3.5μm中红外激光外差光谱技术研究及系统研制的任务书.docx

3.5μm中红外激光外差光谱技术研究及系统研制的任务书
任务书
一、研究背景
外差光谱技术是一种非常重要的光谱分析方法，它不仅可以对物体进行非接触式的光学探测，而且通过分析样品的光辐射谱线，可以获得有关样品的信息，比如其能级结构、分子结构、分子振动、转动等信息。尤其在红外区域，外差光谱技术不仅能够克服传统光谱技术的缺点，同时还能够在样品中以非常低的浓度检测物质，以及进行高灵敏度的成像。
在外差光谱技术中，由于绝大多数物质的分子级振动位于中红外区域（2.5-25μm），因此中红外激光外差光谱技术成为了红外外差光谱技术的重要支撑。其中，3.5μm波长周围是许多气体、液体分子的“指纹区”之一，对气体检测、环境监测、食品安全等领域有着广泛的应用。
二、研究意义
中红外激光外差光谱技术在生物、环境、食品、石油化工等领域应用广泛。本项目旨在利用最新的激光技术、光谱仪设备和信号处理算法，研究3.5μm中红外激光外差光谱技术的研究和系统研制，为相关领域的物质分析和定量检测提供更高效、更准确、更可靠的分析手段和设备。
三、研究内容
1.中红外激光外差光谱技术的原理和发展历程；
2.利用最新的中红外激光器，选取适当的谐振腔结构，对3.5μm区域外差光谱光源进行研制；
3.设计和制作3.5μm区域的衍射光栅，用于对光源进行单色化处理；
4.调整和优化激光外差光谱系统的光路布局，并加入合适的光学元件（包括反射镜、准直镜、衰减片、聚焦镜等）；
5.采用高灵敏度探测器，对外差光谱系统中的信号进行捕获和处理，以得到样品的外差光谱信号；
6.广泛应用不同的样品（包括有机物、无机物、生物体等），对研制的激光外差光谱系统的性能进行测试和研究，进行数据分析和处理；
7.利用相关物理模型或者机器学习技术，对外差光谱信号进行处理和分析，实现样品成分的定量检测和组成分析。
8.编写研究报告并将研究成果进行系统总结和展示。
四、研究进度
1.完成中红外激光外差光谱技术的理论研究，确定研究方向和内容（1个月）
2.研制中红外激光外差光谱光源（牵涉到激光器、谐振腔、光束整形等技术的研究和开发），并完成单色化处理（3个月）
3.设计和制作3.5μm区域的衍射光栅（一个月）
4.调整和优化激光外差光谱系统的光路布局，并加入合适的光学元件（一个月）
5.采用高灵敏度探测器，对外差光谱系统中的信号进行捕获和处理，并进行外差光谱信号的测试和研究（2个月）
6.广泛应用不同的样品进行测试（包括有机物、无机物、生物体等），进行数据分析和处理，并研究其性能和应用前景。(3个月)
7.利用相关物理模型或者机器学习技术，对外差光谱信号进行处理和分析，实现样品成分的定量检测和组成分析（3个月）
8.编写研究报告并将研究成果进行系统总结和展示（2个月）
五、研究成果
本研究旨在研究3.5μm中红外激光外差光谱技术的研究及系统研制。预计，在研究结束后，将会取得以下成果：
1.设计和研制出3.5μm区域的中红外激光外差光谱光源，并实现单色处理；
2.设计设计和制作3.5μm区域的衍射光栅，并完成激光外差光谱系统的光路布局和光学元件加入；
3.完成各种类型样品（包括有机物、无机物、生物体等）的测试，得到一系列的外差光谱数据；
4.利用相关物理模型或者机器学习技术，对外差光谱信号进行处理和分析，实现样品成分的定量检测和组成分析；
5.得到一套集成高灵敏度、高分辨率和高精度于一体的中红外激光外差光谱检测系统；
6.整理本研究过程中的实验数据和技术经验，编写研究论文，在国内外期刊上发表论文3篇以上；
7.将研究成果进行总结和展示，为后续相关领域的研究提供技术和参考。