在全球范围内频繁发生芬太尼类物质滥用与致死案件, 人体中芬太尼类物质的检测与识别愈发重要。 芬太尼类物质在经过人体一段时间后, 仍有一部分原体随着尿液排出, 因此可通过检测尿液中芬太尼类物质反映其毒品滥用史。 表面增强拉曼光谱(SERS)具有快速、 高灵敏、 易操作等特点, 适合尿液中芬太尼类物质的现场检测与分析。 但尿液中尿素等物质的背景峰与芬太尼类物质SERS特征峰高度重合, 芬太尼类物质特征峰被尿液背景峰所掩盖, 这对尿液中芬太尼类的光谱识别造成了很大的干扰。 结合Voigt线型建立谱峰解析模型, 对尿液与芬太尼类物质重叠部分进行谱峰分析。 针对SERS光谱噪声与荧光等因素对谱峰解析模型的干扰, 采用无约束Nelder-Mead算法对模型进行优化与计算, 利用该算法对迭代参数初始值不敏感的特点, 提高谱峰解析模型的准确度。 根据SERS光谱半峰宽的特征对解析峰集合进行筛选, 对SERS光谱的尿液背景峰进行扣除, 以还原芬太尼类SERS光谱1 000与1 030 cm-1处谱峰特征。 实验结果与现象表明, 利用Voigt线型建立的谱峰解析模型对尿液中芬太尼类SERS光谱拟合度均达到99%以上, 能够通过解峰集合的筛选还原尿液中芬太尼类SERS光谱特征, 还原光谱与芬太尼类特征峰的半峰宽与峰比例等特点均高度一致。 在空白尿液SERS光谱进行解析时, 其解析峰集合中不含有芬太尼类物质的特征谱峰, 可以有效区分空白尿液与含芬太尼类物质尿液。 利用相似系数(HQI)对还原光谱片段(935~1 100 cm-1)进行识别, 能有效区分尿液中奥芬太尼、 呋喃芬太尼、 乙酰芬太尼三种芬太尼, 并提升光谱之间的区分度。 该解析模型有望为尿液中芬太尼类的识别与判断提供解决实际问题的途径。

根据Voigt线型函数的解析形式, 利用数值计算方法建立了Voigt线型宽度与洛仑兹线型宽度和高斯线型宽度的经验公式。以该线型宽度经验公式为基础, 建立了由实验获得的光谱线型宽度计算得到洛仑兹和高斯宽度的方案, 以一组线型函数为例验证了我们计算方案的可靠性。根据本工作建立的方法, 对Ar气等离子体射流的696.5 nm谱线进行了计算, 得到了与其对应的洛仑兹线型和高斯线型函数。

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)作为一种痕量气体精确检测的方法,已广泛应用于生活生产之中,该方法可通过积分吸光度与气体浓度的线性关系准确反演待测气体的浓度。环境变化和系统噪声等易造成吸光度曲线发生变形,故需对吸光度曲线进行非线性拟合,将其回归至Voigt模型。设计并搭建了基于TDLAS的CO实时在线监测系统,在此平台基础上,提出了一种三角替代Voigt线型单光谱积分吸光度的快速计算方法,并与高斯-埃尔米特方法进行比较。结果表明:三角替代方法浓度反演精度仅下降0.11%,平均计算耗时缩短84.19%;三角替代Voigt线型拟合方法以极小的精度损失,大幅提高了线型拟合的运算速度。

在吸收光谱领域特别是可调谐半导体激光直接吸收光谱（dTDLAS）技术中, 需要精确测量吸收光谱的积分吸光度值以精确反演出流场温度、 组分浓度等参数。 对于非均匀流场, 单光路吸收光谱测量时, 由于沿测量路径的谱线展宽随流场状态的变化而变化, 见诸文献的研究主要采用Voigt或Lorentz线型对吸光度曲线拟合处理或直接对吸光度曲线数值积分获取积分吸光度值, 针对方法可能引入的误差进行了模拟分析, 并提出Voigt线型两翼拟合吸光度的方法来获取吸收光谱的积分吸光度值, 以减小拟合误差。 采用流场测量中常用的H2O作为目标气体, 选取了8条具有不同低态能级的吸收线, 以实验室平焰炉为原型建立两种非均匀流场模型, 并通过分段法对流场非均匀性进行等效处理。 分别采用Voigt线型拟合法、 数值积分法和Voigt线型两翼拟合法模拟计算两模型的积分吸光度值, 通过与理论积分吸光度值对比得出各方法的误差大小, 从而确定出在不同的非均匀流场情况下相适应的积分吸光度值获取方法。

