时间门控拉曼光谱仪的原理与技术发展历史及其应用

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作者 刘玉龙 郭艳平 +1 位作者 常瑞学 赵永安 《光散射学报》 北大核心 2024年第3期220-248,共29页

时间门控拉曼光谱(TGRS)已被证明是解决荧光对拉曼信号干扰最有效的方法之一。自早期大型昂贵实验室设备(如光学克尔门)诞生以来,至今荧光抑制技术已取得了长足进步。如今,有更好更经济实惠的小型设备可供选择使用。这些精进主要归功于... 时间门控拉曼光谱(TGRS)已被证明是解决荧光对拉曼信号干扰最有效的方法之一。自早期大型昂贵实验室设备(如光学克尔门)诞生以来,至今荧光抑制技术已取得了长足进步。如今,有更好更经济实惠的小型设备可供选择使用。这些精进主要归功于光谱仪和电子元件生产技术的进步,从而降低了设备的复杂性和成本。时间门控拉曼光谱仪的关键组成部分是精确的时间同步(皮秒范围),即脉冲激光激发源与灵敏快速的检测器之间的同步。在激光脉冲期间,检测器能够收集拉曼信号,而在检测器的关闭期间,由于荧光发射具有更长的延迟时间,因此可以将其排斥。由于其较短的测量周期,TG拉曼光谱还具有对环境光和热辐射的抗干扰能力。近年来,超灵敏快速探测器的研究重点集中在门控和增益型电荷耦合器件(ICCDs)上,或者集中在CMOS单光子雪崩二极管(SPADs)阵列上,这些器件同样适用于进行TG拉曼。与门控CCDs相比,SPADs阵列具有更高的灵敏度和更好的时间分辨率,并且不需要过度冷却探测器。本文旨在回顾从早期至今国内外TG Raman技术的技术发展成果,并且介绍用TG Raman技术研究纳米二氧化锡颗粒和指甲实验结果,并且还简要讨论TG技术可能的扩展应用。 展开更多

关键词 时间门控 拉曼光谱 SPAD探测器 脉冲激光激发 表面增强拉曼散射

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时间门控SPAD阵列非视域成像的中介面BRDF散射特性研究

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作者 陈海鹏 金伟其 +2 位作者 李力 裘溯 于相之 《红外技术》 CSCD 北大核心 2024年第11期1225-1234,共10页

非视域成像是当前针对实际应用而迅速发展的成像技术之一,基于SPAD阵列的非视域成像模式相较于其他模式具有凝视成像,设备轻量化等优点。针对基于门控SPAD阵列的非视域成像方法进行分析,重点关注基于门控SPAD阵列的非视域成像的中介面BR... 非视域成像是当前针对实际应用而迅速发展的成像技术之一,基于SPAD阵列的非视域成像模式相较于其他模式具有凝视成像,设备轻量化等优点。针对基于门控SPAD阵列的非视域成像方法进行分析,重点关注基于门控SPAD阵列的非视域成像的中介面BRDF(bidirectional reflectance distributionfunction,BRDF)散射特性及其对成像的影响,并选用Cook-Torrance模型对作为中介面的典型建筑材料BRDF散射特性进行建模分析;选取黑色亮光瓷砖、白色亚光瓷砖和黑色防护挡板3种典型建筑材料测量了BRDF数据,通过RANSAC(random sample consensus)算法剔除测量异常值,再采用遗传算法获得模型的特征参数,验证了通过特征参数描述材料BRDF散射特性的有效性,可为进一步的基于门控的SPAD阵列非视域成像研究奠定重要基础。 展开更多

关键词 时间门控 SPAD阵列 非视域成像 中介面BRDF Cook-Torrance模型

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时间门控时序选通拉曼光谱技术及背负式小型化远程拉曼光谱装备

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作者 李翔 陈洁茹 +1 位作者 王琰淇 方吉祥 《光散射学报》 北大核心 2024年第3期209-219,共11页

