摘要：傅里叶红外光谱(FTIR)是材料表征的一种重要手段,然而受限于光的衍射极限,传统傅里叶红外光谱仪的极限空间分辨率在微米量级,无法应用于纳米材料的表征。纳米傅里叶红外光谱(Nano-FTIR)是一种新兴的超分辨光谱表面分析技术,其以纳米级空间分辨率、宽光谱范围和高化学灵敏性的特点在纳米材料表征研究中展现了巨大的潜力。定性及定量的研究Nano-FTIR信号高空间分辨的来源和系统中光谱信号的提取过程,可以为Nano-FTIR仪器的设计研发和样品光谱表征结果的解释提供重要依据。该研究从典型的仪器结构和基本的工作原理出发,在多物理场有限元分析软件COMSOL中建立了等效研究模型,并对模型的重要细节和数值计算过程分别进行了说明。在仿真研究中,首先基于麦克斯韦电磁波理论计算了模型空间的电磁场增强情况,再模拟了探针在介电常数差异巨大的两种材料交界处的“线扫”过程,探讨了针尖近场增强信号的空间分辨率。随后,以探针与样品的散射功率为数值模型的研究对象,仿真了探针“轻拍”对信号的调制和解调提取的过程,并讨论了不同入射倾角和解调频率对光谱信号提取的影响。最后,为了验证模型的合理性,仿真了20,100和300 nm三种厚度SiO 2薄膜样品在900~1250 cm^(-1)波数范围的光谱响应,并将仿真得到的光谱与实测结果进行了对比。结果表明随着样品厚度的增厚,光谱信号得到相应的增强,模型预测的谱图与实测谱图波形与波峰位置较为一致,且与以往一些文献中采用针尖-样品间电场强度表示针尖处散射信号强弱的方法相比,获得的谱图在峰形上更为接近。提出的数值模型可用于Nano-FTIR光谱的预测,此外,模型也具有一定的通用性,可以为其他基于散射型近场光学显微(s-SNOM)技术的太赫兹光谱技术和针尖增强拉曼光谱研究提供一定的借鉴。

摘要：根据水下环境主要监测要素的特征光谱分析了可采用的观测方法,并給出对应的高光谱成像仪光学系统性能参数;分别设计了望远镜和成像光谱系统并进行匹配,望远镜以双高斯透射式系统为原型,利用较少的光学材料种类完成像方远心优化;成像光谱系统基于Dyson系统,通过光程分析与透镜的添加实现了良好的光学性能,并保证了工程的可实施性.最终设计系统在350~700nm波段上实现了视场角为28°、F数为3、光谱分辨率为3.5nm、系统空间分辨率为1mrad的良好光学性能,设计搭建的原理样机性能测试验证了设计理论的正确性.

摘要：研究了一种在1.0～2.5μm短波红外波段上可用于机载精准农业观测的成像光谱仪光学系统。研究分析了用于精准农业探测所需的成像光谱仪科学性能参数,着重改进了Dyson成像光谱仪系统并获得了完善的消像散条件,使得其各组成部分在沿光轴方向和垂直光轴方向均具备足够的空间,确保了狭缝、探测器和光学镜片的光机结构放置。设计成像光谱仪具备良好光学性能,光学系统F数为1.5,视场28°,狭缝长度25 mm,光谱分辨率12.7 nm,空间分辨率1 mrad,系统像差得到充分校正,公差比较宽松。该系统的研究将为精准农业遥感应用提供一种思路。

摘要：基因测序技术极大地推动了生物学和医学研究的发展.结合了焦磷酸测序原理及阵列式微反应池芯片的高通量测序仪在从头测序和宏基因组测序方面有着不可替代的作用.本文首次提出并研制了一种基于SU8聚合物的基因测序芯片.选择了高传输效率、低耦合损耗的光纤面板作为基片,通过改善SU8均匀性及释放应力,在光纤面板上成功制备出百万数量级阵列式微反应池;设计并制作侧壁镀膜装置,实现了SU8阵列式微反应池侧壁选择性光学薄膜蒸镀,有效地提高了微反应池的光学隔离度,将相邻微反应池之间的光串扰率平均值从25%降低到了1%,满足了高通量焦磷酸测序对测序芯片独立并行传输弱光信号的要求.基于SU8聚合物的基因测序芯片制备工艺简单、成本低廉,具有良好的应用前景.

