谱辐射照度大口径固定点黑体变温黑体国家基准测量不确定度

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用于大尺度模型发动机高频PLIF测量的脉冲串紫外激光系统

曹振于欣彭江波柳强...

932-936页

查看更多>>摘要：针对大尺度模型发动机试验台工作时间短(～百毫秒到秒量级)和激光能量要求高(＞1 mJ)的特点,常规的紫外激光系统不能满足发动机燃烧流场精细化测量需求,要求用于高频平面激光诱导荧光(PLIF)测量的紫外激光系统同时满足脉冲串时间间隔短和激光输出能量高,并且系统具有高可靠性和环境适应性.设计了一套用于真实发动机地面试验台高频PLIF测量的脉冲串紫外激光系统,能够获取有效的火焰动力学数据.脉冲串紫外激光系统采用自主研制的脉冲串模式激光器泵浦染料激光器,具备能量监测、波长监测和片光分布监测等功能,可以校正激光参数对测量结果的影响.其中脉冲串模式激光器采用电光调Q、脉冲串模式和MOPA技术,使输出的泵浦激光具有高脉冲能量(～50 mJ@532 nm)、短脉冲宽度(～10.8 ns)和较高的脉冲串频率(20 Hz).脉冲串紫外激光系统的串时间间隔为50 ms,是国外激光器脉冲串间隔时间的1/200;系统整体转换效率为6％,紫外单脉冲能量为2.95 mJ@283 nm,是国外连续脉冲激光器典型能量值的7倍.为满足发动机地面试验台测量需求,自主集成了工程可用的高可靠性移动式10 kHz PLIF测量系统,具有抗震、防潮和防尘等功能,提升了高频PLIF系统的环境适应能力.国内首次在中国空气动力研究与发展中心的脉冲燃烧风洞上实现了大尺度模型发动机燃烧流场远距离大视场成像测量(～15 cm),获得了高信噪比的氢燃料及乙烯燃料高动态燃烧过程可视化结果.未来可结合光谱图像特征提取与分析方法对其燃烧状态和动态过程开展研究,为发动机复杂流动燃烧机理研究、CFD仿真和发动机设计水平提升提供支撑.

关键词：

燃烧诊断脉冲串激光器平面激光诱导荧光大尺度模型发动机

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地面目标的中波红外高光谱成像特性测量

江岳鹏曹运华吴振森曹轶森...

937-944页

查看更多>>摘要：利用Telops公司设计的Hyper-Cam中波高光谱成像仪对水泥地上某坦克模型进行3～5 μm波段的红外高光谱成像测量.对实验数据进行了逐像素点的大气校正.基于矫正后的实验数据,分析了仪器误差、随机误差、大气校正传递误差等对测试不确定度的影响.分析了该坦克模型在不同谱段上的亮度分布和模型上不同部位的光谱分布特性.结果表明:在波数为2 000～3 000 cm-1波段,其相对不确定度一直稳定在10％以内,但是在大于3 000 cm-1的波段,其误差迅速上升,主要因为常温物体的中波辐射低,在该波段目标辐射与大气路程辐射接近,而引起的噪声增大,造成的测试信噪比降低.该坦克模型光谱辐射亮度测试数据的平均相对不确定度在20％以内,整体误差较低.光谱分布上,坦克各部分特征点和水泥地表的光谱辐射亮度在波长为4.2～5 μm波段时的差异性比波长为3.0～4.2μm波段时的差异性更大,且探测器接收到的4.2～5μm波段的光谱辐射亮度要大于3.0～4.2 μm的光谱辐射亮度.由于4.3 μm波段处于大气吸收带,大气透射率几乎为0,以至于无法获得目标的光谱辐射亮度的真实测量值.空间分布上,模型的辐射亮度主要集中在侧边涂层上,炮口处和履带处的辐射亮度较小.目标各部位辐射亮度分布与周边水泥地表的辐射亮度有着明显差异性.在3～5 μm的辐射亮度中,4.4～4.8 μm波段的辐射亮度占比较高,该波段成像效果最好.3.2～3.8μm波段的辐射亮度占比较低,该波段成像效果较差.处于大气吸收带的4.2～4.4μm波段,由于大气透射率几乎为0,无法获得其准确的空间辐射亮度分布.研究表明该拓展中波高光谱成像仪在地面目标的中波红外高光谱成像特性研究上具有目标区分精确、误差小、"图像光谱合一"的特点,测试数据可以应用于目标的红外高光谱隐身设计、目标的分类与识别等领域.

关键词：

红外辐射特性测量中波高光谱成像大气校正不确定度分析

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基于EAST束发射光谱的中性束衰减特征研究

李建康符佳向东吕波...

