圆盘透明度在水下激光成像系统性能评估中的应用

水下激光主动成像系统的探测能力不仅与探测系统自身参数有关,还与水质等环境因素有关。为评估水质对水下激光成像系统探测能力的影响,根据圆盘透明度成像模型,研究了吸收系数、散射系数、漫射衰减系数等水体水质参数与圆盘透明度的关系,给出了圆盘透明度与水下激光主动成像系统最大探测深度的表达式。实验表明,ICCD距离选通水下激光主动成像系统最大探测深度值与理论计算值相对误差小于20%。基于成像理论的圆盘透明度模型反映了水下激光成像系统探测能力与水体水质参数的关系,可用圆盘透明深度来评估水下激光成像系统的探测能力。     

基于光学相干层析成像技术的强散射介质光学特性测量

利用光学相干层析成像技术对强散射介质的光学特性进行了测量研究.通过理论模拟分析了镜面反射条件下散射系数及各向异性因子对外差效应因子的影响.提出镜面反射情况下利用广义惠更斯菲涅尔模型提取材料光学特性的算法.通过对不同浓度的IntralipidTM溶液的测量,获得了可靠的光学散射特性实验结果,并研究了散射系数与其浓度之间的...     

基于双积分球的宽光谱组织光学参数测量系统与方法研究

组织光学参数测量是生物医学光子学的主要研究内容之一,人体组织光学性质与其生理病理状态密切相关。近年来,利用组织光学特性,特别是吸收与散射特性进行组织成像诊断及无创成分检测成为生物医学光子学领域研究热点,为肿瘤早期诊断、代谢动态监护及光动力治疗等临床应用提供了基础。双积分球方法能够同时测量离体组织吸收系数、散射系数等,具有测量准确、快速,适用范围大等优点,作为光学参数测量的标准方法得到广泛研究与应用。利用双积分球及超连续激光器搭建了宽光谱的组织光学参数测量系统,分析了积分球测量传递函数与误差来源及系统最佳测量条件,建立了基于BP-MCML的系统校正正向模型与L-M算法的光学参数反构算法。在此基础上,测量了1 100～1 400 nm连续宽谱范围内Intralipid溶液光学参数,实验结果表明改进后反构算法测量结果比较准确,多次测量标准偏差在3%以内,不同波长下约化散射系数及吸收系数测量结果与其他研究小组得到的测量结果对比,偏差小于3.4%。     

水下环境光学特性测量方法

为实现水下对航行器光学探测,研究了水下环境光学特性测量机理,确立了海洋下行辐射、海洋上行辐射测量方法。在分析海洋下行辐射分布规律的基础上,简化了海洋下行辐射模型,建立了Janus海洋下行辐照度测量模型,设计了辐照度光学探头,确定了海洋上行辐射测量方法,并完成光学探头的响应度定标设计。分析表明,下行辐照度由标量辐照度、散射系数、体积衰减系数和漫衰减系数共同决定,均匀角分布入射辐射率,当入射角小于70°时,余弦误差小于5%,采用的Janus设计优化了海洋下行辐照度的测量。海洋下行辐射、海洋上行辐射测量方法的建立,为水下实现目标环境光学特性测量奠定了技术理论支撑。     

小麦品质的太赫兹波段光学与光谱特性研究

采用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS),以储藏小麦为研究对象,研究了霉变、虫蛀、发芽等小麦与正常小麦样品在0.2～1.6 THz波段的光学与光谱特性,采用傅里叶变换得到被测样品的频域光谱,并计算获得THz吸收系数和折射率等光学参数。结果表明,不同品质小麦具有不同的折射率和吸收系数,其中正常小麦比霉变、虫蚀和发芽小麦的吸收系数和折射率都高,且吸收系数在有效波段随频率的增加而增加,进而可以根据其在THz波段的特征谱进行判别。THz-TDS在小麦品质检测中的应用,为该技术在储粮品质检测和分析中提供新的实验方法,具有重要的应用前景。     

基于光学相干层析术的组织光学性质测量

通过在光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)模型中考虑多重散射的影响,提出了一种提取出不同深度处的组织光学性质,包括散射系数和各向异性因子的算法.当把吸收系数作为算法中的第三个拟合参量时,能减少算法拟合过程中由于吸收作用的影响而带来的误差.基于包含吸收因子的OCT扩展模型,改进的算法也能够提取出吸收系数.这些算法的有效性通过对聚苯乙烯微球溶液样品的测量实验得到验证.     

