小型激光拉曼光谱仪的研制

小型激光拉曼光谱仪的研制

一、小型激光喇曼光谱仪的研制(论文文献综述)

陈军[1](2019)在《针尖增强拉曼光谱仪的光学系统设计》文中指出随着纳米技术的迅猛发展和分析检测对象对表征方法空间分辨率要求的日益提高,各种纳米尺度表征和操纵技术受到人们的广泛重视。为同时实现对样品表面纳米尺度的形貌和物质成分与分子结构的表征,人们于2000年提出一种针尖增强拉曼光谱术(Tip Enhanced Raman Spectroscopy,TERS),作为一项利用近场光学增强效应的表面分析技术,它将扫描探针显微技术(Scanning Probe Microscopy,SPM)与表面等离激元增强拉曼光谱技术(Plasmon Enhanced Raman Spectroscopy,PERS)结合起来,利用纳米级金属针尖尖端附近经过局域电磁场增强的拉曼信号来对物质表面进行原位表征,可以同时提供物质表面的形貌信息和纳米限域空间内的拉曼光谱信息,具有高达几个纳米的空间分辨率和可达单分子检测限的高灵敏度。由于TERS技术不需要特殊的样品制备,理论上它的空间分辨率仅仅受限于扫描探针的尺寸和形状,加之其又具有极高的检测灵敏度,这些优点使其在表面科学、生物学、化学、半导体以及纳米科学等领域的研究有着巨大的应用前景。然而自本论文开题至今,仅有少数几家国外大型厂商推出了商品化TERS仪器,而这些仪器都存在结构冗杂、体积庞大、不易操作、兼容性差以及成本高昂等问题,这使得TERS技术的推广应用受到了极大的限制。因此,发展一套高灵敏度、高稳定性、集成一体化的TERS仪器对于推动TERS技术走向实际应用,并促进我国纳米尺度光谱学领域的发展具有重要的意义。TERS因其能够提供分子指纹信息的纳米级空间分辨率和单分子检测灵敏度而日益受到关注。为了克服限制TERS广泛应用的商用仪器复杂性和实验室自制仪器稳定性不足等问题,本论文设计了一套可与多种类型的SPM相耦合的高灵敏度、高稳定性的集成一体化TERS光学系统。该光学系统通过45°edge滤光片将激发收集光路与拉曼光谱分光光路以自由空间光方式直接耦合,减少了光学信号的损耗,提升了光学信号检测的灵敏度;可移动薄膜分光镜组将白光照明和显微成像光路耦合进光学系统,极大的简化了光学系统的复杂度;特别设计的白光均匀照明光路提升了显微系统的成像质量;通过采用可调开合大小狭缝和经过消彗差和消球差设计的M型Czerny-Turner光谱分光结构提升了光谱分辨率和灵敏度。整个光学系统具有380×180×70mm3的小型尺寸,整体重量低于3kg,具有高灵敏度、高分辨率以及便携式的特点。通过三维时域有限差分法(Three-dimensional finite-difference time-domain,3D-FDTD)建立TERS电磁场仿真模型,分析了偏振激光的入射角度和局域电磁场增强系数的关系,将本文所研制的一体式光学系统与STM探头以60°的激发收集角进行耦合,测得了4-PBT分子的增强TERS信号,实验结果表明整个一体式光学系统采集光学信号的灵敏度和分辨率达到了TERS应用要求。

李晓云[2](2008)在《高灵敏气体激光喇曼光谱的研究及应用》文中指出激光喇曼光谱作为物质结构、性能分析的有力工具,已经广泛用于固体、液体材料的分析应用。对于痕量气体的分析灵敏度还显不够,增强气体激光喇曼光谱的探测灵敏度具有深远的意义。本文应用激光喇曼光谱增强技术来分析电力变压器中的溶解气体。变压器油中溶解气体分析法(Dissolved Gas Analysis, DGA )己被公认为是监测和诊断充油电力变压器早期故障、预防灾难性事故的最好方法。各种变压器故障诊断技术都是依据DGA数据、理化数据、电气性能数据等从各自方向进行常规诊断,然后再进行终合分析。而油中溶解气体分析是各种诊断技术的重中之重。探索溶解气体分析的新方法具有重要的现实意义。变压器油中溶解气体的种类通常有十多种,多种痕量气体探测仍然是近年来研究的热点领域。各种气体探测技术都取得了快速发展并在不同的气体探测领域得到了广泛的应用。目前,气相色谱技术被广泛应用于变压器油中溶解气体的诊断,并取得了一定的成功。然而,色谱技术需要通过色谱柱将各种气体成分进行分离,然后对不同的气体成分分别采用不同的气体探测器或不同的气体探测方法进行分析。其测试过程复杂、定性能力和定量重复性都不好。因此,寻找一种简单、直接、同时探测多种气体成分的方法有着现实的意义。气体的喇曼光谱技术就具有以上优点,不需要分离混合气体,使用单一波长的激光器就可以同时检测出油中的多种气体。且具有非常好的定性、定量分析能力。但由于气体分子的喇曼散射信号弱,又有强的瑞利散射的干扰,难以实现多种气体的高灵敏探测。多年来,应用喇曼光谱探测变压器油中溶解气体的研究几乎是空白,随着激光器和探测器技术的发展,本文尝试着通过喇曼光谱技术来实现变压器油中溶解气体的探测。为了提高气体分子的探测灵敏度,我们分别尝试了表面增强喇曼光谱技术(SERS)和激光喇曼光谱方法,也取得了较为满意的结果。首先,通过表面增强喇曼光谱技术研究了一些典型的溶解气体成分,气体表面增强喇曼光谱的探测灵敏度提高了两到三个数量级,这对于许多气体成分的探测具有重要意义。但同时也发现有些气体的喇曼散射光谱线发生了消失、大的频率移动和谱线加宽等现象,这限制了气体成分的定性定量分析。本文从表面增强喇曼光谱的电磁增强机理出发,采用双振子电磁模型,重点对表面增强喇曼谱线的频移问题进行了理论研究。结果发现活性衬底表面大粒子引起的表面等离子体色散、弛豫、辐射阻尼及粒子半径本身都会对喇曼光谱的频移和加宽产生一定的影响,尤其是由活性金属大粒子引起的表面等离子体色散对频移的影响更为明显。现有的理论大都是在小粒子近似下进行数值模拟计算,我们将这个模型的计算拓展到大粒子金属表面的情形,这对于应用双振子电磁模型研究SERS相对频移的问题更推进了一步。对金属活性衬底的制备具有一定的理论指导意义。最后,我们建立了一套完整的用于变压器油中溶解气体分析的激光喇曼实验系统。为了提高气体的探测灵敏度,在气体样品池内设计了一个近共焦增强腔,使得焦点附近的激光功率达到将近9W。为了提高了气体的探测灵敏度,我们还作了一系列的努力(比如腔内设有a notch filter、compound lens等)。使用这套装置,我们成功探测出了华东电力标准油样中分离出的混合气体,并得到了油中八种典型气体的喇曼光谱图。实现了变压器油中溶解气体的高灵敏度探测(几十个ppm量级)。目前处于产品商业转化阶段,这套系统的成功对电力系统的故障诊断将具有革命性的意义。

