重庆邮电大学 光电学院/国际半导体学院, 重庆 400065
设计了一种基于128°YX-LiNbO3压电材料的双模耦合声表面波(DMS）滤波器。采用耦合模(COM)模型进行理论分析, 得到DMS滤波器的二维器件模型, 再采用COMSOL进行二维器件仿真分析, 得到单级DMS滤波器。为了消除该DMS滤波器在其低端近阻带附近出现的肩峰, 该文提出将DMS滤波器表面覆盖一层SiO2薄膜, 形成温度补偿结构, 从而解决低端近阻带附近的肩峰。结果表明, 设计的DMS滤波器的中心频率为891.0 MHz, 最小插入损耗为-1.29 dB, 1 dB带宽为34.0 MHz, 相对带宽为3.8%, 矩形系数为2.94, 带外抑制约为-20 dB。
双模耦合声表面波(DMS）滤波器 SiO2薄膜 肩峰 double mode surface acoustic wave(DMS) filter 128°YX-LiNbO3 128°YX-LiNbO3 SiO2 thin film shoulder peak
中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所, 光子器件与材料安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230031
锂元素具有优良的物理和化学性能, 因而在**、 电池、 特种合金、 受控热核反应等领域具有重要作用。 现有的锂矿石分析主要是基于酸分解的原子吸收光谱、 电感耦合等离子体质谱或原子发射光谱等离线方法。 激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种无需样品制备、 适用于低原子序数元素(包括锂)的原子发射光谱方法。 采用LIBS技术, 实验采集了11种锂矿石成分分析标准物质的等离子体发射光谱, 分别在610.35和670.78 nm附近观测到了Li的特征峰, 但由于谱线的重叠, 无法应用单变量线性回归进行建模。 在全谱积分强度标准化基础上, 分别使用偏最小二乘回归(PLSR)和基于主成份分析的支持向量回归(PCA+SVR)对锂矿石标准物质中的锂含量进行建模。 校准模型的相关参数通过留一组交叉验证均方根误差(RMSECV)来确定。 结果表明, 相较于PCA+SVR校准模型, PLSR的决定系数(R2)更大, 校准均方根误差(RMSEC)更小, 但预测均方根误差(RMSEP)远大于RMSEC, 存在过拟合现象。 另一方面, PCA+SVR计算得到的RMSEP和平均相对误差(MRE)相对于PLSR更小, 因此认为PCA+SVR模型拥有更好适应度。 从而证明, LIBS技术可以实现锂矿石中Li含量的分析, 有望应用于位于传送带上锂矿石的原位在线定量分析。
锂矿石 LIBS Lithium ore PLSR PCA SVR LIBS PLSR PCA SVR 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3489
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所光子器件与材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
4 国防科技大学先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
对比了波长调制和腔长调制两种方式实现模式匹配的性能特点，通过测量空腔衰荡时间并进行Allan方差分析，得到两种调制方式的衰荡时间分别为(5.239±0.077) μs和(5.252±0.058) μs，该系统的吸收系数检测限为10-10量级。对于甲烷气体浓度，通过步进式改变入射激光的波长，描绘了甲烷气体的吸收谱线，其检测限可达10-9量级。利用波长调制和腔长调制方式得到环境中甲烷气体的浓度分别为1.868×10-6和1.870×10-6。实验结果表明，虽然波长调制和腔长调制均能实现模式匹配，完成痕量甲烷气体的测量，但是通过对比可知：腔长调制方式具有更高的测量精度和更低的浓度检测限；波长调制方式发挥了可调谐激光器的优势，结构相对简单，无需压电陶瓷等附加的机械结构。因此，在实际应用中可根据需求在测量性能和装置复杂度及成本之间进行取舍。
光谱学 腔衰荡吸收光谱技术(CRDS) 模式匹配 波长调制 腔长调制 衰荡时间
重庆邮电大学 微电子工程重点实验室, 重庆 400065
利用COMSOL软件建立了声表面波(SAW)单端口谐振器和双端口滤波器的二维等效模型, 基于有限元法通过该模型计算了完整的SAW谐振器和梯形滤波器结构的导纳和频率响应特性, 并将该结果与通过COM耦合模型模拟的结果进行对比。结果表明, 基于有限元法利用二维等效模型模拟SAW器件性能是可行的。同时研究了电极电阻和传播损耗对谐振器导纳的影响, 为进一步研究SAW器件特性提供了理论依据。
声表面波(SAW)谐振器 梯形滤波器 二维等效模型 有限元法 COM耦合参数 surface acoustic wave(SAW) resonator ladder type resonator filter two-dimensional equivalent model finite element method COM coupling parameter
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 光子器件与材料安徽省重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
利用自行设计的集成微区成像激光诱导击穿光谱系统, 分析了孔径光阑设定、目标区域大小以及样品表面反射率对表面图像位置敏感特性的影响.结果表明, 表面图像锐度在大孔径设定下对位置更为敏感, 适用于自动对焦过程; 反射率对表面图像锐度的位置敏感特性影响较小, 且部分表面图像的锐度也可用于辅助激光诱导击穿光谱对焦; 不同样品不同目标区域大小, 图像锐度最大值对应表面位置具有很好的重复性.在此基础上, 建立了基于表面图像锐度的自动对焦方法.
