光譜分析技術的案例
基于Gaussian計算分析傅里葉紅外光譜實驗值
關鍵詞：Gaussian、GaussView、傅里葉紅外光譜（FTIR）、光譜分析、量子化學
近年來，紅外光譜分析技術在材料科學和化學領域得到了廣泛的應用。紅外光譜是一種基于物質分子振動模式的分析方法，可以用于研究物質的結構、組成和性質。然而在實驗中，由于各種原因(如儀器限制、環境干擾等),實際測量到的光譜可能會與理論預測有所偏差。為了解決這個問題，我們可以使用Gaussian軟件對材料的紅外光譜進行模擬。通過對已知物質的紅外光譜數據進行擬合，我們可以生成一個描述物質紅外光譜行為的模型。然后，將這個模型應用于實際測量的光譜數據，就可以得到對實驗光譜峰震動情況的分析結果。本文以將介紹如何使用Gaussian軟件模擬材料的紅外光譜，并利用這個光譜來分析實驗的光譜峰的震動情況。
圖1 苯酚使用KBr壓片法測試所得的FTIR圖譜
圖1為苯酚使用KBr壓片法測試所得的FTIR圖譜，由圖可以看到苯酚這個極為簡單的小分子材料出現了很多峰，在缺乏一定的分析化學能力的情況下難以正確的對其進行分析。因此我們首先使用GaussView軟件對苯酚進行建模，如圖2所示。
圖2 苯酚模型
首先對結構進行優化，并且對優化后結構進行紅外光譜計算，計算完成后將log/out文件使用GaussView打開，調出光譜曲線，如圖3所示。理論模擬的光譜和實驗光譜常有一定整體的偏差，為了能夠盡量相符，我們往往需要一些調節：一是對光譜的高度乘上刻度系數，使模擬光譜的峰高能和實驗光譜有較好的對應（通常僅進行定性符合）；另外就是對模擬光譜的橫坐標也進行scale或整體加減一個數值，以消除躍遷能量計算的系統性的偏差；此外，有時候還需要調節FWHM和展寬函數使結果更好地接近實驗譜。
展開 高光譜與多光譜技術：核心區別與應用選擇
important;">高光譜與多光譜各具特點，選擇時應綜合考慮具體需求、預算、技術能力與實時性要求。大面積快速監測宜用多光譜；精細識別與高精度分析則優先考慮高光譜。</p>
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展開 VirtualLab運用：切爾尼-特納光譜儀—光譜分辨率的分析
光學測量＞光譜儀
任務/系統描述
亮點
復雜光學系統的高性能分析
使用嚴格算法對光柵進行嚴格矢量分析
說明：光源
說明：孔徑
說明：拋物面反射鏡
說明：光柵
說明：探測器
結果：3D光線追跡
結果：波長的變化
由于波長的變化，入瞳的像可經過探測器孔徑進行掃描
結果：單色儀的分辨率
光譜分辨率的定義：
光譜分辨率：A=1244
文件&技術信息
分析手持式光譜儀與直讀光譜儀有什么樣的區別?
光譜儀有許多種類，包括我們常用的手持式光譜儀與直讀光譜儀，便攜式光譜儀等，那么，你知道手持式光譜儀與直讀光譜儀有什么區別嗎?