摘要：针对基于肿瘤形态学或肿瘤整体平均参数的方法无法对肿瘤治疗进行早期疗效评估的问题,提出了一种基于体素的肿瘤疗效影像学早期评估方法。该方法借助动态增强磁共振成像(DCE-MRI)技术,采用弹性结合刚性配准的方法使治疗前和治疗早期的DCE-MRI肿瘤区域每个体素一一对应;根据药代动力学模型计算基于体素的容积转移常数(Ktrans),设计阈值以得到治疗早期Ktrans显著增加、显著减少与无明显变化的体素的体积分数(F+、F-与F0);利用线性回归方法获取体积分数与病理学肿瘤细胞坏死率(TCNR)的相关性,此外,根据受试者工作特征(ROC)曲线确定体积分数对治疗效果的评估能力。我们采用10例软组织肉瘤病例在治疗前与治疗早期(2周)的DCE-MRI图像数据以及治疗后的病理学肿瘤细胞坏死率进行实验,实验结果表明,F-与TCNR呈显著负相关(R2=0.832 8,P=0.000 2),F0与TCNR呈显著正相关(R2=0.788 4,P=0.000 6);而且,F-(AUC=0.905,P=0.053)与F0(AUC=0.857,P=0.087)对治疗效果具有较好的评估能力,因此我们认为F-和F0可作为一种有效的影像学生物标记物用于肿瘤疗效的早期评估。

摘要：介绍了一种采用导光管耦合的钕玻璃多程行波放大结构。在分析导光管结构参数与耦合效率关系的基础上,设计了包含8个激光二极管阵列的抽运结构,并模拟了输出情况。该抽运结构将168个bar条发出的抽运光会聚在8mm×8mm的范围内,获得7.3J的能量输出。根据该抽运结构的输出特性,设计了以钕玻璃作为工作物质的旋转多程行波端面抽运放大结构,并在信号光注入能量为300μJ时实现了能量为15mJ的放大输出。

摘要：为了实现大尺度区域下大气中水汽浓度的高灵敏度、高精确性、快速响应检测,与遥感反演的数据进行校正,采用了TDLAS直接吸收技术结合开放式监测的方法。选择水汽分子在1.27μm附近的单根吸收谱线为目标谱线,设计了大尺度区域水汽激光检测系统。结合多次反射池验证了系统性能,40m光程下极限灵敏度为***-1。利用本系统在中国科学院禹城综合试验站完成了1 420m光程下的连续外场实验,系统工作稳定,并与同场地涡度相关观测系统中的气体分析仪LI-7500的测量数据进行了对比,数据一致性较好。为在复杂野外非均匀下垫面的水汽浓度变化的监测提供新方法。

摘要：雨滴形状、直径、降落速度等是表征雨滴特性的重要物理量。为了获取雨滴物理特性参数,基于粒子成像的瞬态测量可视化技术,研制了降雨环境下拍摄雨滴影像的光路系统和成像系统,开发了雨滴影像的识别、提取、量测等软件系统,设计了一种基于面阵电荷耦合元件的自然降雨成像测量系统。钢珠洒落实验发现该技术观测误差小。外场观测实验发现本次降雨主要以中等粒子为主,雨滴直径和降落速度均值分别为2.00 mm和3.52 m/s。雨滴降落速度可由雨滴直径的线性回归方程表达,且该方程的预测准确度和精度较高。可见,该测量技术可以准确地获取雨滴物理特性参数,为降雨特征和土壤侵蚀研究开辟了新途径。

摘要：数字PCR检测过程中,确定微滴是否为阳性直接影响最终浓度,也是影响仪器准确度的重要因素之一。目前的自动分类方法并未考虑到数字PCR技术中浓度对结果误差的影响,导致在低浓度下自动设置的方法与实际结果偏差较大。本文设计了一种基于广义帕累托分布的荧光微滴分类方法,讨论了不同浓度下误分类对结果可能的影响,据此确定了分布模型参数,并在自行研制的微滴式数字PCR仪上进行验证。实验结果显示:经本文方法分类后,样品中目标拷贝数在5~5 000的范围内线性回归的r_2=0.995 6,这意味着广义帕累托分布较好地拟合了微滴荧光强度边界分布,本文提出的荧光微滴自动分类方法在低浓度下取得了较好的效果。

摘要：本文主要设计一种新型的可用于机载的紫外-可见-近红外高光谱成像系统,从而为沿海水色环境与污染观测提供一种有效的观测仪器。首先,根据探测目标特点确定了仪器系统的性能设计参数,选择了Dyson成像光谱系统来满足系统在宽谱段上的高信噪比和高光学性能;但Dyson成像光谱系统的结构过于紧凑,因此对Dyson成像光谱系统进行了研究,调整了狭缝、像面和光学元件的位置,使它们在轴向和垂直轴向上均具备足够的间隔,并在这种大空气间隔下分析了系统的完善消像差条件。通过光程分析和弯月透镜的加入,使改进型Dyson系统在0.278的数值孔径和320～1 000 nm的宽波段上具备良好的成像结果,全视场全波段MTF值在探测器奈奎斯特频率下(38.5 lp/mm)高于0.5,研制原理样机的光谱分辨率为3.375 nm,满足设计要求。该系统可为沿海水色环境的高光谱观测提供良好的工程应用基础。