基于光学散射特性的失稳空间目标旋转分析

本文提出了基于光学散射特性的失稳空间目标旋转速率实验模拟方案以及数据处理方法,解决了失稳空间目标旋转速率反演的问题。实验构造了模拟真实光学观测的测试系统,使得卫星模型姿态、太阳方位、探测器观测角均与STK模拟场景相同,并模拟了低轨STSS卫星失稳条件下的探测过程,获取了多个周期的探测数据。通过频谱分析法、自相关法、交叉残差法处理实验数据,发现三种方法都可以成功反演出卫星模型的旋转速率,但交叉残差法受干扰较小,结果更准确。通过本文的工作,为今后通过光学散射特性反演真实卫星旋转速率提供了依据。     

Investigation of the effects of tensile strain on optical properties of ZnO nanowire

In this paper, the effects of mechanical tensile strain on optical properties of ZnO nanowire before and after embedding ZnS nanowire were investigated by simulation. Finite element modeling (FEM) software package ABAQUS and three-dimensional (3D) finite-difference time-domain (FDTD) methods were furnished to analyze the problems numerically, including the nonlinear mechanical behavior and optical properties of the sample, respectively. The physical deformation model was imported into the FDTD to investigate optical properties of ZnO nanowire under mechanical tensile strain. Besides, the stress-strain curve via tensile experimental was compared with stress-strain curve that was obtained from finite element modeling. The results disclosed that the mechanical strain was demonstrated to play an important role in determining the optical properties of ZnO nanowire such as absorption coefficient and optical density.     

水下激光探测系统的水体后向散射光计算与光学参数估计

针对水下激光探测系统的水体后向散射光的计算,给出了系统的光学几何结构,分析了不同距离处的激光光斑与接收视场区域的位置变化关系并进行了定量计算。依据光传输理论建立了水体后向散射光的计算模型,根据模型的算法步骤编写了计算机程序。结合水下激光探测系统的具体参数进行了实例计算,绘制了后向散射光信号波形,并与试验获取的信号波形对比分析,验证了算法的可行性和正确性。研究了使用实测后向散射光信号数据估计水体光学特性参数的方法,通过估算的参数重新绘制曲线并反向叠加在测量数据曲线上以抵消水体后向散射光对目标信号的影响从而能够提取目标信息。     

多通道差分吸光度用于颅内血肿快速检测

近红外光密度差异法检测创伤性硬膜血肿具有快速、无创等优点,是近几年组织光学的研究热点,在急救临床上有着重要应用。为了进一步提高对颅脑外伤患者血肿程度的检测精度,采用多通道差分吸光度方法获得头部左右对称吸光度数据,即利用与近红外光源距离不同的5个检测器采集颅脑对称位置的光密度信息,计算对称位置的差分吸光度,利用偏最小二乘法建立脑部光学吸收系数与差分吸光度数据之间的校正模型,实现对颅内硬膜血肿程度的预测。可以检测具有不同头皮颅骨厚度患者是否出现硬膜血肿,也可预测脑血肿程度。模型仿真预测结果显示,所建立预测模型对硬膜血肿部分的光学吸收系数预测平均相对误差为11.16%,对血肿发生深度预测平均相对误差小于1%,基本满足创伤性硬膜血肿程度的无创检测需求。将多通道差分吸光度法引入到脑部血肿近红外光谱无创检测中来,可以明显消除个体差异对检测结果的影响,有效提高脑血肿检测精度,并能实现对患者脑血肿程度的预测,该方法为近红外光谱脑部检测研究提供了新的思路和重要参考。     

