一、光度测量系统中的光子计数采集卡（论文文献综述）
李耀飞[1]（2021）在《应用于VOCs探测的中红外差分吸收激光雷达系统设计及探测性能仿真》文中指出VOCs是大气污染成因的关键因素,已成为我国当前大气二次污染能否得到有效治理的关键。开展VOCs空间立体探测技术研究,为分析大气污染成因和时空演化提供技术支撑,为我国大气污染治理提供技术保证,具有重要的科学意义和社会价值。为此,本论文开展了应用于VOCs浓度探测的中红外差分吸收激光雷达技术研究。以甲醛气体为研究对象设计了探测系统,重点研究了探测波长、发射及接收光路等关键技术,并对系统的探测性能和误差进行了研究,论文的主要工作有:（1）分析了大气与激光相互作用的机理,研究了气体分子吸收谱线的展宽特性,基于差分吸收激光雷达探测理论,推导了气体浓度反演公式,并分析了影响反演精度的因素,对系统探测时可能存在的误差来源进行了分析,讨论了用于减小误差的方法。（2）对中红外差分吸收激光雷达进行了系统设计。根据差分吸收激光雷达系统探测波长选择的原则,选择系统的λan和λoff探测波长分别为2778.48cm-1和2777.82cm-1,其对应的两种干扰气体引起的相对误差均小于0.6%;选择偶次非球面双镜准直系统和离轴两反式扩束系统,对出射光路进行了研究和计算,总体光学传输效率约为53.4%;选择折反射式望远镜结构作为本文的接收望远镜,对其光路进行了研究和计算,仅考虑中心遮光的条件下其接收效率为77.6%;选择了窄带滤光片,保证其峰值透过率>90%;选择VIGO-PVI-4TE-4型探测器为系统光电探测器件,采用PicoScope 4824为本系统的数据采集单元,完成了系统整体设计。（3）对应用于中红外探测的差分吸收激光雷达方程进行了消光系数和后向散射系数的修正;优化了系统参数,研究了回波信号功率和信噪比。结果表明,1500m以内系统的信噪比均大于10,在考虑了探测器最小探测功率的条件下,其理想探测距离为904.5m;对影响系统探测距离的出射激光能量、目标气体浓度以及光学接收面积等因素进行了研究,结果表明,该系统能够实现450～1500m范围内,浓度为0.17～2.02ppm甲醛气体的探测;对影响系统探测极限的干扰气体浓度和待测气体分子吸收截面对探测极限的影响进行了研究,结果表明,干扰气体水汽浓度为10.17%时误差最小约为0.85%,甲烷浓度与系统的误差成正相关,当甲烷浓度小于标准浓度的0.467时,模拟探测误差小于1%。研究了分子吸收截面对模拟探测误差的影响,随着温度的升高,分子的差分吸收截面不断增大,引起的模拟反演误差逐渐减小,表明系统更适合于温度较高的夏季测量。本论文开展的中红外VOCs气体浓度探测差分吸收激光雷达系统设计及探测性能研究,为中红外VOCs气体浓度探测差分吸收激光雷达系统研制和化工重污染区域VOCs气体无组织排放的监测奠定了技术基础,对我国的大气污染治理具有积极的意义。
姜朔[2]（2021）在《基于光频调制的高精度激光雷达测距技术研究》文中进行了进一步梳理二十世纪六七十年代,世界上首台激光器的出现使得利用激光进行目标探测成为一种新的测距手段。与传统的微波雷达相比,激光雷达具有单色性好、方向性强、测距精度高等优点,因而在军事、建造业、航空航天、医学等方面有着越来越广泛的应用。常见的激光测距方法如脉冲激光测距,其商业化成熟,探测距离远,测距精度可以达到厘米量级;相位激光测距法能够对中近距离的目标进行探测,并实现毫米量级的测距精度,但是其不模糊距离较小,需要借助多个光尺进行探测。近些年,随着社会的发展和科技的进步,人们对目标的测距精度以及测距分辨率提出了更高的要求。基于光频调制的激光雷达是一种以大带宽光频线性调制激光器为光源,通过测量干涉信号频率来计算目标距离的激光测距方法。此方法的测距精度和分辨率与激光的调制带宽成反比,随着激光调制技术的发展,激光光频的调制带宽可以达到上太赫兹,这使其具有测距精度高、分辨率高的优点。除此之外,它还具有无测距盲区以及抗背景光能力强等特点,因而在高精密仪器加工制造和面型检测定位等领域有着非常重要的应用价值。大带宽光频调制激光器在实际工作过程中由于受到激光器内部光频响应非线性、温度变化以及PZT非线性蠕变和迟滞效应的影响,难以实现理想的光频线性调制。激光的非线性调制会导致系统干涉信号的频谱出现严重的展宽,进而造成测距分辨率和精度的下降。为了解决这一问题,使用双干涉光路系统成为一种很好的选择。双干涉光路中一路作为辅助干涉光路,一路作为测量干涉光路,由于两个干涉光路同时受到光源非线性调制的影响,因此两路干涉信号的瞬时频率成正比关系。将辅助路干涉信号作为系统外部时钟对测距路干涉信号进行重采样即可以消除光频调制非线性对距离测量带来的影响。本文的主要特色和创新之处在于:在双干涉光路系统中,需要确保作为外部时钟的辅助路干涉信号的频率与测距路干涉信号的频率之间满足奈奎斯特采样定律。这意味着,辅助干涉光路的光程差要达到目标距离的四倍以上,对百米内的目标进行测量,其辅助干涉路的光程差需要达到数百米。为了扩展双干涉光路系统的测距范围,本文提出了基于倍频器的双干涉光路测距系统。通过硬件倍频电路板提高辅助干涉信号的瞬时频率,有效的将双干涉光路系统的测距范围扩展为原来的四倍。除了系统测距范围的扩展问题,在双干涉光路系统中,调频激光在两个干涉光路传播路径性质的不同也会带来新的问题。系统中辅助干涉光路往往由光纤马赫-曾德尔干涉仪组成,而测距干涉光路是在自由空间中。大带宽光频调制激光在光纤传播中的色散现象会导致辅助干涉信号和测距干涉信号之间出现色散失配问题,进而造成目标测距分辨率的下降和测距误差的增大。文中就光纤辅助干涉光路色散现象对目标距离的影响建立了理论模型,根据受色散影响的重采样信号的相位特征提出了一种基于调制信号重采样的色散失配校正方法。此方法不受目标距离变化和激光调制带宽的限制,最后本文通过仿真和实验,证明了此方法的有效性。在光源调制过程中,偶发的跳模现象也会对系统测距产生影响,为此本文提出了基于相位拼接的跳模影响消除方法。以辅助干涉光路信号作为系统外部时钟的关键就是实现对信号等相位间隔点的提取。当激光出现跳模现象时,辅助干涉信号在跳模段会出现强烈的强度噪声,影响重采样时刻点的提取。为了消除跳模段畸变的重采样信号对测距的影响,需要依次完成对激光跳模现象的检测、定位与相位拼接,最后计算得到消除激光跳模影响的目标距离信息。本文研究了基于光频调制的高精度激光雷达测距方法,对测距过程中的关键技术进行研究。本文在以上关键技术研究方法的基础上搭建了基于光频调制的激光雷达测距系统,为实现近距离目标距离的高精度测量提供了理论支持和实验参考。
曲立国[3]（2021）在《便携式FTIR光谱仪关键技术及应用研究》文中提出近年来,随着机动车尾气排放标准不断提高,FTIR技术凭借多通道、高分辨率、高通量等优点,可实现尾气多组分VOCs实时测量,满足高标准的非甲烷碳氢化合物（NMHC）和非甲烷有机气体（NMOG）测量需求。针对尾气测量需要的便携性、高分辨率和快速性三个问题,开展便携式FTIR光谱仪关键技术研究,解决光路准直性和动镜驱动均匀性问题,以满足尾气测量需求。同时该系统可集成于SOF-FTIR进行VOCs排放通量监测,可满足更高级应用。基于Michelson干涉仪模型,分析了影响FTIR光谱仪性能的主要因素:分辨率、信噪比和等光程差采样等。通过理论分析,阐明动镜移动距离与光谱分辨率、移动速度与不同波束调制频率、速度稳定性与等光程差采样精度之间的关系,明确影响FTIR光谱信噪比的主要因素。建立黑体辐射干涉图和光谱图仿真模型,并对比分析了相位误差和动镜驱动误差对FTIR干涉图和光谱的影响,其中相位误差可以通过Mertz算法进行相位校正,但是动镜驱动误差要求采用高精度的控制方法解决。为解决便携式FTIR干涉仪抗振和光路准直性能需求,提出一种新型基于角镜的摆扫式干涉仪结构,采用几何光学方法建立光程差方程,通过数值模拟仿真分析了光线轨迹,分析结果表明该干涉仪可满足光路自准直和便携性,但光程差变化存在非线性。基于光程差非线性特点分析了等时间采样下动镜角速度控制规律,并对比分析了等光程采样方法,确定基于辅助He-Ne激光的动镜控制方案。针对角镜摆扫抗扰动需求,建立基于自抗扰控制算法（ADRC）的控制系统数学模型。针对定值给定下的动镜快速起动需求,优化ADRC结构,采用MatlabSimulink进行了 ADRC控制仿真验证,给出控制器最优参数。研发了以DSP为控制核心的音圈电机光程差速度控制系统,实验表明该系统具有更高的光程差速度控制精度和快速的动态响应（稳态区间光程差峰峰值速度变化不稳定度±0.5%,±2%误差带过度时间62ms,±0.5%误差带过度时间162ms,He-Ne激光调制频率50KHz,光谱分辨率1cm-1）。基于摆扫式角镜干涉仪和ADRC动镜控制系统,结合外围光路、数据采集卡和PC机完成整体FTIR系统设计。采用基于最小二乘法的多组分光谱分析方法对CO和丙烷混合标气进行了定量分析,测量相对误差分别为0.86%和0.58%。通过将便携式FTIR搭载在移动履带车平台上测试其抗振动性能、分辨率和信噪比。最后针对机动车尾气分析检测过程复杂,难以实现多组分VOCs实时在线测量问题,开展了机动车尾气检测应用研究。基于AVL台架进行NEDC和WLTC工况测试,此外还开展了车载冷启动和城市道路测试。实时监测CO、CH4、NO、CO2和10余种典型VOCs气体排放特征。相比于传统尾气检测技术,便携式FTIR测量系统可以快速、实时获取多组分机动车的瞬时排放数据,有助于优化发动机预热策略。在满足新规测试要求下,也可实现更高标准的NMHC和NMOG测量,同时也可为机动车在实际道路上的排放特征分析和模拟提供可靠的数据支持。