凌宗成[3](2008)在《无机晶体的光谱学研究》文中提出从身边美丽的人工激光晶体到遥远的月球和火星土壤,本论文涉及的内容穿越了时空的距离。而有一条红线贯穿它们,那就是无机晶体的光谱学。本论文作者于2006年12月受山东大学资助赴美国华盛顿大学学习,从而由原来的凝聚态物理转到了行星科学这个方向。此前作者一直在夏海瑞教授的指导之下进行钨酸盐晶体的光谱学研究。在美国学习的一年时间里,作者在王阿莲教授的指导下进行了月壤和火星硫酸盐的光谱学研究。1.钨酸盐激光晶体光谱和热学特性激光自诞生至今已经经历了近50年的时间。这期间,激光的应用已经深入到人们生活的各个角落,在包括光信息存储、光纤通信、医疗等领域展现了广阔的应用前景。激光晶体是固体激光器的主要工作介质之一。如今,一系列的钨酸盐晶体包括KGd(WO4)2,CaWO4和BaWO4等晶体,因为具有很大的三阶非线性系数x3,使得它们有潜力成为高效的受激喇曼介质,而受到人们越来越多的关注。由于掺Yb3+的激光晶体能级结构简单、量子效率高、光转换效率高、荧光寿命长等优点,使其在超短脉冲激光领域有着广泛的应用。掺Yb3+的钨酸盐激光晶体具有很高的吸收和发射截面及宽的发射波长范围,因而在超短脉冲激光方面越来越收到重视。此外,掺Yb3+的钨酸盐晶体还可以用于自喇曼激光的输出。我们对三种典型结构的钨酸盐激光晶体SrWO4、Yb:KLu(WO4)2(Yb:KLuW)和Yb:NaGd(WO4)2(Yb:NGW)进行了系统的晶体振动光谱研究和热学性能研究。主要内容包括:1)大尺寸高质量的SrWO4单晶利用提拉法生长而成。利用C4h6(I41/α)空间群对其进行了晶体振动模式分类。对其进行了全面的偏振喇曼光谱和红外吸收光谱测试,取得了与理论分析相一致的结果。晶体振动谱的实验结果表明,SrWO4晶体的振动谱主要源于WO4四面体的内振动模式,部分源于SrO8的外振动模式。两个最强的喇曼峰位于923 cm-1(v1)和841cm-1(v3),对应于WO4四面体的对称伸缩和反对称伸缩振动。它们的半峰宽很窄,可作为稳态受激喇曼散射的谱线。全面测试了晶体的比热、热膨胀、热扩散性质并计算了晶体的热导率。SrWO4晶体的比热在333.15 K至1063.15 K温度范围内变化不大,处于0.30~0.34 J·g-1·K-1范围内,且与杜隆-珀替定律符合较好。在373.15到1173.15K内的平均热膨胀系数分别为αa=5.1×10-6/K,αb=5.4×10-6/K,αc=17.2×10-6/K,c向的热膨胀是a向的3倍多,这表明SrWO4晶体的热膨胀各向异性较强;晶体沿a向的热导率比c方向要好一些,但其室温热导率的比值为ka/kc=1.06,这说明SrWO4晶体的热导率各向异性较小。我们从其结构和与晶体振动谱关联的角度对热膨胀和热导率各向异性进行了解释,发现Sr原子引起的晶体外模振动对于晶体的热导率性能的影响较大。从晶体热学性能特别是热导率性能角度来看,SrWO4晶体是一种很有前途的喇曼激光晶体。2)5%Yb3+离子掺杂的KLuW晶体利用顶部籽晶法生长成功。利用空间群C2h6(C2/c)对其进行了振动模式分析,理论预测了可能出现的喇曼峰和红外吸收峰。利用偏振喇曼光谱和傅立叶变换红外透过谱全面研究了该晶体的晶格振动特性。晶体中全对称类的振动模主要归于WO6八面体的六个内振动模。我们在喇曼实验中发现了一个原本喇曼非活性的模v6模。Yb:KLuW晶体的908cm-1(v1)和756cm-1(v3)的线宽分别为12.5cm-1和16.6cm-1,相应的声子弛豫时间分别为849.4 fs和639.6 fs,这预示着该晶体是一种非常有潜力的自喇曼激光晶体。对Yb:KLuW晶体的热学性质进行了全面的表征。在温度范围为303.15 K至723.15 K,Yb:KLuW晶体的比热比SrWO4晶体小,在0.27 Jg-1K-1至0.32 Jg-1K-1之间,且符合杜隆-珀替定律。我们测得了在323.15 K至723.15 K之间,Yb:KLuW晶体沿四个已知方向a,b,c,a*的热膨胀系数,并计算了晶体沿主轴方向的热膨胀系数,分别为αⅠ=8.366×10-6/K,αⅡ=3.2×10-6/K,αⅢ=14.934×10-6/K,得到了热膨胀率椭球,最大的热膨胀主轴αⅢ的方向与晶体学c向夹角很小,仅4.134°,热膨胀最大的αⅢ轴可以达到热膨胀系数最小的b向(αⅡ)的4倍多。由此可见,Yb:KLuW晶体具有很强的热膨胀各向异性。我们测得了Yb:KLuW晶体沿a,b,c,a*的热扩散系数,计算了晶体在不同温度下沿主轴方向的热扩散系数和热导率,并得到了常温下的热导率椭球。最大的热膨胀主轴kⅢ的方向与晶体学c方向夹角为34.4°。常温下的主轴热导率分别为,kⅠ=2.698 Wm-1K-1,kⅡ=2.361 Wm-1K-1,kⅢ=4.225 Wm-1K-1。Yb:KLuW晶体的热导率也具有很大的各向异性,kⅢ轴方向是kⅡ轴(b)方向的近2倍。我们从晶体结构的角度及其与晶体振动谱之间的关联,讨论了这种各向异性的起源。根据我们的晶体振动谱的研究,特别是偏振喇曼光谱的研究表明,Yb:KLuW晶体是一种很有潜力的自喇曼激光晶体。3)通过提拉法生长大尺寸的Yb:NGW单晶。我们采用空间群S42(I4)对其进行了振动模式的分类。测量了晶体的偏振喇曼谱和红外吸收谱。晶体中的主要振动模式归于WO4四面体的内模。我们在喇曼谱中发现一个新的喇曼峰,将其归于E模的异常声子方向色散,这揭示了晶体是一种没有对称中心的晶体,也从一个方面说明了采用I4进行空间群分析的可行性。Yb:NGW晶体的喇曼谱线相比SrWO4和Yb:KLuW晶体强度减小,谱峰展宽。特别是对919cm-1(v1)和814cm-1(v3)两个喇曼峰而言,它们的线宽很大,可以分别达到22.2和42.3cm-1,有望用于瞬态受激喇曼散射。我们对Yb:NGW晶体的热学性质进行了全面的表征:温度为323.15K至1073.15K时,Yb:NGW晶体比热范围为0.35 Jg-1K-1~0.58 Jg-1K-1,比SrWO4和Yb:KLuW晶体大一些。在323.15K至723.15K范围内晶体的平均热膨胀系数分别为,αa=9.30×10-6,αc=19.21×10-6K-1,沿c向的热膨胀系数是a向的2倍多,显示出一定的热膨胀各向异性,但比SrWO4和Yb:KLuW晶体要小一些。Yb:NGW在303.15K,Yb:NGW晶体沿a向和c向分别为热导率为1.102 Wm-1K-1和1.250 Wm-1K-1,比SrWO4和Yb:KLuW晶体小很多,各向异性较小,且随着温度的升高变化不大。我们从晶体结构和晶体振动谱的角度对其进行了解释。Yb:NGW晶体的喇曼谱线宽很大,这使得其在飞秒激光和调谐激光领域有潜在的应用价值。2.四种典型Apollo月壤的光谱学和矿物化学研究随着月球探索新浪潮的到来,利用现代化的新技术方法对Apollo Missions(USA)和Luna Missions(USSR)采集的样品进行进一步特征化是极有必要的。近年来行星激光喇曼光谱仪及光谱学的发展极其迅速。与传统使用于行星科学的可见-近红外或中红外热辐射光谱学相比,激光喇曼光谱学的最大特点是它可以为行星表面物质提供最确切的矿物学信息,包括矿物相鉴定、岩石和土壤的矿物模式组成和主要矿物的化学特征等。因此近年来一直为国际行星科学界视为行星(月球,火星,金星,小行星等)表面无人登陆探测车的最热门科学负载之一。矿物的自发喇曼光谱提供晶体基频振动模式中喇曼活性振动谱带。与其相应,中红外光谱可以提供满足红外选择定则的基本振动模谱带。而可见-近红外光谱(Vis-NIR),作为行星轨道遥感的传统手段,则提供倍频、组和频以及电子转移模的一些信息。三种光谱学方法相结合可以从原子分子量级提供月球样品的确切矿物学信息和主要化学信息。更重要的是,它们可以协助建立月球表面原位探索和月球轨道遥感之间的直接联系。本项研究的主要内容是利用激光喇曼光谱、中红外、可见-近红外反射光谱来研究四种典型Apollo月壤的矿物组成和化学组成。我们选择了Apollo 14163、15273、67513和71501等四种典型阿波罗月壤作为研究对象,主要的研究内容包括:1)估算了四种月壤样品中月壤颗粒粒径。所有四种月壤的粒径分布在10~40μm范围以内。月壤颗粒粒径的大小一定程度上反映了该月壤的成熟度。Apollo 67513粒径最大(~30μm),它的成熟度最低;而Apollo14163是四种月壤中粒径最小的(10-20μm),它的成熟度是四种月壤中最高的。2)利用喇曼矩阵测量法估算了各月壤样品中矿物模式组成。在所有四种月壤中,斜长岩是含量最多的矿物。其在Apollo 67513月壤中所占体积分数最大,达到56.6%,而在Apollo 71501含量最小,仅为25.6%。这与四种月壤的取样地点的岩石组成密切相关,即Apollo 67513取样于NorthRay Crater附近的富铁钙长岩含有最多的斜长石,而Apoll071501取样于Tarrus Valley中部的月海玄武岩区域。因此,Apollo 67513中的斜长石含量比Apollo71501高很多。在Apollo 67513中斜方辉石的含量比单斜辉石的含量多,而Apollo 71501中则相反,单斜辉石的含量比斜方辉石多。在Apollo 14163中斜方辉石比单斜辉石稍多,而在Apollo15273中两种辉石的含量相当。另外,我们在Apollo 14163和Apollo 15273中还发现了石英。利用喇曼光谱对月壤中的斜长石进一步分类可以发现,Apollo67513中的长石91%是低温钙长石,Apollo14163和15273月壤中富钠钙长石的含量较多。冲击钙长石在67513中含量很少,这一定程度上反映了该月壤的成熟度较其他月壤低。3)对所测辉石和橄榄石的喇曼光谱进行光谱拟合,获得精确的谱峰位置数据,然后计算出辉石中Mg/(Mg+Ca+Fe)和Ca/(Mg+Ca+Fe)以及橄榄石中Mg/(Mg+Fe),得到了四种月壤中辉石和橄榄石的矿物化学特征信息。Apollo 67513月壤中的辉石富含镁,而Apollo71501中的辉石含铁较多,而且Apollo71501中普通辉石要比易变辉石要多。Apollo 14163计算结果中可信度较高的点大都处于易变辉石的区域。Apollo15273中辉石分布区域最大,数据点分散,这也一定程度上反映了该月壤源区的岩石比较复杂。这一点也可以从辉石中Mg/(Mg+Ca+Fe)频率分布图可以可以看出。Apollo 67513来自于典型的高地斜长岩和苏长岩为主,Apollo 71501是月海玄武岩成分为主,Apollo 14163是KREEP岩石为代表的成分,而Apollo15273可以看做这三种典型岩石的混合组成,所以来源成分最为复杂。这四种土壤的成分都与局域的岩石成分比较接近,因此局域月岩风化成为它们的主要来源。4)从四种月壤的中红外光谱可以发现Apollo 67513具有比较尖锐的红外光谱。相比之下,其他三种月壤的谱带很宽,这表明它们的结晶性较差,因而具有相对较高的成熟度。在近红外漫反射谱上,我们还发现了所有月壤样品都吸附了一定量的水,而不同的月壤的水峰位置不同。四种月壤的中红外谱中均出现了用于月壤保存的teffron塑料的特征峰。5)从可见近红外反射光谱来看,Apollo 67513具有最高的反照度,位于938nm吸收是由于其中的斜方辉石引起。这与喇曼矩阵测量获得的矿物组成结果一致,即斜方辉石的含量较高。1330nm处的吸收是其中富含的斜长石引起的。Apollo 14161,15273和71501的光谱对比度比Apollo67513要小很多,这反映了它们较高的成熟度。3.火星硫酸盐研究:含水硫酸铁的光谱学和稳定场通过轨道遥感(OMEGA,CRISM)和火星表面探测(Viking,Mars Pathfinder,Mars Exploration Rovers),大量的硫酸盐已在火星上被发现。轨道遥感发现了火星上存在硫酸镁和硫酸钙的证据,但却没有发现硫酸铁。然而精神号和机遇号火星车则在两个着陆地点附近发现了硫酸铁存在的确凿证据。关于火星的含水硫酸铁仍然有很多未解之谜,特别是详细的矿物组成,含水状态、起源、火星表面条件下的形成机制以及硫酸盐在当前火星水循环中的作用和火星水文历史中的角色等。我们实验室合成了一系列含水硫酸铁,对其进行了系统的X射线物衍射物相分析、喇曼光谱、中红外光谱、可见近红外光谱的分析。然后我们选取其中的5种含水硫酸铁作为起始反应物,开始研究它们在3种不同温度和10种不同湿度下的相变过程和稳定场。主要内容包括:1)采用相对湿度控制法获得了七种硫酸铁。它们分别是高铁叶绿矾、板铁矿、副针绿矾、七水铁矾、六水铁矾、五水铁矾和三笠石。其中六水铁矾是一种新型的含水硫酸铁,它的X射线衍射光谱在PDF2006中没有匹配的光谱,经过质量损失计算和喇曼光谱的比较,我们判定其为六水铁矾。2)对合成的七种硫酸铁晶体和非晶形五水硫酸铁做了X射线衍射,进行物相分析。我们发现除了副针绿矾和高铁叶绿矾含有少量板铁矿之外,其他样品都是纯度较高的硫酸铁样品。3)系统地测试了这七种硫酸铁晶体、非晶形五水硫酸铁和硫酸铁饱和溶液的喇曼光谱和中红外光谱,并对其进行了指认。各种硫酸铁都表现出不同的喇曼谱特征,因此可以用来原位物相监测。特别是SO4四面体的v1峰随着结晶水状态的提高逐渐蓝移,特别适合作含水硫酸铁的原位物相监测。在中红外光谱(ATR)中也发现了同样的蓝移趋势。我们获得了各种硫酸铁的近红外漫反射光谱(1.0-5.0μm)和可见近红外光谱(0.4-2.5μm)。在0.7-1μm区域各种晶态硫酸铁的吸收带会随着结晶水的减少而逐渐蓝移北并且锐化。在1000-2500nm区域七水铁矾和高铁叶绿矾存在三个明显的吸收带,分别位于1428、1920、1995nm和1454、1945、1979 nm。4)开展了非晶形五水硫酸铁、高铁叶绿矾、板铁矿、七水铁矾、五水铁矾共5种起始含水硫酸铁在50℃、21℃、5℃三种不同温度和10种不同湿度下条件下的稳定场实验。实验取得了初步结果。我们发现从稳定性上来讲,非晶形五水硫酸铁最易潮解,且其吸水之后的相变变化最多。其次是板铁矿,很容易潮解。七水铁矾比五水铁矾更容易吸水引起潮解。高铁叶绿矾是这五种含水硫酸铁中稳定性最高的。在稳定场实验中,我们发现了八水铁矾。虽然X射线衍射结果表明八水铁矾和七水铁矾的结构没有大的差别,但是它们却具有不同的喇曼特征谱。非晶形五水硫酸铁中水的含量是可变的。通过稳定场实验我们发现其化学式可以从Fe2(SO4)3·4H2O一直变化到Fe2(SO4)3·11H2O。同样的现象也发生在高铁叶绿矾晶体中,在温度50℃,湿度为5.5%RH条件下它可以失去3个结晶水,化学式可以写作Fe4.67(SO4)6(OH)2·17.1H2O。X射线衍射无法揭示这种结晶水的减少,但喇曼光谱可以反映其变化。

