西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
【目的】相干光通信是一种高速、高质量和高保密的通信方式，而相干检测在相干光通信中有着极其重要的作用。高灵敏度的相干检测系统可以大幅提升相干光通信的距离，通过研究影响相干检测灵敏度的因素可以针对性地做出校正，从而提高检测的灵敏度。
【方法】文章简要阐述了相干检测的原理，总结了该领域的国内外研究进展，分析了无线光相干检测系统产生的热噪声、散粒噪声、波前畸变、偏振失配角、光斑尺寸偏差和光轴偏转、耦合效率、探测器的性能和前置光放大器等方面对相干检测灵敏度的影响。
【结果】结果表明，系统的热噪声和散粒噪声对检测灵敏度的影响可以通过控制本振光功率使其达到最小；信号光的波前畸变可以通过增加自适应校正系统来抑制；信号光与本振光的偏振失配角可以采用偏振控制补偿装置来补偿；光斑尺寸偏差和光轴偏转需要提高硬件的加工水平来减小这种误差；使用新型的探测器可以在一定程度上提升探测器的性能；前置光放大器能够对微弱的信号光进行放大，对提升检测灵敏度十分重要。
【结论】文章分析了影响无线光相干检测灵敏度的因素，总结了近年来国内外学者提高检测灵敏度的方法，为实际应用中检测系统灵敏度的提升提供了理论参考，对相干光通信系统性能的提升有着重要的意义。
无线光通信 相干检测 检测灵敏度 混频效率 wireless optical communication coherent detection detection sensitivity mixing efficiency 光通信研究
2024, 50(2): 23008101
1 江西农业大学软件学院, 江西 南昌 330045 江西农业大学工学院, 江西 南昌 330045
2 江西农业大学工学院, 江西 南昌 330045
3 江西农业大学工学院, 江西 南昌 330045江西省现代农业装备重点实验室, 江西 南昌 330045
近年来, 猪饲料重金属超标问题屡禁不止, 严重危害食用人群健康与环境安全。 国家标准中所采用的干灰化-原子吸收光谱法存在耗时长、 需破坏样品、 试剂易造成环境污染等问题。 激光诱导击穿光谱(LIBS)以其快速、 近乎无损、 无需复杂制样的检测特性被誉为化学分析领域的“未来巨星”。 传统LIBS技术在应用于猪饲料安全品质检测时具有特征光谱强度弱, 检测精度较低等缺陷, 针对该缺陷, 提出LIBS技术与空间限域相结合, 采用空间限域方法提高分析谱线强度, 从而实现更低浓度样品的检出, 实现对猪饲料样品中Cu元素含量进行快速绿色检测。 以Cu Ⅰ 324.75 nm为分析谱线, 在优化后的能量下, 对比不同延时时间下加载不同高度和直径的圆柱形空间限域腔对分析谱线影响, 再选取对分析谱线整体增强效果最佳的空间限域腔对7组不同浓度猪饲料样品进行LIBS光谱采集, 结合采用国家标准方法获取的7组猪饲料样品中Cu元素参考浓度对LIBS系统检测灵敏度进行分析。 结果表明, 加载空间限域腔对分析谱线强度引起增强的同时不会对背景光谱造成明显影响, 分析谱线强度增强因子最大值为5.16, 空间限域腔直径为5.0 mm、 高度为2.0 mm情况下对分析谱线整体增强效果最佳。 在上述最佳试验参数基础上, 以Cu元素在324.75 nm处特征光谱峰值强度为参考, 对猪饲料进行定量分析。 结果发现加载空间限域腔后不同浓度下猪饲料样品中Cu元素浓度与分析谱线强度之间线性关系相较于传统LIBS提升明显, 其单变量定标模型R2从0.742提升至0.996, 检测限从6.21 mg·kg-1降低至1.61 mg·kg-1(《饲料添加安全使用规范》中猪类Cu元素日粮推荐含量为3~6 mg·kg-1), 检测灵敏度提高了2.86倍。 研究表明, 采用空间限域与LIBS技术相结合, 可以大幅提升系统检测精度与灵敏度, 使待测元素检测限降低至国家要求以下, 对于实现猪饲料中Cu元素含量较低样品的LIBS快速绿色检测具有较好的作用。