黄见[4]（2020）在《光谱编码与信号权重傅里叶关联成像技术研究》文中提出光学图像是人类认知世界的主要手段之一。相较于其他认知手段,光学图像更加直观、全面、丰富。近年来,一种不同于传统面阵成像的新型成像技术-关联成像受到了国内外学者的持续关注。相对于传统使用面阵探测器进行成像的技术,关联成像的成像器件为单像素探测器（如光电倍增管等）,结合光学调制器件与相关算法来实现对目标物体成像,因此关联成像技术也常被称之为单像素成像技术。单像素探测器的光谱选择范围较面阵探测器广,使得关联成像技术在非可见光或者面阵探测器无法成像的波段具有潜在的成像优势。此外,结合高速光电探测系统与高重频、窄脉冲激光光源,关联成像在远距离、高纵向分辨率三维成像方面具有显着优势。目前,关联成像技术在光谱成像、太赫兹成像、三维成像、气体泄露成像以及目标跟踪等领域都展现了独特的应用前景。然而,就现阶段关联成像的性能指标（如成像空间分辨率、质量与效率等）与传统的面阵成像仍有一定的差距,如何提高关联成像技术的这些性能参数,广大科技工作者做出了巨大努力并取得了丰硕成果。在前人的研究基础之上,本文主要围绕多光谱关联成像技术与傅里叶关联成像技术展开研究,针对现有相关技术的不足,提出新的研究方法并进行理论分析、数值仿真与实验验证。本论文包括六个章节,其中第一章主要综述了关联成像技术的发展及相关应用;第二章介绍了关联成像技术的相关图像复原方法;论文的第六章对所研究的工作进行总结与展望;第三、四和五章为本论文的主要工作,概括如下:（1）多光谱关联成像技术通常采用光谱分光的方式使用多个探测器同时或者使用单个探测器分时获取被成像物体的光谱分量图像,进而融合出相应的多光谱图像,该方案导致多光谱成像系统结构复杂、数据量大、效率低。针对传统多光谱关联成像技术的不足,提出了正交调制照明的光谱编码计算关联成像技术。通过确定性的正交Hadamard基矩阵分别与光谱编码矩阵结合来构造正交的多光谱调制照明散斑。应用基于数字光投影技术的投影系统对成像物体照明,使用单个单像素探测器收集成像物体的后向散射光,并离散化后存储。多光谱图像复原过程:首先,应用演化压缩迭代技术从探测信号中复原出成像物体的混叠光谱图像;其次,利用光谱编码矩阵相互正交性质,通过复原出的混叠光谱图像与光谱编码矩阵点乘运算解码出相应欠采样的光谱分量图像,对分离出的欠采样光谱分量图像分别采用组稀疏压缩感知算法重构全采样光谱通道图像,进而融合出目标物体的多光谱图像。理论分析了正交调制照明的光谱编码计算关联成像方法,并进行了数值仿真和实验验证,同时开展了基于传统多光谱关联成像方法的对比实验,仿真与实验结果均表明方法的有效性。所构造的正交调制照明散斑有效克服了随机调制散斑的冗余性,提高了多光谱关联成像效率;所提方法简化了多光谱关联成像的系统配置,降低了数据采集量与复原时间。（2）鉴于自然场景的主要信息集中在傅里叶变换域低频区域的先验知识,因此可以将低频区域的傅里叶基散斑应用在关联成像中对光源或者成像物体反射/透射信号进行调制,可以有效降低采样数与投影散斑的数量,提高关联成像的效率。然而,目前常用的空间光调制器数字微镜器件对灰度傅里叶基散斑的刷新率很低,制约了传统基于数字微镜器件的傅里叶关联成像技术的进一步发展和应用。针对该问题,提出了信号权重傅里叶关联成像技术,将灰度傅里叶基调制散斑转换为相应的二值化调制散斑序列,由二值化调制散斑对应探测信号的权重代替二值化散斑调制时间的权重,大幅提高基于数字微镜器件的傅里叶关联成像效率。技术上,首先将灰度的傅里叶基散斑按照十进制转二进制的原理分解为相应的二值化调制散斑序列对光源进行调制,以充分利用数字微镜器件对二值化散斑刷新率高的优势;其次对二值化调制散斑对应的探测信号进行权重求和来等效相应空间频率下的傅里叶频谱系数;最后对采集的频谱系数进行逆傅里叶变换来复原成像物体图像。理论分析了信号权重傅里叶关联成像的方法;数值仿真了灰度傅里叶基散斑在不同量化等级下分解为二值化散斑序列后对不同目标图像的复原质量;在理论与数值仿真的基础上开展了实验验证工作,分别对静态物体和动态物体进行了实验,实现了帧频约9帧的视频成像。所提方法推动了傅里叶关联成像技术的发展。（3）时间飞行三维关联成像雷达具备同时获取成像区域内待测物体的距离信息与待测物体图像的能力,在遥感与目标探测识别等领域具有广阔的应用前景。将信号权重二维傅里叶关联成像扩展到空间三维成像,结合时间飞行原理,提出了时间飞行三维傅里叶关联成像技术。分析了时间飞行三维傅里叶关联成像过程及图像复原方法;开展了时间飞行三维傅里叶关联成像实验研究,对二值化散斑对应探测信号进行权重计算获得成像区域内物体的傅里叶频谱切片,然后应用傅里叶频谱切片的不同频谱成分分别重构、计算出了成像区域的切片图、强度图和距离图。实验结果表明,利用前25%频谱成分可实现对目标物体的强度图和距离图清晰成像。开展了目标物体被网状遮挡物遮挡实验,发现利用前25%频谱复原的强度图和距离图的质量要明显优于完整频谱复原的强度图和距离图的质量,初步的实验结果反映出时间飞行三维傅里叶关联成像技术可能在去除网状遮挡物方面具有潜在的技术优势。
靳华伟[5]（2020）在《基于光声和腔衰荡光谱的气溶胶吸收和消光系数同步检测技术》文中研究表明气溶胶是影响大气辐射、军事国防、无线通信、环境保护和职业病防治的重要因子,故掌握其消光系数、吸收系数和散射系数等光学特性参数至关重要。但现有的单一参数测量技术因采样差异并不能保证统一的测量基准,而多参数同步检测技术多局限于设备间的“同时、同地、叠加”测量,且受采样损耗、腔体差异和探测源等因素影响较大,仍然存在检测基准不统一、无法同步准确检测等技术难题。为了解决这一难题,本文提出了基于光声光谱和腔衰荡光谱的气溶胶吸收和消光系数同步测量方法,研究了光声光谱和腔衰荡光谱耦合测量系统;优化设计了谐振腔体结构,提高了传统结构光声腔的信噪比,达到了环境大气探测限;对比分析了不同光声系统的响应性能,阐明了光声系统的温湿度影响特性;建立了光声系统的数据校正算法,开展了气溶胶标准源的测量研究;外场实验直接检测了气溶胶的消光系数和吸收系数,间接推算了气溶胶的散射系数和单次散射反照率,并对比验证了系统的准确性,实现了环境大气气溶胶光学特性参数的同步检测。上述研究对统一大气气溶胶光学特性参数检测基准、提高检测可比性、降低检测成本等都具有重要意义。具体的研究如下:1)采用理论分析、结构设计、仿真建模和实验研究相结合的方法,优化设计了传统光声系统的腔体结构。从谐振腔、缓冲腔、调制参数、光路布置、信号采集、数据处理、缓冲和采样方式等方面研究了光声系统探测限、池常数和本底噪声等性能,研制了光声光谱测量系统样机,完成了气溶胶的标定。研究结果表明光声系统的本底噪声和信噪比得到了显着降低和提高,系统梯度曲线经过线性拟合后的R2为0.998,与腔衰荡光谱系统外场对比的相关性较好,达到了环境大气的探测限需求。2)提出并实现了同步测量大气气溶胶消光系数和吸收系数的测量方法,论述了光声光谱和腔衰荡光谱同步测量的可行性,研究了光学高反镜和石英窗片对腔内光强的影响,设计了三段式的耦合腔体结构,仿真分析了缓冲腔对光声响应的影响,并从器件选型、采样系统、信号采集处理和系统集成等方面完成了耦合系统的设计及样机测试。研究结果表明耦合腔内的叠加光强为原始光强的48.45%,谐振腔和缓冲腔长度分别为120 mm和330 mm,建立的耦合腔对光声系统声场分布影响较小,耦合后的光声光谱和腔衰荡光谱系统气溶胶探测限分别为 0.45 Mm-1 和 0.11 Mm-1。3)开展了不同光声光谱系统的性能研究,对比分析了不同光路布置下的光声光谱特性,研究了光声腔梯度斜率误差、数据误差和池常数等多个指标,验证了耦合光谱测量系统的同步测量性能,搭建了控制温度和湿度的实验系统,分析了压强、温度和湿度等因素对光声腔性能的影响规律。研究结果表明光声光谱系统响应随着温度和湿度的增加而增加,温度会造成共振频率漂移,湿度对光声响应幅值影响较大;高反光声腔在梯度斜率误差、数据误差和池常数等多项指标上要优于其他光路布置的光声腔体。4)建立了光声系统的数据校正算法,完成了基于神经网络算法的耦合测量系统精度研究,研究结果表明光声响应经神经网络算法校正后效果较好。同时开展了气溶胶标准源的测量研究,以及同步测量系统的外场实验,得到了消光系数、吸收系数、散射系数和单次反照率的时间序列,分析了观测期间的消光系数和散射系数关系,并通过与MAX-DOAS以及国控质量监测站点的数据对比,验证了系统的准确性。综上研究表明,基于光声光谱和腔衰荡光谱的气溶胶吸收和消光系数同步测量技术可行,为气溶胶光学特性的同步检测提供了一种新思路和方法,也为同类型仪器的开发提供了参考。