时间门控时序选通拉曼光谱技术是一种精准控制激光脉冲和探测器快门时序关系,从而进行时序选通收集拉曼信号,并抑制背景干扰的拉曼光谱技术。在远程拉曼探测领域,利用时间门控可以有效阻挡环境光,使拉曼光谱获得优异的信号/噪声比。本... 时间门控时序选通拉曼光谱技术是一种精准控制激光脉冲和探测器快门时序关系,从而进行时序选通收集拉曼信号,并抑制背景干扰的拉曼光谱技术。在远程拉曼探测领域,利用时间门控可以有效阻挡环境光,使拉曼光谱获得优异的信号/噪声比。本文系统介绍了时间门控时序选通拉曼技术及其应用,其中重点关注了皮秒时间门控的技术特点与前景。最后,本文介绍了本团队自主研制的国内首台背负式小型化远程拉曼光谱装备,该装备在0~2 m内可探测到≤1μg, 13 m内可探测到≤1 mg的典型爆炸物和危险化学品目标物,在工业泄露监测、恐怖袭击预防和防爆排雷等公共安全预警与监测等方面有着广阔的应用前景。 展开更多

关键词 时间门控 拉曼 皮秒 远程 小型化

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脉冲参量对时间门控光频域反射仪性能的影响 被引量：2

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作者 易守天 张志勇 +2 位作者 何海军 张信普 钱恒 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期162-167,共6页

为了对时间门控光频域反射仪系统参量设置进行优化,采用光脉冲压缩原理搭建了时间门控光频域反射仪试验系统,进行了理论分析与实验验证,取得了仿真与实验数据。结果表明,当探测光脉冲信号的峰值功率和本振光信号功率不变时,系统信噪比... 为了对时间门控光频域反射仪系统参量设置进行优化,采用光脉冲压缩原理搭建了时间门控光频域反射仪试验系统,进行了理论分析与实验验证,取得了仿真与实验数据。结果表明,当探测光脉冲信号的峰值功率和本振光信号功率不变时,系统信噪比只与啁啾率相关,且与其成反比;当扫频范围保持80MHz不变时,系统相位噪声随脉宽增加呈现先减小后增大的趋势,且最小值处于2.5μs附近;在实际应用中,满足系统最大扫频范围的条件下,通过调节扫频信号的脉宽,可以获得最优系统相位噪声(最小值)。这一结论对时间门控光频域反射仪系统参量设置与优化是有帮助的。 展开更多

关键词 光纤光学 散射 时间门控光频域反射仪 啁啾率 信噪比 相位噪声

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基于时间选通光子计数技术的共焦fNIRS成像系统(特邀)

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作者 李志勇 刘东远 高峰 《光学学报(网络版)》 2024年第5期11-17,共7页

设计了一套基于时间选通光子计数技术的共焦型功能性近红外光谱(fNIRS)成像系统,在共焦阵列下以合理成本实现了高灵敏度和高空间分辨信息的可靠采集,并通过一系列的功能测试和仿体实验验证了系统的性能。功能测试结果表明,该系统可以10... 设计了一套基于时间选通光子计数技术的共焦型功能性近红外光谱(fNIRS)成像系统,在共焦阵列下以合理成本实现了高灵敏度和高空间分辨信息的可靠采集,并通过一系列的功能测试和仿体实验验证了系统的性能。功能测试结果表明,该系统可以10 ps的时间分辨率在0~10 ns范围内自由设置时间选通窗的位置和宽度;仿体实验结果表明,该系统在共焦阵列下的定量相对比提升超过32.9%,对比噪声比提升超过31.6%,空间保真度提升超过29.5%。可见,所设计的基于时间选通光子计数技术的共焦fNIRS成像系统以高性价比的方式有效提升了成像质量,为fNIRS的相关研究提供了仪器支撑和方法借鉴。 展开更多

关键词 功能性近红外光谱 共焦源探阵列 时间门控 光子计数

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发光寿命响应型探针在时间分辨生物检测与成像中的应用研究 被引量：1

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作者 黄维 吴琦 赵强 《南京邮电大学学报（自然科学版）》 北大核心 2020年第5期27-42,共16页

