针剂中异物的光电检测方法研究

针剂在实际生产过程中容易混入异物颗粒,异物颗粒影响人体健康,因此针剂在出厂前必须进行异物检测.本文提出了一种基于光阻法的针剂异物的检测方法,介绍了检测原理及其信号处理方法,单瓶静态实验表明,该方法与人工检测方法比较,符合率为96.30%.针对检测区域和测试时间过小所造成的漏检可能,提出了双光路检测方法,并通过实验论证了其可行性.     

同色异谱破坏特性及其在相似异物检测中的应用

由于相似异物与所处背景的外观特征极其相近,现有的光谱成像检测技术遇到新的挑战。针对复杂背景中相似异物检测难题,提出了利用同色异谱破坏特性的透反射光谱图像检测方法。在分析同色异谱破坏过程中异物与背景光谱特性差异基础上,建立了波长优选函数筛选最优波长的透反射光源构建成像检测系统。以棉花中的白色丝状异物作为实验对象,利用最佳波长透反射成像系统获取异物特征,采用图像决策层融合增强异物图像特征,最后利用二值化处理提取异物目标。实验结果表明,在利用390 nm反射波长与580 nm透射波长的双波长图像检测中,成像系统获取的相似异物图像特征明显,异物提取后检测结果与实际相符。此方法可有效检测棉花中多种白色丝状异物,为相似异物检测提供了一种新思路。     

数字同轴全息颗粒场检测中的颗粒分割识别与独立聚焦

针对数字同轴全息颗粒场检测中不同层面颗粒的自动聚焦问题,通过分析颗粒场数字同轴全息记录与再现的特点,提出一种颗粒分割识别与独立聚焦方法.给出了对单个颗粒进行聚焦判断的独立聚焦判据函数、以及实现颗粒分割识别和独立聚焦的方法.通过单层单个、两层两个及多层多个颗粒场的实验,验证了所提出方法的正确性.     

数字同轴全息颗粒场检测中的颗粒分割识别与独立聚焦

针对数字同轴全息颗粒场检测中不同层面颗粒的自动聚焦问题,通过分析颗粒场数字同轴全息记录与再现的特点,提出一种颗粒分割识别与独立聚焦方法.给出了对单个颗粒进行聚焦判断的独立聚焦判据函数、以及实现颗粒分割识别和独立聚焦的方法.通过单层单个、两层两个及多层多个颗粒场的实验,验证了所提出方法的正确性.     

硅片表面纳米颗粒剥离及其成分检测方法研究

硅片表面纳米级污染颗粒的检测与去除是集成电路制造(Integrated Circuit, IC)的关键环节.本文主要对纳秒级脉冲激光作用至硅片表面后纳米颗粒的动力学过程及颗粒成分在线检测方法进行了研究.搭建了双脉冲激光测量实验系统,并通过实验对300 nm Cu颗粒进行了双脉冲激光实验观测,通过分析表征颗粒运动轨迹的击穿光谱特征,从实验上观测到了清洗激光作用后颗粒沿垂直硅片表面向上的运动轨迹.在综合考虑空气碰撞阻力、颗粒重力的影响下,建立了激光清洗后颗粒的运动模型,并与实验相结合求解了运动模型参数,计算获得了清洗激光作用后颗粒的初始速度和激光作用时间内颗粒的平均加速度.本文为激光诱导晶圆表面纳米颗粒去吸附以及激光至纳米颗粒动力学过程研究提供了一种模型方法,也为集成电路污染源在线检测提供了一种重要方法.     

