以丙烷-空气扩散火焰为研究对象,联合激光诱导荧光与激光诱导炽光,在不同探测波长下,对火焰中多环芳烃(PAH)的二维分布进行测量,分析火焰中PAH荧光信号的分布特征。结果表明:在丙烷扩散火焰燃烧中,小环PAH逐渐变为大环PAH,随后形成碳烟;通过测量火焰不同位置处的荧光时间分辨信号发现,在相同的条件下,荧光波长越大,其对应的PAH环数越多,相对分子质量越大,荧光衰减时间越长;随着火焰高度位置升高,荧光信号的衰减时间受温度升高的影响呈下降趋势。

拼接镜共相检测技术是拼接过程和维持镜面质量关键技术之一, 定量测量平移误差(piston)是指导拼接确定性调整的依据, 也是拼接镜面成像质量、望远镜角分辨率的根本保证。为了实现拼接镜平移误差的大量程、高精度检测, 提出了新型双波长共相检测算法, 并基于圆孔衍射与双波长检测理论, 推导得到了双波检测理论量程与波长之间的关系式以及选取模板间隔的最大值与波长之间关系式。在双波长检测中, 针对两半圆间远场图案存在偏心、间隙误差和相机噪声等拼接误差, 理论和仿真分析了间隙误差、偏心误差和相机噪声对双波长检测精度的影响。得到了间隙误差需小于0.2r, 偏心误差需小于0.2r, 信噪比需大于30时, 双波长检测才不会出现误检测。该分析为以后双波长检测实验中误差的选取提供了借鉴。

针对飞秒光脉冲全光纤化传输的需求, 研究了空心Bragg光纤单基模传输的特性。进而设计了一款空心Bragg光纤, 用于中心波长在1.550μm的飞秒脉冲单基模传输。为了解决空心Bragg光纤在工作窗口色散过大的问题, 通过合理的引入缺陷层调节空心Bragg光纤单基模传输的色散特性, 使其在工作窗口低色散或零色散传输。仿真结果表明, 空心Bragg光纤在1.45μm至1.65μm的带宽范围内都可以维持单基模、低色散或零色散传输, 完全满足脉宽为100飞秒的光脉冲全光纤化传输的需求。

奶粉富含人体所需的五大营养物质, 是婴幼儿主要的营养来源之一, 奶粉中的营养成分对婴幼儿的生长发育具有重要影响, 除乳糖外的糖类含量超标可能对婴幼儿健康产生不良影响。 由于奶粉成分复杂, 目前的色谱法和近红外光谱法检测技术都难以满足奶粉糖分快速无损检测的要求, 因此亟须探索一种奶粉中葡萄糖、 蔗糖含量快速无损检测方法。 太赫兹波对不同大分子物质的吸收峰具有“指纹”特性, 可利用该特性对不同的大分子物质进行识别。 应用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)并结合化学计量学方法对奶粉中葡萄糖、 蔗糖两种糖分的定性定量检测方法进行了研究。 实验装置采用TAS7500TS太赫兹光谱系统, 实验样品为不含糖的婴幼儿奶粉和纯度大于99%的葡萄糖、 蔗糖晶体及不同梯度浓度的奶粉-葡萄糖、 奶粉-蔗糖混合物, 实验分别采集了3种纯品样品及15种不同梯度浓度的奶粉-葡萄糖、 奶粉-蔗糖混合物样品的太赫兹时域信号, 每个样品采集三次并取平均值作为其时域光谱信号, 经快速傅里叶变换(FFT)得到各样品的太赫兹频域信号, 再根据Dorney提出的光学参数提取公式计算得到各样品的吸收系数谱和折射率谱。 最后分别基于两组混合物样品的吸收系数谱和折射率谱数据, 采用偏最小二乘法(PLS)建立相应的定量分析模型, 校正集和预测集样品比例为2∶1。 实验结果表明, 奶粉在太赫兹波段无明显特征吸收峰, 葡萄糖和蔗糖分别在1.45, 1.8, 1.98, 2.7 THz和1.5, 1.9, 2.6 THz频率处有较强的特征吸收峰, 可根据两种物质的太赫兹指纹特征峰进行定性分析。 不同梯度浓度的两组混合物的整体吸收峰位置与葡萄糖、 蔗糖纯品太赫兹吸收峰位置基本一致, 具有稳定的吸收特性。 基于吸收系数谱和折射率谱数据建立偏最小二乘法模型, 均可实现奶粉中葡萄糖和蔗糖的定量分析, 且由折射率谱建立的葡萄糖、 蔗糖定量回归模型效果均优于由吸收系数谱建立的模型效果, 其中, 奶粉-葡萄糖混合物中葡萄糖含量PLS模型的校正集相关系数(Rc)及均方根误差(RMSEC)分别为0.99和0.18%, 预测集RP及RMSEP分别为0.96和0.66%, 奶粉-蔗糖混合物中蔗糖含量PLS模型的校正集Rc及RMSEC分别为0.96和0.55%, 预测集RP及RMSEP分别为0.99和0.25%, 葡萄糖和蔗糖定量模型的预测效果均较为理想。 研究结果表明THz-TDS技术可有效用于奶粉中葡萄糖和蔗糖定性定量分析, 为运用THz-TDS技术开展奶粉掺假及品质快速检测方法研究提供参考。