刘玲钰[6]（2020）在《多抽头EMCCD时序控制及非均匀性校正研究》文中提出随着EMCCD的快速发展,其已经成为微光成像领域的核心器件之一,被广泛应用到军事、天文等领域。EMCCD可以在固态级就实现电荷倍增的效果,特别适合在微光条件下工作。因其具有高分辨率、高帧频、低读出噪声和高量子效率等特点,在大口径望远镜的自适应光学系统中有着重要应用。深入研究EMCCD传感器的成像机理,完成其驱动时序发生器的设计,解决由于多抽头读出引起的成像质量不均匀的问题,对高性能EMCCD相机的整机国产化研发有着重要意义。首先本文对基本的EMCCD器件工作原理进行分析,建立电子倍增CCD的光电转换模型,重点研究其电子倍增部分的物理模型,得出EMCCD的通道传输方程。通过测量实际相机的电子倍增增益,确定了电子增益的测量方法,并验证了光电转换模型能够与实际器件的倍增曲线相吻合。光电转换模型的正确搭建对指导后续的多抽头驱动时序发生器设计以及非均匀性校正研究具有重大意义。为保证多抽头EMCCD相机能够正常稳定的工作,其极为关键的是驱动信号的产生及输出信号的处理。基于8抽头的CCD220传感器设计了2000帧/秒级高速、高精度、多路同步时序发生器,并通过时序控制的方法在CCD器件上实现了多种像元合并,进一步将相机帧频提高到3500帧/秒（2×2合并）和5700帧/秒（4×4合并）。时序发生器的步进精度可达到2.5ns,输出的各路驱动信号的相位抖动可达200ps以下。针对CCD220的芯片手册中驱动信号的时序要求,设计多抽头高精度的时序发生器,是相机能够正常工作的前提,也是后续非均匀性校正研究的基础工作。由于CCD220是八通道读出的图像传感器,根据建立的光电转换模型可以看出由于其各通道的参数差异会引起输出非均匀性,通过对非均匀性来源进行分析,并对比现有的非均匀性校正算法,提出利用两步校正法分别校正线性系统的非均匀性及电子增益的非均匀性,实验结果表明:利用两步校正法进行EMCCD相机非均匀性校正,改善效果明显。校正前图像的灰度值均方根偏差为0.09%,校正后为0.01%;校正前相机的PRNU为0.99%,,校正后相机的PRNU为0.45%。在不同曝光时间、不同增益的条件下校正算法均可将图像非均匀性降低40%以上。从成像效果上看,校正前图像上分块明显,校正后得到消除,能够得到均匀清晰的图像,结果令人满意。最后对国产化的EMCCD相机整机进行测试,搭建测试平台,对其性能有一个整体的评估,并与当前自适应光学系统最高水平的OCAM2相机进行对比分析,得出自研的EMCCD相机各项参数基本符合自适应光学系统的需求,并可以与国外高水平相机相媲美的结论。
朱志伟[7]（2020）在《高分辨双光梳系统的研制及其应用的研究》文中研究表明基于光学频率梳技术发展而来双光梳光谱测量系统,通过具有一定重复频率差的双光梳光源实现快速的光学外差探测,具有快速、灵敏、高分辨和高精度的技术优势,近年来已在精密光谱分析、光学测距、光学成像等应用方向上展现出巨大的应用潜力,并迅速成为相关领域内的研究热点。实现梳齿可分辨的高分辨双光梳光谱测量依赖具有高度相干性的双光梳光源,目前,采用高速调制器件对光纤锁模激光器的两个自由度进行精密的反馈控制,是提高双光梳光源相干性的主要方法。一方面,研究光纤锁模激光器的噪声演化特性,获得低噪声的飞秒脉冲是实现双光梳光源频率稳定的基础;另一方面,发展精密的相位锁定技术,对于抑制双光梳光源的频率噪声、实现双光梳光源的高互相干具有重要意义。进一步地,研制紧凑稳定的集成化双光梳光谱测量系统,也是提高双光梳技术实用性、拓展双光梳技术应用领域的关键。本文以“高分辨双光梳系统的研制及其应用的研究”为主题,分别深入研究了低噪声光纤锁模激光器、精密相位锁定技术以及双光梳光谱测量系统。以自主研制的全保偏光纤锁模激光器为研究基础,从理论和实验上探究了光纤锁模激光器的噪声演化特性,验证了脉冲能量、脉冲宽度以及脉冲的非线性对脉冲噪声的影响,并通过泵浦优化的方式实现了低噪声脉冲的输出;研究了光学频率梳涉及的相关相位锁定技术,基于全保偏光纤设计研制了重频可调谐的实用型光学频率梳;进一步利用电光调制晶体设计了高反馈带宽的相位锁定方案,实现了基于光学参考的超低噪声光学频率梳;发展了基于窄线宽激光器的互相干锁定技术,实现了梳齿可分辨的高分辨双光梳光源,搭建了双光梳光谱测量系统并实现了分子吸收光谱的精密分析和探测样品的三维成像。本论文具体研究内容和创新点概括如下:1.提出了泵浦—相位噪声平衡机制,研制了具有低噪声特性的全保偏光纤锁模激光器。基于可饱和吸收镜锁模技术,创新性地提出了基于保偏光纤的环形结构谐振腔,实现了简单紧凑、抗环境干扰能力强的全光纤锁模激光器,获得了重复频率为101MHz、光谱宽度为12.4nm、中心波长为1560nm的飞秒激光脉冲;通过理论计算和数值模拟,研究了光纤锁模激光器的噪声演化过程,验证了飞秒脉冲的噪声特性与脉冲性质之间的确定关系,最终通过优化泵浦能量的方式,将脉冲时间抖动压缩到269fs（10Hz-10MHz）的低噪声水平。2.设计了程式化腔长调节方案,研制了重频可调谐的全光纤光学频率梳,实现了飞秒光学频率梳的重频扫描。基于自主研制的低噪声全保偏光纤锁模激光器,利用电控延迟线获得了342kHz（@101MHz）的重频调谐范围;自主设计了全保偏光纤放大器和锁相环系统,同时实现了重复频率信号frep和载波包络相位偏移频率信号fceo的锁定,并通过集成化封装获得了结构紧凑的实用型光学频率梳系统。该光学频率梳中frep和fceo的频率抖动的均方差仅为165μHz和1.1mHz,频率不稳定度分别达到1.49×10-12和5.74×10-18,其稳定性受限于铷原子钟的频率稳定性,精密锁定后frep和fceo的残余相位噪声分别为336μrad和713mrad（积分区间1Hz到1MHz）。3.发展了光学频率梳的噪声综合抑制技术。使用具有高调制带宽的电光调制晶体作为振荡器的快速促动器,通过合理的腔型设计,在光纤锁模激光器内实现了150kHz以上的强度调制和相位调制,分别用于载波包络相位偏移频率和重复频率的精密锁定。同时完成了对光频参考频率信号fbeat和载波包络相位偏移频率信号fceo的精密锁定,获得了超低噪声光学频率梳:锁定后fbeat和fceo的频率抖动的均方差仅为206μHz和265μHz（连续锁定时间大于20小时）,频率不稳定度分别达到6.31×10-19和9.15×10-19,积分区间1Hz到1.5MHz内的残余相位噪声分别达到21.8mrad和86.1mrad量级,对应的时间抖动达到18.1as和71.3as。4.研制了梳齿可分辨的高分辨双光梳光源。基于高反馈带宽相位锁定技术,利用相同的参考源,同时精确控制了两台光纤锁模激光器的载波包络偏移频率信号fceo和光频参考频率信号fbeat,实现了100mrad以下的残余相位噪声,获得了具有高互相干性的双光梳光源。两台光学频率梳的重复频率分别精确锁定在100150315Hz和100150175Hz,实现了最小相对线宽（受限于数据处理系统）为120mHz的双光梳光源,获得了85.7kHz的光谱分辨率。5.组建了高精度的双光梳光谱测量系统。通过在探测系统中设置参考臂和测量臂,使双光梳光谱测量系统的干涉信号可以同时反演吸收光谱和绝对距离信息。在接下来的工作中,采用0.5s的单点测量时间进行二维形貌扫描,测量了传输路径中的气体成分和样品的三维形貌;获得了CO2和CO混合气体的高精度吸收光谱,其分辨率达1.43MHz,信噪比达2230;同时实现的样品三维成像,具有40μm的横向（纵向）空间分辨率和0.68μm的深度测量精度。