直讀光譜儀:
? 直讀光譜儀是定量分析，測量結果準確，重復性好，長期穩定。
手持式光譜儀:
手持式光譜儀是定性和半定量分析。用于標識材料等級。該測試很方便，但是不能測量精度要求很高的材料。
一、檢測試樣的大小不同
直讀光譜儀對樣品量有嚴格的要求。樣品必須至少具有不小于激發腔的平坦表面，并且厚度不得小于1.5mm(通常建議不小于3mm)，并且手持式光譜儀的尺寸和厚度應與樣品。沒有如此高的要求，可以測試普通樣品。
二、檢測環境不同
??直讀光譜儀只能在實驗室使用，環境溫度和濕度的波動不應太大，嚴重影響檢測效果;手持式光譜儀可以檢測室內或室外工作。
三、測試樣品的損壞程度不同
??直讀光譜儀是一種破壞性測試。在激發過程中，將在材料表面形成直徑約8毫米的小凹坑。直讀光譜儀不適用于貴重和裝飾性金屬。手持式光譜儀是非破壞性測試。測試本身不會影響樣品。有任何不良影響。在靈活性方面，手持式光譜儀還具有很高的利用率。用于測試樣品的直讀光譜儀的尺寸必須適合該表。測試前必須銷毀過多和較長的樣本。
四、數據的準確性不同
??碳和氮的兩個元素只能通過直讀光譜儀檢測。建議使用直讀光譜儀來準確地確定非金屬元素，例如磷和硫，以及對準確性有較高要求的地方(要求數據波動低于0.05%);通常建議使用手持式光譜儀進行品牌識別或其他定性和半定性定量精度要求。
展開 
光譜成像技術如何重塑視覺邊界？
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</figure><p><br></p><p><strong>（1）可見光-近紅外</strong>（VIS-NIR, 380-1500nm）</p><p>應用于農業葉綠素檢測、醫學皮膚成像、消費電子，如手機多光譜傳感器。</p><p><strong>（2）短波紅外</strong>（SWIR, 1500-2500nm）</p><p>應用于礦物成分分析、塑料分揀、夜間農業檢測，如植被水分評估等。</p><p><strong>（3）中波紅外</strong>（MWIR, 3-5μm）</p><p>應用于工業熱成像、軍事目標識別，如偽裝探測等。</p><p><strong>（4）長波紅外</strong>（LWIR, 8-14μm）</p><p>應用于天文觀測、大氣成分分析，如溫室氣體檢測等。</p><p><strong> 結語</strong></p><p>光譜的精細分類不僅揭示了物質與能量的本質聯系，更推動了從微觀粒子到宏觀宇宙的跨尺度探索，每一波段都是自然法則的獨特注腳。人類對光譜的解析，既是對物理規律的解碼，也是技術創新的源泉，光譜技術始終在科學探索與實際應用間架起橋梁。未來，隨著探測器靈敏度的突破與多波段融合技術的發展，光譜分析將繼續在生命科學、材料工程、氣候變化等前沿領域釋放無限可能，成為人類認知世界、改造世界的核心工具之一。</p><p><br></p><p>?文章轉載自CMOS相機技術與應用產業園，僅分享，侵權刪。
展開 光譜隱身技術：讓隱身更接近現實！
價值
雖然在這種新型設計在轉變為哈利波特式的可穿戴隱身斗篷之前，還需要進一步的開發，但是這種經過實驗論證的光譜隱身設備可用于實現一系列的安全目標。例如，目前的電信系統采用寬頻光波作為數據信號來傳輸和處理信息，光譜隱身技術可用于選擇性判定哪些操作作用于光波，而哪些是在特定時間內“隱形”的。這將防止“竊聽者”通過寬頻光線探測光纖網絡采集信息。
這種可逆的、用戶定義的光譜能量再分配的總體概念，也將應用于隱身斗篷之外的領域。例如，選擇性的移除并隨后恢復作為電信數據信號使用的寬頻光波中的顏色，從而使得更多的數據通過給定的鏈路傳輸，在數據需求日益增長的情況下，這將緩解數據擁塞。或者，這項技術也可以盡可能降低目前寬頻電信鏈路中存在的一些關鍵問題，例如重新組織信號能量頻譜，使它不容易受到色散、非線性現象以及其他損害數據信號的不良效應的影響。
研究人員展示的這種光譜隱身技術，只適用于物體在一個空間方向上接受光線照射的情況。Aza?a 表示，這一概念有可能經過拓展，達到讓物體在任何方向的光線照射下都能實現隱身。團隊計劃朝著這個目標繼續開展他們的研究。同時，他們也正致力于推進單向光譜隱身技術在一維光波系統中的實際應用，例如基于光纖的應用。
展開 【技術實測】國產光譜儀封神！精度比肩進口
各位技術鄰的同行們，科研、工業檢測、環境監測中，進口光譜儀價高難維護、傳統設備數據失真、定制周期長等問題，想必大家都遇到過。
今天給大家安利一款實測過關的國產光譜儀，適配科研材料表征、工業質量把控等場景，性價比拉滿，核心配置媲美進口，徹底解決行業痛點！
做技術的都懂，一款好用的光譜儀，能省時間、省成本、少踩坑，不用再為進口設備價高、傳統設備不穩發愁。