廖昱博[4](2007)在《多聚核苷酸碱基配对与错配的喇曼光谱研究》文中研究指明伴随着人类基因组计划的顺利实施,以基因芯片为先导的生物芯片技术得到了蓬勃的发展,在国际上引起了广泛的关注。基因芯片杂交技术需要准确预测配对碱基与非配对碱基的数目和种类。因而迫切需要一种灵敏、准确和便捷的检测手段与之相适应。目前,基因芯片信号检测中主要采用荧光检测法。但核酸本身不发荧光,检测前需要结合荧光标记物。这就存在标记不完全、靶标的非特异性吸附、荧光漂白、淬灭和背景干扰等缺点。此外,荧光谱带比较宽,不适合多重检测。比之于荧光检测,激光喇曼光谱方法无需样品标记,能够提供关于样品分子结构丰富的光谱信息,而且谱峰细锐,便于识别。加之,它几乎不受水溶液的干扰,特别适合于生物样品的检测。因此,激光喇曼光谱技术是一种很有应用前景的生物芯片检测方法。本文利用激光喇曼光谱技术测试了人工合成的多聚核苷酸PolyA、PolyU、PolyG和PolyC以及它们之间形成的一些复合物,并考查了复合物形成前后的光谱变化。实验发现,碱基互补的单链核酸之间形成复合物PolyA·PolyU和PolyG·PolyC之后喇曼光谱呈现出特征明显的变化。首先,表征A型主链构象的喇曼峰810cm-1-815cm-1相对强度增加,同时用于描述主链构象有序程度的R参量(R=I810/I1100)增大,说明与配对复合之前的无规卷曲或单链螺旋不同,复合物已经形成了双螺旋的结构形态;其次,相对于单链无规卷曲状态,双螺旋的形成使得1100 cm-1峰的半高宽变窄;再次,碱基互补配对双链的形成一方面使得表征氢键配位基团的结构发生重大改变,如Polyu和PolyC的羰基由原先的暴露状态变为“隐藏”,PolyG自体氢键解体。与氢键位点相关的基团振动频率也发生改变。另一方面它还使垂直的碱基—碱基堆积力大为增强,主链构象变得更为有序,从而产生了明显的喇曼减色效应并伴随着相关谱带的频移。另外,我们还对两种碱基错配的复合物进行了研究。结果发现非互补碱基之间同互补碱基一样也可以通过氢键相互作用。并且不同碱基之间形成复合物的喇曼光谱特征又各有千秋。这主要表现在:首先,虽然PolyG·PolyA和PolyA·PolyC都形成了双螺旋结构,表征A型螺旋结构的谱带分别落在810cm-1和806cm-1。但是后者还出现了表征B型结构的836cm-1峰。该峰的出现说明PolyA·PolyC不是典型的A型构象,而应定义为A/B兼型。其次,G-A复合物在1090cm-1附近出现了双峰,因此有两个R值与双螺旋中的两条链的有序程度相对应。形成该复合物之后,PolyG链产生了重大变化,PolyA链却几乎没有改变。而A-C复合物的情况则与互补配对的情形相似。再次,考察1099cm-1的半高宽,我们发现PolyA·PolyC在该处的线宽为33cm-1,与碱基互补复合物的相仿。然而PolyG·PolyA的则为61 cm-1,明显更宽,这可能与PolyG扭曲的主链有关。另外,A-C的复合导致了明显的“喇曼减色效应”。然而对于PolyG·PolyA,尽管有些谱带也表现出强度的减弱,但有许多表征碱基堆积的谱带强度,尤其是腺嘌呤的谱带非但没有减弱,反而有很大的增强。这也是G-A错配的一大特征。最后,这两种碱基错配的复合物氢键配位模式也很不同。A-C复合物中只含有一个碱基氢键;而G-A复合物除了两个碱基氢键配位点外,在碱基环与主链之间还存在一个氢键作用。实验结果不仅表明喇曼光谱对于研究核酸的氢键配位、主链构象和碱基堆积来说是一种强劲的工具。而且,鉴于喇曼光谱在反映分子结构的细微变化,无需标记、制样简便、测试快捷,谱峰细锐等方面的优越性,它可望成为一种很有发展前景的基因芯片检测技术。

