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基于SCIATRAN的临近空间氧气光谱敏感性分析

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 170-178页

作者：叶松胡双寒熊伟李树王新强王方原汪杰君桂林电子科技大学光电工程学院广西桂林541004 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031 广西光电信息处理重点实验室广西桂林541004

临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测... 详细信息

临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测主要是依据太阳辐射的短波红外部分被大气层氧气分子吸收得到的吸收谱线,该谱线携带着氧气含量等重要信息。利用探测器得到的氧气光谱进行高精度反演可以得到温度等信息。探测过程中的太阳天顶角、方位角、临边切高及气溶胶参数等因素对氧气影响不同,基于SCIATRAN模型分析氧气对不同参数的敏感性。通过对探测方式和环境因素引起的辐射亮度变化来分析计算氧气对其敏感性。结果表明:氧气的辐射亮度在天顶角为60°以下是随天顶角增大而增大的,但在超过60°后变化随之相反,一天内的太阳天顶角对于氧气的辐射亮度影响不超过0.01 W/m^(2)/nm/sr,且差值不超过7%;氧气辐亮度随方位角增大而减小;氧气辐射亮度随切线高增加而减小,且减小幅度逐渐下降;气溶胶类型对氧气辐射亮度的影响差值比例在10%以内;气溶胶季节对氧气辐射亮度影响是春夏季节要大于秋冬季节;不同气溶胶类型下的气溶胶光学厚度倍数对氧气辐射亮度影响的差值比例均在30%以内,且农村与海洋型气溶胶下光学厚度倍数与辐射亮度成正比,城市型气溶胶下与之相反。仿真数据的结果与实测数据结果对比分析验证了SCIATRAN模型仿真数据的有效性和可行性。该研究为临近空间的氧气探测提供了科学依据,为临近空间的反演等相关研究领域提供参考。

关键词：临近空间氧气辐射传输敏感性

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近红外有机光电探测器研究进展

激光与光电子学进展 2025年

作者：王浩然胡均义成明王云鹏王飞中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术重点实验室中国科学院大学

近红外有机光电探测器(NIR-OPDs)在柔性可穿戴设备、环境检测、医疗健康监测、生物医学成像等领域有广阔的应用前景。近年来，高性能的近红外有机光探测器受到了极大的关注，国内外学者在推动近红外有机材料和光电器件结构创新方面做出... 详细信息

近红外有机光电探测器(NIR-OPDs)在柔性可穿戴设备、环境检测、医疗健康监测、生物医学成像等领域有广阔的应用前景。近年来，高性能的近红外有机光探测器受到了极大的关注，国内外学者在推动近红外有机材料和光电器件结构创新方面做出了巨大贡献。本文在阐述了有机光电探测器的光导型、晶体管型、二极管型的器件结构和光谱响应范围、响应度、外量子效率、探测率等性能参数的基础上，总结了窄带隙聚合物、小分子受体、非富勒烯受体材料在器件中的应用并介绍结构优化、表面钝化处理、界面工程等优化器件性能的各种策略，以及窄带、全色、颜色选择NIR-O PDs研究现状并展望了未来发展面临的挑战和应用前景。

关键词：近红外有机光探测器有机光电二极管有机半导体材料

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浮游植物类别不均衡图像分类方法对比研究

生态学报 2025年

作者：梁天泓殷高方邵新童赵南京张小玲贾仁庆徐敏张子豪胡翔黄朋董鸣陈晓伟中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学技术大学合肥综合性科学中心环境研究院安徽大学

自然水体中浮游植物物种丰富且类别分布不均，采集的显微图像中优势类别样本远多于劣势类别样本，导致深度学习方法在劣势类别上的分类准确率低。针对浮游植物类别不平衡引起的深度学习模型分类误差问题，分析了宏观领域类别不平衡问题... 详细信息