使用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对葛粉中苯甲酸含量进行了定量分析。检测样品为有塑料包装袋的葛粉。对原始数据进行多元散射校正、基线校正、一阶导数、二阶导数等预处理,利用偏最小二乘(PLS)法对葛粉中苯甲酸的含量建立预测模型。检测结果显示:无塑料包装袋样品的模型决定因子为0.975,预测集的均方根误差(RMSEP)为1.126%;有塑料包装袋样品的模型决定因子为0.976,RMSEP为1.356%。

采用激光诱导炽光和激光诱导荧光技术研究了燃料种类对碳烟演变过程的影响。以CH₄、C₂H₄、C₃H₈的扩散火焰为研究对象,测量了碳烟的体积分数、粒径、颗粒数浓度以及多环芳烃相对浓度的二维分布。结果表明: CH₄、C₂H₄、C₃H₈火焰的碳转化因子分别为0.0058、0.144、0.043;碳烟颗粒的平均粒径为9.2,20.8,14.7 nm,对应的颗粒数浓度分别为6.9×10 ²¹,8.7×10 ²¹,7.8×10 ²¹ m ^-3;对于含有较多碳原子或不饱和键的燃料,碳烟和环芳烃的生成演变过程更为迅速;比表面增长速率和生长时间的综合变化导致C₂H₄火焰中碳烟颗粒的粒径最大,C₃H₈次之,CH₄最小。

针对拼接型天文望远镜主镜的共相检测问题, 对宽窄带夏克哈特曼检测法在拼接主镜各子镜间平移误差的测量进行了理论与仿真分析, 并搭建了一套室内拼接镜的主动共相检测实验光路系统, 其中拼接镜是由4块对边长为100 mm、曲率半径为2 000 mm的正六边形球面反射镜组成.首先, 利用夏克波前探测器进行了拼接镜的精共焦误差的检测, 通过主动光学技术控制压电陶瓷促动器, 实现了拼接镜的精共焦的调节; 然后通过宽带共相检测实现了粗共相的检测; 最后, 通过窄带共相检测实现了精共相的检测, 并通过主动光学技术控制压电陶瓷促动器, 实现了共相的调节.实验表明：宽窄带夏克哈特曼检测法对拼接子镜平移误差测量量程达到几十微米, 共相检测精度达到15 nm, 满足拼接镜对平移误差的测量要求.

基于不同来源含碳气溶胶具有不同光学吸收特性的原理, 采用黑碳仪模型对杭州市含碳气溶胶进行来源解析。结合气溶胶飞行时间质谱仪和黑碳仪数据, 对黑碳仪模型参数进行校正。通过分析2015年杭州市朝晖环境监测站点的黑碳仪数据, 解析化石燃料和生物质燃料的燃烧对朝晖地区含碳气溶胶的贡献率及其变化规律。结果表明, 2015年化石燃料燃烧对朝晖地区含碳气溶胶的年均贡献值为15.4 μg/m3, 年均贡献率为71.8%; 生物质燃料对含碳气溶胶的月均贡献率为20%~38%, 7月份贡献率最小, 12月份贡献率最大, 各月份的贡献率存在明显阶梯性变化。含碳气溶胶吸收指数没有体现出本地早晚高峰现象, 该现象可能是由于外地传输引起的。上述研究为识别杭州市能源消费结构和大气治理提供一定的理论与实验支持。

采用热松弛时间表征微纳米含碳粒子受热瞬间热扰动和热响应存在的时间迟滞，同时结合Kn数判断受热粒子所处的流动区域修正空气导热系数，建立亚微米碳粒的单相延迟双曲型瞬态激光诱导辐射传热传质模型，分析碳粒子经高能脉冲激光照射前后其温度与激光诱导辐射光谱强度的时域变化特征。重点讨论了热松弛时间与激光能量等参数对不同粒径尺度的碳粒激光诱导辐射光谱信号的影响。结果表明，热松弛时间值越大，入射激光能量越高，粒径越小，受热颗粒的激光诱导辐射光谱信号振荡幅度越强，非傅里叶效应越显著，这为采用激光诱导辐射技术进行高温环境亚微米量级含碳微粒的定量测量研究提供理论依据。