激光诱导击穿光谱 空间限域 猪饲料 铜 检测灵敏度 Laser-induced breakdown spectroscopy Cavity-confinement Pig fodder Copper Detection sensitivity 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1770
1 西安航空职业技术学院 人工智能学院, 西安 710089
2 西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
与直接探测相比, 相干探测具有响应速度快、检测灵敏度高和滤波性能好等优点, 是提高无线光通信系统接收灵敏度的关键技术。总结了国内外在无线光通信系统相干探测领域的研究进展, 同时介绍了西安理工大学在相干探测技术方面的研究工作, 主要包括与无线光相干通信有关的大气湍流抑制、到达角起伏、振幅起伏、信道噪声、光信号偏振、本振光功率和光源线宽等因素对相干探测系统性能的影响以及副载波调制非光域外差探测系统在理想信道和非理想信道的性能分析。最后, 对无线光相干通信系统的发展方向进行了展望。
无线光通信 相干探测 大气湍流 检测灵敏度 相干增益 wireless optical communication, coherent detection
西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
易燃液体在食品、化工、能源等领域均有广泛应用,并创造了巨大的经济价值。然而,该类液体易燃易爆,且在使用过程中可能会产生有毒蒸汽,因而它的无损检测对于促进工业生产和保障人民的人身财产安全具有深远意义。光谱检测技术具有快速、在线检测、无损、样品无需预处理、检测精度高等优点,在易燃液体检测中发挥了重要作用。本文综述了易燃液体光谱检测方法的技术原理,重点介绍了近红外光谱法、拉曼光谱法、紫外光谱法、荧光光谱法和太赫兹时域光谱法等5种典型易燃液体光谱检测技术的发展历程和应用现状,同时结合光谱技术的优缺点,对其未来发展前景进行了展望。
光谱学 无损检测 易燃液体 光谱检测技术 检测灵敏度 光谱检测应用 激光与光电子学进展
2021, 58(2): 0200002
1 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室 ,浙江师范大学,浙江 金华 321004
2 玉林师范学院物理科学与工程技术学院,广西 玉林 537000
采用共线双脉冲激光诱导击穿光谱(Dual pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)技术分析铝合金中微量元素含量,详细研究了共线双脉冲光谱信号强度与 双脉冲间时间延迟的关系,最佳延时为8～9 μs。在该延时条件下,双脉冲光谱信号强度比单脉冲光谱 信号强度增强了10倍以上。分别采用双脉冲激光诱导击穿光谱和单脉冲激光诱导击穿光谱(Single-pulse laser induced breakdown spectroscopy, SP-LIBS)技术,得到了以Cu I 324.75 nm, Cr I 425.43 nm 谱线为分析线 的定标曲线。与采用单脉冲激光诱导击穿光谱技术相比,铝合金中 Cu和 Cr的检测极限分别由单脉冲时的169.5 和94.5 μg/g降低至双脉冲时的21.46 和4.26 μg/g。
激光诱导击穿光谱 检测灵敏度 dual pulse laser induced breakdown spectroscopy Cr Cr Cu Cu limit of detection 大气与环境光学学报
2019, 14(5): 345
1 浙江师范大学物理与电子信息工程学院, 浙江 金华 321004
2 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室, 浙江 金华 321004