拉曼光谱气体检测技术能利用单一波长的激光对气体样品进行无接触、 无损耗检测, 适用于油浸式变压器油中溶解气体检测。 结合拉曼光谱检测机理, 分析了拉曼光谱谱线特征, 建立了由洛仑兹函数与高斯函数卷积表示的拉曼光谱Voigt线型模型, 其表现出较好的拉曼谱峰线型轮廓基本特征。 以谱峰高、 中心位置、 半峰全宽等为代表的拉曼谱峰线型轮廓基本特征是寻峰的主要目标, 其根本目的在获取样本定性及定量检测分析依据。 故针对拉曼光谱实验数据设计了基于比较法的自动寻峰模型以实现检测目标。 对引入到Voigt线型模型中的寻峰模型进行的模拟实验结果表明, 模拟中谱峰高、 中心位置等数据均与模型输出数据相吻合。 依托实验室构建的变压器油中溶解气体拉曼光谱检测平台, 分析检测实验数据表明, Voigt线型模型中半峰全宽参数实际取值区间为（8.7, 11.5）（cm-1）, 模型与其存在偏差。 修正该参数取值为10.257 cm-1, 并对比研究表明: 修正后的Voigt线型模型及寻峰模型具有更好的适应性及实用性。 结合实验平台的拉曼光谱气体检测数据的寻峰结果, 有效地完成了七种变压器故障特征气体的检测及分析。 针对甲烷气体, 获得单位气体含量、 拉曼特征峰强度与面积三者之间的线性关系, 为变压器油中溶解气体拉曼光谱检测定量分析奠定基础。

研究分布式反馈激光器的温度电流调谐特性及氟化氢气体在近红外波段的吸收线分布特征.利用归一化洛伦兹函数实现Voigt线型快速近似计算,并分析气体吸光度曲线的Voigt线型拟合以及波长扫描气体浓度反演算法.选择1.28 μm附近氟化氢气体单根吸收线作为目标吸收线设计可调谐二极管激光吸收光谱系统,对已知标准浓度氟化氢气体配置的不同浓度气体进行测量.系统的检测限达到1.12 ppm-m,且具有较高的测量准确度和长期稳定性,满足氟化氢气体实时在线监测的需要.

谱线线型是用于气体浓度测量中的一个重要参数。 本文基于温度(压强)变化会引起相应压强(温度)的变化这一点, 考虑温度和压强同时变化对气体线型峰值的影响。 通过分析氟化氢的吸收谱线, 发现可用Lorentzian线型来计算峰值吸收系数的温度和压强范围都扩大, 而Gaussian线型在绝大数情况下不能用来计算峰值吸收系数; 在一定的温度范围和压强范围内, 如果只考虑压强或温度的变化, 由此计算的三种线型峰值(Gaussian, Lorentzian和Voigt)的相对误差大于0.1。 因此, 在计算线型峰值时, 需考虑压强和温度同时变化对线型峰值的影响。 最后分别讨论了甲烷、 二氧化碳、 一氧化碳及一氧化氮, 得到与氟化氢结论相似的结论, 结论的不完全相同是由于每种气体在波数、 压力展宽系数、 相对分子质量及温度系数上的不同而导致。

我们从标准Voigt线型曲线族看出η≤1.2的曲线十分接近于η=0即均匀展宽的曲线。结合实验事实,澄清了关于使增益介质均匀展宽占优势的概念,并且详细推导了均匀展宽激光器自发产生单纵模运转的条件。