1 贵阳学院 食品与制药工程学院，贵州贵阳550005
2 贵阳学院 农产品无损检测工程研究中心，贵州贵阳550005
猕猴桃可溶性固形物含量（SSC）和硬度是评价其品质的关键参数，同时也是判别其成熟度的重要指标。为探究基于光纤光谱技术预测猕猴桃SSC、硬度和成熟度的可行性并寻求最佳预测模型。首先，采用光纤光谱（200~1 000 nm）采集系统获取不同成熟期“贵长”猕猴桃的反射光谱，并测定SSC和硬度的参考值。接着，基于全光谱和参考值构建偏最小二乘回归（PLSR）和主成分回归（PCR）预测模型。然后，应用连续投影算法（SPA）和竞争性自适应重加权算法（CARS）选取特征波长，构建简化的多元线性回归（MLR）和误差反向传播（BP）网络预测模型。最后，通过偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和简化的K近邻（SKNN）算法，构建预测猕猴桃成熟度检测模型。结果表明：CARS-BP模型对SSC的预测性能最优，其预测集决定系数
![]()
![]()
=0.90，预测集均方根误差（RMSEP）和剩余预测偏差（RPD）分别为0.64和3.22；CARS-MLR对硬度的预测性能相对最优，其
![]()
![]()
=0.83，RMSEP和RPD分别为1.67和2.47；PLS-DA模型对猕猴桃成熟度的检测性能最优，其正确识别率高达100%。该研究为水果品质和成熟度的无损检测提供重要指导。
1 贵阳学院 食品与制药工程学院, 贵阳 550005
2 贵阳学院 农产品无损检测工程研究中心, 贵阳 550005
为了实现基于光纤光谱技术结合模式识别无损检测苹果表面疤痕, 利用光纤光谱采集系统采集了完好无损和表面有疤痕苹果的光谱数据, 采用标准正态变换(SNV)和1阶导数对原始光谱数据进行预处理; 利用主成分分析方法对预处理后的光谱数据进行降维, 以提取能反映苹果表面疤痕的特征光谱; 利用k最近邻(KNN)模式识别方法和偏最小二乘判别分析方法, 建立了苹果表面疤痕的识别模型。结果表明, 采用主成分分析法选择了累计贡献率超过99%的前8个主成分作为样本集特征光谱数据, 很好地实现了光谱数据的降维; 利用1阶导数+KNN识别模型对校正集以及SNV+KNN识别模型对预测集中正常果和疤痕果的正确率识别均高达96.0%。验证了基于光纤光谱技术结合模式识别方法无损检测苹果表面疤痕的可行性。
光纤光学 无损检测 模式识别 苹果疤痕 fiber optics nondestructive detection pattern detection apple defect
1 贵阳学院食品与制药工程学院, 贵州 贵阳 550005
2 贵阳学院电子与通信工程学院, 贵州 贵阳 550005
3 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
设计了一种光控可调谐且具有多个吸收频带的太赫兹超材料吸收器,并采用CST 2014仿真软件对该吸收器的结构进行了仿真。为实现吸收器从单频带到四频带的完美吸收,在吸收器衬底上设计了4个不同长度的金属条。为深入研究该吸收器的传输特性,分别对该吸收器在4个吸收峰处的电场分布进行了仿真。为了进一步实现该吸收器的光控可调谐,利用抽运激光照射填充在两对金属条中间的光敏介质。仿真结果表明,该吸收器在4个吸收峰处的吸收率均超过了95%,共振机理为4个不同长度的金属条所对应共振频率的线性叠加。该吸收器实现了从四频带到双频带的调控。
材料 太赫兹 完美吸收器 超材料 多频带 光控 激光与光电子学进展
2019, 56(10): 101603
基于多频带金属开口谐振环结构, 利用GaAs材料的光敏特性和VO2薄膜的热致相变特性, 设计了一种既能实现光控又能实现温控的太赫兹(Terahertz, THz)波调制器, 研究了光强和薄膜温度对 THz波调制特性的影响。 结果表明, 随着光强的增加, 谐振频率均出现蓝移且谐振强度减小, 当光强达到02 μJ·cm-2时, 第二个谐振点(052 THz)蓝移了014 THz, 透射幅度增加达50%; 随着VO2温度增加至相变温度以上, THz波透射幅度急剧减小, 在063 THz处透射幅度减小达455%; 当光强和温度同时控制时, 随着光强和温度的增加, 谐振点频率蓝移且谐振点处的THz波透射幅度增加, 但在温度超过相变温度后, 则温度控制起主导作用。 设计的THz波调制器能通过光控和温控实现对THz波的明显调制效果, 可为实现多功能的THz波功能器件的设计及应用提供参考。