這款國產光譜儀，兼具科研級精度與工業級耐用性，性價比突出，適配高校、企業、檢測機構等各類需求。
感興趣的同行，評論區留言【光譜儀+使用場景】，發送詳細參數、實測報告和專屬報價，一起交流實操技巧！
標簽：#光譜儀 #材料表征 #工業檢測 #科研設備 #國產儀器 #光譜分析 #環境監測
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展開 多光譜成像+AI系統技術是如何來監測植被的？
無人機多光譜成像+AI系統技術是植被分布、長勢、病害、估產等監測的有效手段。為植被監測提供了新的平臺，以其機動靈活、經濟高效、受大氣等環境條件影響小和光譜、空間、輻射分辨率高等優勢，在植被精細、智能監測方面具有巨大潛力，是當前和未來農業、林業、海洋等領域植被監測技術發展的重要方向。
多光譜成像+AI系統技術植被監測案例：
1
麗水云和縣植被監測分析
2
臺州玉環植被監測分析
農林業植被監測使用的無人機種類繁多，有無人直升機、固定翼無人機、多旋翼無人機等多種機型。蜂巢航宇選用的是自主研發設計的一款高性能HC-332H油電混合六旋翼無人機，具備全自主飛行能力，可搭載多光譜相機和GPS+光照度模塊等，為植被精細化巡檢平臺。
優勢如下：
1、油電混合具有4小時超長航時、可靠性高、平臺通用、抗風等級可達六級；
2、相對無人直升機，HC-332H無人機操作簡單、體積輕巧、攜帶方便、成本低；
3、HC-332H無人機可以根據需要調節飛行速度、懸停、定點拍照、實時傳輸視頻，飛行載重量大，可同時搭載多種傳感器；
4、HC-332H無人機飛行速度可控，飛行高度可調且可以低空飛行，同時不受起飛降落場地的限制；
多光譜相機
多光譜相機
專用相機模塊：基于窄波段濾光技術，準確獲取特定波段光譜圖像信息。
GPS+光照度模塊
光照度模塊：實現同步矯正功能，減少氣象變化影響，提高檢測準確度。
GPS模塊：自帶GPS模塊，經緯度信息直接與圖像疊加，保證圖像定位精度。
展開 萊森光學：無人機高光譜遙感技術在自然資源調查中的應用進展
NATESAN S等使用無人機高光譜遙感系統在加拿大的一片區域進行了基于對象的土壤覆蓋專題制圖。王丹 陽等使用無人機高光譜遙感系統，基于相關性分析選擇相應的光譜分量，建立了鹽堿化反演模型，對山東省東營市墾利區裸土進行了鹽漬化研究。HU J等對中國新疆西部一片試驗區中的裸地、植被稀疏區和植被茂密區地表進行了調查，使用電磁感應設備和搭載了 Rikila 高光譜成像儀的無人機平臺進行土壤鹽漬化研究，對于地表土壤鹽分的定量估算、干 旱土地管理和鹽漬土復墾決策具有重要意義。圖6展示了基于無人機高光譜原始數據和GF-2 多光譜數據的土壤鹽度反演結果，區域 A 和 B 清楚顯示出了土壤鹽堿度的空間變化模式， 而在C區域（圖 6e，f））由于GF-2衛星受密集植被影響較大，導致反演結果難以識別該區域的鹽度空間分布模式，檢測精度顯著低于基于無人機高光譜數據的檢測結果。此外，GE X 等使用無人機高光譜遙感系統在新疆維吾爾自治區阜康市進行了土壤含水量調查，指出相比于現場取樣和烘箱干燥技術等常規測量方法以及星載遙感，無人機具有更強的操控性和更高的分辨率，因此具有更高的應用價值。目前，高光譜成像系統性能的提升和數據處理方法的創新推動了無人機高光譜遙感技術快速發展，為地質礦產填圖、水體質量監測、森林資源調查、土壤質量評估的實施提供了強大的調查手段，有效提高了自然資源監測質量。
展開 ZEMAX | 如何設計光譜儀 - 公差分析
光譜學作為一種無創傷性技術，是研究組織、等離子體和材料的最強大的工具之一。之前我們發布了文章如何設計一個光譜儀 - 雜散光分析，該文概述了光譜儀系統的序列模式 - 非序列式轉換、封裝的簡單設計、機械封裝元件散射光情況的定量分析以及光譜儀探測器的雜散光污染情況。
而本文旨在介紹如何在 OpticStudio 中對由市售光學元件組建的透鏡-光柵-透鏡（LGL）光譜儀進行公差分析，包含如何補償裝配和加工制造產生的誤差。聯系我們下載文章的附件。
介紹
公差是一個復雜的課題，可以存在多種方法對一個光學系統進行公差分析。我們在此討論的方法將針對確定實驗室環境下組裝的光譜儀，以及與鏡片加工公差相關的參數。
光譜儀及其公差分析前準備工作
本文用于公差分析的光譜儀是一個透鏡-光柵-透鏡 (LGL) 光譜儀，在880 nm波長下帶寬為50 nm。它被設計用于光學相干層析成像 (OCT) 應用。光譜儀的結構如下:
光譜儀將使用光學實驗板將光學元件安裝在光學平臺上，因此我們需要著重研究以下與公差相關的問題：
光譜儀的元件組裝在光學實驗板上時，它的性能會受到怎樣的影響?