945-951页

查看更多>>摘要：中性束注入(NBI)是托卡马克装置重要的辅助加热与电流驱动手段,中性原子的离化是决定中性束的加热(能量和粒子沉积剖面)和电流驱动效率的关键环节.通常情况下,利用背景等离子体参数与中性束参数模拟计算快的中性粒子与等离子体的离化,即中性束沉积过程,进而分析托卡马克中性束加热和电流驱动效果.束发射光谱是高能中性粒子注入等离子体后,与等离子体的电子、离子发生碰撞激发,中性粒子退激发过程中产生的一系列特征谱线,其束发射光谱强度受等离子体密度、温度、束能量、束密度等因素影响,可以利用束发射光谱强度变化研究中性束的衰减特性.在EAST托卡马克上通过实验测量中性束粒子与等离子体碰撞激发的光谱强度,分析得到了中性束在不同等离子体密度以及不同中性束能量下的衰减特性,并采用主动束光谱仿真与数值分析软件(SOS)进行了相应的模拟计算,研究表明实验测量与模拟计算结果两者具有较好的一致性,这验证了通过实验测量束发射光谱获取中性束衰减特征的可行性.

关键词：

EAST束发射光谱中性束衰减

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时间分辨动态LIBS测量方法

张振荣方波浪李国华叶景峰...

952-955页

查看更多>>摘要：针对激光诱导击穿光谱(LIBS)研究对时间分辨动态光谱测量方法的需求,建立了基于多通道光纤束的动态LIBS测量方法.该方法首先利用不同长度的光纤组成多通道光纤束,对瞬态LIBS信号进行差异延迟,使按照特定时间序列发射的光谱信号同步到达探测器,而后采用面阵ICCD相机对同步到达的多通道光谱信号进行高时间分辨探测.该方法单次测量即可获得LIBS辐射不同时刻的时间分辨光谱.为了验证基于多通道光纤束的动态LIBS测量方法,研制了具有19个通道的光纤束,光纤束中包含的各个单根光纤长度呈等差数列排布,长度差设置为10 m,对应测量的时间间隔约为50 ns,单次测量记录的总时间长度近900 ns.分别基于短脉冲激光光源和标准光源,开展了系统时间响应和光谱响应特性研究,获得了系统的时间响应数据和光谱响应曲线.用YAG激光器的二倍频激光(532 nm)诱导Si产生等离子体辐射光谱,在线测量了辐射光谱的时间演化历程,获得了 Si等离子体辐射过程中Si Ⅰ 390.52 nm,Si Ⅱ 385.51 nm,Si Ⅱ413.12 nm谱线从0～898 ns时间范围内19个时刻的光谱信息,获得了特征光谱的演化规律,验证了该测量方法的可行性.结果表明,利用该测量方法,单次测量可以获得瞬态LIBS辐射过程中19个时刻的光谱参数,具有很高的测量效率.对于实验成本较高、运行频率低的激光诱导等离子体实验研究,采用该方法可以大大降低了测量成本,有效提升等离子体时间分辨动态光谱测量能力.

关键词：

激光诱导击穿光谱时间分辨瞬态辐射多通道测量光纤束

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混合颗粒系蒙特卡罗消光模型及反演方法

黄茜苏格毅孙存金邓飞...

956-962页

查看更多>>摘要：在单一颗粒系中,消光光谱法颗粒粒径测量模型通常基于Mie散射理论和Lambert-Beer(LB)定律.但多种颗粒物构成的混合颗粒系的消光特性更为复杂,颗粒粒径与混合比均会影响消光谱,需要发展新的理论模型.作者设计一种蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)原理的混合颗粒系消光模型,将入射光束离散化成光子,通过追踪其从发射至接收/逃逸过程中所有事件,统计光子去向并研究混合颗粒系的消光特性.为了验证蒙特卡罗模型的准确性,分别对聚苯乙烯和玻璃微珠单一颗粒系中消光谱进行数值计算,结果与Lambert-Beer定律预测误差小于2％.进一步将模型扩展至由聚苯乙烯和玻璃微珠构成的混合颗粒系,其消光谱随玻璃微珠占比(混合比)增大而依次递增,直至混合比为1时退化为单一颗粒系,而波长减小时,消光随混合比变化趋势由线性向非线性转变,两种颗粒自身消光特性差异越大则非线性趋势越明显,说明混合系消光值由颗粒类型、混合比、颗粒粒径和光波长共同决定且相互耦合.根据预测消光谱,采用三种全局最优算法对混合颗粒粒径和混合比参数反演.结果表明:混合比单参数反演结果的误差最小,均在1.5％以内;对两种颗粒粒径进行双参数反演时,误差均在3％以内;对两种粒径和混合比进行三参数同步反演时,误差增大,但均在10％以内.综合分析三种反演算法,PSO算法耗费时间最长,是其他算法的数倍,IGA算法效果较好且更加稳定.初步验证了设计的蒙特卡罗模型可应用于混合颗粒系的消光谱预测,实现了两种颗粒粒径与颗粒系混合比的同步反演.

关键词：

混合颗粒系蒙特卡罗消光谱混合比反演

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