太赫兹 多频带 多种方式控制 光控 温控 Terahertz Multi-bands Multi-control Optical control Thermal control 光谱学与光谱分析
2017, 37(6): 1687
基于开口谐振环结构设计了多频带太赫兹波调制器, 并在谐振环的开口处及两侧均填充温敏介质锑化铟(InSb), 研究了锑化铟的电磁性质随温度的变化、 等效电感的组数对共振频带数目的影响以及锑化铟不同的填充方式对太赫兹波调制特性随温度的变化规律。 研究结果表明, 当环境温度从160 K上升到350 K时, 锑化铟的载流子浓度和等离子体频率逐渐增大, 然而等效介电常数却不断减小; 每增加一组等效电感, 太赫兹波调制器都会相应的增加一个共振频带; 在调制器开口处和两侧均填充锑化铟时, 当环境温度在160～350 K变化时, 温度对太赫兹波的共振频率和共振幅度的调制效果比仅在开口处或者两侧填充锑化铟时更明显, 且随着温度的升高, 每个共振频带所对应的共振频率均明显增大。
太赫兹超材料 多频带 锑化铟 温控 Metamaterials Multi-bands Indium antimonide Thermal control 光谱学与光谱分析
2017, 37(5): 1334
在太赫兹(THz)成像、 雷达探测、 相干通信等许多应用领域中, THz辐射源的频率稳定性是直接影响其应用效果的核心问题之一。 基于双光子迁移效应建立了光泵THz激光器输出激光频率漂移的物理模型, 推导出THz激光频率漂移的解析计算公式。 以光泵甲醇(CH3OH)为例, 给出了不同压强下的甲醇吸收谱线, 定量分析了泵浦光频率漂移和泵浦功率对THz激光频率稳定性的影响, 并讨论了THz激光腔内工作气体压强对THz激光频率漂移的影响。 研究结果表明: 随着泵浦光功率的增加, THz激光频率的漂移量逐渐增加; 随着THz腔内工作气体压强升高, THz激光的频率漂移逐渐下降; 当泵浦光频率漂移量在一定范围时, 将出现THz激光的频率漂移量极值, 且泵浦光的频率漂移量等于工作气体吸收谱线宽度的1/4时, THz激光输出的频率漂移达到极值。 由此可见, 在实际工作中, 不仅需要合理选择腔内的工作条件(压强、 温度), 而且还需要采取措施将泵浦光的频率漂移控制在一定范围以内, 以提高THz激光的输出频率稳定性。
双光子迁移 光泵太赫兹激光器 输出频率稳定 吸收谱线宽度 频率漂移 Two-photon light shift Optically pump THz laser Frequency stability Absorbed line width Frequency drift 光谱学与光谱分析
2016, 36(9): 2755
1 四川大学 电子信息学院，四川 成都 610065
2 成都师范学院 物理与工程技术学院，四川 成都 611130
光整流效应是产生太赫兹波的有效途径之一，而产生高功率太赫兹波则需要采用高强度的飞秒激光激励光整流晶体，但激光强度过大会造成晶体损伤，从而严重影响高功率太赫兹波的输出。因此，对光整流晶体的损伤阈值进行研究具有重要的理论意义与实用价值。通过对飞秒激光与非线性光整流晶体材料相互作用物理过程进行分析，建立了飞秒激光作用下光整流晶体损伤阈值的预估模型，比较分析了铌酸锂、碲化锌和硒化锌三种晶体材料的损伤阈值随飞秒激光脉宽的变化规律。结果表明，当飞秒激光的脉宽相对较小时，光致电离在整个作用过程中占主导地位，随着脉宽的增大，雪崩电离逐渐起主要作用；雪崩电离速率和光致电离速率均与晶体的禁带宽度密切有关，光整流晶体材料禁带宽度越大，晶体材料的损伤阈值越高；铌酸锂晶体的损伤阈值明显高于碲化锌和硒化锌晶体，更适合用于高功率太赫兹波的产生。