自然水体中浮游植物物种丰富且类别分布不均，采集的显微图像中优势类别样本远多于劣势类别样本，导致深度学习方法在劣势类别上的分类准确率低。针对浮游植物类别不平衡引起的深度学习模型分类误差问题，分析了宏观领域类别不平衡问题的多种解决方法和策略，探究这些方法在浮游植物显微图像领域的实用性。采集了巢湖流域中常见的29个藻属、18044张图像，构建了具有严重类别不平衡特性的浮游植物显微图像数据集，并提出使用微平均和宏平均综合评价模型的分类能力。实验结果表明，常规方法训练的模型预测劣势类别样本时的F1值较低，而使用重采样大类中平方根采样法训练的模型在微平均和宏平均两个指标上均有明显提升，分类F1值分别达到了0.932和0.852。特别地，在样本数量最少的10个类别上，微平均和宏平均的F1值分别提高了9.64%和15.94%。为自然水体浮游植物群落结构自动化检测提供了更有效的深度学习模型训练方法。

关键词：浮游植物显微深度学习类别不平衡图像分类

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基于自研光谱仪的痕量气体光解速率测量研究

光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 15-23页

作者：李浩然曾议朱磊窦科刘志宏常振江宇司福祺中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境科学与技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学科学岛分院安徽合肥230026 合肥大学生物食品与环境学院安徽合肥230601

光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件... 详细信息

光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件仍依赖于国外进口,易受国外技术封锁影响。在我国“十四五”国家重点研发计划中“大气与土壤、地下水污染综合治理”重点专项对化学气候综合站检测技术与装备需求引导下,研制了测量大气物质光解速率的光谱仪系统,并满足其核心部件国产化的要求。系统采用自主设计的小型光谱仪作为核心部件,配合各向均匀响应的光学接收器,经实验室光学定标后测得各种物质的光解速率。该系统工作波段为285~430 nm,时间分辨率可达0.1 s,可测物质包括NO_(2)、HONO、HCHO、H_(2)O_(2)等,与国外进口测量仪器对比,各气体物质光解速率的测量误差小于5%,相关性均超过0.93。采用该系统在合肥市董铺岛对大气中气体光解速率开展了长时间的连续监测。对NO_(2)光解速率变化趋势以及NO_(2)光解速率与浓度间的相关性进行分析,发现光解反应与驱动光化反应的能量密切相关,晴天的光解速率数值明显高于阴天与雨天。发现NO_(2)光解速率与浓度的积分曲线间存在一种经验公式,相关性大于0.9,可通过测量NO_(2)光解速率对NO_(2)浓度的累积量进行估计。该系统实现了核心部件的国产化,整体结构简单、便携,方便外场试验安装的同时,降低成本,提高经济性。研究为大气污染综合监测治理提供数据支撑,对各地区的环境监测及污染预防具有参考意义。

关键词：光解速率光谱仪辐亮度光学接收器

基于MOPA结构的1950 nm低重频大能量Figure-9皮秒锁模光纤激光器系统

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中国激光 2025年

作者：潘勇剑路桥潘浩张东马挺中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室中国科学技术大学南京信息工程大学自动化学院上海科乃特激光科技有限公司

本文首次报道了一种基于MOPA结构的Figure-9低重频大能量掺铥锁模皮秒光纤激光器系统。激光振荡器直接输出脉冲宽度为46 ps,重复频率为20 MHz,平均输出功率为24.6 mW，对应单脉冲能量为1.23 nJ。通过腔外声光调制器（AOM）对输出脉冲序... 详细信息

本文首次报道了一种基于MOPA结构的Figure-9低重频大能量掺铥锁模皮秒光纤激光器系统。激光振荡器直接输出脉冲宽度为46 ps,重复频率为20 MHz,平均输出功率为24.6 mW，对应单脉冲能量为1.23 nJ。通过腔外声光调制器（AOM）对输出脉冲序列进行脉冲拾取，将重复频率由20 MHz降低至20 kHz，并且基于自行设计的全光纤主振荡功率放大（MOPA）结构将重复频率20 kHz下的输出单脉冲能量提升至50μJ。据我们所知，这也是目前基于MOPA结构的全光纤Figure-9掺铥锁模皮秒激光器系统中所能实现的最大单脉冲能量输出。