光學元件的加工公差將如何影響光譜儀的性能?
如何減少或補償這些性能的下降?
準備公差分析用的鏡頭文件
打開從附件下載的示例文件 “Spectrometer_tolerancing.zar”，快速瀏覽文件。在公差分析過程中，我們需要采取的第一步是取消所有可變參數和主光線的求解，并將半直徑轉換為圓形孔徑:
一旦這一步完成，我們可以進行公差分析的第一部分：裝配公差。
裝配公差
簡要地講，在公差分析過程中，OpticStudio 會改變系統中光學元件的參數并計算出參數對系統性能的影響程度。
展開 光譜學 | RP 系列激光分析設計軟件
太赫茲光譜學
一個相對較新的領域是太赫茲光譜學[21]，其中使用太赫茲輻射（頻率為數百千兆赫到數太赫茲）代替光。盡管激光器不能直接發射太赫茲輻射，但它們可以以不同的波用于產生這種輻射，例如通過使用電光采樣或非線性頻率轉換技術。此外，超短脈沖激光器可用于時間分辨 檢測太赫茲波。由于許多光學不透明材料對太赫茲輻射具有相當大的透明度，因此太赫茲光譜可用于廣泛的科學和技術研究。例如，它現在用于飛機零件的故障定位和安全檢查。
光頻梳
現代激光光譜學的一些技術采用鎖模激光器產生的頻率梳[15]。由于這樣的頻率梳在頻譜中包含一定數量的完全等距的線，因此如果僅固定兩個參數（可能通過某些反饋技術來穩定），則其所有頻率分量都是已知的（除了一些噪聲）：梳間距，即與脈沖重復率和載波包絡偏移頻率有關。因此，如果頻率梳具有高光學帶寬，則可以在寬波長范圍內進行極其精確的頻率測量（有時超過八度音程）并且具有適當的頻率穩定性。在頻率計量（特別是超精密光學時鐘）和其他領域有各種重要的應用。
高時間分辨率的時間分辨光譜學
光譜學還可能涉及具有極高時間分辨率的時間分辨測量。在泵浦-探測光譜中，使用超短泵浦脈沖，然后使用具有幾飛秒到幾納秒之間可變時間延遲的探測脈沖。泵浦脈沖對樣品的影響以及對探測脈沖的影響可以作為時間延遲的函數來測量，該時間延遲通常通過可變光學延遲線簡單地調整。另一種方法是使用兩個鎖模激光器，不同的脈沖重復率，使得一定范圍的時間延遲被連續掃描。
展開 
光譜相位 | RP 系列激光分析設計軟件
這被定義為頻域中電場的相位，即函數的復相位
完整的脈沖表征不僅包括測量光譜，即平方模量 E(v)，還有光譜相位，其中包含額外的信息。例如，使用頻率分辨光門控 (FROG) 和用于直接電場重建的光譜相位干涉測量法 (SPIDER→光譜相位干涉測量法) 也可以做到這一點。
注意到波動光學中存在不同的符號約定；上述方程是物理學家約定俗成的。
光譜相位和群延遲
光學元件或裝置中光的群延遲可以定義為光譜相位延遲相對于角光學頻率的導數：
這可以通過考慮光脈沖來理解，其中峰值強度是在所有光譜分量處于同相位的時候發現的。在通過光學元件后，導致頻率相關的相位變化，該條件在脈沖峰值的最初時間不再滿足，而是在稍后的時間滿足，光譜元件再次獲得相同的相位。脈沖的時間位移是由群延遲決定的，前提是基礎的線性近似是有效的——也就是說，可能不適用于經歷更復雜的頻譜相位變化的寬帶脈沖。
思考
你能在不做計算的情況下，找出弱克爾非線性對 sech2 型脈沖的光譜相位的影響嗎?作為提示，在基本孤子脈沖中，除了剩余的恒定相移之外，群延遲色散和克爾非線性的影響可以相互抵消。
舉例說明
考慮與某些操作相關的光譜相位變化是有指導意義的：
01
時間相位的恒定變化直接轉化為光譜相位的相同變化(對于依賴時間的相位變化，這種關系就不那么明顯了)，并且沒有群延遲。
