1 五邑大学应用物理与材料学院，广东 江门 529020
2 五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心，广东 江门 529020
采用磁控溅射法制备氧化钨（WO3），基于电流驱动模型设计制备无需对电极层的新型窗帘式电致变色器件，并对器件的边框、WO3薄膜的最佳厚度和离子储存区尺寸进行了系统优化。结果表明，制备得到的WO3薄膜在550 nm波长处的调制率高达78%，1000圈循环伏安曲线测试后电荷储量衰减率仅为3.5%；设计的窗帘式器件显色区域高度可控，且消除了对电极对器件性能的影响。该研究为电致变色器件结构创新提供了新思路。
薄膜 氧化钨 电致变色 窗帘式 结构简化
1 西北大学 信息科学与技术学院，西安 710127
2 西北大学 物理学院，西安 710127
随着生物传感器应用的日益广泛，对新型生物传感器的开发已成为世界科技发展的重要战略。作为直接宽禁带半导体的氧化锌（ZnO），因具有无毒性、生物相容性良好、物理化学性能稳定等优异性能而被应用于电子器件、光电子器件、生物传感器等领域，尤其基于纳米ZnO的生物传感器研究已成为防疫和医疗领域的一个新热点。本文介绍了目前纳米ZnO的几种主要制备方法（包括水热法、磁控溅射法、溶胶凝胶法和原子层沉积法等）及其优缺点，对比分析了所制备ZnO的优异性能尤其增强性能的方法（如优化工艺、掺杂、复合、异质结等）。着重阐述了纳米ZnO材料在生物传感器领域的应用，根据其信号处理元件的工作原理不同，将ZnO纳米材料所制备的生物传感器分为电化学生物传感器、光学生物传感器、压电生物传感器、热学生物传感器等，分别详细介绍了其结构、工作原理及其对生物检测的突出性能与发展现状。最后，对纳米ZnO生物传感器目前所面临的挑战和未来的发展趋势进行了总结和展望。
氧化锌 生物传感器 纳米材料 光学传感器 电化学传感器 Zinc oxide Biosensors Nanomaterials Optical sensors Electrochemical sensors 光子学报
2022, 51(10): 1016001
江苏苏博特新材料股份有限公司, 高性能土木工程材料国家重点实验室, 南京 211103
通过丁基缩水甘油醚在异戊烯基聚氧乙烯醚末端的碱性开环反应制备出疏水改性的聚醚大单体, 并以此为原料与丙烯酸、马来酸酐共聚合成疏水改性聚羧酸减水剂, 研究了丁基缩水甘油醚加成个数在3、5、8时对改性聚羧酸分散和吸附能力的影响, 并通过砂浆和混凝土试验研究了改性聚羧酸对水泥浆体粘度的影响。结果表明: 加成个数3是最优合成条件, 此时分散能力不受影响, 还能使吸附能力增强21%; 继续增加加成个数, 分散能力变差, 且吸附能力没有显著增强。改性聚羧酸可降低砂浆粘度30%以上, 提升砂浆流速40%, 缩短砂浆V漏斗流出时间27%, 缩短混凝土倒坍落度筒流出时间34%, 这些结果都有力证实了改性聚羧酸能有效降低水泥浆体的粘度。
丁基缩水甘油醚 聚羧酸 减水剂 疏水改性 水泥砂浆 工作性能 粘度 butyl glycidyl ether polycarboxylate superplasticizer hydrophobic-modification cement mortar working performance viscosity
山西农业大学农业工程学院，山西 晋中 030801