Electronic structure and optical properties of BiSI crystal

Electronic structure and optical properties of BiSI crystal were investigated by the full potential linearized augmented plane wave (FL-LAPW) method with density functional theory (DFT). The complex dielectric function and optical constants, such as optical absorption coefficient, refractive index, extinction coefficient, energy-loss spectrum and reflectivity, were calculated. The optical properties of BiSI crystal were studied experimentally by spectroscopic ellipsometry. The experimental results were compared with the theoretical spectra of complex dielectric functions and with the spectra of a pseudo-dielectric function (PDF). This method shows that experimental spectra consist of four Laurence lines sum.     

复眼式光学成像系统畸变测量与校正技术研究

复眼式光学成像系统在大视场侦查、图像识别、目标探测等领域较传统单孔径光学系统优势突出,但随着视场的增加,子孔径本身的成像畸变及多个子孔径的安装位置误差引起的畸变会直接影响拼接图像的质量。针对该问题,采用光电测量技术对复眼系统进行畸变测量与校正,生成多模动态电子畸变测量靶标,构建畸变测量校正模型,建立多项式拟合算法,采用最小二乘法获得畸变系数,通过双线性插值法模型对图像进行重建。实验结果表明,校正后的平均相对畸变优于0.1%,满足大视场复眼式光学成像系统的畸变校正和图像拼接的精度要求。     

Phantom validation and in vivo application of an inversion procedure for retrieving the optical properties of diffusive layered media from time-resolved reflectance measurements

An experimental validation of an inversion procedure for retrieving the optical properties of layered media from multidistance time-resolved reflectance measurements is presented. The results cover a wide range of optical properties, showing excellent effectiveness and reliability of the procedure in reconstructing the optical properties of a two-layered medium. The optical properties of the first layer and the absorption of the second layer could be retrieved with excellent precision, whereas the reduced scattering coefficient of the second layer was reconstructed with a large error. The first layer thickness could be retrieved with an error less than 50%. An example of retrieval of the optical properties of muscle from in vivo measurements during an arterial occlusion is shown.     

Electronic structure, optical and thermodynamic properties of orthorhombic UCoGe under pressure

The electronic structures, optical and thermodynamic properties of orthorhombic UCoGe are investigated using the generalized gradient approximation (GGA) formalism in the framework of the density functional theory (DFT). The obtained lattice parameters, bulk modulus B and its pressure derivative B′ of UCoGe are in agreement with the available experimental data. From the analysis of band structure and density of states coming out from our calculations, we can see that UCoGe in the ground state belongs to a typical metallic alloy. Various optical properties, including the dielectric function and absorption coefficient as functions of the photon energy are calculated. The thermodynamic properties of UCoGe are predicted using the quasi-harmonic Debye model for the first time. The Debye temperature, the Grüneisen parameter, the heat capacity and the thermal expansion coefficient are obtained at high pressures and temperatures.     

基于表观光谱反演黄东海水体固有光学量研究

水色遥感反演算法中半分析模型的建立需要已知水体同有光学量,文章基于现场实测数据建立了由遥感反射率反演同有光学量模型.对2003年春季黄东海航次所测数据进行了介绍,详细阐述了遥感反射率、颗粒物后向散射和吸收系数的测量方法.基于生物光学模型,利用单纯形优化算法由遥感反射率来反演水体同有光学量,并将反演结果与实测数据进行了比...     

