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低损耗β-Ga?O?光学波导在紫外-近红外光谱范围内的演示
摘要： 本文报道了低损耗β相氧化镓（b-Ga2O3）光学波导的制备及其在紫外（UV）至近红外（NIR）光谱范围内传播损耗的分析。采用金属有机化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长b-Ga2O3薄膜，并通过纳米加工工艺制备成多种波导结构。在810 nm波长下，b-Ga2O3波导实现了3.7 dB/cm的低传播损耗，达到当前先进水平。结合理论模拟，我们讨论了双光子吸收、侧壁散射、顶面散射和体材料散射等多种b-Ga2O3波导损耗机制，并估算了它们对总光学损耗的贡献。结果表明，b-Ga2O3是制备紫外至近红外光谱区域各类集成光子器件的理想光学材料。
关键词： 集成光子器件、β-氧化镓、传播损耗、紫外-近红外光谱、光波导
更新于2025-09-12 10:27:22
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可见-近红外光谱法预测格陵兰亚北极地区土壤有机碳
摘要： 高纬度土壤向大气释放碳可能对地球气候产生重大影响。本研究评估了可见-近红外光谱技术（vis-NIRS）作为评估格陵兰岛南部土壤有机碳（SOC）浓度的时间与成本高效工具的可行性。我们在两个采样点采集土壤样本并进行vis-NIRS分析，采用偏最小二乘回归（PLS-R）模型，以现场干烧法测量值为参照，通过vis-NIRS光谱预测SOC含量。通过三种方案验证该方法的有效性：（1）校准集与验证集来自同一地点；（2）校准集与验证集来自不同地点；（3）在第二种方案基础上，通过补充少量目标区域样本扩充校准模型。结果显示：方案一预测效果良好（R2=0.95，预测均方根误差RMSEP=1.80%；R2=0.82，RMSEP=0.64%）；方案二误差较高（R2=0.90，RMSEP=7.13%；R2=0.78，RMSEP=2.82%）；方案三结果再次改善（R2=0.95，RMSEP=2.03%；R2=0.77，RMSEP=2.14%）。研究表明，当校准模型补充少量目标点位样本后，vis-NIRS能有效预测两个亚北极生态系统的SOC浓度。未来研究应致力于测定SOC储量以约束土壤-大气碳交换过程。
关键词： 可见-近红外光谱、亚北极地区、土壤有机碳、格陵兰
更新于2025-09-12 10:27:22
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本科生近红外光谱分析教学的改进
摘要： 随着近红外光谱技术作为化学研究和工业质量及过程控制的潜在工具日益被接受和推广，如何向学生传授这一光谱技术的必要理论和仪器原理，也对高校教师提出了学术挑战。通过开设选修开放实验课程并精心设计其科学内容，可以产生双重教学效果：学生在教师悉心指导下参与学科竞赛能取得优异成绩；毕业论文则是提升学生学习和理解近红外技术能力的另一途径。多年实践证明，上述方法切实可行。
关键词： 教学，近红外光谱，本科生
更新于2025-09-11 14:15:04
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利用近红外光谱结合模式识别技术对灌溉农业用咸水进行分类
摘要： 本研究旨在运用模式识别技术建立近红外（NIR）光谱模型对咸水进行分类。共从泰国塔钦河流域采集112份水样，其中盐度低于0.2克/升的水样被判定为适宜农业使用，高于该值则不适宜。采用傅里叶变换（FT）近红外光谱仪在12,500-4,000 cm-1波数范围内测定水样光谱，通过电导率仪分析各水样盐度。研究运用k近邻（k-NN）、支持向量机（SVM）、人工神经网络（ANN）、类相似软独立建模（SIMCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）五种监督模式识别技术建立分类模型，并采用拆分测试法评估模型性能——随机选取80%光谱（90份）建立分类模型后，对剩余22份样本进行分类验证。人工神经网络模型表现最优，其精确率、召回率、F值和准确率分别达84.6%、100.0%、91.7%和90.9%，其他技术也呈现满意分类效果（准确率均超68.2%）。结果表明：结合模式识别技术的近红外光谱可根据自然资源盐度水平对农业用咸水进行有效分类。