近年来,发光寿命响应型探针在生物检测与成像领域的应用取得了显著进展。文中系统介绍了不同寿命响应型探针的设计及应用,包括有机染料、金属配合物、纳米粒子等。其中,长寿命探针可通过时间门控发光成像技术区别生物组织短寿命荧光信号... 近年来,发光寿命响应型探针在生物检测与成像领域的应用取得了显著进展。文中系统介绍了不同寿命响应型探针的设计及应用,包括有机染料、金属配合物、纳米粒子等。其中,长寿命探针可通过时间门控发光成像技术区别生物组织短寿命荧光信号,降低背景荧光干扰,提高检测信噪比。而不同衰减速率的发光信号则可以通过发光寿命成像技术在时域上区分,分析每一个像素的衰减信息,提高成像对比度和灵敏度。 展开更多

关键词 生物检测与成像 探针 时间分辨发光成像 时间门控发光成像 发光寿命成像

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一种基于时间敏感网络的变电站确定性网络架构优化方法 被引量：1

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作者 周熠 程程 +2 位作者 周飞飞 何迎利 李菁竹 《现代电子技术》 2023年第21期177-182,共6页

新型智能变电站网络基于传统以太网尽力而为转发机制,在突发大流量时难以保证敏感流量可靠传输。文中提出一种基于TSN(时间敏感网络)的变电站网络架构优化方法,根据敏感SV报文的传输特性,采用TSN协议簇中IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1AS结... 新型智能变电站网络基于传统以太网尽力而为转发机制,在突发大流量时难以保证敏感流量可靠传输。文中提出一种基于TSN(时间敏感网络)的变电站网络架构优化方法,根据敏感SV报文的传输特性,采用TSN协议簇中IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1AS结合的时间门控调度机制,在敏感流量到来的时隙开辟专用通道保证其以最佳时延通过;采用TSN协议簇中IEEE 802.1Qci技术对网络所有流量进行过滤管理,保障敏感流量能进入专用通道并阻挡其他流量误入。经模拟变电站实际场景组网验证表明,相对于传统以太网,时间敏感网络能确保网络拥塞时敏感流量能够以最大时延2.17μs、平均抖动0.16μs的最佳时延抖动传输。 展开更多

关键词 时间敏感网络 智能变电站 时间门控调度机制 流过滤管理策略 时延分析 敏感流量

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提高共焦拉曼光谱成像系统分辨率的技术分析 被引量：3

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作者 林坤 张建寰 《激光杂志》 北大核心 2018年第8期11-14,共4页

生命科学的进展取决于新工具的开发。由于共焦拉曼是一种快速发展的非侵入式、三维成像的技术,因此得到广泛的关注、应用及研究,为各种领域的研究提供了有效的检测技术,但是对共焦拉曼系统的高空间分辨率的要求也越来越高。介绍了共焦... 生命科学的进展取决于新工具的开发。由于共焦拉曼是一种快速发展的非侵入式、三维成像的技术,因此得到广泛的关注、应用及研究,为各种领域的研究提供了有效的检测技术,但是对共焦拉曼系统的高空间分辨率的要求也越来越高。介绍了共焦拉曼技术的发展和基本原理,介绍几种可以提高分辨率的方法,为研究如何提高共焦拉曼空间分辨率提供理论思路。 展开更多

关键词 共焦拉曼 分辨率 光纤耦合 时间门控 超分辨率图像复原

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基于单片机的活体成像箱系统自动化控制 被引量：1

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作者 何文俊 蔡昌新 杨志超 《仪器仪表与分析监测》 CAS 2022年第4期22-25,共4页

为了高效地进行活体生物成像实验,以及基于生物应用场景和成像仪器的开发要求,设计并实现了近红外二区活体成像箱的自动化控制。设计的主控模块为达芬奇开发板TKM32,实现自动化控制的主要元器件为数字舵机和步进电机。设计包括了时间门... 为了高效地进行活体生物成像实验,以及基于生物应用场景和成像仪器的开发要求,设计并实现了近红外二区活体成像箱的自动化控制。设计的主控模块为达芬奇开发板TKM32,实现自动化控制的主要元器件为数字舵机和步进电机。设计包括了时间门控成像、自动化升降平台、光源跟随系统、自动调焦等。本系统的自动化实现为生物医学工程领域小动物活体成像实验的研究提供了助力。 展开更多

