利用数值模拟测量闪光照相中的H-D曲线

H-D曲线表明了照射量与底片光学密度之间的关系，是定量提取客体信息的基础。尽管实验上提出了许多测量“屏-片”的H—D曲线的方法，但这些方法所采用的实验布局与实际照相环境存在一定的差异。第一，许多实验采用的光源是单能源（如^60Co），没有体现底片系统对不同X射线能量的响应特性；第二，实验装置与实际照相模型存在比较大的差异，由于光子能谱和角分布以及散射的影响，测量的H-D曲线往往很难用到实际照相中；第三，也是更重要的一点是目前测量高能X射线照射量的仪器的测量误差较大，     

利用数值模拟测量闪光照相中H-D曲线

 在分析高能闪光照相中传统实验方法不足的基础上，提出了采用Monte Carlo模拟结果来建立底片光学密度与照射量之间的关系，并对一个球对称客体进行了实验照相。采用Monte Carlo方法分析了底片光学密度分布左右不对称的各种因素，认为底片光学密度分布左右不对称主要是照相器件几何对中不理想造成的，并说明了底片光学密度左右平均的合理性。在此基础上介绍了H-D曲线的生成方法，采用Silberstein理论得到了具有较高精度的H D曲线。这种结合Monte Carlo模拟的H-D曲线测量方法不但避免了照射量测量误差，而且还考虑了H-D曲线对X射线能谱的依赖关系，更能体现实际情况，具有较高的精度。可用于球对称客体或柱对称客体的辐射照相。     

超声相控阵距离幅度曲线计算方法

超声相控阵偏转聚焦声场能量分布不均匀,造成不同位置的缺陷回波幅度差异,针对该缺陷量化问题,提出超声相控阵系统距离幅度曲线理论计算方法。在非近轴近似声场模型的基础上,结合缺陷散射模型来建立相控阵系统测量模型,再利用该方法来预测不同位置横通孔缺陷的回波信号,进而获得信号幅度随位置的变化曲线。分析对比了不同偏转聚焦声束理论计算结果与实验测量结果,两者幅度在焦点附近具有较好的一致性,偏差在5%以内,验证了超声测量模型计算方法的有效性。      

高速模型尾迹流场及其电磁散射特性相似性实验研究

高速目标再入大气层或在临近空间飞行时,空气电离形成的等离子体鞘套和尾迹对目标的雷达散射特性会产生影响.为了研究不同模型尾迹流场及其电磁散射特性规律和相似性,以氧化铝球模型为研究对象,在弹道靶设备上开展了双尺度参数相同的条件下高速球模型尾迹流场及其电磁散射相似性实验研究.由二级轻气炮发射模型,模型直径分别为8.0、10.0、12.0、15.0 mm,速度约6 km/s,靶室压力分别为6.3,5.0,4.2,3.3 k Pa,采用阴影照相系统测量模型激波脱体距离、电子密度测量系统测量模型尾迹的电子密度分布、X波段单站雷达系统测量在视角为40?的模型及流场的雷达散射截面(RCS)分布.实验结果表明:在速度不变、双尺度参数相同的条件下,随着模型尺寸的增加,激波脱体距离逐渐增加,激波脱体距离与模型直径之比近似相同;不同模型尾迹电子密度测量曲线的趋势和数量级一致,表明不同模型的尾迹流场适用于双缩尺律;不同尺寸模型尾迹的总体RCS与分布RCS均不相同,表明不同模型尾迹的电磁散射不适用于二元缩尺律;高速球模型全目标电磁散射能量分布在模型及其绕流区域、等离子体尾迹区域;高速球模型全目标电磁散射能量在模型及绕流场区域出现1个强散射中心,在模型湍流尾迹区域出现多个散射中心;高速球模型尾迹的RCS测量信号呈现随机性分布特性,幅度脉动和频率脉动均没有周期性;随着模型尺寸的增加,模型尾迹的总体RCS增加,尾迹脉动频率的变化范围减小.     

光电倍增管渡越时间的测量

响应时间为10-9 s的LED灯作为光源,使用MCP-PM T测量系统的固有时间特性,用示波器记录波形并获取时间差,实验测量了俄罗斯CHФ型光电倍增管的渡越时间。     

高精度角膜曲率半径测量系统

为了实现成像角膜曲率计沿光轴方向的精确对准,提高角膜曲率的测量精度,设计了一种高精度成像角膜曲率测量系统。对该系统的成像光源、成像光学系统、干涉测量系统等进行研究。通过LED阵列均匀照射靶环形成光源;成像物镜采用双远心镜头,使景深变大,有利于对准测量,同时保证成像物镜的放大率不会受景深的影响;引用低相干干涉测量技术,利用低相干干涉信号定位角膜顶点和测量光源的位置,利用光栅尺监测扫描反射镜的位置,实现了角膜顶点到测量光源距离的精确测量。最后,分析了该系统成像物镜放大率的稳定性和角膜曲率测量误差,在理论基础上,做出了实验样机,用所设计的样机对标准角膜模拟眼进行测试,系统精度达到±0.02 mm,基本满足角膜曲率的测量要求。     