关键词：锁模光纤激光器低重频大能量皮秒 MOPA

行进速度对铝合金无针搅拌摩擦改性层性能的影响

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表面技术 2025年

作者：张浩王优强段继周青岛理工大学机械与汽车工程学院中国科学院海洋研究所海洋环境腐蚀与生物污损重点实验室青岛海洋科学与技术国家重点实验室海洋腐蚀与防护开放工作室中国科学院海洋大学科学研究中心

目的利用无针搅拌头对2024铝合金表面进行搅拌摩擦加工（FSP）处理，探究行进速度对铝合金改性层性能的影响。方法采用HT-JC6×8/2搅拌摩擦焊接设备对合金表面进行改性处理。采用电火花线切割在改性层表面截取测试试样（均来自细晶区... 详细信息

目的利用无针搅拌头对2024铝合金表面进行搅拌摩擦加工（FSP）处理，探究行进速度对铝合金改性层性能的影响。方法采用HT-JC6×8/2搅拌摩擦焊接设备对合金表面进行改性处理。采用电火花线切割在改性层表面截取测试试样（均来自细晶区）。采用5%氟硼酸对改性层试样进行阳极覆膜，以便观察改性层金相组织。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）等，分析了改性层的显微组织、形貌及性能。采用电化学测试，研究不同行进速度下，改性层在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为。结果改性层晶粒得到显著细化，未发现气孔、裂纹等缺陷。改性层分为细晶区（FG）、变形晶区（TG）、和粗晶区（CG）。其中，FG厚度在1 024.3 μm～1 247.3 μm之间。当行进速度为100 mm/min时，改性层的性能最优，其屈服强度(σ0.2)、抗拉强度(σb)相比于母材（BM）分别提升了19.2%和24.5%，伸长率（δ）最高可达20.3%；改性层以韧性断裂为主。同时，相较于BM，改性层的耐腐蚀性能最佳，其腐蚀电位(Ecorr)提升至-0.539 V，腐蚀电流密度(Icorr)降低至2.448×10-6A/cm2。结论通过对不同行进速度下，改性层组织及性能的分析。发现改性层的力学性能和抗腐蚀性能，随着行进速度的增加，均呈现先增强后减弱的趋势。当行进速度达到100 mm/min时，改性层的性能最佳。

关键词：无针搅拌摩擦 2024铝合金表面改性力学性能耐腐蚀行进速度

基于机器学习评估烟花爆竹燃放对春节期间PM2.5浓度的影响

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环境工程 2025年

作者：李津慧胡启后李启华季祥光薛劲凯林培泽安徽大学物质科学与信息技术研究院中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学技术大学环境科学与光电技术学院

《大气污染防治行动计划》颁布以来，我国实施了严格的污染防治措施，并取得了显著成果。然而，其中的烟花爆竹禁放政策自执行起就饱受争议。尤其是随着我国大部分城市PM2.5年均浓度达到国家二级标准，亟需量化烟花爆竹禁放在空气质量... 详细信息

