1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 河南工业大学粮油食品学院, 河南 郑州 450001
3 广东星创众谱仪器有限公司, 广东 广州 510000
在近红外光谱分析过程中, 单台仪器在不同时间的波长变化及多台仪器间的波长一致与否会对化学计量学定标模型的校正及传递效果产生影响, 上述问题可以统一为波长漂移对定标模型的影响。 以分析小麦粉中粗蛋白含量为例, 首先结合不同谱区光谱数据, 利用偏最小二乘回归(PLSR)方法建立了两个定标模型。 再由计算机生成不同类型、 不同幅度的波长漂移信息, 并叠加至验证集样品光谱中, 使新光谱相对于定标集光谱产生波长漂移信息。 通过考察原定标模型对新光谱的预测与校正情况, 研究了波长漂移对PLSR定标模型的影响。 结果表明: 相对于定标集样品光谱, 验证集光谱中无波长漂移信息时, 模型的预测标准差(RMSEP)不超过0.3%, 预测相关系数不小于0.98; 验证集样品光谱在不同波长处的波长漂移信息为一恒定值时, 模型的RMSEP会随波长漂移幅度的增大而增大, 波长漂移量为-32 cm-1时对应RMSEP为3.69%, 预测相关系数变化不大; 当验证集样品光谱在不同波长处的波长漂移信息随机变化时, 基于长波区光谱所得原始模型的预测结果几乎不受影响; 当含有不同波长漂移信息的一系列样品光谱加入到定标集对长波区PLSR分析模型进行校正时, 校正后模型的RMSEP为0.3%, 几乎不受波长漂移信息的影响, 但模型的回归因子数从3显著增大到8, 其稳健性变弱; 总的来说, 当仪器存在波长漂移且幅度不大时, 模型预测相关系数几乎不受影响, 可通过对预测结果的校正来改善RMSEP, 以保证分析结果的准确性。 该研究为确定仪器设计参数及分析方法的操作规程, 提高近红外光谱分析结果的可靠性提供了实验依据。
近红外光谱 波长漂移 小麦粉 偏最小二乘回归 Near-infrared spectroscopy Wavelength drift Wheat flour Partial least square regression
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室 光电对抗技术创新研究室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
蓝紫激光和中红外激光在基础研究和**工程中有重要的应用前景。单光子吸收的碱金属蒸气激光器具有量子效率高、受激发射截面大和热管理性能好等优点, 近些年来已成为激光领域中研究热点之一, 目前已实现kW量级的输出。双光子吸收的碱金属蒸气激光器可实现蓝紫激光和中红外激光级联输出的特性, 也引起越来越多的关注。本文从碱金属原子密度、泵浦光功率、偏振和频率失调量以及调控激光等几种影响因素出发, 综述了双光子吸收碱金属蒸气激光的研究进展, 在此基础上分析了影响激光输出特性的原因, 最后对双光子吸收碱金属蒸气激光器的发展趋势进行了展望。
碱金属蒸气激光器 双光子吸收 红外激光 蓝紫激光 alkali vapor laser two-photon absorption infrared laser blue-violet laser
1 中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为了确保光栅单色器温度起伏引起的能量漂移不影响光束线的表观能量分辨率, 建立了单色器高精度的恒温环境。结合上海光源梦之线设计, 根据光栅衍射方程推导出单色器温差与能量漂移之间的关系; 据此设计了沿光束方向温度起伏较小的单色器恒温环境, 测试了温度控制系统不同条件下的长期温度稳定性, 并通过长时间多次测量氮气K边吸收谱的方法, 得到了相应的能量漂移。结果显示: 温度控制系统未启动的情况下, 棚屋内最大温度变化约为0.62 K, 测得的能量漂移约为49 meV; 温度控制系统使用独立冷水机时, 最大温度变化约为0.20 K, 相应的能量漂移约为17 meV。实验表明, 建立的单色器恒温环境满足设计要求, 使得单色器温差引起的能量漂移对梦之线表观能量分辨率的影响得到有效控制。
光栅单色器 温度起伏 能量漂移 气体吸收谱 能量分辨率 grating monochromator temperature fluctuation energy drift gas absorption spectra energy resolution
1 燕山大学 理学院 河北省微结构材料物理重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 河北建材职业技术学院 机电工程系, 河北 秦皇岛 066004
3 燕山大学 机械工程学院, 河北 秦皇岛 066004
4 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 长春 130033
为了研究近红外光在皮肤组织中的传播, 建立了人体皮肤组织模型, 包括不同入射波长下表皮、真皮、皮下组织的吸收系数、散射系数、折射率和各向异性因子.结合皮肤组织的光学性质, 采用蒙特卡罗方法分析了1 000~1 900 nm范围内, 光源-探测距离不同时近红外光在皮肤组织中的传播过程和分布特点.结果表明：光子运动路径长度和穿透深度均随光源-探测距离的增加而变大, 而漫反射归一化能量随光源-探测距离的增加而变小.选取光源-探测距离为0.45 mm, 当入射波长为1 550 nm时, 光子运动路径长度为1.806 mm, 穿透深度为0.467 mm, 漫反射光归一化能量为0.001 85.根据蒙特卡罗模拟结果, 分析和设计了一种光纤探测结构, 这种分叉光纤束由18根光源光纤和4根探测光纤构成, 每根光纤间距均为0.45 mm并且刚好紧凑相邻.最后, 仿真计算了光纤收集到的漫反射光能量及照度分布.假设入射光功率为1 W, 则探测器接收的漫反射光功率为0.598 mW, 这为便携式检测光谱仪器的设计提供了参考.