中药口服液中可见异物检测系统研究

针对目前生产线上中药口服液中可见异物检测系统存在的速度慢、精度低等问题,设计了一种可同时检测多个药瓶的基于机器视觉的异物快速检测系统。介绍了成像系统和机械系统。提出了一种基于边缘轮廓的图像配准算法,有效地消除了药瓶晃动的影响。提出了一种逐点阈值分割图像的二值化方法,能得到质量较好的二值化图像。实验结果表明,该系统能快速、有效地检测出可见异物,能较好地满足在线检测需求。     

中药口服液瓶可见异物移动检测系统研究

针对中药口服液中可见异物的检测为静态的自旋急停检测这一问题,提出了一种基于机器视觉的针对流水线上直线运动中的中药口服液瓶中可见异物的移动检查方法。此法为将停止不动的口服液瓶的自旋急停拍照检测,变为在药瓶水平方向运动的同时完成竖直方向上的自旋急停拍照检测。克服了连续拍摄图片中药瓶位置发生变化从而需要寻找药液区域的问题。基于改进的成像系统和机械系统,使待检测药瓶在边自旋急停边直线运动时完成杂质检测。检测基于改进的区域搜索方法,提出了先利用连续像素搜寻算法药液区域提高检测速度,再用前后三角形窗口算法判定药液区域提高检测精度,能快速抓取照片中位置发生变化的药液区域并利用差分法进行杂质检测。实验结果表明此算法可以快速有效的检测出异物,提高了检测速度。     

基于光阻法的小光束截面粒径信息提取方法

为了实现同时兼顾大、小颗粒测量的液体颗粒计数,在分析细小光束照射下球形颗粒脉冲信号波形特征的基础上,提出了一种颗粒粒径信息提取方法,该方法通过对脉冲信号积分将颗粒脉冲信号的幅度与持续时间结合,可更加准确地提取颗粒的等效粒径信息.对理想脉冲信号进行数值模拟,并采用乳胶微粒标准物质进行实验测试,结果表明,该方法能够有效地提取大颗粒和小颗粒的粒径信息,从而拓宽了仪器检测范围.同时,分析了流速和噪声对该方法提取粒径准确性的影响,结果表明当流速波动小于10%时,测量误差小于5.41%;当噪声小于1%时,测量误差小于0.50%.     

基于OpenCV的机场跑道异物检测系统设计与研究

机场跑道的异物对飞机起降过程的安全带来非常大的威胁,所以机场跑道的异物精确检测已经成为保障飞机飞行安全一个非常重大的问题。文章主要从软硬件两个部分来研究了机场跑道异物检测系统,主要包括了机场道路监控中心和应急中心两个服务平台,重点分析了采用Camshift目标跟踪算法并应用在系统中,从而实现了监控系统前景目标识别和多目标跟踪两大功能;最后在Windows系统下做了测试实验,以VS2008为实验环境,采用OpenCV函数库开发一款机场跑道异物监控系统;通过实验结果的分析,该软件系统可靠性高,运行稳定,满足了识别精确度高和跟踪实时可靠的要求,显示系统具有较高的检测精确机场跑道异物检测系统设计度,为机场跑道放入侵监测系统更深入的理论研究和进一步的实际应用提供了方便。     

加权非负最小二乘光子相关光谱纳米颗粒粒径反演方法

为了降低采用光子相关光谱法进行纳米颗粒测量时噪音对颗粒粒径反演结果的影响,提出了一种基于加权非负最小二乘法的光子相关光谱纳米颗粒粒径计算方法.该方法以光子相关光谱自身作为权值,推导出反演算法的离散模型,避免了接近零点的测量数据波动对测量结果的影响.利用光子相关光谱纳米检测实验平台对90nm、190nm及混合的乳胶颗粒进行实验研究,并与传统非负最小二乘法反演结果进行了对比.60s测量时间的30次实验数据表明:对单峰颗粒群进行反演时,该方法多次测量结果与传统非负最小二乘法结果相近,但是多次重复测量的方差较小,证明该方法重复性较好;对多峰颗粒群进行反演时,该方法反演结果更接近颗粒的真实值,而非负最小二乘法其反演结果与真实值有较大偏离.在不同测量时间的实验数据表明:测量较短的情况下,该方法反演结果方差较小,能在更短的采样时间情况下,获得更准确的测量结果.     

