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聚焦光譜前沿共謀創新發展光譜儀及核心元器件技術創新論壇召開(下)

2024-11-19 14:29:28化工儀器網閱讀量：18578      我要評論

　　經過簡單休整，下午的學術報告精彩依舊，中國科學院上海技術物理研究所靳愛軍、中國科學院長春精密機械與物理研究所吉日嘎蘭圖，河北大學質量技術監督學院李紅蓮教授，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所呂金光，中北大學張瑞教授等專家學者依次帶來前沿研究進展。

會議現場

報告人：中國科學院上海技術物理研究所靳愛軍
報告題目：紅外顯微光譜分析儀器研發及應用探討

　　靳愛軍匯報了團隊開展的紅外顯微光譜分析技術研究進展，主要包括突破的寬譜高光譜分辦率光源技術與高空間分辨率的顯微光譜探測技術，以及國產紅外顯微成像光譜分析儀等儀器樣機的研制情況；并探討了上述技術及儀器在目前在我國深空地外探索中珍貴地外土壤巖石樣品成分分析、半導體芯片和集成電路的缺陷分析與材料均勻性檢測、生命科學領域中生物分子識別與組織動態監測等方面的潛在應用前景。

報告人：華東師范大學閆明研究員(萬卓仁代講)
報告題目：光梳分子指紋光譜及應用

　　萬卓仁在報告中介紹了雙光梳分子光譜技術，探討基于光腔力共振增強的雙光梳分子光譜測量新方法，通過納米薄膜與分子振動共振的方式，實現高靈敏度的氣體分子檢測，以及基于時間拉伸的超高速頻率上轉換紅外光譜技術。萬卓仁還在會上展示了自主研制的光梳，獲得多項國家專利，并通過了質量認證，靈敏度提升3~4個量級，在同類技術中具備較高水平。

報告人：中國科學院長春精密機械與物理研究所吉日嘎蘭圖
報告題目：高性能光柵制造技術及產業化

　　中科院長春光機所是我國光柵的發源地，2007年成立了“國家光柵制造與應用工程技術研究中心”。吉日嘎蘭圖向在場的觀眾介紹了光柵制造的成果展示和產業發展情況。光柵是眾多儀器的核心元件。由于它的色散、分束、偏振和相位匹配等光學性能已成為光譜儀器重要核心元器件。國家光柵中心建有復制各種平面、球面和非球面光柵的生產線，具備年產5萬塊復制光柵能力、在國內擁有200多家用戶。

報告人：香港中文大學教授任偉(王震代講)
報告題目：高靈敏紅外激光氣體分析儀

　　痕量氣體檢測廣泛應用于環境監測、化學分析和醫療診斷等領域，紅外激光光譜技術是實現痕量氣體精準測量的重要方法。氣體濃度可以通過測量高分辨率分子吸收光譜或光聲光譜獲得，在直接吸收光譜測量中，氣體的吸光度與吸收路徑長度呈線性關系，可以通過增加有效吸收長度的方法提高探測靈敏度；在光聲光譜測量中，氣體吸收引發的光聲信號與入射激光強度相關，提高激光功率是實現高靈敏光聲光譜探測的重要手段。高精細度光學諧振腔可以實現超長有效光程，當入射光是與腔共振且模式匹配時，可以實現腔內光功率的累積放大。本報告將介紹我們在中紅外腔增強吸收光譜和雙諧振光聲光譜技術的研究進展，實現光腔內氣體ppb-ppt量級的探測靈敏度，為高精密痕量氣體檢測提供重要參考。

報告人：中國科學院西安光學精密機械研究所馮玉濤研究員(高馳代講)
報告題目：高靈敏度拉曼光譜儀及其定量技術研究

　　高馳介紹近紅外空間外差拉曼光譜儀系統特點，分析系統輻射靈敏度優勢；針對光譜采集過程中產生的基線漂移和噪聲干擾等問題，介紹基于深度神經網絡的拉曼光譜智能預處理算法，從特征壓縮的角度出發，介紹基于隱式編碼特征回歸的拉曼光譜精準定量分析算法；以無創血糖檢測為應用場景，介紹拉曼光譜技術在生物醫學領域的探索性研究。