光传播 光纤探测 蒙特卡罗模拟 皮肤组织 近红外光谱技术 光学性质 血糖检测 模型建立 Light propagation Optical fiber detection Monte Carlo simulation Skin tissue Near infrared spectroscopy Optical properties Blood glucose detection Model buildings
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长春中医药大学护理学院, 吉林 长春 130117
为实现人体血液甘油三酯(TG)含量无创检测, 应用近红外光谱技术(NIRS), 对单体TG进行定量分析。 通过离体实验优选检测波段(5 700～5 600和4 600～4 400 cm-1), 优化设计检测探头, 综合预处理方法等手段, 对其中TG含量进行定标和预测。 以期提升单体TG无创检测精度及稳定性。 无创采集54组单体光谱数据, 并对其中TG含量进行定标预测, 经对比分析确定平滑滤波(SG)结合偏最小二乘方法(PLS)的定标模型稳健性最优, 对预测集1, 2样品最佳分析结果: 预测标准偏差RMSEP分别为12和12.8 mg·dL-1, 相对预测标准偏差RSD为16.25%和17.33%, 预测精度理想, 基本可用于单人TG的日常监测。 鉴于SG-PLS模型在单体TG无创测量及日变化趋势预测方面的良好表现, NIRS分析技术将在TG无创检测与日常管理领域有更为广泛的应用前景。
人体血液甘油三酯 无创生化检测 近红外光谱分析技术 Triglyceride Near-infrared spectroscopy Non-invasive detection
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于双直角分束器设计了一种反射式静态傅里叶变换光谱仪光学系统,并搭建了样机。该光谱仪光学系统的分光装置采用双直角分束器,其他光路全部采用反射式结构,有效折叠光路,与透射式静态傅里叶光谱仪相比,系统体积减小一半以上。用汞灯作为静态傅里叶光谱仪光源时,得到了404.7,435.8,546.1,577.0 nm的峰值谱线,实验结果很好地复原了汞灯实际光谱;用波长为650 nm的激光进行实验,光谱分辨率约为5.93 nm,与理论计算结果基本相符。该光学系统具有结构紧凑、体积小、重量轻、抗震性强等诸多优点,可为小型化、便携式静态傅里叶光谱仪器的研制提供技术支持。
测量 静态傅里叶光谱仪 双直角分束器 光谱分辨率 结构紧凑
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
针对极紫外(EUV)光刻机工作过程中，多层膜反射镜表面沉积碳污染造成的反射率下降问题展开研究，讨论了多层膜反射镜表面碳污染清洗方法。首先描述了在EUV曝光过程中多层膜表面的碳污染形成过程，简单阐述了碳污染对多层膜反射镜的危害。然后从清洗机理、速率以及效果等方面详细描述了多种EUV多层膜表面碳污染清洗方法，分析对比了各清洗技术在清洗速率和效果等方面的优缺点。分析表明: 离子体氧和活化氧清洗速率相差不多，可达到2 nm/min，但清洗过程中容易造成表面氧化; 等离子体氢和原子氢的清洗速率相对较慢，一般在0.37 nm/min左右，但清洗过程中不易产生氧化。最后针对不同方法应用于在线清洗EUV多层膜反射镜过程中将遇到的问题和难点进行了讨论。
极紫外光刻机 碳污染 清洗 技术 多层膜反射镜 extreme ultraviolet lithography carbon contamination cleaning technologies multilayers 光学 精密工程
2017, 25(11): 2835
1 中国科学院 上海应用物理研究所，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
研制了光发射电子显微镜(PEEM )高精度微聚焦系统，以实现上海光源软X射线PEEM光束线的高质量聚焦。根据上海光源PEEM光束线的概况，给出微聚焦系统光学元件的基本参数。基于Kirkpatrick-Baez(KB镜)两镜方案，设计了PEEM线微聚焦系统。介绍了KB镜姿态调整机构的设计方案，即利用三垂直线性驱动装置和两水平线性驱动装置相结合来实现五维调节，分析了姿态调节机构的原理与工作过程，给出了微聚焦系统的整体设计方案。测试了KB镜系统的机械性能，给出水平调节机构以及第一面镜子Pitch运动的测试结果，结果显示: 水平调节机构分辨率为0.6 μm，重复精度为0.85 μm，Pitch角度分辨率为0.4″，重复精度为0.5″，优于指标要求。其它参数的测试结果亦均优于指标要求。实验表明，微聚焦系统机械指标的实现保证了PEEM线光斑的高质量聚焦。
同步辐射 光发射电子显微镜(PEEM) X射线显微镜 KB镜 结构设计 synchrotron radiation Photo-emission Electron Microscope(PEEM) X-ray microscopy KB mirror structure design 光学 精密工程
2017, 25(11): 2810
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
极紫外光刻系统中的碳污染会降低多层膜反射率，在保证光学元件性能的前提下，如何选择碳清洗工艺是一项重要课题。通过对不同清洗工艺的原理分析，揭示了不同工艺对多层膜反射率的影响主要体现在膜层氧化、刻蚀及表面粗糙度劣化等方面。基于时域有限差分方法及总积分散射理论，研究了不同影响因素与多层膜反射率的关系。结果表明，膜层氧化及表面粗糙度劣化是导致多层膜反射率下降的主要因素，而刻蚀的影响相对较小。基于以上分析结果，射频氢等离子体及原子氢清洗技术，在去除光学元件表面沉积碳的同时，不会显著降低光学元件性能，可优先考虑采用。
薄膜 极紫外光刻 碳污染 清洗技术 反射率