《大气污染防治行动计划》颁布以来，我国实施了严格的污染防治措施，并取得了显著成果。然而，其中的烟花爆竹禁放政策自执行起就饱受争议。尤其是随着我国大部分城市PM2.5年均浓度达到国家二级标准，亟需量化烟花爆竹禁放在空气质量改善中所起的作用。本文基于我国环境监测总站空气质量监测网络的观测资料和ERA5气象数据，通过构建随机森林模型，解耦气象因素和人为排放对颗粒物浓度的贡献，评估烟花爆竹禁放与否对春节期间、冬季和全年颗粒物浓度的影响。从年际变化来看，2016～2023年全国各城市的PM2.5浓度呈显著下降趋势，年均下降速率达到了4.2%～7.5%。对比全年、冬季、春节期间三个时间尺度人为减排引起的PM2.5浓度变化速率，以北京、上海为例，全年平均下降9.58%、7.36%，冬季年均下降10.07%、7.94%，春节期间下降9.14%、6.23%，基本呈现冬季>全年>春节期间的规律，即同一城市全年和冬季人为排放引起浓度变化明显，春节期间变化微弱。对比2016～2022年和2019～2023年春节期间人为减排引起的PM2.5浓度变化，同一城市2016～2022年人为减排效果明显，变化速率较快，以北京、广州、合肥PM2.5浓度下降幅度居前列，分别下降9.14%、8.57%、6.71%；2019～2023年减排速率缓慢，特别是广州、成都、长沙三地PM2.5浓度出现了13.69%、11.42%、5.77%的增长。从短期分析烟花爆竹排放变化对空气治理的影响，选取限放-禁放和禁放-限放，即2017与2018、2022与2023两个阶段研究春节期间气象和人为排放对颗粒物浓度变化的贡献，结果来看，2018年全面禁放之后排放贡献的PM2.5浓度下降明显，北京、广州、成都、长沙、合肥分别下降15.69、5.27、26.00、16.07、26.70μg/m3；2023年解禁以后排放贡献显著上升，尤其广州、成都、长沙、郑州、滨州、东营排放贡献大幅上升，分别增加14.56、23.74、18.26、19.94、12.19、5.32μg/m3。烟花爆竹燃放对冬季和年均PM2.5浓度的影响可以忽略，但是对春节期间空气质量的影响仍然显著。

关键词：机器学习随机森林大气污染烟花爆竹燃放

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基于光谱波段优化选择的FTIR测量与分析

光谱学与光谱分析 2007年第4期27卷 679-682页

作者：朱军刘文清刘建国陆亦怀高闽光徐亮张天舒魏秀丽安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室

在主动式红外遥感测量中,大气中痕量气体的红外吸收与不同红外波段的透过率光谱有关。在很多情况下,透过率光谱在光谱定量分析中起到重要的作用,因此,对测量和仿真的透过率光谱的波段进行优化选择是定量分析的关键。文章对最佳透过率测... 详细信息

在主动式红外遥感测量中,大气中痕量气体的红外吸收与不同红外波段的透过率光谱有关。在很多情况下,透过率光谱在光谱定量分析中起到重要的作用,因此,对测量和仿真的透过率光谱的波段进行优化选择是定量分析的关键。文章对最佳透过率测量范围进行了理论分析,得到了对应于待测气体浓度反演相对误差最小的理论最佳透过率值;基于谱线的洛伦兹线型通过计算得到了待测气体分子的吸收截面,同时给出了透过率光谱的校准训练集;确定了单组分CO2光谱测量分析的波段,优化了多组分CO,CO2和N2O光谱同时测量分析的波段并成功地应用于开放光路光谱仪系统。光谱拟合分析结果表明,测量光谱与参考光谱得到了很好的拟合,拟合均方根误差小于1%。

关键词：红外傅里叶变换吸收截面透过率谱波段选择

基于傅里叶变换红外光谱法CO_2气体碳同位素比检测研究

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物理学报 2013年第3期62卷 7-15页

作者：李相贤高闽光徐亮童晶晶魏秀丽冯明春金岭王亚萍石建国中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室合肥230031

介绍了基于傅里叶变换红外技术检测CO2气体碳同位素比的新方法,详细介绍了如何从HITRAN红外数据库中提取气体标准吸收截面;介绍了基于非线性最小二乘法反演CO2气体碳同位素比和整套实验装置的组成及实验步骤.从理论和实验分析两方面讨... 详细信息

介绍了基于傅里叶变换红外技术检测CO2气体碳同位素比的新方法,详细介绍了如何从HITRAN红外数据库中提取气体标准吸收截面;介绍了基于非线性最小二乘法反演CO2气体碳同位素比和整套实验装置的组成及实验步骤.从理论和实验分析两方面讨论了温度和气压变化对δ(13)CO2值的影响规律.对于同一CO2标准气体,采用FTIR和同位素质谱法两种技术进行了δ(13)CO2值对比检测,两种测量技术的平均值差异仅为0.25%.从实验结果可以看出,FTIR技术可以实现对CO2气体碳同位素比的检测.

关键词：光谱学同位素比值傅里叶变换红外光谱二氧化碳