小米含水率是衡量小米品质的重要指标，以小米含水率为外扰因素研究了不同含水率样本的二维相关光谱，以实现小米含水率的检测。获取60个样本的近红外光谱，经过4种预处理方法处理后，基于全波段光谱建立样本含水率的偏最小二乘回归（PLSR）模型。经过对比得出不加预处理的模型，其预测效果最好，校正集决定系数（Rc2）为0.9460，均方根误差（RMSEC）为0.49%，预测集决定系数（Rp2）为0.9391，均方根误差（RMSEP）为0.63%。以小米含水率为外扰因素，将小米不同含水率梯度的光谱数据进行二维相关光谱分析，通过二维相关同步谱的6个自相关峰对应波长选出1083，951，868，1314，1675，1865 nm作为特征波长。以此建立小米含水率的预测模型，相比于由全光谱数据建立的模型，本文所提模型因波长变量极大地减少，得到了简化，校正集决定系数（Rc2）为0.952，均方根误差（RMSEC）为0.60%，预测集决定系数（Rp2）为0.897，均方根误差（RMSEP）为0.63%。结果表明二维相关的近红外光谱分析可以实现小米含水率的预测，同时能够提取特征波长，这为设计基于分立波长元件的小米专用水分检测仪提供了依据。
光谱学 二维相关光谱 近红外光谱 含水率 小米 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0830002
1 兰州交通大学研究院光热储能综合能源系统工程研究中心，甘肃 兰州 730070
2 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室，甘肃 兰州 730070
线性菲涅耳式集热器聚光精度对光热效率有着非常重要的影响，同时，聚光集热器偏焦引起的局部热斑使吸热器不均衡膨胀会对集热器的结构造成严重破坏，对集热器聚光误差的分析至关重要。根据线性菲涅耳式集热系统线聚焦跟踪的特点，通过机理分析探讨影响线性菲涅耳式集热器聚光精度的主要因素，采用MATLAB软件对各因素进行仿真分析得出线性菲涅耳镜场南北布置偏差、一次反射镜反射中心动态位移偏差及反射光线光程动态变化是引起集热器聚光偏差的最主要因素。镜场布置的南北偏差引起的聚光偏差关于正午时刻呈正态分布，并随着纬度的变化而变化；一次反射镜反射中心动态位移偏差对聚光精度的影响在早晨和傍晚时较大且早晨与下午非对称，最大误差接近0.08°；反射光线光程变化对聚光误差的影响主要体现在全年时间轴上。通过仿真分析结合现场测试，采用线性补偿算法对集热器一次反射镜目标跟踪角度进行补偿，补偿后集热系统的最大聚光误差小于0.06°。
几何光学 线性菲涅耳 聚光误差 补偿算法 追日控制 太阳能 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0708001
魏烨艳 1,2,3白先勇 1,2,4张志勇 1,2,4冯志伟 1,2,3,*宋谦 1,2,3
1 中国科学院 国家天文台，北京000
2 中国科学院大学 天文与空间科学学院，北京100049
3 中国科学院 国家天文台 天文光学重点实验室，北京100101
4 中国科学院 国家天文台 太阳活动重点实验室，北京100101
为了实现对太阳中红外光谱CO 4.66 μm波段的观测，设计了一台光谱中心波长为4.667 μm的高分辨中红外光谱仪。基于科学观测需求分析了光谱仪的技术指标，为降低红外仪器的背景辐射，光谱仪整体置于真空制冷环境中；为达到高分辨率的观测需求，采用中阶梯光栅作为分光器件；为获得更优的像质，同时达到压缩光路的目的，光谱仪采用李特洛结构与离轴三反消像散技术相结合的光学设计，离轴三反同时承担了光谱仪中准直和成像的功能。在同轴三反系统的几何光学成像理论的基础上，研究了同轴三反结构、离轴三反结构以及光谱仪结构的求解和设计优化方法。光谱仪的焦距为1 300 mm，数值孔径为0.035，视场为20.3'×0.158'，系统的整体尺寸小于700 mm。结果表明，在工作波段范围内，光谱仪点列图的均方根直径小于5 μm，能量集中于一个像元尺寸范围内，光谱仪系统设计结果满足要求。
光学设计 中红外 光谱仪 中阶梯光栅 李特洛 离轴三反消像散 optical design mid-infrared spectrograph echelle grating littrow three-mirror anastigmatic