報告人：河北大學質量技術監督學院教授李紅蓮
報告題目：基于微流控-LIBS水體在線監測系統及應用研究

　　近期，李紅蓮教授的課題組提出了N2氣氛與圓柱腔體約束結合的雙重機制，建立了多光譜融合內標分析模型，顯著提升了光譜質量和靈敏度；研究了不同基底對液滴干燥過程毛細流動的影響，如殼聚糖石蠟膜、超疏水微凹槽結構、墨紙吸附及PMMA溝壑基底等，以提高光譜穩定性和檢測精度；還提出了一種基于微流控原理的LIBS水體無機有害微量元素檢測方法，為水體微量元素檢測和環境問題防控提供了新思路和數據支持。

報告人：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所呂金光
報告題目：基于靜態干涉系統的傅里葉變換光譜成像技術研究

　　空間探測、航空遙感、地面造測等應用提出了一種像場調制傅里葉變換紅外成像光譜儀結構，研制了原理樣機獲取了遠距離目標場景的干涉圖像數據立方。呂金光及其團隊對空域圖像重建方法與波數域光譜重建方法進行了研究，實現了目標場景成像與氣體分辨的定性識別與定量分析，為安全生產與環境保護提供了有效的技術手段。

報告人：中北大學教授張瑞
報告題目：彈光調制超高速傅立葉光譜測量技術

　　針對瞬態光譜分析、燃燒、爆炸試驗過程試驗測試需求，結合彈光調制高速調制優勢，進行超高速傅里葉光譜測量，采用大光程差彈光調制器產生干涉信號，快速非均勻傅里葉變換實現光譜反演，研制彈光調制微秒級超高速傅里葉光譜儀，實現對爆炸、燃燒場瞬態光譜、燃燒產物和溫度等測量分析。

報告人：暨南大學張善文研究員
報告題目：基于表面等離子激元的跨尺度光柵傳感器研究

　　張善文研究員研究超波長-亞波長光柵的吸收，發現光柵的吸收強度由強吸收(近90%)過渡到100%的吸收、光柵吸收強度曲線的對稱性也更加明顯，將光柵槽形由三角形擴展至正弦形和矩形，由此將光柵槽形的等效規則從近波長光柵推廣至亞波長光柵，實現了SPR入射條件下金屬光柵吸收理論在不同周期尺度的統一，為超波長光柵理論的提出和新型生化傳感器的應用奠定了基礎。

報告人：中科院上海硅酸鹽研究所張國霞
報告題目：激光誘導擊穿光譜信增強及定量分析方法研究

　　大氣壓輝光放電(APGD)是一種在大氣壓下、兩個固態電極間產生的、尺寸在毫米量級的穩定微等離子體。APGD具有良好的激發能力，有望成為LIBS信號增強新技術，具有裝置簡易、定性好、低成本、低功耗的優點。

　　張國霞在現場介紹了激光誘導擊穿光譜-大氣壓輝光放電系統裝置搭建，改善傳統LIBS的檢測性能。對LIBS-APGD-CC系統的關鍵參數進行優化，使系統發揮最佳檢測性能。耦合大氣壓輝光放電或圓柱約束可以大幅提高元素信號發射強度，并顯著改善對各元素的檢出限，驗證了該系統的準確度。

報告人：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所空間一部王嘉寧
報告題目：基于腔增強吸收光譜技術的氣體傳感器

　　王嘉寧指出，結合可調諧半導體激光光譜技術(TDLAS)與離軸積分腔增強吸收光譜技術的優勢，將大氣背景下碳交易關鍵氣體組分甲烷、二氧化碳作探測目標，展開地面點源、遙測、無人機搭載等多種方式的區域性氣體探測，并對影響探測性能的多種干擾因素進行分析，如溫度、壓力、激光器漂移、湍流等。本研究方向的順利展開可以作為國外壟斷產品的一種國產化替代，同時為天基遙感數據標定提供地面數據參考。

報告人：天津大學張尹馨(學生代講)
報告題目：結構光照明超分辨顯微高光譜成像技術研究

　　光譜測量及分析在諸多領域應用廣泛，寬光諧、高分辨率是商用光譜分析儀的重要發展目標。會上，張尹馨的學生介紹了快照式高光譜超分辨顯微成像、基于量子點標記的高光譜SIM、高光譜3DSIM成像。

