分子光谱参数是红外辐射计算的基础数据,目前国内还没有类似HITRAN数据库的气体光谱数据库,在国家数值风洞工程的支持下,本文开发了高温空气光谱参数计算代码,目的是为目标红外辐射计算提供支持。NO是高超声速飞行器高温空气流场中的主要化学反应产物之一,其振转能级跃迁产生的辐射处于红外探测器的典型波段。本文基于ab initio计算的NO分子分裂后的分子势和永久偶极矩,计算了NO分子的线强度(温度达到了8000 K);在300 K和3000 K温度下,目前的理论计算结果与HITRAN数据库中的数据符合得非常好;本文还采用窄带模型计算了296 K和2000 K温度下NO分子X 2Π1/2态的吸收系数。目前所用方法可以不借助实验光谱常数,使低振动态和高振动态都得到比HITRAN数据库更多的线位置,可为国家数值风洞目标辐射特性计算提供NO分子高温光谱数据。

对马铃薯关键生育期的高光谱遥感图像进行特征提取和分析, 提出了一种快速区分不同马铃薯品种的方法。 以两个早熟和中熟马铃薯品种为研究对象, 采集其块茎形成期、 块茎膨大期和淀粉积累期的冠层反射光谱曲线, 对实测反射光谱曲线进行Savitzky-Golay滤波平滑和一阶微分处理, 以高光谱位置参数、 振幅参数、 面积参数、 宽度参数和反射率参数为研究指标, 根据21个高光谱特征参数的贡献率大小, 评价了其区分不同马铃薯品种的优劣。 结果表明: (1)同一类高光谱特征参数在不同生育期区分马铃薯品种的能力不同: 高光谱位置参数、 宽度参数和反射率参数在块茎膨大期区分不同马铃薯品种的能力最强, 淀粉积累期次之; 高光谱振幅参数和面积参数在淀粉积累期的区分能力最强, 块茎膨大期次之, 五类高光谱特征参数在块茎形成期的区分能力均最差。 (2)同一生育期5类高光谱特征参数区分马铃薯品种的能力也存在差异。 在块茎形成期, 五类高光谱特征参数的区分能力从强到弱依次为: 反射率参数>振幅参数>面积参数>宽度参数>位置参数; 在块茎膨大期和淀粉积累期, 从强到弱依次为: 面积参数>振幅参数>反射率参数>宽度参数>位置参数。 综合能力从强到弱依次为: 面积参数>振幅参数>反射率参数>宽度参数>位置参数。

通过静电纺丝技术获得直径约为700 nm, 均匀且随机取向的亚微米级Eu(DBM)3Phen/PMMA纤维。在紫外光辐射下, 亚微米级荧光纤维发出明亮的红色荧光。其激发光谱表明, 荧光纤维有效激发波长范围为200～400 nm。利用积分球配以CCD 探测器, 在367 nm长波紫外LED激发下对荧光纤维开展绝对光谱功率测试。当LED泵浦功率为535.76 μW时, 厚度80 μm的Eu(DBM)3Phen/PMMA纤维薄层对紫外辐射的吸收率高达89%, 350～850 nm范围内发射的总绝对光谱功率、总光子数和总荧光量子产率分别为36.56 μW、11.46×1013 cps和12.94%。亚微米级Eu(DBM)3Phen/PMMA纤维薄层中, Eu3+较高的跃迁发射几率及较大的发射截面使得纤维可以高效吸收紫外辐射并转变为可见光, 在提高太阳能电池光电转换效率方面具有潜在应用价值。

作物关键生育时期冠层氮素含量的实时监测对于优化氮肥用量和减少环境风险具有重要的意义。 为了寻求预测不同作物氮素含量的最佳光谱参数, 实现作物氮素无损营养诊断。 本研究通过2008年—2011年在德国慕尼黑弗莱辛和河北曲周的不同氮量的小麦玉米田间试验, 采用高光谱仪获取小麦玉米冠层的反射光谱, 利用光谱理论模型进行光谱指数波段的优化, 从而抽取不同冠层结构条件下的小麦玉米氮素营养敏感波段。 结果表明与传统的基于红光的光谱指数相比, 优化光谱指数显著提高了小麦玉米冠层氮素含量的预测能力, 克服了传统的基于红光光谱指数的饱和问题。 优化光谱指数的波段结合随着作物品种及其冠层结构的变化而变化, 其优化波段范围主要集中在红边(730～760 nm)和红边向近红外的过渡区域(760～880 nm)。 优化结果显示玉米最佳光谱指数为Rλ766/Rλ738－1, 小麦最佳光谱指数为Rλ796/Rλ760－1, 玉米小麦相结合优化后的最佳光谱指数为Rλ876/Rλ730－1。 结果进一步验证了优化光谱指数估测的不同作物含氮量的预测值与实测值相关性最高, 且验证偏差最小, 证实了优化后的光谱特征参数可对不同作物氮素丰缺状况进行快速、 准确、 无损估测。 试验结果也为设计作物冠层氮素传感器和更好的利用现有基于卫星的传感器实施区域上的作物氮素营养监测提供了理论基础。