用数字示波器探究光磁共振实验中反常共振信号的机理

本文根据拟合得到的g_F因子大小,确定了光磁共振实验中的反常共振信号;用数字示波器测量了反常共振射频信号的频谱,计算了反常共振射频信号各高次谐波的大小;通过线性拟合,得到了正常共振信号幅度与射频信号幅度的关系。利用此关系,计算了各高次谐波产生的反常共振信号大小,计算结果与测量值基本一致。频率计连接射频信号源后,射频信号波形和频谱发生明显变化,反常共振信号随着射频信号频谱的变化发生相应改变,进一步证明了反常共振信号由射频信号的高次谐波共振所引起。这些结果表明,用数字示波器探究光磁共振实验中反常共振信号的机理不仅可行,还能定量估算和预测射频信号波形对反常共振信号大小的影响。     

X光面光源的尺寸对系统线扩展函数的影响

 在辐射照相系统中，X光源的尺寸是一个影响图像清晰度的重要参数。尤其是在使用高能的X光进行辐射照相时，特殊的照相条件使X光源面积对于系统空间分辨率的影响更为突出。针对这一现象，基于台阶照相法测量系统线扩展函数的理论建立了计算模型，模拟了面光源尺寸对于系统空间分辨率的影响，并说明了提高分辨率应采取的措施。     

神光-Ⅲ原型装置初步的激光脉冲整形实验

针对物理实验要求的三台阶整形脉冲(脉冲宽度比为1.5 ns:1ns:0.5 ns,幅度比为1:4:16),在神光-Ⅲ原型(TIL)装置上开展了脉冲时间波形整形实验研究。首先,针对发射目标利用激光性能仿真模型预测注入激光系统的激光能量和脉冲波形。然后,在脉冲整形后进行不同功率的激光发射对脉冲波形进一步修正:利用实验测量的频率转换效率修正各光束1ω能量和1ω脉冲波形;通过拟合实验测量的能量数据修正注入激光能量;通过增益-通量曲线修正注入激光脉冲波形。最后,将各束注入脉冲波形再次折中作为脉冲波形调整的最终依据。实验结果表明,对靶面要求的3ω-3 ns-0.5 kJ(单束)的三台阶整形脉冲,8束脉冲波形与要求比较一致;三个台阶的束间瞬时均方根功率不平衡分别约为30%,10%和5%。     

提高太赫兹时域光谱仪测量速度研究

太赫兹时域光谱仪的测量速度是一个非常重要的指标,为了提高光谱仪的测量速度需要提高延迟线的扫描速度。实验研究了扫描速度、时间常数、采样率对太赫兹时域光谱仪信号品质的影响。研究结果表明,当时间常数为10 ms时,提高扫描速度不会对信号幅度造成较大改变;而当时间常数为30,100和300 ms时,随着扫描速度的提高,信号幅度会迅速降低,且时间常数越大信号幅度衰减越快,因此,为了避免在提高测量速度时导致信号品质的劣化,应尽量设置较小的时间常数。另一方面,当采集一定时域长度的信号时,扫描速度越高,采集到的采样点数越少,时域波形失真越严重,因此在提高扫描速度时,不仅需要减小锁相放大器时间常数,同时还需要相应的提高采样率以避免因采集点数减少而造成信号波形的失真。该结果可为提高太赫兹时域光谱仪的测量速度提供参考。     

同位素Tl-201的单光子发射CT影像的康普顿散射校正

给出一种基于康普顿散射理论的Tl-201 SPECT影像的散射校正方法,此方法仅考虑一次散射和二次散射的影响.计算中将散射介质分成散射小元,然后积分求出每一小元内所有电子的散射光子数,一个电子的散射几率由Klein-Nishina公式确定,散射光子被分配至散射小元中心对应的探测器接收孔位置.辐射源的奇点问题也通过这种积分方法解决.误差主要来自于计算中有限的散射元体积和受限制的散射介质,但计算的线源响应函数和散射比与Monte Carlo计算结果相符,计算时间缩短40倍.     

基于EKF的水下LD通信精对准控制算法

高速激光通信中接收机与光斑中心很难处于精对准状态,导致水下光通信链路难以稳定建立.首先采用蒙特卡洛仿真统计法分析激光光子在海水中传输的接收光强分布规律,再通过实验对接收端的光斑图像进行采样分析,利用曲线拟合得到接收器位置与接收光强的关系.仿真与实验结果表明:光束经过25 m的水下传输,接收光强分布仍近似为高斯分布.采用非线性估计算法(扩展卡尔曼滤波)与基本状态控制反馈理论,根据接收光强度估计接收器当前位置与最大光强处的距离,通过反馈算法实现接收端与光斑中心的主动跟踪对准.算法仿真结果显示,接收端对准误差在2 mm以下,稳定后接收效率超过98%.     