关键词： 模式识别、近红外光谱、农业、盐水
更新于2025-09-11 14:15:04
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[2019年IEEE欧洲激光与电光学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 水的近红外场成像技术
摘要： 线性近红外（NIR）光谱技术能提供分子组成、结构及构象信息，在高分辨率、深度无标记生物光谱显微领域具有显著潜力。虽然近红外宽带测量已在频域开展，但该方法对微小吸收差异的检测受限于光源强度噪声和探测动态范围。我们提出分子场显微概念以突破这些限制：利用相位相干的近红外宽带超短脉冲激发分子后，通过电光采样（EOS）直接检测携带分子响应的透射电场。激发脉冲时域宽度仅数十飞秒，远小于待测分子的自由感应衰减（FID）时间，从而实现激发脉冲与分子响应的时域分离，既可进行无背景测量，又能抑制光源强度噪声影响。此外，复电场测量能提取分子响应的完整光谱相位信息，为光谱数据增添新维度。本研究通过EOS检测液相水分子O-H键第一泛频振动模式（1900-1950 nm）实现了场分辨泛频光谱测量：采用自主搭建的二极管泵浦Yb:YAG薄盘再生放大器直接产生覆盖700-2500 nm的载波包络相位（CEP）稳定超宽带光谱，将其分为700-1400 nm和1600-2500 nm两个波段分别经单级光学参量放大器放大至25 μJ能量，并压缩至4.8 fs和18 fs。将18 fs近红外脉冲导入500 μm厚乙酸-水混合液，最终通过含50 μm厚BBO（II类）晶体的EOS系统检测透射光（其中4.8 fs脉冲作为探测光）。无样品时激发脉冲电场在200 fs后趋零（图1a）；加入样品后，在200 fs后观察到无背景的分子响应（图1b）。该技术能在低至3%的水浓度中清晰检测水分子近红外响应。总之，我们提出的近红外分子场显微新概念覆盖了完整分子指纹区：飞秒分子激发实现无背景检测和高灵敏度，而EOS中的外差检测提升了探测动态范围。
关键词： 电光采样、水分子、分子场显微镜、近红外光谱、振动模式
更新于2025-09-11 14:15:04
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岩石应变的近红外光谱测量
摘要： 应变测量是工程、岩石力学、建筑和材料测试中一个基础且被广泛研究的参数。这些领域常用的接触式传感器需要在整个应变事件期间与目标表面保持接触。非接触式方法通常要求测量表面在测试前进行制备并经常涂覆。本文探讨了近红外光谱作为自然表面应变非接触测量技术的潜在应用。研究发现，在砂岩、大理石和玄武岩样本的间接巴西圆盘试验中，可见-近红外光谱的表面测量结果与纵向应变之间具有极佳的相关性。
关键词： 岩石，间接抗拉强度，应变测量，近红外光谱
更新于2025-09-11 14:15:04
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急性缺血性卒中中的自发性低频振荡——一项近红外光谱（NIRS）研究
摘要： 背景与目的：连续波近红外光谱技术（NIRS）是一种无创的床旁光学检测方法，可监测大脑皮层最表层含氧血红蛋白（oxyHb）与脱氧血红蛋白（deoxyHb）的变化。0.09-0.11Hz频段的皮层oxyHb低频振荡（LFOs）受脑血流自动调节功能（CA）影响，而该功能在卒中后会发生改变。本研究通过床旁检测oxyHb LFOs，评估重组组织型纤溶酶原激活剂静脉溶栓治疗与否的亚急性期卒中患者CA功能标记物。 方法：纳入29例缺血性卒中症状患者（卒中单元收治），其中11例接受溶栓治疗。于发病后第2天（中位时间）进行NIRS检测，将光源-探测器间距3cm的NIRS探头对称置于头部两侧。通过传递函数分析评估0.09-0.11Hz频段oxyHb振荡的半球间相位差与振幅比。 结果：入院NIHSS评分与oxyHb参数的相关性显示，卒中严重程度与半球间相位差呈显著正相关（P=0.028）。溶栓治疗组患者的oxyHb绝对半球间相位差显著小于非溶栓组（3° vs 23°，P=0.005）。 结论：卒中严重程度与皮层CA功能受损程度相关，接受溶栓治疗的患者CA功能可能受损较轻。NIRS可检测亚急性期卒中患者半球间皮层oxyHb LFOs变化，是卒中单元内床旁评估功能改变的可行方法。