Cassegrain激光发射系统的光路设计

为了提高激光探测系统激光的发射功率,在出射激光为基模的高斯光束的光路设计中,根据高斯光束经过光学系统的变换与传输特性,分析了系统采用Cassegrain望远镜时,其遮拦比以及入射光束束腰半径对光功率透过率的影响。通过具体的数值计算得出,随着遮拦比及入射光束束腰半径的增大,系统光功率透过率将减小,给出了望远镜遮拦比与发射孔径处光斑尺寸之间的最佳匹配关系,最后讨论了离焦误差（安装误差）为0.2mm时对出射光斑尺寸的影响。     

利用汉克尔变换设计高斯光束整形衍射元件的应用研究

衍射光学元件由于可以实现对高斯光束的整形而被重视,其通常的设计方法为G-S算法,由于使用傅里叶变换运算量大、费时长,将快速汉克尔变换应用到这些算法中可以极大地提高运算速度,节省运算时间,为设计复杂的光束整形元件提供了高效、可行的方法。本文利用该种方法设计针对中心波长为775 nm、光束束腰口径为6 cm的激光器,成功设计了一个具有二阶相位的折衍混合光学元件。仅单独这一片元件,既可在距离其35 m处得到一半径为200μm的圆形平顶光斑,均方根误差D0.021。当抽样值取2~15时,在普通PC机上运行时间仅为20.05 s,大大节省了优化设计时间(整个优化设计过程往往需要几十次甚是上百次这种运算)。同时利用离子刻蚀技术加工了该折衍混合元件,并进行了实际测试,结果与设计值基本相符,整形效果较好。这种单片的整形元件不仅整形效果好,还有利于与激光器的集成,简化系统的调节。     

角量控制的激光天线设计

在多环检测系统理论的基础[4,5]上,通过对激光天线单镜和双反射镜的高斯光束的传播规律和双镜距控制光斑稳定不变的实验数据[1,2],来进行激光天线的设计。设计采用了高斯光束控制入射光束的光腰位置,对天线副镜和主镜的入射角、反射角和天线发散角的控制方法,设计了天线的副镜和主镜的曲率半径、焦距和直径,达到了光斑保持的目的。计算公式简单,使用方便,计算公式和实验测定的数据误差在工程设计要求的范围以内,适合工程设计的需要。     

Theoretical comparison of optical traps created by standing wave and single beam

We used generalised Lorenz–Mie scattering theory (GLMT) to compare submicron-sized particle optical trapping in a single focused beam and a standing wave. We focus especially on the study of maximal axial trapping force, minimal laser power necessary for confinement, axial trap position, and axial trap stiffness in dependency on trapped sphere radius, refractive index, and Gaussian beam waist size. In the single beam trap (SBT), the range of refractive indices which enable stable trapping depends strongly on the beam waist size (it grows with decreasing waist). On the contrary to the SBT, there are certain sphere sizes (non-trapping radii) that disable sphere confinement in standing wave trap (SWT) for arbitrary value of refractive index. For other sphere radii we show that the SWT enables confinement of high refractive index particle in wider laser beams and provides axial trap stiffness and maximal axial trapping force at least by two orders and one order bigger than in SBT, respectively.     

Er3+:Yb3+共掺固体激光器的谐振腔设计及实验研究

考虑激光棒的热透镜效应对有源平平腔、平凹腔进行了数值计算,分析了谐振腔内激光光斑及腔体的稳定性.实验中以Er3+:Yb3+共掺磷酸盐玻璃为工作介质,成功地实现了平凹腔在常温下连续输出TEM00模的1.54μm激光,最大输出功率为21.5mW,光光转换效率达到了0.7%.     