刘景艳[8]（2020）在《微藻细胞浓度定量检测方法研究》文中指出微藻是一种低等浮游植物,广泛分布于世界各地,是水体初级生产力的主要组成部分。由于微藻富含蛋白质、氨基酸、高不饱和脂肪酸、色素和多种生物活性物质,在不久的将来必将成为食品、医药、饲料和燃料的重要来源。因此,许多研究机构正在开展微藻培养。由于微藻在富氮、富磷的水中易于繁殖,一方面可以净化水体富营养化,另一方面一旦出现爆发式生长则会引起水华现象,因此微藻可用于污水处理和水质监测。在微藻培养和生态监测中,准确测定微藻的生物量浓度是非常重要的,然而由于微藻个体量小、数量庞大,精确测定其生物量既困难又耗时,已成为研究和生产实践中的难题之一。本研究以莱茵衣藻和小球藻作为研究对象,采用原位荧光技术、可见近红外吸收光谱技术和显微成像技术结合多种化学计量学算法和图像处理算法,进行高浓度微藻细胞浓度的检测,为微藻生长信息的监测提供支持。论文的主要研究成果和结论如下:（1）研究了基于图像处理技术的藻类细胞浓度定量检测方法。首先,使用显微镜和与之相配套的CCD相机作为图像获取设备,对微藻进行显微成像,获取不同浓度条件和不同采样环境下的微藻显微图像;然后,针对不同图像的特性选择不同的图像处理算法,其中包括使用HSV图像转换和γ变换、Retinex变换相结合的方式消除掉显微图像中的血球计数板的方格背景;利用拉普拉斯算子扩大细胞的边界区域;最后,利用改进的分水岭算法对重叠的微藻细胞进行分割,使用区域标记法对微藻细胞进行计数,并利用换算公式得出微藻的细胞浓度。同时开发了基于图像处理技术的微藻细胞浓度自动定量软件。该软件与人工测量方法相比检测时间从5分钟减少到1分钟以内,重复检测精度从80%提高到95%。（2）采用单激发荧光光谱法和人工神经网络（ANN）相结合的检测方法,对莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的细胞浓度进行定量检测。以470nm波长的发光二极管（LED）为激发光源,对不同浓度的莱茵衣藻样品进行了电子激发。结果表明,随着藻类浓度的增加,藻类荧光强度与藻细胞浓度呈非线性关系。荧光峰向长波方向移动。为了快速、准确地监测微藻细胞的浓度,建立了 GA-BP模型。在2×105～6.4×106mL-1浓度范围内,实现了微藻细胞浓度的快速、无标记、粗略估计和监测。然后利用不同生长批次的样品对模型进行验证。通过将GA-BP模型与其他的藻细胞浓度检测模型（BP人工神经网络,PLS模型和PCR模型）进行了比较,发现GA-BP模型更为准确。此外,利用独立的数据集对模型的预测性能进行了外部验证,将训练好的模型应用于三种不同培养条件下的微藻细胞浓度的预测,预测结果显示正常培养和缺氮培养的微藻溶液的MAE和MARE分别为8.96R105mL-1、0.0178和6.585×105 mL-1、0.039,均取得了良好的预测效果。（3）以小球藻作为研究对象,本文提出“重构吸收光谱”的概念,并提出了一种基于重构吸收光谱的藻细胞浓度检测方法。通过在不同积分时间下测量参比溶液和藻类样品,可以得到较大浓度范围内样品的吸收光谱,利用积分时间与吸光度的转换关系,将其转换为与参比溶液相同的积分时间下重构吸收光谱。最后,以重构的吸收光谱为研究对象,采用支持向量机回归（SVR）和偏最小二乘（PLS）建立藻细胞浓度预测模型。以光纤光谱仪为主体的实际应用表明,该方法能在3.5×105～1.4×108 mL-1的浓度范围内检测小球藻细胞的浓度,覆盖了微藻培养的实际浓度范围。两个模型的评价指标R2可达0.9762和0.9441。通过与之前研究成果的比较得出本文所设计的方法能以最简单的方式扩大藻类细胞浓度的检测范围,简化了检测过程,提高了工作效率和检测精度,扩大了分析仪器的整体动态范围,降低了测量成本,并且提高了传统吸收光谱技术的检测能力。
豆晓雷[9]（2020）在《差分吸收激光雷达的高精度校准方法研究》文中研究表明随着激光技术的不断发展,激光雷达被广泛应用于大气环境探测。激光雷达发射激光,与大气中分子相互作用,产生的后向散射信号被望远镜接收,探测器对后向散射信号进行光电转换,利用数据采集卡实现对电信号的采集与储存,最终完成对待测物体浓度的测量。但是在其数据的准确性、复现性以及不同系统测量结果的可比较性等方面要求愈发严格,对激光雷达的发展提出了新的要求。因此,基于激光雷达的高精度校准至关重要。1、全面研究了激光雷达的校准方法,理论分析了单元模块校准方法、整体系统校准方法、比较校准方法三种方法的工作原理及其不确定性误差。单元模块校准方法是将激光雷达系统拆分,然后对模块进行单独校准。整体系统校准方法是借助一个气体成分和浓度都可调的气体池,使用差分吸收激光雷达直接探测气体池内气体,根据比较测量结果和气体池内气体浓度的偏差实现校准。比较校准方法是将激光雷达和气体池视为一个整体,通过测量气体浓度进行激光雷达标定,然后利用完成校准的激光雷达和待校准的激光雷达在同时刻同地点测量气体浓度。2、设计了用于整体系统校准的标准气体池,通过zemax模拟了差分吸收激光雷达和积分路径差分吸收激光雷达的校准光路,根据实际需求,确定了光源、透镜、气体池等相关参数。设计加工了标准气体池,并且对标准气体池进行光传输损耗实验,结果显示:激光束在气体池传播中能量衰减远低于1%。3、研制了一台用于比较校准的IPDA激光雷达系统,结构由光源、收发系统、采集与处理系统组成,详细介绍相关器件的参数指标。对IPDA激光雷达结构进行优化,采用多模保偏环形器提高了光路稳定性,同时实现了激光雷达收发共轴的结构设计。利用光谱分析仪监测激光信号,确保激光器在相同状态时记录实验数据,进而保证整个测量过程的准确性。利用气体池实现近距离IPDA激光雷达的校准,利用校准好的IPDA激光雷达实现长距离探测的差分吸收激光雷达校准。
张铭[10]（2020）在《基于红外吸收光谱的气雾剂泄漏检测系统研究》文中认为气雾剂是一种通过加压制备的制剂,常见产品包括杀虫剂、清新剂等。由于此类产品常包含易燃易爆的气体成分,若封装不合格则将泄漏累积,进而可能在密集储存过程中爆炸,造成重大损失。传统的气雾剂检漏方法为恒温水浴法,具有抽检率低、耗水耗时的缺点,无法满足行业中日益严格的监管需求。近年来,基于光谱学的气体检测技术,具有效率高、无接触的优点,为气雾剂产品的泄漏检测提供了可能。因此,研发基于中红外吸收光谱的气雾剂检漏系统,对气雾剂产业的安全生产具有重要意义,本文主要研究并搭建了基于红外吸收光谱技术的泄漏检测系统,具体如下:（1）通过检测并分析气雾剂产品的吸收光谱,结合官能团化学性质,确定光谱中最显着吸收峰的来源。进一步地,为解决背景气体的干扰问题,检测分析灌装车间空气的吸收光谱。针对背景气体吸收光谱的基线漂移问题,提出了基于BEADS算法的基线消除降噪算法。最终,结合常见干扰气体的HITRAN数据,通过模拟背景气体和水蒸气干扰下的丙丁烷吸收谱线,验证了以丙丁烷2967（88）-1处的吸收特征作为目标吸收峰的可行性。（2）为了解决直接吸收光谱需要扫描零吸收波段且精度不足的问题,使用波长调制技术将测量量转移至高频区间。针对波长调制需要精细调参的局限性,提出了基于吸光度曲线洛伦兹线型拟合的自动定参算法,在确定调制波中心值的同时进行机器自检。为解决谐波曲线计算复杂的问题,搭建了基于simulink实验系统模型,通过仿真确定了谐波特性。最终,针对基于二次谐波的气体浓度反演依赖标气标定的缺点,被一次谐波归一化的二次谐波作为定性判定依据,避免了对标准气体的依赖。（3）由于不同气雾剂产品应当设定不同的泄漏判定阈值,提出了基于气雾剂图像的分类算法。预处理阶段中,提出结合Lab颜色空间上的大津分割与霍夫变换直线检测,从而避免背景中无关特征在网络训练中的干扰。针对原始图像中产品角度不同且可能残缺的问题,建立了Densenet深度学习网络,通过两类气雾剂产品的分类实现了检测阈值的自动切换。（4）搭建了气体浓度检测光学模块,选取带间级联激光器作为中红外光源,配合碲镉汞中红外探测器采集光强。同时,为累积吸收量提高精度,使用长光程吸收池多次反射光束。为满足中红外光路调节的需求,设计并搭建了两套分别基于空间光和光纤的耦合系统,结构紧凑且适用于维护人员的光路调试。进一步搭建了包含筛除气路、产品计数功能的系统样机,测试了一批水浴法判定泄漏的罐体,实现了不低于85%的正确率,表明了基于光谱学的气雾剂泄漏检测的可行性。
二、光度测量系统中的光子计数采集卡（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光度测量系统中的光子计数采集卡（论文提纲范文）
（1）应用于VOCs探测的中红外差分吸收激光雷达系统设计及探测性能仿真（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 VOCs的来源及危害 |
| 1.1.2 污染气体的探测方法 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.3 主要内容及章节安排 |
| 2 差分吸收激光雷达探测理论 |
| 2.1 激光与大气介质的相互作用 |
| 2.1.1 大气散射效应 |
| 2.1.2 气体分子的选择性吸收 |
| 2.2 差分吸收激光雷达探测原理 |
| 2.3 探测系统误差来源 |
| 2.3.1 系统误差 |
| 2.3.2 随机误差 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 中红外差分吸收激光雷达系统设计 |