关键词 活体成像 时间门控 MicroPython Python嵌入式

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频率计数器在航天器信号频率测量中的适用性分析 被引量：3

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作者 权爽 安亮 王帆帆 《航天器工程》 2014年第4期66-71,共6页

从频率计数器的工作原理出发,分析了航天器测控通信中常用的调相信号、调频信号和相移键控信号的频率测量误差,给出了调相信号和调频信号的测量误差表达式。使用频率计数器对上述3种航天器信号进行了频率测量试验。理论分析和试验结果表... 从频率计数器的工作原理出发,分析了航天器测控通信中常用的调相信号、调频信号和相移键控信号的频率测量误差,给出了调相信号和调频信号的测量误差表达式。使用频率计数器对上述3种航天器信号进行了频率测量试验。理论分析和试验结果表明,频率计数器适用于航天器调相信号和调频信号的频率测量,不适用于相移键控信号的频率测量。在实际使用中,为保证测量精度,应根据被测信号的调制方式选择适当的测量方法。 展开更多

关键词 航天器信号 频率计数器 计数误差 门控时间 相位调制 频率调制

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高空间分辨率大带宽分布式光纤振动传感系统 被引量：11

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作者 赵艳夺 王目光 +3 位作者 张静 李东辉 陈德胜 黄晓砥 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第19期23-31,共9页

基于频分复用和同相/正交(I/Q)接收技术,提出了一种具有高空间分辨率的大带宽分布式光纤振动传感解调方案,并对其进行了理论分析和数值仿真研究。该分布式振动传感结构包含马赫-曾德尔干涉仪(MZI)与时间门控数字光频域反射仪(TGD-OFDR)... 基于频分复用和同相/正交(I/Q)接收技术,提出了一种具有高空间分辨率的大带宽分布式光纤振动传感解调方案,并对其进行了理论分析和数值仿真研究。该分布式振动传感结构包含马赫-曾德尔干涉仪(MZI)与时间门控数字光频域反射仪(TGD-OFDR),其中,MZI输出信号的相位采用零差法解调,用于检测振动信号的频率与幅度;而TGDOFDR则是通过外差探测技术实现振动信号的定位。数值仿真结果表明,所提系统的可测振动频率上限达兆赫兹量级,4 km传感光纤上的空间分辨率可达0.5 m。该分布式振动传感系统同时具有高空间分辨率与大检测带宽的优势,在民用基础设施健康监测和石油天然气管道泄漏监测等领域具有潜在应用价值。 展开更多

关键词 光纤光学 光纤传感 分布式振动传感 时间门控数字光频域反射仪 光纤干涉仪 空间分辨率

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基于内调制DFB激光器的高空间分辨率 TGD-OFDR 被引量：6

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作者 戴建平 邱锦波 +2 位作者 刘宏睿 罗一民 刘庆文 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期253-260,共8页

提出了一种利用内调制频率调谐实现高空间分辨率的时间门控数字光频域反射仪(TGD-OFDR)方案,采用电流调谐的分布式反馈(DFB)二极管激光器作为探测光源提供较大的激光频率调谐范围的信号,利用马赫-曾德尔干涉仪(MZI)分析该DFB激光器的电... 提出了一种利用内调制频率调谐实现高空间分辨率的时间门控数字光频域反射仪(TGD-OFDR)方案,采用电流调谐的分布式反馈(DFB)二极管激光器作为探测光源提供较大的激光频率调谐范围的信号,利用马赫-曾德尔干涉仪(MZI)分析该DFB激光器的电流-频率响应特性后,由任意波形发生器产生的带有预失真的锯齿波信号驱动该DFB激光器,进而补偿激光器扫频时的非线性,同时采用一台波长可调节的稳频激光器的出射光充当本地稳频参考光。实验测试在74 km的光纤链路上实现了10 cm的空间分辨率,动态范围为23.3 dB。 展开更多

关键词 传感器 光纤测量 时间门控数字光频域反射仪 分布式反馈激光器 预失真

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