　　圍繞這個目標，張尹馨及其團隊提出了多次衍射雙級聯單色器分光方法，在寬光譜范圍內進行波長掃描，實現了皮米量級的超高光譜分辨率，該技術已成熟應用于光通信密集波分復用系統的信道和器件性能的檢測。

報告人：西安電子科技大學副教授劉麗嫻
報告題目：諧振型光聲光譜氣體傳感器

　　劉麗嫻副教授提出了新型頻分復用T型光聲調制解調技術，構建多波長激光激勵和同一光聲傳感器多組分氣體信號調制解調模型，建立多階共振模式光聲光譜檢測系統，實現多種類氣體的短光程探測和高靈敏度檢測，可有效識別氣體種類和精確檢測組分濃度，在煤電安全、環境監測、醫療診斷等領域的多組分痕量氣體同時在線監測需求具有重要的研究價值和應用前景。

報告人：蘇州大學副研究員劉全
報告題目：高性能閃耀光柵及棱珊設計及研究進展

　　衍射光柵是光譜儀器的核心分光元件。光柵型光譜儀光譜分辨率高、光譜純度高、穩定性高、無活動機構、可實現大幅寬，是定量化空間光譜探測載荷的主流，在提升光譜儀性能的同時減小其體積，具有重要意義。

　　面向高光譜光譜儀，劉全及其團隊創新地開發了同質掩模技術，實現了對閃耀光柵閃耀角和反閃耀角的精確控制，并成功制作了多種高性能凸面閃耀光柵。可見/近紅外凸面閃耀光柵，已成功應用于海洋一號C星和D星定標光譜儀中。

報告人：西北大學副教授張天龍
報告題目：激光誘導擊穿光譜結合機器學習的金屬材料智能分析及應用

　　張天龍副教授及其團隊搭建了金屬材料以及金屬單顆粒物精準分析的LIBS光譜智能采集平臺，開展了基于人工智能的LIBS金屬材料精準分析方法研究，重點研究了多光譜數據融合、智能分辨與表征、數據挖掘、模型遷移等關鍵技術，建立了基于LIBS技術結合人工智能的金屬材料智能精準分析技術及系統。目前已在實際工藝現場得到了初步應用驗證，獲得了較好的分析及應用結果。

報告人：江蘇海洋大學高級工程師黃保坤
報告題目：拉曼積分球光譜儀設計及其在ppm量級氣液固原位檢測中的應用

　　拉曼積分球光譜儀通過光學設計，提高了檢測限，對于透明氣體、液體、固體的檢測限達到ppm量級，具有樣品用量少(3毫升)，檢測速度快，樣品無破壞，準確定性和定量等優點。

　　黃保坤高級工程師提出通過檢測揮發氣體來檢測液體，檢測溶解物來檢測固體等技術，廣泛應用于刑偵飲品投毒，燃燒場的溫度及廢氣成分檢測，氣相/液相化學反應原位監控，應急環境檢測，大氣/水質量監控，白酒的品質檢測，光學材料的純度等領域。

報告人：中國工程物理研究院化工材料研究所副研究員李海波
報告題目：面向工況和植入式檢測場景的拉曼光譜儀技術

　　為克服目前的便攜式拉曼光譜設備靈敏度低、背景高等缺點，李海波副研究員及其團隊自主研制了多種高性能便攜式拉曼光譜設備，實現了在工況條件下金屬鈾、LiH等核材料腐蝕產物的無損分析。

　　為實現內部復雜氣氛組分的無損監測，李海波副研究員及其團隊還開發了基于空芯光纖的氣氛傳感器。光纖增強拉曼技術能夠以很小的體積實現極長的光程實現大幅度的信號增強，其抗電磁干擾能力強、輕細柔韌和重量輕，便于內置于設備中實現氣體組分的實時監測與傳感。

報告人：浙江工業大學副教授潘再法
報告題目：納米熒光探針及單分子免疫檢測

　　潘再法副教授介紹上轉換納米粒子(UCNPs)和長余輝納米粒子(PLNPs)等新型熒光探針的熒光特性，以及課題組利用這些熒光探針來實現生物標志物檢測的相關工作。包括用于高靈敏度檢測胸腔積液等復雜生物樣本中的腫瘤標志物，所建立的傳感器在其它疾病標志物或蛋白質共存條件下仍具有很高的特異性。