| 3.1 VOCs气体探测差分吸收激光雷达基本组成 |
| 3.2 VOCs差分吸收激光雷达光源系统 |
| 3.2.1 激光光源 |
| 3.2.2 系统探测波长 |
| 3.3 激光发射模块 |
| 3.3.1 光束准直 |
| 3.3.2 探测波长光束的扩束 |
| 3.4 回波信号接收模块 |
| 3.4.1 信号接收模块 |
| 3.4.2 后继光路 |
| 3.5 信号采集模块 |
| 3.5.1 光电探测模块 |
| 3.5.2 数据采集模块 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 系统探测性能研究 |
| 4.1 中红外大气后向散射和消光系数修正 |
| 4.2 回波信号仿真 |
| 4.2.1 系统参数 |
| 4.2.2 回波信号噪声 |
| 4.2.3 回波信号及浓度反演 |
| 4.3 系统探测距离研究 |
| 4.3.1 出射激光能量对探测距离的影响分析 |
| 4.3.2 待测气体浓度变化对探测距离的影响分析 |
| 4.3.3 望远镜接收面积对探测距离的影响分析 |
| 4.4 系统探测极限分析 |
| 4.4.1 干扰气体浓度对探测极限的影响分析 |
| 4.4.2 分子吸收截面对探测极限的影响分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结及展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（2）基于光频调制的高精度激光雷达测距技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 激光雷达目标测距方法 |
| 1.2.1 直接计时法测距 |
| 1.2.2 脉冲编码激光测距 |
| 1.2.3 相位式激光雷达测距 |
| 1.2.4 飞秒光频梳激光雷达测距 |
| 1.2.5 基于光频调制的雷达测距 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 第2章 光频调制激光雷达测距方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光频调制激光雷达测距原理 |
| 2.3 激光光源调制原理 |
| 2.3.1 DFB分布反馈式半导体激光器 |
| 2.3.2 DBR分布布拉格反射式半导体激光器 |
| 2.3.3 外腔半导体可调谐激光器 |
| 2.4 相干信号探测方式 |
| 2.4.1 单管探测 |
| 2.4.2 平衡探测 |
| 2.5 调谐激光器的光频调制特性 |
| 2.5.1 光频调制非线性特性 |
| 2.5.2 光频调制非线性对距离测量的影响 |
| 2.5.3 非线性调制激光测距实验 |
| 2.6 基于光频调制激光雷达的关键技术 |
| 2.6.1 光频调制非线性校正技术 |
| 2.6.2 调制激光跳模影响的消除以及辅助干涉光路长度的标定 |
| 2.6.3 双干涉光路色散失配补偿技术 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 光频调制激光雷达非线性校正方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 双干涉光路非线性光频调制校正原理 |
| 3.2.1 基于双干涉光路比相法的非线性光频调制校正方法 |
| 3.2.2 基于双干涉光路重采样的非线性光频调制校正方法 |
| 3.3 双干涉光路重采样法测距精度影响因素分析 |
| 3.3.1 采样误差对双干涉光路重采样法的影响 |
| 3.3.2 双干涉光路信号采集延迟差异对重采样法测距精度的影响 |
| 3.4 重采样方法辅助干涉光路光程压缩方法 |
| 3.4.1 移相频率采样法 |
| 3.4.2 近似等光频细分重采样法 |
| 3.5 基于辅助干涉信号相位细分的双干涉光路重采样方法 |
| 3.5.1 双干涉光路相位细分重采样原理 |
| 3.5.2 基于双干涉光路测距系统相位细分重采样的仿真实验 |
| 3.6 基于硬件倍频器的双干涉光路重采样方法 |
| 3.6.1 基于硬件倍频器的双干涉光路重采样原理 |
| 3.6.2 基于辅助干涉光路硬件倍频器重采样的仿真实验 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 双干涉光路系统色散失配校正方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 双干涉光路色散失配原理 |
| 4.3 双干涉光路色散失配对测距影响的仿真 |
| 4.3.1 色散失配下目标距离对系统测距影响的仿真 |
| 4.3.2 色散失配下光源调制带宽对系统测距影响的仿真 |
| 4.4 双干涉光路色散数值补偿方法 |
| 4.4.1 基于相位拟合校正的光纤色散校正方法 |
| 4.4.2 基于分数阶傅里叶变换的光纤色散校正方法 |
| 4.5 基于调制系数重采样的光纤色散校正方法 |
| 4.5.1 基于调制系数重采样的色散校正方法理论模型 |
| 4.5.2 基于调制系数重采样的色散校正方法仿真 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于光频调制的高精度激光雷达测距实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光频调制激光雷达跳模影响消除方法 |
| 5.2.1 基于相位拼接的光频调制激光雷达跳模影响消除方法 |
| 5.2.2 基于相位拼接的光频调制激光雷达跳模影响消除实验 |
| 5.2.3 基于光频调制激光雷达的测距实验 基于辅助干涉信号相位细分重采样的测距实验 |
| 5.2.4 基于辅助干涉光路硬件倍频器重采样的测距实验 |
| 5.2.5 基于调制系数重采样的色散校正方法实验 |
| 5.2.6 基于硬件倍频器重采样的色散校正测距实验 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 论文创新性说明 |
| 6.3 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）便携式FTIR光谱仪关键技术及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 便携式傅里叶红外光谱仪研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 FTIR动镜驱动技术 |
| 1.4 机动车尾气测量技术 |
| 1.5 论文主要工作 |
| 第2章 时间调制FTIR关键参数分析 |
| 2.1 FTIR基本原理 |
| 2.2 FTIR关键参数分析 |
| 2.2.1 分辨率 |
| 2.2.2 采样间隔 |
| 2.2.3 信噪比 |
| 2.3 相位误差分析 |
| 2.4 动镜驱动误差分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 摆扫式角镜干涉仪 |
| 3.1 干涉仪结构分析 |
| 3.2 摆扫式角镜干涉仪结构 |
| 3.3 光程差分析 |
| 3.4 数值模拟仿真 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 便携式FTIR动镜控制系统 |
| 4.1 控制系统结构及数学模型 |
| 4.1.1 控制系统结构 |
| 4.1.2 控制系统数学模型 |
| 4.2 自抗扰控制技术 |
| 4.2.1 自抗扰控制器结构设计 |
| 4.2.2 自抗扰控制算法设计 |
| 4.3 基于ADRC的FTIR动镜运动控制仿真 |
| 4.4 控制系统电路设计 |
| 4.4.1 驱动电路设计 |
| 4.4.2 光电探测电路设计 |
| 4.5 FTIR动镜控制性能分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 便携式FTIR性能测试 |
| 5.1 便携式FTIR系统 |
| 5.2 FTIR定量分析方法 |
| 5.3 分辨率测试 |
| 5.4 信噪比测试 |
| 5.5 标气测量 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 基于便携式FTIR机动车尾气测量应用研究 |
| 6.1 测量原理 |
| 6.2 实验分析 |
| 6.2.1 台架实验测试 |