王英[5](2006)在《14xx nm喇曼光纤激光器研究》文中研究表明随着互联网迅速发展,电子商务、远程教育、信息检索、文化娱乐、电视商品信息等应用对网络传输的带宽及速度的要求也越来越高,光纤网络的发展对商务市场及全球信息系统的影响将不亚于Internet,IP时代将是全光通信网络的时代。但是,第一代WDM网络无论其传输质量、对带宽的利用率、无电中继最大传输距离、网络的延伸扩展性等方面都无法满足日益增长的需求。光网络功能和性能的进步主要取决于所使用的光电子元器件,器件的先进性、可靠性和经济性会直接影响到系统设备乃至整个网络的生命力和市场竞争力。作为光网中不可缺少的重要器件,掺铒光纤放大器(EDFA)的增益谱只能覆盖C波段(1529~1561nm)和L波段(1570~1610nm)。而石英单模光纤在1550nm波段的低损耗窗口拥有几十THz的带宽,目前还远没有充分利用。喇曼光纤放大器,以其低噪声特性和几乎无限制的应用带宽,成为当今光放大器研究的热点,是下一代超大容量超长距离光通信系统的一项关键技术,分布式喇曼光纤放大器(Raman Fiber Amplifier)/掺铒光纤放大器(Er Doped Fiber Amplifier)混合放大器已经成为下一代宽带、高速光网络中光放大器的解决方案。实现分布式喇曼光纤放大的关键技术之一就是泵浦源。本文提出一种新结构喇曼光纤激光器,并就相关理论与实验开展了研究工作。在1342nm固体激光器的抽运光准直系统,晶体热效应,二极管端面抽运的固体激光器腔模匹配建模、仿真优化,光纤喇曼效应的耦合波理论分析与实验研究,光纤光栅谐振腔特性分析及设计,喇曼光纤激光器的耦合理论建模、腔内光渡越功率动态过程仿真,喇曼光纤激光器的阈值、输出耦合、泵浦功率、增益光纤长度的仿真优化,喇曼光纤激光器实验等等方面进行了细致的研究。(1)构造了一种新颖的基于1342nm固体激光器泵浦的14xx nm光纤激光器结构。通过单级喇曼频移实现14xx nm的喇曼激光输出,实现了一种紧凑、高效、稳定的喇曼光放大器泵浦源。(2)从非线性耦合波理论出发,分析并仿真了信号光通量与喇曼散射光通量随着深入介质的长度z之间的演变。对受激喇曼散射的增益阈值条件、小信号增益及饱和增益特性建立模型并进行仿真,得出除光纤种类之外的喇曼增益影响因子为:光纤长度、泵浦功率;设计并进行了常规单模传输光纤、色散位移光纤、高非线性效应光纤的增益特性实验,验证了理论分析中着两个因子对喇曼增益的影响。(3)构建了端面抽运1342nm固体激光器实验系统,在端面抽运Nd3+:YVO4固体激光器结构下,首次提出采用双圆柱面镜进行二极管抽运光的准直,利用光线追踪理论,建立了该准直系统的理论模型;创建了双圆柱面镜准直系统的设计及优化方法;进行了系统结构参数的准直仿真分析和优化。通过该方法设计的准直系统,在实际应用中达到了与传统非球面柱面镜相同的准直效果。(4)研究了端面抽运Nd3+:YVO4固体激光器的热透镜效应;从热传导方程出发,研究了高斯光束抽运时晶体中轴向与径向的温度场分布;采用一种简化模型,建立了Nd3+:YVO4晶体热透镜焦距的模型,仿真结果表明,该模型输出结果与实际测量结果达到同一个数量级,所以对实际设计端面抽运Nd3+:YVO4固体激光器具有重要的参考价值。(5)从激光器的谐振腔理论与光线追踪理论出发,建立了Nd3+:YVO4端面抽运固体激光器的腔模与抽运光斑匹配模型;设计了激光器的腔模参数与抽运光斑参数的控制方法;通过仿真优化,获得了一套实用的激光器结构参数。该参数在Nd3+:YVO4实验系统中得到了很好的验证。(6)从耦合模理论出发,研究了光纤光栅作为波长选择器件的特征波长、反射光谱线宽及反射率;着重研究了光纤光栅作为激光器谐振腔的相关特性,根据光纤激光器条件,在单模光纤上设计了激光器全反射光栅和部分反射光纤光栅参数,并研究了激光器的纵模特性。(7)建立了基于双向Stocks波的单级频移喇曼光纤激光器耦合波方程,对激光器的动态过程进行了仿真研究;通过系统中激光的建立过程仿真,优化并设计了光纤激光器的增益长度、输出耦合反射率及泵浦光功率大小。(8)建立了14xx nm光纤激光器实验系统,实验研究了喇曼光纤激光器的输出特性,针对增益光纤长度、输出光栅透过率进行了实验研究并验证了理论模型仿真结果。

张凯临[6](2005)在《机载海洋激光荧光雷达软硬件设计与飞行实验》文中进行了进一步梳理机载海洋激光荧光雷达是遥感领域的一项前沿技术,具有高效、实时、测量准确等优点。随着激光雷达技术的完善和它日益广阔的应用前景,2001年,中国海洋大学海洋遥感研究所承担了国家863资源与环境技术领域的“机载海洋激光雷达海洋环境监测技术”课题,开始研制用于测量海表层叶绿素浓度的机载海洋激光荧光雷达。2003年11月,机载海洋激光荧光雷达系统安装在国家海洋局北海分局的中国海监B-3807飞机上,成功的进行了首次飞行实验。 本论文围绕此课题展开讨论,分为四部分:第一部分为基本原理与发展综述,介绍了机载海洋激光雷达的基本测量原理、应用、国内外海洋激光雷达的发展、现状以及未来的发展趋势;第二部分为机载海洋激光荧光雷达系统硬件设计与实现;第三部分为海洋激光荧光雷达系统软件设计与实现;第四部分为实验以及实验结果的分析和讨论,最后是总结。 第一部分首先简述海洋激光雷达测量海表层叶绿素a浓度的原理,然后介绍了机载海洋激光雷达在浅海地形测量、海洋生态环境监测和海色卫星印证领域的应用,最后介绍国内外海洋激光雷达的发展和现状,国外发达国家的机载海洋激光雷达已经比较成熟,然而国内的机载系统还刚起步,相对于海洋环境监测的需求,必须加快发展。而且依据国内海洋激光雷达的现状,总结了海洋激光雷达的发展趋势。 第二部分介绍了运用计算机工程学的原理,进行海洋激光雷达系统的硬件设计和机械结构设计。系统硬件包括激光发射、荧光和喇曼接收、分光系统、光电转换和数据采集处理五大部分,系统使用355nm紫外激光作为激发光源,提高叶绿素a荧光的激发效率,同时分析了激光的人眼安全参数,保证在飞行高度高于150米时,激光对于海面的人眼是安全的;信号接收部分采用光纤作为信号传输方式,望远镜接收的信号经过光纤耦合透镜进入光纤。分析了望远镜接收视场参数,并确定了光纤耦合透镜的参数。然后分析接收视场和激光束的重叠区域受飞机飞行高度的影响,确定了望远镜和激光器的间距。分光系统采用改造的光纤光谱仪,依据对不同波长光学效率的分析选择适合的光栅,分析光谱仪内部光路,确定光谱分辨率,然后根据荧光和喇曼的带宽确定通道狭缝的实际宽度。在荧光和喇曼通道采用干涉滤光片,有效的抑制了背景光和激光的海面反射和水体回向散射光。光电转换采用光电倍增管,该倍增管具有高灵敏度和低噪声,数据采集利用40MHz采样卡完成。机械结构介绍了系统在飞机上的布放、激光雷达头部和