关键词： 中风，rtPA溶栓治疗，低频振荡，传递函数分析，脑自动调节，溶栓治疗，近红外光谱
更新于2025-09-10 09:29:36
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健康晚期早产儿和足月儿近红外光谱脑功能模式具有性别和胎龄依赖性
摘要： 近红外光谱技术（NIRS）被认为能可靠反映围产期脑氧合及组织激活水平。我们旨在探究健康早产儿与足月儿NIRS脑氧模式是否具有性别和胎龄依赖性。方法：对74名单胎妊娠新生儿进行观察性研究（足月儿37例：男19例/女18例；早产儿37例：男18例/女19例）。于出生第5天记录脑氧饱和度（crSO2）和分数组织氧提取率（cFTOE）。结果：早产女婴组crSO2显著高于男婴组且cFTOE更低（P均<0.001）；足月男婴组crSO2显著高于女婴组且cFTOE更低（P均<0.001）。男女组crSO2（男R=0.84/P<0.001；女R=0.74/P<0.001）与cFTOE（男R=0.72/P<0.001；女R=0.72/P<0.001）均与记录时的胎龄呈正相关。结论：不同胎龄阶段男女婴脑氧合差异提示围产期脑发育具有性别和时间依赖性，数据支持NIRS作为无创脑监测的可行工具。
关键词： 新生儿，近红外光谱，性别，大脑发育
更新于2025-09-10 09:29:36
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基于遗传算法的堆叠模型：利用可见-近红外光谱数据预测土壤有机质
摘要： 研究表明，可见光与近红外波段（vis-NIR）的漫反射光谱技术可用于预测土壤的化学和物理性质。随着海量土壤光谱库（SSL）的不断建立，亟需开发能充分利用当代知识与技术的精密工具以实现精准预测。本文提出一种基于遗传算法的新型堆叠模型，该模型协同运用多种经过不同预处理光谱源（称为L1模型）构建的子模型——这是一种集成学习方法，通过组合多个假设来形成更稳健、更精确的集成假设。遗传算法通过筛选初始模型的最佳协作子集，自动定义堆叠模型的配置方案。我们在新开发的GEO-CRADLE土壤光谱库上测试了该方法对土壤有机质（SOM）的预测效果，结果显示：本方法预测精度（R2=0.76，性能与四分位距比RPIQ=2.22）优于最优L1模型（R2=0.65，RPIQ=1.93）。该方案能有效提升大小规模土壤光谱库的土壤性质预测效能。
关键词： 模型堆叠、北非、GEO-CRADLE、可见光-近红外光谱、土壤光谱、中东、巴尔干地区
更新于2025-09-10 09:29:36
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利用近红外光谱无损测定木材抗压强度
摘要： 本研究以柞木为原料，通过无损方法预测其抗压强度。测试数据包含使用近红外光谱仪获取的160组木材样品近红外（NIR）吸收光谱，波长范围为900至1900纳米。原始吸收光谱经多元散射校正（MSC）和Savitzky-Golay（SG）平滑预处理后，采用反向区间偏最小二乘法（BiPLS）划分多个区间，选取交叉验证均方根误差（RMSECV）值最小的最优区间组合，并运用遗传算法（GA）筛选特征波长，最终建立基于特征波长的偏最小二乘（PLS）回归模型。BiPLS-GA-PLS模型性能优于其他模型，获得0.927的高预测相关系数和4.06的均方根误差率。结果表明，利用近红外光谱技术精确测定不同加工方式木材的抗压强度具有可行性。
关键词： 预测，BiPLS-GA，抗压强度，近红外光谱
更新于2025-09-10 09:29:36