1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
3 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
光谱分离成像是一种可同时获取光谱信息、空间位置信息的探测技术，被广泛应用于地理、环境、生物、光学等领域，集成化是该技术的重要发展方向之一。提出了一种基于超透镜的光谱分离技术，采用选择性光谱响应单元结构对红、绿、蓝（RGB）三个波段的聚焦相位进行编码，基于单片器件即可收集不同位置的光谱信息，简化了获取光学信息的过程，推动了小型化光谱分离成像器件的进一步发展。
探测器 光谱分离成像 超表面 多焦点超透镜 几何相位 中国激光
2023, 50(18): 1813014
随着“绿色轮胎”概念的深入, 轮胎橡胶的有效成分直接关系到橡胶合格与否, 而轮胎橡胶对于检测部门而言是一个“黑色”分析系统, 如何利用现有手段进行橡胶成分的准确检测至关重要。 太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术已经成功应用于物质检测分析当中, 但是在许多情况下, 从橡胶这个复杂样品中观察到的太赫兹光谱数据代表了几个相互关联的组分或特征成分共同作用的综合结果, 原始数据中包含的实际信息可能会重叠, 进而影响橡胶混合物中各组分的分析。 为了解决太赫兹光谱重叠的问题, 利用太赫兹光谱矩阵连续平滑和浓度矩阵稀疏的特点, 将具有平滑特性的2范数和具有稀疏特性的1/2范数引入到非负矩阵分解方法, 提出基于光谱特征约束非负矩阵分解(constraint non-negative matrix factorization, CNMF)的太赫兹混叠光谱分离方法。 首先通过THz-TDS获取丁腈橡胶(NBR)与硫化促进剂2-巯基苯并噻唑(MBT)二组分混合物, 以及NBR、 MBT和一硫化四甲基秋兰姆(TMTM)三组分混合物的时域光谱; 然后对时域光谱进行傅里叶变换得到其频域光谱, 进而获取混合物所对应的吸光度混叠光谱矩阵; 光谱分离之前对获得的光谱矩阵进行主成分分析, 初步判定混合物组分数, 最后利用非负矩阵分解算法(non-negative matrix factorization, NMF)、 基于纯变量初始化的非负矩阵分解(purity non-negative matrix factorization, PNMF)和CNMF三种方法对混叠光谱进行光谱解析。 对比发现, 相较于NMF和PNMF方法, CNMF算法的分离效果更佳, 特征吸收峰对应结果更准确, 针对不同组分混合物分离结果的相关系数均高于89%, 光谱角小于0.5, 具有较高的纯净物光谱还原度。 将带有约束的非负矩阵分解算法引入到太赫兹混叠光谱的分离上, 较好的提取出复杂混合物中单一成分的特征信息, 为后续的太赫兹多组分混合物的定性分析和定量计算奠定了较好的基础, 在绿色轮胎及橡胶的质量检测领域具有一定的研究前景。
太赫兹时域光谱 光谱分离 非负矩阵分解 轮胎橡胶 黑色分析体系 THz-TDS Spectral separation Non-negative matrix factorization Tire rubber Black analysis system 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3736
哈尔滨工程大学物理与光电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
随着光纤技术的发展, 其在天文观测仪器中得到了广泛的应用。在天文观测仪器中光纤数目通常达到几千根, 当光纤空间排布的间距过小时, 输出光谱容易产生混叠的现象。在不改变结构的前提下, 用软件的方法实现混叠光谱的分离, 假定输出光谱的强度分布是高斯函数形式, 应用高斯函数拟合法实现了混叠光谱的分离。与光纤间距较宽时的输出光谱进行对比, 得到了较好的分离效果, 最小均方差为 1.43。结果表明该方法应用在混叠光谱的分离中是可行的。