高斯光束斜入射非平行法布里-珀罗干涉仪后的透射光强分布

基于多光束干涉原理,推导出了高斯光束斜入射非平行法布里-珀罗干涉仪射后的透射光强表达式,在此基础上,着重研究了高斯光束入射角的大小以及法布里-珀罗干涉仪两反射端面的不平行度对透射光强分布的影响。研究结果表明：入射角的大小和干涉仪的不平行度对透射光的强度分布、峰值强度的大小和峰值强度的位置有很大的影响;在入射高斯光束具有较小的腰斑半径或法布里-珀罗干涉仪的两端面的反射率较大时,必须考虑高斯光束沿传输轴线的衍射效应;楔角为负的非平行法布里珀罗出射光斑的光强在“反跳”处急剧下降到零,可利用这一特点对距离进行精确测量。     

曲率变化对激光陀螺损耗及性能的影响研究

为了研究曲率半径变化对激光陀螺性能参数的影响,基于谐振腔理论,建立了衍射损耗理论计算模型,通过仿真计算了曲率变化引起激光陀螺束腰的变化,从而导致衍射损耗的变化。从光阑处衍射损耗对陀螺背向散射的影响出发,分析了束腰对激光陀螺性能的影响。通过分析计算得出:当反射镜曲率变化小于0.3 m时,引起衍射损耗变化3%,导致零偏最大变化约0.013;当反射镜曲率变化0.6 m时,引起衍射损耗变化约15%,导致零偏最大变化约0.021;而曲率半径变化大于1.5 m时,衍射损耗变化达30%以上,这将引起谐振腔失谐即无法产生激光振荡。通过改变不同曲率,测量陀螺腔损耗和性能,所得的试验结果和理论计算一致,曲率半径变化对衍射损耗和陀螺性能影响较为显著。     

飞秒光学参量振荡器中谐振腔的最佳聚焦设计

本文运用ABCD定律对光学参量振荡器共线谐振腔的聚焦参数及其匹配进行了计算分析。数值计算给出了当OPO腔增益最高时,泵浦光聚焦透镜焦距及聚焦束腰尺寸随振荡光聚焦镜曲率半径的变化及相应的拟合曲线,并对结果进行了讨论。在考虑非线性晶体的接收角的情况下,讨论了光束聚焦镜容许的最短曲率半径。计算同时指出,非临界相位匹配结构比临界相位匹配结构具有更大的接收角.     

Three-dimensional vector radiative transfer in a semi-infinite, Rayleigh scattering medium exposed to a polarized laser beam: spatially varying reflection matrix

Three-dimensional vector radiative transfer in a semi-infinite, Rayleigh scattering medium exposed to a polarized, Gaussian laser beam directed perpendicular to the surface is studied. The focus of this investigation is the 4×4, spatially varying reflection matrix that can be used to determine the normally backscattered radiation when the polarization of the incident radiation is specified. An inverse integral transform is used to construct the spatially varying reflection matrix from the generalized reflection matrix found in a previous study. The elements of this matrix depend on location specified by optical radius and azimuthal angle. The azimuthal variation is found by performing part of the inverse transform analytically, while the radial variation is described by five functions that are calculated numerically via an inverse Hankel transform. Benchmark numerical results for these five functions are presented, and the effects of beam radius and particle concentration are discussed. Expressions that describe the behavior of the reflection functions at small and large optical radii are developed, and comparisons are made to the one-dimensional and scalar situations. The scalar approximation fails to predict the three-dimensional effects produced by the polarized beam, and even when the incident radiation is unpolarized, the error in the scalar reflection function can be as high as 20%.     

三棱镜对圆高斯光束的变换

本文对基模高斯光束经三棱镜的变换进行了定量分析,表明基模圆高斯光束经三角棱镜变换后成为椭圆高斯光束。得出了椭圆高斯光束基本参量（椭圆光斑长、短半轴、等相面曲率半径、远场发散角）与入射基模圆高斯光束腰斑半径及三棱镜结构参数的定量关系。分析了光束的Ｍ２因子。