向小飞[7](2005)在《光纤拉曼光谱仪的设计与改进》文中认为分子光谱学是研究分子结构、分子成分不可缺少一门的重要工具。激光拉曼光谱仪是光谱分析领域非常重要的一种大型仪器。该仪器非常昂贵,一般进口的拉曼光谱仪售价高达10 万美元以上,因此一定程度上限制了它的应用。论文介绍了一种新型JPI-1 型光纤拉曼光谱仪的结构和设计方法,该谱仪采用了液芯光纤技术和光子计数检测技术,可大幅提高灵敏度,降低成本。其灵敏度可达到普通进口拉曼谱仪的水平,在我们的实际应用中取得了比较好的效果。液芯光纤技术可以提高拉曼光谱强度103倍,甚至可达104倍,此技术的采用是JPI-1 光谱仪得以研制成功的重要保障。光子计数是一种非常灵敏的检测技术,可用于10-14W 以及更微弱光信号的检测中,理论上可达到单光子检测极限。液芯光纤技术结合光子计数检测技术,使高灵敏度,低成本的激光拉曼光谱仪的研制成为可能。我们设计了适合于液芯光纤和光子计数器的光路系统,信号接收和处理系统,成功地研制出了JPI-I型拉曼谱仪。本论文介绍了液芯光纤谱仪的设计方法,研究内容包括光路系统部分、信号接收和处理部分和程序控制部分。其中信号

胡智勇[8](2004)在《宽带光纤放大器技术与光通信光源技术》文中研究指明光纤放大器技术和光源技术是 DWDM 传输系统的核心技术。本论文主要围绕宽带光纤放大器技术、多波长光源技术和可调谐光源技术取得如下研究成果:一、宽带 EDFA 的理论分析与实验研究1. 使用模拟软件 OptiAmplifier 4.0 对 L 波段 EDFA 的本征增益平坦特性及级联结构的作用机理进行了详细的分析与优化设计,并给出了特定条件下的本征增益平坦的近似计算公式,实验获得的结果与数值模拟符合很好。2. 使用并联结构进行了 C+L 宽带 EDFA 的实验研究,小信号增益大于 20 dB,可用带宽约 70 nm(15301561 nm,15671607 nm)。二、宽带 FRA 与宽带 EDFA/FRA 混合放大器的数值模拟1. 数值模拟了 7 个波长泵浦的宽带增益平坦 FRA,通过合理配置泵浦波长和泵浦功率,可实现 80 nm(15301610 nm)范围内±0.5 dB 的平坦增益。2. 数值模拟了分立式 EDFA/FRA 混合放大器,结合增益均衡滤波器,对设定的多波长信号得到了 75 nm (15301605 nm)范围内约 22.7 dB 的平坦增益。三、多波长半导体光放大器-光纤环形腔激光器(SFRL)实验研究1. 报道了一种基于 SOA 的结构简单的新型双波长 SFRL,其中以两个中心波长不同的 FBG 作为选频滤波器,在室温下实现了稳定的双波长输出。2. 以 F-P 腔做为梳状滤波器的多波长 SFRL,在室温条件下得到了具有高信噪比、窄线宽、高稳定度的 7 个波长输出,峰值功率相对起伏小于 4%3. 利用高双折射光纤环形镜(Hi-Bi FLM)的梳状滤波特性的多波长 SFRL,在室温下获得了基本符合 ITU 标准 100 GHz 的 15 个波长以上的输出,线宽 0.1 nm,各信道峰值功率相对起伏小于 12%四、可调谐光纤激光器的研究1. 宽可调谐 SOA 基高双折射环形腔激光器:在 SFRL 的腔内串接一段高双折射光纤,通过调节腔内偏振控制器和偏振片,获得了 15551604 nm 范围的可调谐激光输出。我们获得的 L 波段可调谐,以及 49 nm 的宽可调谐范围,在国内外均属首次。2. 离散可调谐掺铒光纤环形腔激光器:使用高双折射光纤环形镜和一个选择信道的可调谐薄膜滤波器,获得了 C 波段 41 个离散波长的可调谐输出,各信道波长输出的功率起伏几乎为零。

赵伟力[9](2003)在《氧碘化学激光器氧发生器的主要参数测试》文中研究指明在氧碘化学激光器的研制过程中,单重态氧发生器作为其中一个关键的部件倍受人们所关注。氧发生器结构性能的好坏将直接影响到发生器的反应效率和激发效率,从而影响到激光器的化学效率。为此,优化氧发生器的性能参数就成为改进氧发生器结构性能的重要手段。一方面可以通过建立合适的理论模型来为发生器的改进提供理论指导,另一方面就是要通过一系列实验来直接研究氧发生器的性能,此时,氧发生器的一些重要参数的测试则起到了十分重要的作用,从实验上为氧发生器的进一步改进提供了依据。 反映氧发生器性能的参数主要有三个,它们分别是:单重态氧产率,氯气利用率,出口处的水汽含量。迄今为止,已有许多技术和手段应用于这三个参数的测试,然而由于化学激光器的特殊性,这些测试手段都有着这样那样的问题。特别是对于单重态氧产率的精确测量,一直是一个世界性的难题。传统的顺磁共振法、光电离光谱法很难应用到化学激光器中去,量热法也由于电桥平衡比较困难而无法应用到目前大型的COIL上,目前常见的发射光谱法和吸收光谱法比较易行,是很好的相对测量手段,但是由于需要经常的标定实验,而标定过程又会引入较大的误差,所以绝对测试的准确程度较低。本论文利用我们自行设计搭建的测试系统采用喇曼散射光谱法和吸收光谱法对氧碘化学激光器氧发生器的上述三个主要参数进行了测试,特别是对于单重态氧产率和氯气利用率,在国际上首创采用一套装置同时检测,方法简便易行,测试准确。本论文对改进氧发生器的结构、选择系统压力范围等具有实际的指导意义。 采用可以实时标定的喇曼散射光谱法首次在国内对单重态氧产率进行了氧碘化学激光器氧发生器的主要参数侧试测试,测试的相对误差小于跳。由侧得的数据得到了加入稀释气体、稀释气体种类以及稀释比例对单重态氧产率的影响,给出了该发生器P一:值与仇(a,△)产率的关系,还考察了传输距离对仇(a‘△)产率的影响;在国际上首创利用喇曼散射光谱法在侧量产率的同时进行了氯气利用率的检侧,侧试结果与其他理论及实验结果十分相近;给出了气体在发生器中的滞留时间与氯气利用率之间的关系,该结果为提高氧碘化学激光器的反应效率和化学效率提供了参考依据;另外采用了吸收光谱法对发生器出口处的水汽含量进行了测量、得到了水汽分压和百分含量随着发生器压力、稀释气体比例以及BHP温度等的变化情况,该实验结果对于改进发生器工作条件、减少水汽含量、提高氧碘化学激光器的出光功率具有十分重要的指导意义。

刘贵昂[10](2002)在《类金刚石薄膜a-SiC:H薄膜及环境因素对其结构与特性的影响》文中提出随着成膜工艺的日臻成熟,类金刚石(DLC)及a-SiC:H薄膜将得到更加广泛的应用,为了使其应用于航天、航空及核反应堆中的某些关键器件,对这些材料的辐照稳定性研究相当重要,这是本文研究的根本出发点,也是国际上研究的热点之一。本文分别采用射频(13.56MHz)等离子体CVD及射频反应溅射方法制得了DLC及a-SiC:H薄膜。文中主要选择Y射线、紫外光及中子作为辐照源有两方面的原因:一方面,在外层空间,Y射线及紫外光辐射十分严重,而在核辐射环境下Y射线及中子辐射也不可忽视;另一方面,Y射线辐照这两种薄膜完全是一项开创性的工作,同时国内外对紫外光子、中子与这两种薄膜作用的研究也很少。 由于射频等离子体CVD方法具有基底温度低、成膜面积大、结合力强等特点,因此本文采用这一方法淀积这两种薄膜。对辐照前后的样品采用喇曼(Raman)光谱、红外(m)光谱及紫外—可见—近红外(UV—VIS—NIR)光谱等仪器进行分析,根据光子、中子、离子与物质作用的物理机制,对所得结果及其现象进行了解释。由于薄膜中氢的含量与结合状态直接决定其结构与特性,本文利用UV—VIS—NIR光谱及Tauc方法计算得到DLC薄膜的光学带隙,并根据光学带隙数据及完全抑制网络(FCN)模型获得了样品氢含量为10~25%这一结果,从而提出了一种简单确定DLC薄膜中氢含量的新方法。根据UV—VIS—NIR光谱中的干涉条纹,计算出了Y射线辐照下a-SiC:H薄膜的折射率及其变化趋势,并由此得出Y射线辐照导致其氢含量变小及红外透过率变小的结论。有趣的是:还首次用Raman光谱观察到了DLC薄膜中Sp3C-H键随辐照剂量改变的变化规律,扩大了其在结构分析领域中的应用。 通过本文的研究发现,Y射线、中子、N+及紫外光子对薄膜的作用效果明显不同。从对Sp3C-H键破坏能力方面考虑,中子、N+及紫外光子最强,而Y射线最弱。因此,文中Y射线与薄膜作用时,与其它粒子相比确实出现了一些特殊性。紫外光子对SP3C-H键的破坏能力如此强,确实出乎我们的意料。通过本文的研究,基本弄清了在辐射环境下这两种薄膜结构与特性的变化规律,为这两种薄膜在该环境中的应用打下了良好的基础。据此我们也可以采取针对性的措施,使之具有更好的辐照稳定性,从而更好地为航天、航空及核工业等高科技部门服务。