高斯拟合 光谱混叠 光谱分离 天文观测 光纤技术 Gauss fitting spectral aliasing spectral separation astronomical observation optical fiber technology
1 华南师范大学生物光子学研究院教育部激光生命科学重点实验室, 广东 广州 510631
2 华南师范大学生物光子学研究院广东省激光生命科学重点实验室, 广东 广州 510631
由于天然克服光谱串扰的能力以及高灵敏和无损伤的特性,基于光谱分离的荧光共振能量转移(FRET)定量检测(spFRET)方法被公认为是最有应用潜力的活细胞定量FRET检测技术。首先简要介绍FRET定量检测方法以及国内外的相关研究进展;其次重点介绍基于发射光谱线性分离(Em-unmixing)和基于激发发射光谱线性分离(ExEm-unmixing)的两种定量FRET检测技术的原理、发展进程,并比较了这两种检测技术的稳健性;最后对这两种spFRET技术在活细胞FRET应用中的潜在优势进行展望。
生物光学 荧光共振能量转移 光谱分离 定量荧光共振能量转移测量 活细胞
1 兰州城市学院电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 西北师范大学物理与电子工程学院, 甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室, 甘肃 兰州 730070
基于连续辐射理论, 得到连续辐射能量与等离子体电子温度的关系式。 依据青海地区一次强地闪回击过程的光谱, 从中分离出连续辐射强度, 对其吸收特征进行分析以减小吸收带来的计算误差。 通过对连续谱强度的曲线拟合得到闪电放电通道电子温度, 温度峰值为29 800 K, 温度下限为16 200 K, 由同一波段光谱中的O Ⅰ线和N Ⅱ线分别拟合了电子温度。 比较结果发现: 由连续辐射得到的闪电通道电子温度从高温向低温过渡, 高温值与离子线信息获得的闪电核心电流通道处的温度符合较好, 而低温则与原子线计算的结果接近, 反映了外围电晕发光通道的温度。 所以, 依据连续谱得到的结果能更全面地反映温度沿通道径向的分布。 对于闪电热等离子体通道, 连续谱法提供了一种计算闪电放电通道电子温度的新途径, 对地闪回击研究有一定的意义。
闪电光谱 连续辐射 光谱分离 电子温度 Lightning spectra Continuous radiation Spectrum separation Electron temperature 光谱学与光谱分析
2018, 38(4): 1209
1 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 中国工程物理研究院精密光学工程研究中心, 四川 成都 610041
近红外高光谱分辨率激光雷达(HSRL)分子散射回波信号具有频谱展宽窄、能量弱等特点，相对于紫外和可见光HSRL 研发难度大大增加。光谱滤光器作为HSRL 的关键器件之一，与HSRL 系统的反演精度密切相关。根据光谱滤光器的信号透射率和光谱分离比与HSRL 系统反演精度的关系，通过分析1064 nm HSRL 散射回波的特点，对两种具有代表性的干涉光谱滤光器进行了建模和仿真分析。结果表明，在光束发散角较小时，Fabry-Perot干涉滤光器具有较好的滤光性能，但对面形精度要求较高，不易于加工和装调；视场展宽Michelson 干涉滤光器(FWMI)对光束的发散角不敏感，集光能力强，且对面形精度的要求相对较低，在实际应用中更适合用于近红外HSRL 系统光谱滤光器。
遥感 近红外高光谱分辨率激光雷达 干涉光谱滤光器 光谱分离比 光束发散角 面形精度
1 咸阳师范学院,陕西 咸阳 712000
2 陕西科技大学,陕西 西安 710021
针对太阳光光纤照明技术中的光污染、光纤老化、聚光区温度过高等问题,设计了一种分光型太阳光光纤传输系统。介绍了利用光的色散性进行光谱分光、变径光纤低温聚光、传输可见光及各项参数的确定方法。分析了影响系统光传导效率的各种因素及后续解决方法。实现了紫外光及红外光与可见光的分离,滤除了光污染,消除了塑料光纤在太阳光长期照射下容易老化的问题,有效地降低了聚光区温度,实现了低温聚光和波长范围在400~700nm的可见光绿色照明。