非线性光学 晶体损伤 损伤阈值 飞秒激光 禁带宽度 nonlinear optics crystal damage damage thresholds femtosecond laser forbidden band width 红外与激光工程
2016, 45(1): 0106004
1 四川大学 电子信息学院,成都 610064
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 成都 610041
3 电子科技大学 光电信息学院 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
针对二氧化钒(VO2)薄膜在可调谐太赫兹功能器件中的应用,采用磁控溅射法在K9玻璃衬底上制备了VO2薄膜,并用X射线衍射(XRD)对薄膜的晶相进行表征。利用配备加热装置的太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)研究了薄膜样品在变温过程中的THz反射、透射光谱特性及其变化规律。实验结果表明,随着加热温度的升高,VO2薄膜发生半导体-金属相变并对宽频段THz波产生显著的调制作用。调制深度明显依赖于THz频率,薄膜样品对THz波反射功率、透射率的幅度调制深度在0.3~0.5 THz范围波动较大; 对THz波的透射率在低频处较大,高频处较小,调制深度在35%~65%之间变化。该薄膜制备简单,质量高,可应用于太赫兹开关和调制器等功能器件。
二氧化钒 太赫兹 THz时域光谱系统 调制 vanadium dioxide terahertz THz time domain spectroscopy system modulation 强激光与粒子束
2016, 28(2): 023104
光整流法是目前产生太赫兹(THz)辐射的重要方法之一。建立了采用脉冲前沿倾斜方法实现相位匹配条件的基于光整流法产生太赫兹辐射的转换效率理论模型，比较了脉冲前沿倾斜方式的不同倾斜角对THz辐射转换效率的影响，定量分析了光整流THz辐射转换效率的主要影响因素及其规律，并讨论了飞秒激光参数和晶体参数对THz辐射转换效率的影响。结果表明：脉冲前沿倾斜方式相位匹配条件中的倾斜角对THz辐射转换效率的影响非常大；THz辐射转换效率随着飞秒激光脉宽的增大呈现先增大后减小的规律，且随飞秒激光强度的增大而增大。此外，THz辐射转换效率不仅随着晶体吸收系数的增大而急剧减小，而且随着晶体厚度的增加呈现先逐渐增长，到达一定晶体厚度后，则几乎不随晶体厚度的增长而变化的规律。由此可见，在实际应用中，不仅要求采取措施尽可能满足位相匹配条件和减小晶体对THz辐射的吸收，而且还需要合理选取飞秒激光参数和非线性晶体参数。
非线性光学 转换效率 光整流 脉冲前沿倾斜 吸收 nonlinear optics conversion efficiency optical rectification tilted-pulse-front pumping absorption
设计稳定可靠的THz激光器，缩小THz激光器的体积一直是THz领域的研究热点。基于速率方程组，建立了光泵THz激光器的理论模型。数值模拟和分析了不同工作温度、腔内压强、腔尺寸、泵浦光波动等因素对THz激光输出产生的影响。研究结果表明：泵浦光功率越高，THz激光输出对工作温度的变化越敏感，则越有必要建立稳定可靠的温度控制系统；在保持功率输出一定的前提下，通过适当提高THz激光腔内工作气体压强，可以缩小THz激光器的体积；泵浦光功率越低，THz激光的输出性能对泵浦光功率波动及频率漂移越敏感，此时，需要对泵浦光稳定性进行控制，更为关键的在于控制泵浦光的频率稳定性。
光泵THz激光器 速率方程组 输出功率 影响因素 THz激光的稳定性 频率漂移 optically pump THz laser rate equations output power impact factors stability of THz laser frequency drift