02
時間延遲T對應于光譜相位的變化，即 2πvT 與光頻率成正比。
03
色散直接影響光譜相位，也會引起群延遲。例如，三階色散的影響相當于在光譜相位上添加一項，該項隨頻率偏移的三次方而變化。
當脈沖的頻譜相位恒定或與頻率線性相關時，脈沖是無啁啾的，這意味著它處于變換極限。
展開 重慶大學研究團隊利用高光譜技術實現石質文物的全面“體檢”
通過高光譜圖像數據的分析，研究團隊繪制了臥佛區域的病害分布云圖和強度分布云圖，并計算了化學風化指數、強度風化指數和合成風化指數。結果表明，臥佛區域的風化病害主要集中在表面剝落和生物定植區域，且中下部的風化程度較重。通過對這些病害的分析，研究團隊不僅驗證了所建立的風化病害定量評估方法的有效性，還進一步加強了文物保護的科學性和針對性。
本研究通過基于高光譜成像技術的石質文物劣化模式識別方法，為石質文物的保護工作提供了新的技術路徑。通過建立砂巖表面強度預測模型、典型病害智能識別模型和風化病害定量評估方法，研究團隊成功解決了傳統風化病害評估方法中的局限性，大大提高了文物保護的效率和準確性。隨著文物保護工作的深入，基于高光譜成像技術的文物“體檢”方法必將在未來得到更廣泛的應用。
中達瑞和作為一直專注于高光譜成像設備及光譜智能分析平臺的專業品牌，我們致力于將前沿科技轉化為文物保護的實際工具，讓這些無價的文化遺產在歲月的長河中亙古長青，繼續講述屬于它們的故事。
展開 基于FDTD軟件模擬MMI結構光譜模擬分析
本期推文主要介紹使用Lumerical軟件中的FDTD模塊進行MMI結構的光譜及光場分析模擬。話不多說，開始啦：
首先是幾何建模部分
圖1
在這里我們以三維結構為例子構建光柵的一小部分區域，首先作出一個矩形波導作為結構的包層（襯底，如灰色圖示）設定波導的長度為4mm,如下圖所示。
類似地，作出光波導的新層和反射波導的結構，如下圖所示：
圖2
在這里補充說明的是幾何部分同時鏈接上了材料的屬性，分別為摻雜二氧化硅（纖芯）和純二氧化硅（包層）在這里不做過多贅述
在模擬過程中分別在光波導器件的起始端口和傳輸末尾端口放置一個監視器以監視結構的透射和反射光譜。
光源配置如下：
在光源配置中選擇系統自帶的基本模式進行入射，并且設定波長區間為1.1-1.3微米：
圖3
在監視器中我們選擇時間監視、光功率、電場監測并且分別命名為反射光譜和透射光譜。
結果展示：
透射光譜模擬
反射光譜模擬
電場傳輸
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展開 光譜儀 | RP 系列激光分析設計軟件
光譜儀的應用
因為光譜儀的應用領域非常廣泛。一些典型的例子如下：
· 在光學技術和基礎物理中，光譜儀用于表征各種光源和光學元件。
· 例如，天文學中的光學望遠鏡經常使用光譜儀來獲取有關星系、恒星和行星的附加信息。
· 在化學中，光譜儀可用于識別物質或測量多種物質的濃度，例如液體溶液或氣體中的濃度。有關更多詳細信息，請參閱有關分光光度計的文章。在激光雷達的背景下，光譜分析可用于環境監測。
另請參閱有關光譜學的文章以了解更多應用。
根據應用的不同，對所覆蓋的波長區域、性能（例如分辨率、靈敏度、速度等）和成本的要求可能截然不同。因此，市面上有各種各樣的光譜儀，并且針對特殊應用（例如天文學）開發了專門的版本。
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