| 6.2.2 车载实验测试 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果 |
（4）光谱编码与信号权重傅里叶关联成像技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 关联成像技术发展 |
| 1.1.1 从量子光源关联成像到计算关联成像 |
| 1.1.2 关联成像调制模式 |
| 1.2 关联成像技术及应用 |
| 1.2.1 多光谱关联成像技术 |
| 1.2.2 傅里叶关联成像技术 |
| 1.2.3 三维关联成像技术 |
| 1.3 论文的主要工作及章节安排 |
| 第2章 关联成像复原方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 迭代复原算法 |
| 2.3 压缩感知复原算法 |
| 2.3.1 信号稀疏表示与优化算法 |
| 2.3.2 基于组稀疏的图像复原算法 |
| 2.4 傅里叶关联成像图像复原方法 |
| 2.4.1 三步相移傅里叶关联成像图像复原方法 |
| 2.4.2 四步相移傅里叶关联成像图像复原方法 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 光谱编码计算关联成像技术研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光谱编码计算关联成像技术原理 |
| 3.3 光谱编码计算关联成像模拟仿真 |
| 3.4 光谱编码计算关联成像实验研究 |
| 3.4.1 光谱编码计算关联成像实验系统 |
| 3.4.2 光谱编码计算关联成像实验 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 信号权重二维傅里叶关联成像技术研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于数字微镜器件的灰度傅里叶基散斑调制方法 |
| 4.3 信号权重二维傅里叶关联成像方法 |
| 4.4 信号权重二维傅里叶关联成像仿真研究 |
| 4.5 信号权重二维傅里叶关联成像实验研究 |
| 4.6 小结 |
| 第5章 时间飞行三维傅里叶关联成像技术研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 三维图像的稀疏表示 |
| 5.3 时间飞行三维傅里叶关联成像及复原方法 |
| 5.4 时间飞行三维傅里叶关联成像实验研究 |
| 5.5 透过网状遮挡物的三维傅里叶关联成像实验研究 |
| 5.6 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要工作内容 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（5）基于光声和腔衰荡光谱的气溶胶吸收和消光系数同步检测技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究意义 |
| 1.2 研究目标 |
| 1.3 气溶胶光学特性参数的探测技术 |
| 1.4 光声和腔衰荡光谱技术研究现状 |
| 1.5 气溶胶光学特性的同步检测方法 |
| 1.6 本论文主要研究内容及总体框架 |
| 第2章 光声光谱测量系统设计与优化 |
| 2.1 光声光谱计算模型 |
| 2.1.1 光声效应基本理论 |
| 2.1.2 光声信号数学模型 |
| 2.2 光声光谱结构设计 |
| 2.2.1 光声光谱系统基本结构 |
| 2.2.2 谐振腔结构设计与优化 |
| 2.2.3 缓冲腔结构设计与优化 |
| 2.2.4 两级缓冲方式设计分析 |
| 2.2.5 本底噪声影响因素分析 |
| 2.3 光声光谱系统设计 |
| 2.3.1 光源选择及调制波形 |
| 2.3.2 微音器原理及其选型 |
| 2.3.3 光声探测及锁相放大 |
| 2.3.4 双光声光谱系统设计 |
| 2.4 光声光谱系统标定研究 |
| 2.4.1 标定气体有效吸收截面 |
| 2.4.2 光声光谱标定实验系统 |
| 2.4.3 系统共振频率标定研究 |
| 2.4.4 光声系统吸收系数标定 |
| 2.5 与腔衰荡光谱外场对比 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 耦合测量光谱系统设计与分析 |
| 3.1 腔衰荡光谱测量系统设计 |
| 3.1.1 衰荡光强与衰荡时间 |
| 3.1.2 光学谐振腔设计分析 |
| 3.1.3 系统设计及主要部件 |
| 3.1.4 信号采集系统设计 |
| 3.1.5 系统衰荡时间分析 |
| 3.2 耦合光谱测量系统设计 |
| 3.2.1 耦合光谱测量技术分析 |
| 3.2.2 高反镜对光强影响分析 |
| 3.2.3 窗片对光强影响分析 |
| 3.2.4 三段式耦合腔体设计 |
| 3.2.5 缓冲腔对耦合光声影响 |
| 3.2.6 耦合光谱测量系统设计 |
| 3.2.7 系统气密性测试分析 |
| 3.2.8 差分采样系统设计 |
| 3.2.9 耦合光谱系统集成设计 |
| 3.2.10 耦合衰荡腔性能分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 不同光声光谱系统性能分析 |
| 4.1 不同光声光谱系统对比分析 |
| 4.1.1 耦合光声腔性能分析 |
| 4.1.2 双光声腔性能分析 |
| 4.1.3 高反光声腔性能分析 |
| 4.1.4 光声腔性能对比分析 |
| 4.1.5 光声响应重复性分析 |
| 4.2 光声光谱性能影响因素研究 |
| 4.2.1 光声性能影响因素分析 |
| 4.2.2 压强对光声性能影响分析 |
| 4.2.3 温度对光声性能影响分析 |
| 4.2.4 湿度对光声性能影响分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 气溶胶光学特性同步测量研究 |
| 5.1 光声光谱系统精度研究 |
| 5.1.1 精度校正对象及预处理系统 |
| 5.1.2 多元线性回归校正算法研究 |
| 5.1.3 神经网络模型校正算法研究 |
| 5.1.4 无参考真值样本对比分析 |
| 5.1.5 与差分吸收光谱外场对比 |
| 5.1.6 气溶胶标准源的测量研究 |
| 5.2 气溶胶吸收和消光系数外场观测与分析 |
| 5.2.1 外场观测实验 |
| 5.2.2 观测结果分析 |
| 5.2.3 消光系数和散射系数关系 |
| 5.2.4 单次反照率分析 |
| 5.2.5 与MAX-DOAS外场对比验证 |
| 5.2.6 与国控质量监测站点对比验证 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 缩略词 |
| 附录B H_2O的部分有效吸收截面 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（6）多抽头EMCCD时序控制及非均匀性校正研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 图像传感器简介 |
| 1.2 电子倍增CCD国内外发展现状 |
| 1.2.1 高速高灵敏度EMCCD图像传感器及相机国外发展现状 |
| 1.2.2 高速高灵敏度EMCCD图像传感器及相机国内发展现状 |
| 1.3 研究背景及意义 |
| 1.4 论文研究内容及结构 |
| 第2章 电子倍增CCD工作原理及特点分析 |
| 2.1 EMCCD工作原理 |
| 2.2 CCD220 基本特性 |
| 2.3 电子倍增CCD的光电转换模型 |
| 2.4 倍增增益测量方法 |
| 2.4.1 基于EMVA1288 标准的测量方法 |
| 2.4.2 基于统计的测量方法 |
| 2.4.3 Andor888 相机的电子倍增增益测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 多抽头高精度时序发生器设计 |
| 3.1 CCD220 时序过程 |
| 3.2 CCD220 的驱动方案设计 |
| 3.3 CCD像元合并方法 |
| 3.4 EMCCD相机像元合并的具体实现方式 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于CCD220 的非均匀性校正 |
| 4.1 非均匀性基本特性 |
| 4.2 传统图像传感器非均匀性校正方法 |
| 4.2.1 两点校正法 |
