拉曼积分球由光散射共焦激发收集系统和四直角反射镜增光程系统组成。光散射共焦激发收集系统由N套共焦点的拉曼散射信号收集光具组组成, 可以将散射向共焦点的光具组的拉曼信号收集后集中传输向一个方向, 提高拉曼散射信号收集立体角度N倍; 四直角反射镜增光程系统由4个直角反射镜组成, 将激发光形成互相平行的空间立体光路, 并且经收集光具组聚焦于光散射共焦激发收集系统的焦点, 从而提高激发光功率的使用效率。应用于气体检测可以实现对气体分子的多成分、低浓度、原位、快速、无损、无接触的定性、定量分析。

生物材料具有生产成本低、粒径分布广、环保无污染等优点, 可作为一种新型消光材料。为了更好地研究生物材料的大气悬浮沉降特性, 针对制备的球状生物材料FANS 233D, 根据斯托克斯沉降规律及粒子数加权平均方法计算其沉降速度。利用团簇-团簇凝聚模型模拟了该生物凝聚粒子的空间结构, 结合牛顿第二定律研究了不同空间结构凝聚粒子的沉降速度, 并通过凝聚粒子的孔隙率、分形维数对其结构特征加以分析。结果表明: 包含不同原始微粒数的凝聚粒子, 其平均沉降速度随原始微粒数的增大而增大; 包含相同原始微粒数的凝聚粒子, 其沉降速度同该凝聚粒子的孔隙率与分形维数有关。针对生物消光材料大气悬浮沉降特性的研究将为其实际应用提供理论基础。

针对当前军、民用领域对新型生物消光材料的需求, 将制备出的絮状颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子, 将其作为单元颗粒构建不同结构的生物颗粒, 并对生物颗粒结构进行参数化表征, 采用离散偶极子近似法(DDA)计算生物颗粒远红外波段平均消光效率因子。结果表明: 生物颗粒远红外波段平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率成正相关。在研究平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率关系的基础上, 构建了生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型, 计算时间较DDA法缩短, 计算误差在10％以内。模型的构建将为生物消光材料发展以及形态控制提供理论基础。

人工制备的几种生物材料生产成本低、密度小、形态可控、安全环保, 在可见光和红外等波段具有较好的消光能力, 可作为一种新型消光材料, 弥补无机消光材料的不足。针对当前军、民用领域对新型生物消光材料的需求, 将生物消光材料中的絮状生物颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子, 根据牛顿第二定律和梯度-输运理论, 建立生物消光材料沉降模型和扩散模型, 并讨论絮状生物颗粒结构和风速、大气稳定度对生物消光材料空气动力学特性的影响。结果表明: 分枝数目、长度、半径决定絮状生物颗粒结构; 在某种特定条件下, 絮状生物颗粒沉降速度较等体积球颗粒沉降速度降低了50％; 烟团遮蔽面积可达20 m2以上。模型的构建将为生物消光材料发展及实际应用提供理论基础。

针对目前消光材料实验室动态测试的现状和不足, 提出了基于单光路实现生物材料紫外、红外复合消光性能的测试装置和方法。设计和制作了生物材料紫外、红外复合消光性能的测试装置, 利用上述装置测试了真菌LZ0926孢子, 得到了烟幕箱自制生物材料烟幕的紫外、红外波段平均透过率及质量浓度分别为29.597%、14.514%、0.389 g/m3, 通过数据处理系统得到了生物材料紫外、红外波段平均质量消光系数分别为0.794 75 m2/g, 1.241 59 m2/g。实验结果表明: 该装置成功地利用单光路实现了生物材料的紫外、红外波段的复合消光性能测试, 进一步丰富了生物材料多波段消光性能的测试手段。

为研究多态生物颗粒对目标探测等电磁设备的影响, 将制备出的絮状生物颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子, 构建不同分枝数目和分枝长度的生物颗粒, 采用离散偶极子近似法计算生物颗粒消光效率因子。结果表明: 生物颗粒结构对宽波段消光性能存在较大影响。远红外波段, 生物颗粒消光性能与分枝数目和分枝长度成正相关; 毫米波段, 生物颗粒消光性能与颗粒分枝长度成正相关, 与分枝数目关系很小。在研究消光效率因子与分枝数目和分枝长度关系的基础上, 构建了生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型。模型的构建将为生物颗粒宽波段消光性能研究以及形态控制提供参考。

紫外拉曼光谱技术具有拉曼本征散射效率高,受杂散光干扰小等优点,在爆炸物、污染物以及农药残留现场检测等领域有着广阔的应用前景。然而,目前市场上常见的小型或者便携式拉曼光谱仪均采用可见或者近红外激光作为激发光源。本研究在实验室具有自主知识产权的紫外可见共振拉曼光谱仪的基础上,设计了小型紫外拉曼光谱仪,光谱仪采用透镜作为光谱仪的准直镜和聚焦镜,有效减小了慧差造成的影响,实现了高分辨率和宽光谱范围的测试。

采集31种爆炸物和73种毒品的标准拉曼谱图,分析其谱图,选出适合作为搜索条件的光谱范围。通过编程,建立标准拉曼谱图库和自动检索系统。在选定光谱范围内,拉曼谱图库选择信号较强的特征峰,进行曲线拟合,将获得的峰位置、相对峰强等数据作为参数写入标准拉曼谱图库。通过自动检索系统将未知拉曼光谱与数据库中的标准谱图进行分析比对,搜索软件自动给出正确结论。数据库具有添加、删除、备份、恢复等辅助功能,并具有自动扣除荧光背底,优化拉曼光谱图等功能。本文进一步分析了可能对分析比对结果造成影响的因素。