二、小型激光喇曼光谱仪的研制(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、小型激光喇曼光谱仪的研制(论文提纲范文)

(1)针尖增强拉曼光谱仪的光学系统设计(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 拉曼散射
        1.1.2 针尖增强拉曼光谱
    1.2 TERS研究现状
    1.3 主要研究内容
        1.3.1 研究方法
        1.3.2 主要工作
第二章 光学系统设计与仿真分析
    2.1 激光激发与拉曼散射收集光路
        2.1.1 激发光束准直与聚焦
        2.1.2 拉曼散射收集与聚焦
        2.1.3 激发光路仿真
        2.1.4 收集光路仿真
    2.2 拉曼光谱分光光路
        2.2.1 光谱仪原理
        2.2.2 光谱仪的像差
        2.2.3 非对称M型Czerny-Turner结构光谱分光光路
        2.2.4 光谱分光光路仿真
    2.3 显微成像光路
        2.3.1 成像系统设计
        2.3.2 白光照明设计
        2.3.3 成像系统仿真
        2.3.4 照明系统仿真
    2.4 光路集成
    2.5 本章小结
第三章 光学系统与STM耦联配置
    3.1 耦联方式
    3.2 增强系数
    3.3 耦联结构
    3.4 本章小结
第四章 整机装配与校准调试
    4.1 光谱仪原型光路的功能性测试
    4.2 系统装机
        4.2.1 光机设计与杂散光消除
        4.2.2 安装校准与调试
    4.3 本章小结
第五章 系统测试与实验结果
    5.1 STM-TERS系统
        5.1.1 系统构造
        5.1.2 针尖与样品
    5.2 TERS信号测试
        5.2.1 调试方法
        5.2.2 测试结果
    5.3 仪器性能指标
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    系统研制总结
    未来展望
参考文献
攻读硕士学位期间的科研成果及参与的科研项目
致谢

(2)高灵敏气体激光喇曼光谱的研究及应用(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 基于DGA 的故障诊断技术
    1.3 油中溶解气体分析技术的研究现状
    1.4 激光拉曼光谱技术的进展
    1.5 喇曼光谱在气体探测中的应用
    1.6 本文研究的主要内容和章节安排
    参考文献
第二章 电力故障与变压器油中溶解气体
    2.1 变压器油中的特征溶解气体
    2.2 变压器常见故障与溶解气体产生的关系
    2.3 气体在油中的溶解
    2.4 正常运行时变压器油中气体含量
    2.5 油中溶解气体含量与变压器故障判断
        2.5.1 基于DGA 数据的故障诊断基本原理
        2.5.2 有无故障诊断
    2.6 油中溶解气体的检测系统
        2.6.1 油中溶解气体的脱出
        2.6.2 油中不同气体成分的分离
        2.6.3 色谱分析技术中的气体检测
        2.6.4 色谱技术与喇曼光谱技术的比较
    2.7 本章小结
    参考文献
第三章 喇曼光谱原理与技术
    3.1 光散射
    3.2 喇曼光谱的基本原理
    3.3 喇曼散射的经典模型处理
    3.4 喇曼散射的量子模型处理
    3.5 喇曼光谱若干分析应用技术
        3.5.1 共振喇曼光谱
        3.5.2 表面增强喇曼光谱
        3.5.3 非线性喇曼效应
    3.6 喇曼光谱技术的发展状况
    3.7 喇曼光谱技术的选择
    参考文献
第四章 气体的表面增强喇曼光谱的相对频移
    4.1 实验结果中气体分子的相对喇曼频移
    4.2 相对喇曼频移的理论分析
        4.2.1 双振子电磁模型及SERS 的数学表达式
        4.2.2 重离子质量近似下的喇曼增强
        4.2.3 小粒子近似下频移的表达式的简化
        4.2.4 分子吸附在大粒子表面的喇曼频移
        4.2.5 相对频移的数值模拟计算
    4.3 本章小结
    参考文献
第五章 气体的高灵敏腔增强激光喇曼检测
    5.1 激光喇曼光谱检测溶解气体的确立
    5.2 腔增强技术的选择
    5.3 激光喇曼实验系统
        5.3.1 喇曼光谱的激发光源
        5.3.2 激光喇曼增强腔的设计
        5.3.2.1 喇曼多通反射池
        5.3.2.2 用于气体喇曼光谱测量的PBC 腔
        5.3.2.3 近共焦喇曼增强腔
        5.3.3 样品池
        5.3.4 探测系统
    5.4 实验结果与讨论
        5.4.1 使用CCD 探测系统对溶解气体的研究
        5.4.2 PMT-928 系统对溶解气体的研究
        5.4.2.1 标准油样中溶解气体探测
        5.4.2.2 气压和绝对喇曼信号强度的关系
    5.5 总结
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 本论文的工作总结
    6.2 今后工作展望
致谢
博士期间已发表或录用的论文

(3)无机晶体的光谱学研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    §1.1 喇曼散射理论
        §1.1.1 喇曼散射的经典理论
        §1.1.2 喇曼散射的量子理论
        §1.1.3 选择定则、喇曼活性和退偏度
        §1.1.4 几种典型的喇曼效应
    §1.2 红外光谱和可见近红外光谱
        §1.2.1 吸收光谱的基本原理
        §1.2.2 红外光谱的划分
        §1.2.3 可见近红外光谱的产生机制
    §1.3 无机晶体的热学性质
        §1.3.1 比热及测量方法
        §1.3.2 热膨胀性能及测试方法
        §1.3.3 热传导性能及测试方法
    §1.4 本论文的研究工作
    参考文献
第二章 钨酸盐激光晶体的振动光谱和热学特性研究
    §2.1 钨酸盐激光晶体的研究背景
        §2.1.1 激光晶体发展回顾
        §2.1.2 喇曼频移激光和Yb离子激光
        §2.1.3 钨酸盐晶体研究历史和现状
    §2.2 SrWO_4晶体振动谱与热学性质研究
        §2.2.1 SrWO_4晶体简介
        §2.2.2 SrWO_4晶体的空间群分析
        §2.2.3 实验方法
        §2.2.4 SrWO_4晶体的偏振喇曼谱结果与讨论
        §2.2.5 SrWO_4晶体的红外光谱结果与讨论
        §2.2.6 SrWO_4晶体的热学性质结果与讨论
        §2.2.7 小结
    §2.3 Yb:KLu(WO_4)_2晶体振动谱与热学性质研究
        §2.3.1 Yb:KLu(WO_4)_2晶体简介
        §2.3.2 Yb:KLu(WO_4)_2晶体的空间践分析
        §2.3.3 实验方法
        §2.3.4 Yb:KLu(WO_4)_2晶体的偏振喇曼谱结果与讨论
        §2.3.5 Yb:KLu(WO_4)_2晶体红外光谱结果与讨论
        §2.3.6 Yb:KLu(WO_4)_2晶体的热学性质结果与讨论
        §2.3.7 小结
    §2.4 Yb:NaGd(WO_4)_2晶体振动谱与热学性质研究
        §2.4.1 Yb:NaGd(WO_4)_2晶体简介
        §2.4.2 Yb:NaGd(WO_4)_2晶体的空间群分析
        §2.4.3 实验方法
        §2.4.4 Yb:NaGd(WO_4)_2晶体的偏振喇曼谱结果与讨论
        §2.4.5 Yb:NaGd(WO_4)_2晶体的红外光谱结果与讨论
        §2.4.6 Yb:NaGd(WO_4)_2晶体的热学性质结果与讨论
        §2.4.7 小结
    §2.5 本章小结
    参考文献
第三章 四种月球土壤矿物学和天体化学研究
    §3.1 月壤的研究现状和中国的探月计划
        §3.1.1 月球探测的历史
        §3.1.2 月球探测的现状和未来
        §3.1.3 中国的探月计划
        §3.1.4 月壤研究的意义及本论文的相关工作
    §3.2 四种典型Apollo月壤简介
        §3.2.1 月壤的定义
        §3.2.2 样品的来源以及选择四种月壤的原因
        §3.2.3 四种月壤的取样地点
    §3.3 四种Apollo月壤的粒径分布
    §3.4 四种Apollo月壤的典型矿物及其喇曼光谱
        §3.4.1 辉石
        §3.4.2 橄榄石
        §3.4.3 长石
        §3.4.4 钛铁矿
        §3.4.5 其他矿物
    §3.5 四种Apollo月壤的矿物模式组成
    §3.6 四种Apollo月壤的矿物化学计算
    §3.7 四种Apollo月壤的红外光谱研究
    §3.8 四种Apollo月壤的可见近红外反射光谱研究
    §3.9 本章小结
    参考文献
第四章 火星硫酸盐的研究:含水硫酸铁的光谱学和稳定场
    §4.1 火星硫酸盐的研究现状
        §4.1.1 火星硫酸盐的发现和研究
        §4.1.2 喇曼光谱在火星科学中的应用
        §4.1.3 含水硫酸铁的研究现状和意义
    §4.2 含水硫酸铁的实验室合成
        §4.2.1 利用饱和硫酸铁溶液结晶
        §4.2.2 利用非晶形五水硫酸铁结晶
    §4.3 含水硫酸铁的光谱学研究
        §4.3.1 含水硫酸铁的结构
        §4.3.2 X射线衍射晶体物相鉴定
        §4.3.3 含水及非含水硫酸铁的特征喇曼光谱分析
        §4.3.4 含水及非含水硫酸铁的红外光谱分析
        §4.3.5 含水及非含水硫酸铁的可见近红外光谱分析
    4.4 含水硫酸铁的稳定场实验
        §4.4.1 实验方法
        §4.4.2 实验结果与讨论
    §4.5 本章小结
    参考文献
第五章 总结
    §5.1 主要结论
    §5.2 主要创新点
    §5.3 有待深入研究的问题
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文目录
攻读博士学位期间所获奖励及参与课题
Paper 1
Paper 2
学位论文评阅及答辩情况表