| 4.2.2 多点校正法 |
| 4.2.3 多项式拟合校正算法 |
| 4.2.4 基于场景的校正算法 |
| 4.3 基于电子倍增模型的EMCCD非均匀性校正模型 |
| 4.4 CCD220 校正实现 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 EMCCD相机整机调试与测试 |
| 5.1 驱动电路调试 |
| 5.2 测试平台搭建 |
| 5.3 测试方案、实验及结果分析 |
| 5.3.1 测试指标计算方法 |
| 5.3.1.1 测试基本概念 |
| 5.3.1.2 系统总增益 |
| 5.3.1.3 读出噪声 |
| 5.3.1.4 饱和容量 |
| 5.3.1.5 动态范围 |
| 5.3.1.6 信噪比 |
| 5.3.1.7 非线性度 |
| 5.3.1.8 暗电流 |
| 5.3.1.9 暗场非一致性(DSNU) |
| 5.3.1.10 光子相应非一致性PRNU |
| 5.3.2 测试结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（7）高分辨双光梳系统的研制及其应用的研究（论文提纲范文）
| 论文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 前言 |
| 1.1 研究背景介绍 |
| 1.1.1 双光梳技术简介 |
| 1.1.2 双光梳技术的研究进展 |
| 1.2 论文研究工作的意义及创新点 |
| 1.2.1 选题的意义 |
| 1.2.2 论文研究的主要工作 |
| 1.2.3 论文的创新点 |
| 第二章 双光梳精密测量技术的研究 |
| 2.1 双光梳光谱测量技术的原理 |
| 2.1.1 光学频率梳 |
| 2.1.2 双光梳光谱测量技术的原理 |
| 2.2 双光梳系统的设计与系统噪声的影响 |
| 2.2.1 双光梳系统的转换参数 |
| 2.2.2 噪声的影响与抑制 |
| 2.3 双光梳测量的应用技术 |
| 2.3.1 高精度吸收光谱探测 |
| 2.3.2 绝对距离测量与三维成像 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 低噪声光纤锁模激光器的研究 |
| 3.1 光纤激光器的被动锁模技术 |
| 3.1.1 非线性偏振旋转锁模 |
| 3.1.2 非线性偏振演化锁模 |
| 3.1.3 非线性放大环形镜锁模 |
| 3.1.4 可饱和吸收体锁模 |
| 3.2 全保偏光纤锁模激光器的设计方案 |
| 3.2.1 基于SESAM锁模的全光纤激光器 |
| 3.2.2 理论模拟与数值计算 |
| 3.2.3 输出特性与稳定性的研究 |
| 3.3 光纤锁模激光器的噪声特性 |
| 3.3.1 孤子锁模的噪声模型 |
| 3.3.2 强度噪声与脉冲时间抖动 |
| 3.3.3 全保偏光纤锁模激光器的噪声特性 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 光学频率梳的相位锁定技术 |
| 4.1 光学频率梳的相位锁定技术 |
| 4.1.1 载波包络相位偏移频率的锁定 |
| 4.1.2 重复频率的锁定 |
| 4.2 重频可调谐的全光纤光学频率梳 |
| 4.2.1 系统设计 |
| 4.2.2 集成化封装 |
| 4.2.3 稳定性与噪声特性 |
| 4.3 超低噪声光学频率梳 |
| 4.3.1 种子源与反馈激励的设计方案 |
| 4.3.2 系统设计 |
| 4.3.3 稳定性与噪声特性 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 高分辨双光梳测量系统的研究 |
| 5.1 双光梳光源 |
| 5.1.1 光源的相干相位锁定 |
| 5.1.2 相干相位锁定的噪声特性 |
| 5.2 双光梳光谱测量系统 |
| 5.2.1 系统设计 |
| 5.2.2 系统参数的研究 |
| 5.3 高精度光谱分析与三维成像的应用研究 |
| 5.3.1 绝对距离计算与三维成像 |
| 5.3.2 高精度分子吸收光谱分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 博士期间发表论文 |
| Ⅰ学术论文 |
| Ⅱ荣誉和奖励 |
| 致谢 |
（8）微藻细胞浓度定量检测方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略词表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景和意义 |
| 1.2 典型微藻介绍 |
| 1.2.1 小球藻 |
| 1.2.2 莱茵衣藻 |
| 1.3 微藻细胞浓度检测技术研究现状 |
| 1.3.1 传统检测技术 |
| 1.3.2 光谱及成像技术 |
| 1.4 国内外研究存在的问题 |
| 1.5 研究内容和技术路线 |
| 1.5.1 研究目标 |
| 1.5.2 主要研究内容 |
| 1.5.3 技术路线 |
| 2 微藻细胞浓度信息获取的理论基础与方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 荧光光谱技术 |
| 2.2.1 荧光的产生 |
| 2.2.2 荧光光谱的类型和特征 |
| 2.2.3 荧光寿命和荧光量子产率 |
| 2.2.4 常用的荧光光谱技术 |
| 2.3 吸收光谱技术 |
| 2.3.1 吸收光谱的产生 |
| 2.3.2 吸收光谱定量测量原理 |
| 2.3.3 溶液吸收光谱的测量方法 |
| 2.3.4 吸光度测量的误差 |
| 2.4 光谱数据采集系统 |
| 2.4.1 USB6500微型光谱仪 |
| 2.4.2 光谱数据采集、分析和建模软件 |
| 2.5 显微图像技术 |
| 2.5.1 CKX41倒置显微镜 |
| 2.5.2 电子目镜 |
| 2.5.3 显微成像过程 |
| 2.6 光谱数据处理与建模技术 |
| 2.6.1 光谱预处理算法 |
| 2.6.2 光谱数据降维 |
| 2.6.3 光谱定量建模算法 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 基于数字图像处理技术的微藻细胞浓度定量检测 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 图像的表示方法 |
| 3.3 藻细胞显微图像获取 |
| 3.4 显微图像预处理 |
| 3.4.1 图像调整 |
| 3.4.2 HSV彩色空间转换 |
| 3.4.3 图像增强 |
| 3.4.4 空间滤波 |
| 3.4.5 图像锐化 |
| 3.4.6 图像二值化 |
| 3.4.7 图像形态学处理 |
| 3.5 图像分割 |
| 3.6 微藻细胞浓度定量 |
| 3.6.1 微藻细胞计数 |
| 3.6.2 微藻细胞浓度定量 |
| 3.7 微藻细胞浓度自动定量软件设计 |
| 3.7.1 登录界面设计 |
| 3.7.2 主界面设计 |
| 3.7.3 软件测量结果比较 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 基于单激发原位荧光技术的微藻细胞浓度定量检测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 荧光强度与藻类浓度之间的关系 |
| 4.2.1 荧光强度与浓度之间的关系 |
| 4.2.2 影响荧光强度的因素 |
| 4.3 微藻原位荧光光谱测量平台搭建 |
| 4.4 材料和方法 |
| 4.4.1 藻类培养和样品制备 |
| 4.4.2 微藻细胞浓度显微测量方法 |
| 4.5 样本光谱分析 |
| 4.6 光谱建模与数据处理方法 |
| 4.6.1 模型结构 |
| 4.6.2 输入变量与数据处理 |
| 4.6.3 模型性能评估 |
| 4.7 模型的训练与性能评估 |
| 4.7.1 模型的训练 |
| 4.7.2 模型预测结果 |
| 4.7.3 模型的验证 |
| 4.8 本章小结 |
| 5 基于重构吸收光谱技术的微藻细胞浓度定量检测 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光谱仪测量溶液吸光度 |
| 5.2.1 光谱仪测量系统 |
| 5.2.2 光源的选择 |
| 5.2.3 比色皿的选择 |
| 5.2.4 光谱仪积分时间与吸光度之间的关系 |
| 5.3 微藻吸收光谱信息获取平台搭建 |
| 5.4 材料和方法 |
| 5.4.1 样本获取 |