实验研究了硫酸铵溶液的拉曼光谱特征，得到了硫酸铵溶液中SO2-4的几种典型拉曼特征峰，发现SO2-4浓度和对应的拉曼峰强度间存在线性关系，根据实验结果建立了拉曼光谱参数与离子浓度间的关系数据库。理论上通过Gaussian 03和Hartree-Fock方法（从头计算）对SO2-4的几何结构进行优化并计算出该离子的振动基频，将得到的理论振动基频与实验结果进行比较，发现实验与理论计算结果吻合较好。研究结果证实了利用拉曼光谱技术对硫酸铵进行定量分析的可行性，对工业上鉴别铵盐类别、精确测量不同铵盐含量、生产铵盐等均具有一定的参考价值。

通过小麦氮素和品种对比试验, 分析不同氮素和品种处理小麦生育期氮肥偏生产力与光谱参数的相关关系, 建立小麦氮肥偏生产力的光谱参数估算模型, 结果表明绿度植被指数（GREENNDVI）在拔节期与小麦氮肥偏生产力呈极显著相关, 相关系数0.640　4。　用GREENNDVI在拔节期建立小麦氮肥偏生产力的估算模型, 均方根误差0.459　7。 研究表明利用光谱参数可以有效地估算小麦氮肥偏生产力。

制备了新的Er3+/Yb3+共掺氟氧硅酸盐微晶玻璃,测试了荧光光谱、吸收光谱。研究了氟氧化物微晶玻璃中Er3+离子的上转换发光特性，采用Judd-Ofelt理论对样品光谱进行了分析，拟合得到了强度参数，Ω2=4.4756，Ω4=1.0059，Ω6=1.2098。计算了样品的辐射寿命、跃迁几率、荧光分支比等光谱参数。结果表明，样品通过热处理形成了氟化物微晶，降低了声子能量，提高了上转换效率。绿光、红光上转换荧光强度比玻璃样品增强约2到3倍。Judd-Ofelt理论分析表明Er3+/Yb3+共掺氟氧微晶玻璃具有较高的上转换效率，是制作微型激光器和三维立体显示的优良材料之一。

高光谱卫星数据模拟是卫星遥感数据模拟的重点研究方向, 基于星载多光谱数据和地物光谱先验知识是一种快速模拟高光谱数据的方法, 但数据模拟精度受传感器光谱指标的限制。 文章针对EO-1/ALI的可见光/近红外波长范围进行实验, 研究了波段数量、 半波宽度和波长位置等光谱指标与植被光谱模拟精度的关系, 分析了两者之间的变化规律。 研究表明, 光谱指标决定了植被光谱特征提取, 是影响光谱模拟精度的直接原因。 文章总结了适于光谱重构模型的光谱参数范围, 实验结果有利于提高植被光谱模拟精度。 该结论可用于多光谱传感器的性能评价及其分光滤色结构的改进。

掺钕钆镓石榴石(Nd3+∶Gd3Ga5O12, 简称Nd∶GGG)激光晶体是固体热容激光器的首选工作物质。 采用提拉法生长了Nd∶GGG晶体, 测试了晶体的吸收及荧光光谱, 并利用J-O理论计算了晶体的吸收及发射截面、 强度参数、 辐射跃迁概率、 荧光分支比、 荧光寿命等光谱参数。 吸收光谱测试及计算结果发现, Nd∶GGG晶体的最强吸收峰位于808 nm附近, 主峰808 nm的吸收截面积σabs=4.35×10-20 cm2, 吸收线宽FWHM为8 nm, 并且吸收峰强度随掺杂离子浓度的增加而增加。 荧光光谱测试及计算结果表明, 晶体的最强荧光发射峰位于1 062 nm附近, 是Nd3+的4F3/2-4I11/2能级跃迁产生的荧光发射。 主发射峰1 062 nm辐射跃迁概率AJJ′=1 832.01 s-1, 荧光分支比βJJ＝45.07％, 荧光寿命τ＝250 μs, 受激发射截面σ(λ)=21.58×10-20 cm2, 较大的荧光分支比和受激发射截面易实现4F3/2-4I11/2通道的激光运转。

制备了高折射率Ho3+单掺和Ho3+/Yb3+共掺低声子能量重金属碲酸盐玻璃。 根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合, 求得Ho3+强度参数Ωｔ(t=2, 4, 6)分别为4.373 10-20, 1.906 10-20和1.451 10-20 cm2, 并进一步计算了Ho3+在红外区各能级跃迁的振子强度、 自发辐射跃迁概率、 辐射寿命和荧光分支比等光谱参数。 982 nm激发下, 铋碲酸盐玻璃中Yb3+直接敏化Ho3+, 在红外区产生有效红外发射。 Ho3+吸收与发射截面在1.95和2.05 μm处分别高达5.63 10-21和6.24 10-21 cm2, 大于Ho3+掺杂磷酸盐和氟化物玻璃, 这有利于降低激光抽运阈值, 实现高效Ho3+激光输出。 较低的声子能量和较大的发射截面表明, Ho3+/Yb3+共掺杂铋碲酸盐玻璃有望成为良好的红外激光工作物质。