光谱分离 低温聚光 变径光纤 绿色照明 spectrum split low concentration green lighting tapered fiber
中国科学院环境光学与技术重点实验室, 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
近年来, 激光诱导击穿广谱技术发展迅速。作为一种用于物质成分探测的新技术, 它具有简单、快速、无需复杂样品制备、多种元素同时检测等优点, 可实现待测样品物质成分现场、在线的检测, 在很多领域都极具应用前景。激光诱导击穿光谱特征谱线的分离拟合提取是光谱特征识别与后续元素浓度定量反演研究的基础。为实现激光诱导击穿光谱重叠特征谱线的有效分离拟合提取, 采用阻尼最小二乘法, 分析并确定了迭代前的初始拟合参数值, 实现了在重叠特征谱线情况下对某火力发电厂粉煤灰中的铬元素特征谱线的分离提取。阻尼最小二乘法基于高斯-牛顿迭代, 在迭代步长中引入阻尼因子, 在迭代的过程中根据每一步迭代后所反馈的信息动态的调整迭代步长, 从而有效防止了迭代的发散, 保证了迭代的快速收敛, 最终使得元素特征谱线拟合提取的效果更佳、所得到的特征谱线强度值更准确。分别采用阻尼最小二乘法和最小二乘法对不同浓度的样品中铬元素特征谱线进行分离拟合提取并给出特征谱线的强度值, 作出特征谱线强度值关于元素浓度的定标曲线并对比两种方法所得结果的线性相关性。结果表明, 阻尼最小二乘法所得结果的线性相关性更高, 该方法稳定、可靠, 适用于激光诱导击穿光谱重叠特征谱线的分离拟合提取。
激光诱导击穿光谱 阻尼最小二乘法 特征光谱分离提取 LIBS DLS Characteristic spectral lines separation and extra
西安电子科技大学 机电工程学院, 陕西 西安 710071
由于大部分烟雾检测技术抗干扰性差, 难以区分森林水雾和绿地等假信息, 本文提出了使用主成分分析法及变换域测量技术, 基于光谱分离的烟雾检测方法。首先, 采用波长为460~520 nm、540~570 nm及580~610 nm 的3个带通滤光片获得被测物的光谱主成分。然后, 对光谱主成分进行空间映射, 构建变换域平面, 在该平面上应用简单的代数判断来实现对烟、水雾以及绿地的分类和识别。最后, 进行了1 000次的Monte Carlo仿真实验。 结果表明, 三波段光谱法简便可行, 分离度好, (P3, P4)的分离度为0.113, 不仅克服了传统图像和视频检测方法无法区分烟雾和水雾的缺点, 而且无需进行复杂的光谱数据分类计算, 在火灾监测领域很有实用价值。
烟雾检测 多光谱 光谱分离 主成分分析 smoke detection multispectra spectral separation Principal Component Analysis(PCA) 光学 精密工程
2013, 21(11): 2798
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京102600
提出了一种YAG荧光粉在实用蓝光激发下发射光谱测量的新方法。 通过采用高斯函数和费米函数拟合及模拟退火优化技术, 得到了混合发光光谱的数学拟合函数, 从而分离出荧光粉的发射光谱, 进一步表征其发光性能。 实验样品的测量结果表明, 与简单的截切分离方法比较, 具有不可忽略的光度量和色度量差异。 量子效率、 发光效率和能量效率等光度量的差异均高于1%, 相关色温相差达几十K, 色品坐标、 主波长和色纯度等色品指标也产生差异, 但半峰带宽变化不大, 荧光发光的峰值波长则基本不受影响。 实验结果表明, 所建立方法能够提高实用条件下YAG黄色荧光粉发射光谱的测量准确性。
YAG荧光粉 发射光谱 光谱分离 光度量 色度量 YAG phosphor Emission spectrum Spectral decomposition Optical metric Color metrics 光谱学与光谱分析
2013, 33(7): 1834