使用两台波长为1064 nm的Nd∶YAG调Q激光器,对BaCl2溶液样品开展水下单脉冲与正交双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)实验,系统地探究了各关键实验参数对水下单脉冲LIBS(SP-LIBS)及双脉冲LIBS(DP-LIBS)光谱特性和信号增强的影响。当采集延时为500~900 ns时,谱线的信噪比很高,有利于进行光谱的采集与分析,可称之为水下DP-LIBS探测的时间窗口。对两束激光焦点的相对位置以及激光能量进行优化,在优化的实验条件下观察到DP-LIBS的谱线强度(Ba Ⅱ 455.4 nm)是SP-LIBS的最大谱线强度的20倍,同时谱线展宽变窄,光谱信号持续时间更长。在双脉冲实验中,谱线强度随着第二束激光能量的增加呈指数增长,这与在液体表面进行的共线DP-LIBS实验中所观察到的线性增长不同,这种增长趋势上的不同可能与等离子体所处的气体环境条件有关。最后,对水下SP-LIBS及DP-LIBS的检测能力进行了比较,结果表明,DP-LIBS的检测灵敏度比SP-LIBS提高了37倍,检测限从单脉冲的31.35×10 -6下降到1.78×10 -6。
光谱学 单脉冲激光诱导击穿光谱 双脉冲激光诱导击穿光谱 水下 激光能量 检测灵敏度
1 太原科技大学应用科学学院, 山西 太原 030024
2 西南科技大学理学院, 四川 绵阳 621010
基于可调谐半导体激光吸收光谱技术,研制了一套近红外波段的乙炔(C2H2)气体检测系统,该装置采用波长调制-多光程吸收光谱技术,提高了系统的检测灵敏度;为了优化系统测量条件,在压强范围为5.3~12.0 kPa和调制幅度为0.010~0.035 V条件下,测量了体积分数为5×10
-5的C2H2标准气体的光谱信号,并测量了不同浓度的C2H2在总压强为10.7 kPa时的二次谐波信号;为了进一步验证系统的稳定性,采集60 s的光谱信号,通过Allan方差分析获得了系统的最佳探测时间和探测极限。结果表明:压强为10.7 kPa且调制幅度为0.030 V时的二次谐波信号强度最大;C2H2气体浓度与二次谐波幅值呈良好的线性关系,并且C2H2体积分数为1×10
-6~5×10
-5时的测量误差较小,小于±2%;该实验系统的最佳探测时间为7.2 s,探测极限为2.8×10
-11;该仪器采用基于嵌入式系统设计的激光器驱动和数字锁相放大器,具有结构简单、体积小、便于集成等特点,适用于工业现场和气体运输等方面。
光谱学 C2H2气体检测仪 可调谐半导体激光吸收光谱 波长调制-多光程吸收技术 检测灵敏度 小型化 激光与光电子学进展
2018, 55(3): 033002
江西农业大学生物光电及应用实验室, 江西 南昌 330045
为提高激光诱导击穿光谱（LIBS）检测水体中铜元素（Cu）的检测灵敏度。采用实验室配置的不同质量浓度硫酸铜溶液分别用直接打击液面方式和滤纸富集方式对水溶液中的Cu进行LIBS实验，优化实验参数，比较不同方法下的检测结果。结果显示，应用LIBS检测水体中Cu最佳分析谱线为324.7 nm；最佳延迟时间为1400 ns；最优激光能量值为100 mJ。对两种方法下Cu元素的定标曲线进行线性拟合，其线性相关系数分别为0.97047和0.99901，检测限分别为74 μg/mL和1.5 μg/mL。结果表明采用滤纸富集的方法可以明显提高LIBS检测水体中铜元素的灵敏度，降低检测限。
光谱学 激光诱导击穿光谱 铜 滤纸富集 检测灵敏度 激光与光电子学进展
2013, 50(7): 073004
以简谐振动漫射平面物为例.对微振幅时间平均像而全息检测给出一种有应用价值的结果。
时间平均像面全息干涉术 微振幅 Fourier频谱 检测灵敏度
1 中国科学院上海光学精密机械研究所
2 上海市肿瘤研究所
本文报道了一种采用荧光光谱测定O~6甲基鸟嘌呤的方法.该法具有灵敏度高、选择性好等优点、检测灵灵敏度巳达到0.01fM/ml,比国内外常用的放射免疫法高一个量级.
荧光光谱 检测灵敏度