光谱学 激光诱导击穿光谱 自动对焦 图像处理 非接触测量 Spectroscopy Laser induced breakdown spectroscopy Autofocus Image processing Non-contact measurements
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽光子器件与材料省级实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
使用衍射光学元件将高斯激光光束整形为能量分布均匀的平顶激光光束,对比了两种激光诱导铜等离子体的特性,研究了光束整形对激光诱导击穿光谱稳定性的改善作用。研究结果表明:激光光束能量分布的均匀性引起了烧蚀坑形貌以及单次烧蚀量的差异,高斯激光和平顶激光诱导光谱的强度、等离子体温度和电子密度的相对标准偏差分别为12.33%和6.37%、2.10%和1.32%、5.31%和0.65%;光束整形后激光诱导击穿光谱的稳定性得到了明显改善,两种激光诱导产生的等离子体均呈局部热力学平衡状态。
光谱学 光束整形 激光诱导击穿光谱 高斯激光 平顶激光 光学衍射元件
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
搭建了一套集成微区成像的激光诱导击穿光谱系统,运用描述性统计分析方法分析了激光器的能量稳定性、光谱仪的噪声水平,重点分析、对比了气体样品和固体样品激光诱导击穿光谱信号的稳定性特征。结果表明:空气样品激光诱导击穿光谱信号具有明显的随机波动特性和正态分布特征,铝合金样品激光诱导击穿光谱信号具有明显的位置敏感特性和非随机波动特性;与空气样品相比,铝合金样品激光诱导击穿光谱信号的不稳定性主要源于光与物质相互作用区域的变化;对具有正态分布特征的激光诱导击穿光谱信号,可通过多脉冲平均来有效提高其稳定性。
光谱学 光谱信号的稳定性 多脉冲平均 激光诱导击穿光谱 精密度 正态分布
1 中石化中原石油工程有限公司录井公司, 河南 濮阳 457001
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
3 中国科学技术大学, 合肥 230026
研究了激光诱导击穿光谱技术在判别未经预处理岩石样品沉积相方面的识别能力.将经地质专家鉴定的27个陆相和14个海相沉积样品作为待分析样品,B的谱线强度及B/Ga、Sr/Ba和Fe/Mn谱线的积分强度比分别作为区分依据用于判别沉积相.由于B、Ga、Sr和Ba在岩石中含量非常低, 而且分布不均,导致少量样品难以区分.Fe和Mn的含量相对较高,因此Fe/Mn能够很好地将陆相和海相沉积样品区分.相对于其它区分依据,Fe II 259.940 nm/Mn II 259.372 nm表现出最好的区分性能.激光诱导击穿光谱技术能够实现录井现场快速、准确判别岩石样品沉积相.
激光诱导击穿光谱 岩石 沉积相 判定 Laser-induced breakdown spectroscopy Rock Sedimentary facies Determination
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
3 中石化中原石油工程有限公司录井公司, 河南 濮阳 457001
对制备的七种不同湿度的岩屑样品进行实验, 研究了水分含量对激光诱导岩屑等离子体特性的影响以及不同水分含量下样品中各元素浓度值的修正方法.实验分析了Ca II 422.67 nm 谱线强度随岩屑样品含水量的变化, 通过Ca II 和Al I 各自四条谱线的玻尔兹曼图计算了不同水分含量下的等离子体平均温度, 并使用Lorentz拟合Ca II 422.67 nm谱线获得了不同水分含量岩屑等离子体的电子密度.实验结果表明, 随着水分含量的增加, 光谱强度、等离子体温度和电子密度均线性降低, 各元素自由定标模型定量分析结果有较大差异, 但不同水分含量的岩屑等离子体均满足局部热力学平衡的Mc Whirter标准, 自由定标模型可以用于不同水分含量岩屑样品的分析及影响的简单修正.
岩屑 水分含量 激光诱导击穿光谱 等离子体温度 电子密度 热力学平衡 Rock cuttings Moisture content LIBS Plasma temperature Electron density Local thermodynamic equilibrium
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
岩屑录井是地层岩性及含油性等的直接鉴别方式,岩性的正确描述是岩屑录井的 重要内容。选择Mg、Si、Al、Fe、Ca、Na、K七种元素的激光诱导击穿光谱(LIBS)作为分 析线,结合主成分分析(PCA)、软独立建模分类法(SIMCA)、有监督Kohonen神经网 络(SKNs)三种化学计量学方法,对泥质灰岩、泥岩、页岩、砂岩四种岩屑岩性进行了识别。SKNs、SIMCA模型的平均正确识别率分别 为93.75%、78.75%。结果表明利用LIBS技术结合PCA和非线性SKNs方法可以实现物理 特性、化学组成较为相似的岩屑岩性的有效识别。
光谱学 激光诱导击穿光谱 岩性 化学计量学 spectroscopy laser-induced breakdown spectroscopy lithology chemometrics