(4)多聚核苷酸碱基配对与错配的喇曼光谱研究(论文提纲范文)

目录
摘要
ABSTRACT
前言
第一章 核酸碱基的沃森-克里克配对与非经典配对及研究意义
    1.1 核酸简介
    1.2 非经典碱基配对简介
    1.3 本研究的目的及其意义
第二章 激光喇曼光谱概论及仪器简介
    2.1 喇曼光谱技术的基本理论
    2.2 喇曼光谱的实验装置
    2.3 喇曼光谱用于生物学检测的优越性
第三章 多聚核苷酸碱基配对与错配的喇曼光谱研究
    3.1 样品配置及实验方法
    3.2 单链核酸的喇曼光谱图像以及主要谱带指认
    3.3 碱基配对前后核酸的喇曼光谱变化及分析
    3.4 碱基错配前后核酸的喇曼光谱变化及分析
    3.5 本章小结
第四章 喇曼光谱技术的应用及其最新进展
    4.1 表面增强喇曼光谱技术
    4.2 液芯光纤喇曼光谱简介
    4.3 江西信丰恐龙蛋化石的喇曼光谱研究
    4.4 激光喇曼光谱技术在食品科学中的应用
结束语
参考文献
在读期间发表的成果
致谢

(5)14xx nm喇曼光纤激光器研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 课题来源与研究目的
        1.1.2 喇曼光纤激光器研究背景与意义
    1.2 喇曼光纤放大器
        1.2.1 喇曼光纤放大器特点
        1.2.2 喇曼光纤放大器的基本结构
    1.3 喇曼光纤激光器
    1.4 本论文的主要内容和篇章结构
2 喇曼散射原理和光纤中的受激喇曼散射
    2.1 喇曼散射的基本原理
        2.1.1 自发喇曼散射
        2.1.2 受激喇曼散射
    2.2 光纤中的受激喇曼散射
        2.2.1 光纤中喇曼增益谱
        2.2.2 光纤受激喇曼散射的阈值
        2.2.3 光纤受激喇曼散射增益
    2.3 光纤喇曼散射增益实验研究
        2.3.1 喇曼光纤增益实验设计
        2.3.2 泵浦光功率对喇曼增益的影响
        2.3.3 光纤长度对喇曼增益的影响
        2.3.4 增益光纤的选择
    2.4 本章小结
3 喇曼光纤激光器泵浦源关键技术研究
    3.1 端面抽运ND~(~(3+)):YVO_4 固体激光器
        3.1.1 Nd~(3+):YVO_4 晶体的基本性质
        3.1.2 端面抽运Nd~(3+):YVO_4 固体激光器结构
    3.2 采用双圆柱面镜的抽运光耦合系统
        3.2.1 快轴准直
        3.2.2 慢快轴准直
        3.2.3 准直光聚焦
        3.2.4 圆柱面镜进行快轴准直实验结果
    3.3 ND~(3+):YVO_4 晶体及热效应
        3.3.1 晶体中的温度
        3.3.2 Nd∶YVO_4 晶体的热透镜效应
    3.4 抽运光与谐振腔模的匹配
        3.4.1 谐振腔
        3.4.2 晶体热焦距位置及与泵浦光的模匹配
        3.4.3 实现谐振腔模与抽运模位置匹配的谐振腔型优化
    3.5 1342NM 激光器实验研究
    3.6 小结
4 光纤光栅谐振腔
    4.1 光纤光栅的基本原理
        4.1.1 光纤光栅的折射率调制函数
        4.1.2 相位匹配条件
    4.2 光纤光栅的滤波特性
        4.2.1 光纤光栅中的耦合波方程
        4.2.2 光纤光栅的反射特性
    4.3 光纤光栅谐振腔
    4.4 小结
5 喇曼光纤激光器理论模型仿真与实验研究
    5.1 14XX NM 喇曼光纤激光器结构
    5.2 喇曼光纤激光器理论模型和仿真
        5.2.1 喇曼光纤激光器数学模型
        5.2.2 喇曼光纤激光器仿真取值条件
        5.2.3 14xx nm 喇曼光纤激光器仿真
    5.3 喇曼光纤激光器实验研究
        5.3.1 喇曼光纤激光器实验平台及实验设计
        5.3.2 喇曼光纤激光器输出特性
        5.3.3 提高喇曼光纤激光器输出功率的因素分析
    5.4 小结
6 全文总结
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表论文目录
附录2 攻读博士学位期间研究项目及专利目录

(6)机载海洋激光荧光雷达软硬件设计与飞行实验(论文提纲范文)

0 前言
1 海洋激光雷达基本原理与发展综述
    1.1 海洋激光雷达基本原理
        1.1.1 海洋探测的激光雷达方程
        1.1.2 海洋激光荧光雷达原理
        1.1.3 机载海洋激光荧光雷达接收信号的分析
    1.2 机载海洋激光雷达的应用
    1.3 海洋激光雷达的发展历史
        1.3.1 国外海洋激光雷达的发展
        1.3.2 国内海洋激光雷达的发展
    1.4 海洋激光雷达发展趋势
2 机载海洋激光雷达的硬件设计
    2.1 从计算机工程学的角度进行系统设计
    2.2 机载激光雷达主要设计思路
    2.3 机载海洋激光雷达的器件选择
        2.3.1 激光发射系统
        2.3.2 采用光纤的光学接收系统
        2.3.3 分光系统
        2.3.4 光电转换系统
        2.3.5 数据采集和处理系统
        2.3.6 供电系统
        2.3.7 减震系统与设备外壳
    2.4 机载海洋激光雷达的安装调试
    2.5 系统进一步改进的方案
        2.5.1 激光器的升级方案
        2.5.2 光谱仪和分光部分的改进思路
        2.5.3 多通道光电倍增管的选择
        2.5.4 A/D采集卡升级方案
        2.5.5 笔记本电脑USB采集方案设计
3 海洋激光雷达的软件设计
    3.1 软件工程的定义与软件工程项目的基本目标
    3.2 海洋激光雷达的系统分析
    3.3 软件系统流程
    3.4 相关算法与数据处理方法
        3.4.1 衰减系数反演
        3.4.2 太阳背景辐射的影响
        3.4.3 喇曼矫正
    3.5 软件人机界面
4 初步实验结果
    4.1 系统测试结果
        4.1.1 荧光和喇曼信号的波长和带宽
        4.1.2 叶绿素a浓度和荧光强度的关系
        4.1.3 激光波长355nm和532nm荧光效率的比较
    4.2 激光雷达出海实验
        4.2.1 2003年6月海边实验结果
        4.2.2 2003年8月高空模拟机载的实验结果
        4.2.3 机载实验结果
    4.3 叶绿素浓度测量实验
        4.3.1 实验室测量结果
        4.3.2 岸边叶绿素浓度同步实验
5 总结与讨论
    5.1 本人所承担的工作
    5.2 结束语
参考文献

(7)光纤拉曼光谱仪的设计与改进(论文提纲范文)