油墨组分比例预测模型与方法

因光学特性(吸收系数与散射吸收)与组分比例不呈严格的线性关系,基于K-M理论的配色模型无法保证比例预测精度,针对上述问题,建立了油墨组分比例预测模型与方法。首先利用与组分比例具有强线性相关性的特征波长处的光谱反射率倒数值替换K-M配色理论中的吸收系数与散射系数,引入非线性项,构建油墨混合呈色模型;然后在此基础上建立油墨组分比例预测模型。以两组二元基色油墨混合样本为例,对提出的油墨组分比例预测模型及方法进行验证。实验结果表明,文中方法可预测获得与真实结果较为接近的组分比例,两组实验样本的预测平均偏差分别为1.57%和3.6%,可为目标样油墨组分比例预测提供一种新的方法。     

Ellipsometric characterization of PbI2 thin film on glass

The optical properties of polycrystalline lead iodide thin film grown on Corning glass substrate have been investigated by spectroscopic ellipsometry. A structural model is proposed to account for the optical constants of the film and its thickness. The optical properties of the PbI₂ layer were modeled using a modified Cauchy dispersion formula. The optical band gap E_g has been calculated based on the absorption coefficient (α) data above the band edge and from the incident photon energy at the maximum index of refraction. The band gap was also measured directly from the plot of the first derivative of the experimental transmission data with respect to the light wavelength around the transition band edge. The band gap was found to be in the range of 2.385±0.010 eV which agrees with the reported experimental values. Urbach's energy tail was observed in the absorption trend below the band edge and was found to be related to Urbach's energy of 0.08 eV.     

基于暗像元的Hyperion高光谱影像大气校正

大气是影响遥感定量分析与应用的重要因素。该文利用暗像元大气校正算法,在IDL平台下,从Hyperion传感器的可见光-近红外波段逐通道提取大气光学厚度信息,并利用该数据实现对Hyperion数据大气校正的目的。研究结果表明,大气光学厚度随着通道中心波长的增加而减小,即与中心波长成负相关。光学厚度与中心波长的最佳经验模型为线性模型,模型的回归系数为0.912 3。通过分析校正前后的水体光谱曲线可知,大气的衰减作用使得卫星遥感信号不能正确表现自然水体的表观光学特性和内在光学特性,且对水体样本层次变化不敏感。在蓝绿波段,大气对光谱数据的污染最为严重,该波段的光谱特征与自然水体的理论光学特性完全相背离。由大气光学厚度光谱特性和自然水体光学特性可知,经过"暗像元"算法校正过的影像数据的质量得到显著改善。在缺少同步大气垂直剖面参数的情况下,暗像元算法将是Hyperion数据一种行之有效的大气效应消除方法。     

基于显微光谱的组织切片细胞纳米结构研究

细胞纳米结构的探测对癌症的早期诊断以及筛查具有非常重要的意义。空域低相干相位显微镜可以探测细胞的纳米结构获取系统参数,但是显微镜的系统参数和细胞纳米结构参数之间存在着复杂的非线性相关关系,需要研究方法加以定量分析。因此,基于一维高斯场模型加一维多层介质模型模拟空域低相干相位显微镜的背散射光谱,实验结果表明模型预测结果与实际测量结果基本一致。对已知纳米结构的组织切片光谱建模, 通过统计方法分析了系统参数与细胞纳米结构参数的相关关系,验证了系统参数确实能反映细胞纳米结构参数的变化,并量化了系统参数的反映水平。研究成果为基于空域低相干相位显微镜的癌症早期诊断提供了新的理论基础和方法依据。     

碳纳米粒子悬浮液光限幅性能数值模拟

碳纳米粒子悬浮液具有良好的光限幅性质,是一种优良的宽波段光限幅材料。通过热传导方程和米氏散射理论建立了微气泡半径与入射光能量、碳纳米粒子悬浮液散射系数和透过率的理论模型。采用Matlab数值模拟了散射系数随微气泡尺寸因子的变化关系,碳纳米粒子悬浮液光限幅性能随入射光能量的变化规律。研究了气泡尺寸因子、入射激光能量以及波长对碳纳米粒子悬浮液光限幅特性的影响。研究发现当激光能量达到一定值时,微气泡的半径保持恒定,不再随入射激光能量的增加而增加。微气泡尺寸的增大对碳纳米粒子悬浮液的透过率有着显著的影响。同时,碳纳米粒子悬浮液对不同入射光波长和光能表现出不同的光限幅性能。研究结果为实验研究提供了理论指导。