　　潘再法闡述了利用長余輝材料的長時間余輝發光特性，結合時間分辨光譜技術可有效消除胸腔積液樣本的自體熒光，實現無熒光背景干擾檢測，并開發針對生物標志物超靈敏檢測的單分子免疫檢測儀器平臺。

報告人：中國科學院長春精密機械與物理研究所副研究員陶琛
報告題目：空間用紫外單光子成像探測器及其在光譜儀研制中的應用

　　針對AFS熒光激發過程中由于水汽、氣溶膠等帶來的光譜干擾問題，應用航天紫外單光子成像技術，開展了基于HSI的AFS空間光譜數據聯合探測及分析方法研究。陶琛副研究院提出結合航天用面陣單光子計數器在紫外波段高靈敏度、低噪聲的優勢和數字微鏡器件(DMD)小像元尺寸、高空間光調制速率的特點，研制一種高性能紫外成像探測器。

報告人：大連理工大學副教授陳珂
報告題目：基于高速光譜解調的光纖光聲氣體傳感技術

　　陳珂副教授設計了多種新型高靈敏度光纖聲波傳感器，其信噪比相比電學麥克風提高了1-2個數量級，通過高速干涉光譜探測和實時解調，實現了聲波信號的高靈敏、高穩定和大動態范圍探測；將光纖聲波傳感器用于光聲探測，設計了新型的光纖懸臂梁增強型光聲光譜氣體檢測儀器。

　　在工程應用方面，突破了微弱光聲信號探測難度大、現場振動/噪音干擾大、單點測量成本高等關鍵技術瓶頸，已在高電壓電氣設備狀態監測、煤礦安全監測、環境氣體監測等領域獲得了推廣應用。

報告人：山西大學副教授閆曉娟
報告題目：基于光反饋腔增強的多氣體拉曼光譜檢測檢測技術研究

　　閆曉娟副教授的研究采用了光反饋腔增強技術，并結合波長調制技術和電子伺服系統鎖定反饋光相位，實現激光到高精細度諧振腔的精確頻率鎖定，腔內激光功率增益可達1700倍以上，并能保持長期穩定。

　　閆曉娟副教授及其團隊分別檢測了CO2，CO，H2，CH4，C2H2，C2H4，C2H6等標準氣體，獲得了ppm的探測極限。將該裝置應用到礦井火災束管監測領域，并檢測了標準礦井混合氣體，結果表明，由于每種氣體對應多條拉曼特征譜線，因此多組分氣體彼此之間能夠克服拉曼譜線干擾的問題。

報告人：西安電子科技大學副教授宦惠庭
報告題目： 基于光熱光譜的非接觸式應力強度檢測研究

　　合金材料的應力應變狀態與其局部的熱物態參數相關聯。宦惠庭副教授提出基于光熱紅外輻射光諧非接觸式應力檢測技術，通過采用一定調制激光注入被測合金樣品，在其中誘導熱擴散場分布，通過光學探測器對紅外輻射的測量獲取合金局部熱參數的分布，基于測量結果反映合金的應力應變狀態。

　　在實驗研究中，通過單點式測量與面陣紅外成像兩種方案對置于不同載荷狀態的鋁合金樣品開展研究，通過推導一維/三維廣義熱擴散方程，采用非線性參數擬合算法實現了主應力方向上熱擴散率及熱導率的標定，間接測定了材料的受力狀態。該測量方法不使用任何接觸式傳感器，具備快速、準確等優勢，在航空航天領域零部件結構強度和服役狀態的現場測量需求提出全新的解決方案。

報告人：中國科學技術大學副研究員王進

報告題目：基于腔增強拉曼光譜的大氣痕量氫分子檢測

　　氧氣作為一種清潔能源在工業和商業領域中的需求正不斷增長。為了在生產、儲存、運輸和使用過程中有效監測H2的泄漏，對大氣環境下痕量H2的檢測非常關鍵。然而，痕量氫氣的光學檢測具有挑戰，拉曼光譜測量痕量氣體具有極大潛力，但受到靈敏度方面的限制。

　　王進副研究員介紹了一種結合PDH鎖頻的腔增強拉曼光譜技術，通過測量偏振拉曼光譜，實現了對大氣中氫氣的直接采樣連續測量。該方法的檢測限可達60ppbv(1大氣壓下)，測量相對精度 5%，展示了其在復雜氣體環境中對痕量H2進行定量測量的能力。

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