第一章 引言
    1.1 拉曼光谱及其光谱仪的广泛应用前景
    1.2 本文选题的背景和意义
    1.3 本文的研究内容
第二章 拉曼光谱仪简介
    第一节 拉曼光谱基本原理
        1.1 喇曼效应
        1.2 喇曼光谱基本原理
    第二节 拉曼光谱仪的历史及分类
        2.1 拉曼光谱仪的历史
        2.2 拉曼光谱仪的分类
        2.2.1 色散型激光拉曼光谱仪
        2.2.2 傅立叶变换拉曼光谱仪(FTRaman)
    第三节 我们研制的光谱仪结构
第三章 设计思路
    第一节 几种弱信号检测方法对比
    第二节 设计技术路线及其光谱仪总体框架
        2.1 设计指标
        2.2 设计技术路线
        2.3 光谱仪总体框架
第四章 光路部分
    第一节 光源
    第二节 高放大率光纤样品室前置光路系统
    第三节 分光单元及其驱动系统
第五章 光电转换系统
    第一节 光电转换简要分析
    第二节 光电倍增管的附属电路
    第三节 光电倍增管致冷系统
第六章 核心检测电路
    第一节 电路通频带宽确定
        1.1 反斯托克斯线的动态范围
        (确定放大器的下限截止频率)
        1.2 脉冲信号频谱分析(傅立叶变换)
        (确定放大器的上限截止频率)
    第二节 负载电阻与信噪比分析
        2.1 对频率响应的分析
        2.2 对信噪比的分析
    第三节 放大器参数设计
        3.1 放大器的研制
        3.2 输入级组态选择
        3.3 静态工作点确定
        3.4 偏置
        3.5 增加带宽措施(组合电路,频率补偿。负反馈)
        3.6 滤波
        3.7 电路图和电路原理分析
        3.8 元件选择
        3.9 接地方案
        3.10 几种干扰的解决
        3.10.1 自激
        3.10.2 共模干扰
        3.11 调试
第七章 计算机控制及数据采集系统
    第一节 计数器
    第二节 计算机控制及数据采集系统
    第三节 操作规程
    第四节 拉曼光谱实验应注意的几个问题
论文总结
参考文献
致谢
中文摘要
ABSTRACT
导师及作者简介

(8)宽带光纤放大器技术与光通信光源技术(论文提纲范文)

第一章 绪论
    1.1 光纤通信的发展现状和趋势
    1.2 光通信系统光源的发展现状和趋势
    1.3 新型超宽带光纤放大器的研究进展
    1.4 本文的工作
第二章 EDFA 与 FRA 概述
    2.1 EDFA 概述
    2.2 FRA 概述
    2.3 FRA 与 EDFA 的比较
    2.4 EDFA 和 FRA 研究进展
    2.5 小结
第三章 宽带 EDFA 研究
    3.1 宽带 EDFA 概述
    3.2 C-band EDFA 增益平坦研究
    3.3 低噪声、本征增益平坦 L 波段 EDFA
    3.4 宽带(C+L)EDFA 研究
    3.5 小结
第四章 宽带光纤喇曼放大器与混合放大器研究
    4.1 DWDM 概述
    4.2 WDM 泵浦 FRA 设计
    4.3 混合光纤放大器研究
    4.4 小结
第五章 多波长光纤激光器研究
    5.1 多波长光源概述
    5.2 多波长掺铒光纤激光器
    5.3 SFRL 特点、模型
    5.4 基于级联 FBG 的双波长 SFRL
    5.5 基于 F-P 梳状滤波器的多波长 SFRL
    5.6 基于高双折射光纤环形镜梳状滤波器的多波长 SFRL
    5.7 小结
第六章 可调谐光纤激光器研究
    6.1 引言
    6.2 可调谐 SFRL
    6.3 离散可调谐掺铒光纤激光器
    6.4 分光比可调耦合器研究
    6.5 小结
总结与展望
参考文献
发表论文
附录
致谢

(9)氧碘化学激光器氧发生器的主要参数测试(论文提纲范文)

中文摘要
英文摘要
目录
第一章 引言
    1.1 氧碘化学激光器的基本原理
    1.2 氧碘化学激光器的基本结构
    1.3 氧碘化学激光器氧发生器的几个重要参数及常见测试方法
    1.4 本文所要研究的主要内容和意义
    参考文献
第二章 激光喇曼光谱及其应用
    2.1 喇曼光谱基本原理
    2.2 激光喇曼光谱的实验技术和方法
    2.3 激光喇曼光谱的应用
    参考文献
第三章 流场组分浓度的静动态测定
    3.1 利用喇曼散射光谱法测定流场组分浓度的原理
    3.2 大气流场成分检测
    3.3 模拟发生器流场的动态检测
    3.4 结论
    参考文献
第四章 氧发生器的发O_2(a~1△)产率的测量
    4.1 实验原理
    4.2 装置与实验
    4.3 结果与讨论
    4.4 结论
    参考文献
第五章 氧发生器的氯气利用率测量
    5.1 氯气利用率的测试原理
    5.2 测试装置
    5.3 结果与讨论
    5.4 结论
    参考文献
第六章 氧发生器出口的水汽含量测量
    6.1 吸收光谱法测定水汽含量的原理
    6.2 吸收系数的标定
    6.3 测试装置
    6.4 实验结果
    6.5 结论
    参考文献
第七章 结论
附录A 发生器中常见物种的喇曼散射频移
参考文献
附录B 水汽在1.3925μm附近的吸收系数
附录C 作者简历、读博期间发表论文和专利申请
致谢

(10)类金刚石薄膜a-SiC:H薄膜及环境因素对其结构与特性的影响(论文提纲范文)

第1章 绪论
    §1.1 类金刚石薄膜及a-SiC:H薄膜发展历史及其背景
        §1.1.1 (类)金刚石薄膜
        §1.1.2 SiC及其薄膜
    §1.2 国内外研究现状及其前景
        §1.2.1 DLC薄膜
        §1.2.2 SiC及其薄膜
    §1.3 样品的表征及其结构特性
        §1.3.1 表征
        §1.3.2 结构及特性
        §1.3.3 薄膜特性及其应用
    §1.4 光子及粒子与物质作用机理
    参考文献
第2章 DLC及a-SiC:H薄膜的γ射线辐照效应
    §2.1 DLC薄膜的γ射线辐照
        §2.1.1 前言
        §2.1.2 实验
        §2.1.3 实验结果
        §2.1.4 实验结果讨论
        §2.1.5 小结
        参考文献
    §2.2 a-SiC:H薄膜的γ射线辐照
        §2.2.1 前言
        §2.2.2 实验
        §2.2.3 实验结果
        §2.2.4 实验结果讨论
        §2.2.5 小结
        参考文献
第3章 DLC及a-SiC:H薄膜的中子辐照效应
    §3.1 DLC薄膜的中子辐照
        §3.1.1 前言
        §3.1.2 样品的制备与处理
        §3.1.3 实验结果
        §3.1.4 实验结果讨论
        §3.1.5 小结
        参考文献
    §3.2 a-SiC:H薄膜的中子辐照
        §3.2.1 前言
        §3.2.2 样品的制备及处理
        §3.2.3 实验结果
        §3.2.4 实验结果讨论
        §3.2.5 小结
        参考文献
第4章 类金刚石薄膜的N离子辐照效应
    §4.1 前言
    §4.2 样品的制备与处理
    §4.3 实验结果
    §4.4 实验结果讨论
    §4.5 小结
    参考文献
第5章 含氮DLC薄膜的紫外辐照
    §5.1 前言
    §5.2 样品的制备与处理
    §5.3 实验结果
    §5.4 实验结果讨论
    §5.5 小结
    参考文献
结论
致谢
攻读博士学位期间撰写的主要论文

四、小型激光喇曼光谱仪的研制(论文参考文献)

  • [1]针尖增强拉曼光谱仪的光学系统设计[D]. 陈军. 厦门大学, 2019(09)
  • [2]高灵敏气体激光喇曼光谱的研究及应用[D]. 李晓云. 上海交通大学, 2008(03)
  • [3]无机晶体的光谱学研究[D]. 凌宗成. 山东大学, 2008(12)
  • [4]多聚核苷酸碱基配对与错配的喇曼光谱研究[D]. 廖昱博. 华南师范大学, 2007(06)
  • [5]14xx nm喇曼光纤激光器研究[D]. 王英. 华中科技大学, 2006(03)
  • [6]机载海洋激光荧光雷达软硬件设计与飞行实验[D]. 张凯临. 中国海洋大学, 2005(08)
  • [7]光纤拉曼光谱仪的设计与改进[D]. 向小飞. 吉林大学, 2005(06)
  • [8]宽带光纤放大器技术与光通信光源技术[D]. 胡智勇. 天津大学, 2004(03)
  • [9]氧碘化学激光器氧发生器的主要参数测试[D]. 赵伟力. 中国科学院研究生院(大连化学物理研究所), 2003(03)
  • [10]类金刚石薄膜a-SiC:H薄膜及环境因素对其结构与特性的影响[D]. 刘贵昂. 西南交通大学, 2002(02)

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小型激光拉曼光谱仪的研制
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