| 5.4.2 测量方法 |
| 5.5 数据处理方法 |
| 5.5.1 数据预处理 |
| 5.5.2 模型性能评估 |
| 5.6 吸收光谱重构 |
| 5.6.1 积分时间与吸光度之间的关系 |
| 5.6.2 小球藻样品的重构吸收光谱曲线 |
| 5.6.3 特征光谱选择 |
| 5.7 模型的预测与比较 |
| 5.7.1 模型预测结果 |
| 5.7.2 研究结果比较 |
| 5.8 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 在读期间发表的论文及专利 |
| 作者简历 |
| 致谢 |
| 附件 |
（9）差分吸收激光雷达的高精度校准方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 激光雷达校准的意义 |
| 1.2 激光雷达的分类 |
| 1.2.1 Raman散射激光雷达 |
| 1.2.2 Reyleigh散射激光雷达 |
| 1.2.3 Mie散射激光雷达 |
| 1.2.4 差分吸收激光雷达 |
| 1.2.5 共振荧光激光雷达 |
| 1.2.6 积分路径差分吸收激光雷达 |
| 1.3 激光雷达校准研究进展 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 本文的研究内容和结构 |
| 第2章 激光雷达校准方法的理论分析 |
| 2.1 单元模块校准方法的理论分析 |
| 2.1.1 发射光源 |
| 2.1.2 接收系统 |
| 2.1.3 光电接收和转换系统 |
| 2.1.4 数据分析处理方法 |
| 2.2 整体校准方法的不确定度分析 |
| 2.2.1 差分吸收激光雷达的基本原理 |
| 2.2.2 整体系统校准方法的理论研究 |
| 2.3 比较校准方法的不确定度分析 |
| 2.3.1 标准参考光度计 |
| 2.3.2 比较校准方法原理 |
| 2.3.3 不确定性评估 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 激光雷达校准系统的模拟 |
| 3.1 可用于长距离探测DIAL激光雷达的标准气体池光路模拟 |
| 3.1.1 高功率光源 |
| 3.1.2 准直透镜组 |
| 3.1.3 反射镜组 |
| 3.1.4 光学黑体 |
| 3.1.5 标准气体池加工与验证 |
| 3.2 可用于短距离探测IPDA激光雷达的光路模拟 |
| 3.2.1 低功率光源 |
| 3.2.2 小型校准气体池 |
| 3.2.3 气体池加工与验证 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 整体校准方法中气体池的搭建与研究 |
| 4.1 气体池设计 |
| 4.2 多程反射腔的设计 |
| 4.3 校准系统的气路设计 |
| 4.3.1 气路设计 |
| 4.3.2 气体池密封性测试 |
| 4.3.3 波长的选择 |
| 4.3.4 标准气体的选取 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 用于比较校准方法的IPDA激光系统搭建与研究 |
| 5.1 IPDA激光雷达结构 |
| 5.1.1 激光雷达光源 |
| 5.1.2 激光雷达收发系统 |
| 5.1.3 激光雷达采集与处理系统 |
| 5.2 后向散射信号的预处理 |
| 5.3 IPDA激光雷达数据分析与处理 |
| 5.3.1 光谱分析仪及其信号处理 |
| 5.3.2 吸收谱线的测量 |
| 5.4 比较法校准方案 |
| 5.4.1 针对近距离待校准IPDA激光雷达的校准方案 |
| 5.4.2 针对长距离探测DIAL的校准方案 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）基于红外吸收光谱的气雾剂泄漏检测系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的背景及研究意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 基于光谱学的高灵敏气体检测国内外研究现状 |
| 1.2.1 国内研究现状 |
| 1.2.2 国外研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第二章 气雾剂检漏系统需求与设计 |
| 2.1 系统目标及功能 |
| 2.2 硬件系统结构设计 |
| 2.2.1 吸收光强采集模块 |
| 2.2.2 气动回路设计 |
| 2.2.3 罐体图像的采集 |
| 2.3 系统软件结构设计 |
| 2.3.1 人机交互界面设计 |
| 2.3.2 锁相滤波参数设置 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 气雾剂吸收谱分析与光学模块设计 |
| 3.1 气体的中红外吸收光谱原理 |
| 3.1.1 比尔-朗伯定律 |
| 3.1.2 气体红外吸收谱 |
| 3.2 气雾剂红外吸收光谱分析 |
| 3.3 背景气体红外吸收光谱分析 |
| 3.3.1 针对背景气体吸收谱的基线消除 |
| 3.3.2 气体吸收分析模拟 |
| 3.4 光学模块设计 |
| 3.4.1 带间级联激光器 |
| 3.4.2 基于空间光的耦合模块设计 |
| 3.4.3 基于光纤的耦合模块设计 |
| 3.4.4 吸收池光路调节耦合测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 波长调制中的自动定参与免标定处理 |
| 4.1 带间级联激光器控制 |
| 4.1.1 激光器电流控制 |
| 4.1.2 激光器温度控制 |
| 4.2 直接吸收光谱 |
| 4.2.1 基于洛伦兹线型拟合的自动定参 |
| 4.2.2 Savitzky-Golay滤波 |
| 4.3 基于二次谐波的丙丁烷浓度判定 |
| 4.3.1 波长调制 |
| 4.3.2 基于二次谐波的免标定方法 |
| 4.3.3 基于Simulink的谐波波形模拟计算 |
| 4.4 本章总结 |
| 第五章 基于DENSENET的气雾剂产品分类 |
| 5.1 气雾剂罐体图像预处理 |
| 5.2 Densenet神经网络 |
| 5.3 基于样品罐体的模型评估 |
| 5.4 除尘剂与清新剂分类实验结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 气雾剂检漏系统测试 |
| 6.1 激光器温度控制实验 |
| 6.2 基于直接吸收光谱的吸收峰查找 |
| 6.3 基于丙烷标准气体二次谐波的浓度检测 |
| 6.4 基于归一化谐波的免标定浓度检测 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 |
四、光度测量系统中的光子计数采集卡（论文参考文献）
- [1]应用于VOCs探测的中红外差分吸收激光雷达系统设计及探测性能仿真[D]. 李耀飞. 西安理工大学, 2021(01)
- [2]基于光频调制的高精度激光雷达测距技术研究[D]. 姜朔. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2021(08)
- [3]便携式FTIR光谱仪关键技术及应用研究[D]. 曲立国. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]光谱编码与信号权重傅里叶关联成像技术研究[D]. 黄见. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [5]基于光声和腔衰荡光谱的气溶胶吸收和消光系数同步检测技术[D]. 靳华伟. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [6]多抽头EMCCD时序控制及非均匀性校正研究[D]. 刘玲钰. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2020(08)
- [7]高分辨双光梳系统的研制及其应用的研究[D]. 朱志伟. 华东师范大学, 2020(11)
- [8]微藻细胞浓度定量检测方法研究[D]. 刘景艳. 河北农业大学, 2020(01)
- [9]差分吸收激光雷达的高精度校准方法研究[D]. 豆晓雷. 南京信息工程大学, 2020(02)
- [10]基于红外吸收光谱的气雾剂泄漏检测系统研究[D]. 张铭. 上海交通大学, 2020(01)