CsI∶Tl晶体对高能X光照射量的响应关系研究

在X光探伤系统中使用效率较高的CsI∶Tl晶体作为X光转换体。CsI∶Tl晶体对X光的响应关系是精密图像处理、定量测量所需的一项重要参量,理论上已经推导了CsI∶Tl晶体对X光的响应呈现线性关系,并针对性地设计了在60Co放射源上的定量测量实验,所获数据不仅充分证明了理论推导的正确性,还证明了相应系统的这种线性关系的线性度非常好。     

蒙特卡罗方法在X光源尺寸测量中的应用

 利用蒙特卡罗方法对两种X光源尺寸测量方法狭缝法和刃边法进行了模拟,比较了在不同实验布局条件下的模拟结果,指出X射线的强穿透性对成像具有较大的影响,使狭缝像的底部展宽,影响对光源特性的判断,同时使刃边法的测量精度在一定程度上受对中精度的制约。为减小其影响,在保证不降低图像接收范围、图像对比度以及测量精度的基础上,设计了新的狭缝法实验测量布局,同时建议用ROLLBAR法代替刃边法进行测量。     

闪光照相散射定量技术初步研究北大核心CSCD

高能MeV闪光照相所针对的客体通常具有极高的面密度。当X射线穿过客体时,直穿X射线的强度将被极大衰减,到达成像面的直穿信号可能被散射“噪声”所淹没,若直接对图像进行反演将严重影响照相重建精度。从散射抑制角度出发,目前主要采用网柵相机即阵列型准直孔阻挡散射,但网栅相机的应用效果受光源位置稳定性影响较大,且网栅不易加工。提出了一种可实时定量散射强度的照相方案,该方案利用狭缝准直器对散射的抑制能力不随散射强度变化而改变这一特点,对现有照相布局进行小改进,利用已知客体实验结果标定狭缝准直器对散射的抑制能力,进一步自洽确定待测客体的散射量大小。基于蒙卡方法的仿真照相实验结果表明,当采用低面密度客体标定散射抑制系数时,高面密度客体散射强度的估计值与模拟真实值偏差可小于2%。     

密闭实验大厅内散射中子注量的模拟研究

为能够快速评判实验测试方案和预估实验结果,建立了中子体通量的快速估算模型。理论上,封闭空间中子平均体通量与特征长度的平方成反比,且中子体通量的大小能反映散射中子注量强弱。采用蒙特卡罗模拟方法,计算得到了密闭实验大厅内中子的体通量,以及不同位置处的散射中子注量,并将模拟得到的体通量和散射中子注量拟合成便于工程实践中应用的解析表达式,拟合结果与模拟结果的相对偏差小于10%。研究结果表明,球形空间内中子的体通量与球半径的1.905次方成反比;密闭实验大厅的中子体通量与大厅横截面宽度的1.948次方成反比,与长宽比的0.775次方成反比;球形空间结构内,每个源中子的平均径迹长度约为半径的5.4倍,而长方体密闭实验大厅内,单个源中子的平均径迹长度为大厅特征尺度的2~3倍。     

光在随机增益介质中的放大

 结合环形腔理论，运用蒙特卡罗法模拟了光子在介质中的随机行走。研究了倍频Nd:YAG（脉宽6 ns，频率20 Hz）脉冲激光器作为泵浦光，在TiO₂ / 若丹明 B有机增益介质中，散射微粒的颗粒密度和泵浦光面积对随机激光器阈值强度的影响。模拟结果表明：随机激光阈值和光子在增益介质中的随机行走路程长度和光子通过边界返回增益区和非增益区的几率有关。随着泵浦光面积的增加，随机激光器阈值降低；增益介质中散射颗粒密度的增加降低了随机激光器的阈值。     

RWMCS – An alternative random walk Monte Carlo code to simulate light scattering in biological suspensions

In biological suspensions, the forward light scattering is done mainly by the contribution of the suspended cells. The multiple scattering is almost always unavoidable, its contribution being described by Monte Carlo simulations or by approximate analytical formula. The Monte Carlo approach we propose moves one photon at a time and checks all scattering centers to find, at each simulation step, which one will scatter the photon. The validation of the simulation results is performed by comparing the obtained angular distribution with the predictions of the effective phase function theory reported recently in the literature and with the angle resolved experimental measurements performed on human red blood cells (RBCs) in suspensions at different hematocrits. The results show a good agreement in the small concentration range.     

采用分区法生成稀疏谱湍流相位屏

为了更好地研究光束在大气湍流中的传播特性，提出了基于稀疏谱模型的湍流相位屏模拟方法，对生成相位屏的灰度图、结构函数和光束漂移量进行了研究分析。首先采用数学方法分析光波的方向、大小和振幅，并由此得到稀疏谱相位屏；然后分别在不同相干半径下，与功率谱反演法生成的相位屏灰度图进行对比，并分析稀疏谱模型下的结构函数和光斑位置拟合度。仿真和实验测试结果表明，实验结构函数的平均误差为6.1%，该模拟方法下的相位屏细节信息更为丰富，大气湍流光斑质心的均方根误差为1.013×10?7 m，具有精度高、运行速度快、模拟周期长等优点，能够较好地模拟真实大气湍流。