西南交通大学 信息科学与技术学院 信息光子与通信研究中心, 成都 610031
为了对时间门控光频域反射仪系统参量设置进行优化, 采用光脉冲压缩原理搭建了时间门控光频域反射仪试验系统, 进行了理论分析与实验验证, 取得了仿真与实验数据。结果表明, 当探测光脉冲信号的峰值功率和本振光信号功率不变时, 系统信噪比只与啁啾率相关, 且与其成反比; 当扫频范围保持80MHz不变时, 系统相位噪声随脉宽增加呈现先减小后增大的趋势, 且最小值处于2.5μs附近; 在实际应用中, 满足系统最大扫频范围的条件下, 通过调节扫频信号的脉宽, 可以获得最优系统相位噪声(最小值)。这一结论对时间门控光频域反射仪系统参量设置与优化是有帮助的。
光纤光学 散射 时间门控光频域反射仪 啁啾率 信噪比 相位噪声 fiber optics scattering time-gated digital optical frequency domain reflec chirp rate signal-to-noise ratio phase noise
1 西华师范大学物理与空间科学学院，南充 637002
2 中国科学院国家天文台，北京 100012
采用垂直无籽晶气相升华法生长出直径37 mm的优质硒化镉(CdSe)单晶体，并沿光轴方向切割出20 mm×20 mm×3 mm的CdSe波片初胚。经研磨和抛光，在2~20 μm波段CdSe波片的红外透过率约为70%。为进一步提高波片的透过率，采用Essential-Macleod软件辅助设计方案，选用YF3和ZnS为双层增透膜材料，并获得最佳的膜系厚度。镀膜后的CdSe波片在6~12 μm波段透过率达到90%，在10.5 μm处的透过率最高，峰值高达99%。
硒化镉波片 增透膜 红外透过率 wave plate of CdSe anti-reflection coating infrared transmittance
土壤有机质（SOM）是植物生长必需的营养物质, 也是土壤属性检测的重要参数。 快速、 高效地获取土壤有机质信息对精细农业的发展具有重要意义。 近红外光谱技术具有快捷、 低成本等优势, 被广泛应用到土壤有机质的测量中, 然而土壤水分在近红外光谱(780～2 500 nm)中具有很强的吸收特性, 对土壤有机质的检测形成了一定的干扰。 分析了50个土样在不同含水率（约17%, 15%, 10%, 5%和干土）下的近红外吸光度谱图特性, 利用水分敏感波段2 210, 1 415和1 929 nm构建了水分修正系数（MDI）, 并在此基础上对不同含水率土样进行了重构, 以消除水分对土壤有机质预测模型的影响。 结果如下: （1）经MDI校正重构后的吸光度谱图与对应的干土土样吸光度谱图相近, 能较好地反映其干土土样的吸光度谱图特性。 （2）采用偏最小二乘（PLS）法建立了干土土样的有机质定量预测模型, 并对重构后的不同含水率土样进行了预测, 其统计参数分别为: 预测相关系数（RP）0.90, 预测标准误差（SEP）0.802和预测均方根误差（RMSEP）1.09; 与原始未经MDI校正的预测结果相比, 相关系数上升了0.032, 预测标准误差降低了0.113, 预测均方根误差降低了0.25。 结果表明, 本研究提出的水分校正算法可以降低水分对土壤有机质预测的干扰, 提高利用干土土样有机质定量预测模型预测不同含水率土样的精度, 可为基于近红外光谱技术的土壤有机质实时测定技术的推广提供理论依据。
近红外光谱 土壤有机质 水分校正算法 偏最小二乘法 Near infrared reflectance spectroscopy Soil organic matter Moisture correction algorithm Partial least squares 光谱学与光谱分析
2019, 39(4): 1059
