结合计算层析与光学相干层析测量折射率分布

通过将计算层析技术与光学相干层析技术相结合,测量散射介质非均匀折射率分布。该方法测量散射样品折射率分布时,通过光学相干层析技术测量散射样品折射率分布在多个方向上的投影,采用计算层析技术实现对样品折射率分布的层析重建,克服了传统折射率光学测量方法如单纯的基于光学相干层析原理的焦点追迹法和光程匹配法,不能测量散射介质非均匀折射率分布的缺点。采用该方法在实验中对梯度折射率棒的径向相对折射率分布进行层析重建,取得了较好的实验结果。     

光学相干层析成像系统的蒙特卡罗模拟

将光学相干层析成像系统采样臂的光纤与聚焦系统和被测样品作为一个整体来模拟光学相干层析成像信号的形成机理.通过追迹采样光束中每一光子在聚焦系统和被测样品中的随机传输轨迹,来决定该光子对光学相干层析成像信号是否有贡献及贡献大小.对样品IntralipidTM的模拟结果与实验结果表明：1）高散射系数和弱前向散射是引起光学相干层析成像信号随测量深度增加迅速减弱的主要原因;2）对于确定的聚焦系统,光纤的数值孔径有一最佳取值范围.数值孔径太小,则光学相干层析成像信号很弱;数值孔径超出这一范围继续增大,光学相干层析成像信号变化很小.3）当光纤的光轴偏离聚焦系统的光轴h距离时,光学相干层析成像信号随h的增加而减弱.     

基于快速蒙特卡罗的散射介质光学参量干涉测量方法研究

提出了一种散射介质光学参量的干涉测量方法.在蒙特卡罗数值模拟的基础上引入聚焦高斯光源模型和基于比例缩放的压缩算法,实现了对光子后向散射分布和干涉特性的快速模拟.利用计算数据训练了前向人工神经网络进行了介质光学参量的反向求解.实验中以脂肪乳注射剂和生物染色剂印度墨水组成的悬混液为样本,通过光学干涉系统测量得到了后向散射光依赖于深度的干涉光强分布,并对其中散射和吸收系数进行了反向计算.所得结果能够正确反映散射和吸收系数与散射和吸收物质浓度之间的线性关系,验证了该方法的可行性.     

基于快速蒙特卡罗的散射介质光学参量干涉测量方法研究

提出了一种散射介质光学参量的干涉测量方法. 在蒙特卡罗数值模拟的基础上引入聚焦高斯光源模型和基于比例缩放的压缩算法, 实现了对光子后向散射分布和干涉特性的快速模拟. 利用计算数据训练了前向人工神经网络进行了介质光学参量的反向求解. 实验中以脂肪乳注射剂和生物染色剂印度墨水组成的悬混液为样本, 通过光学干涉系统测量得到了后向散射光依赖于深度的干涉光强分布, 并对其中散射和吸收系数进行了反向计算. 所得结果能够正确反映散射和吸收系数与散射和吸收物质浓度之间的线性关系, 验证了该方法的可行性.     

基于蒙特卡罗模拟的散射介质中后向光散射模型及分析应用

构建了内光源模型探讨散射介质中的光散射现象,利用蒙特卡罗方法研究了逃逸出组织的后向散射光子数随光子在组织内部发生的散射次数的分布关系,探讨了光源照明方式、辐射强度、接收方式、调制等参数的变化对后向散射的影响,结果表明后向散射光子的数量随散射次数的分布并非简单的单调递增或递减,而是一条先增大后减小出现峰值的曲线. 峰值位置、峰值大小及曲线形状与光源、探测方式、组织光学特性参数等有关. 关键词： 医用光学与生物技术 散射介质 后向散射 蒙特卡罗模拟     

混浊物质中光子传输的快速模拟与干涉特性分析

建立了混浊物质中低相干干涉系统的蒙特卡罗模型,结合相干面光强的高斯分布和低相干光源的相干条件,对干涉信号进行了数值分析.提出在蒙特卡罗计算的基线数据基础上快速模拟其他参数条件下干涉信号的方法.快速模拟结果与蒙特卡罗计算结果进行了比较,结果显示在满足前向散射条件下,两种方法所得模拟信号强度基本吻合.当各向异性因子g=0....     

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。     

激光相干层析成像的光散射模拟计算

利用低相干光作为光源的光学相干层析技术是一种新型成像技术。本文利用蒙特－卡罗（Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ）模拟计算方法研究了该技术在不同的散射条件下,相干调制信号随散射系数的变化关系,得出了单次散射和多次散射的差别以及它对成像质量的影响,并进一步讨论了利用单次散射和多次散射信号,提高光学相干层析术图像清晰度和信号强度的方法。还研究了光束半径大小对成像分辨率的影响及变化过程,得出了对实验有指导意义的结果     

蒙特卡罗法计算无序激光器的阈值

提出了计算无序激光器阈值增益的模型,提出了已知平均自由程和散射强度分布得到分布函数及相应的随机变量的方法.对各向同性的光散射,导出了各分布函数,并在每次散射中得到相应的随机变量.运用蒙特卡罗法模拟光子在无序介质中的随机行走,得到了无序激光器的阈值.讨论了阈值增益与光子平均自由程、增益区半径、增益区深度、非增益区光吸收系数的关系,提出了降低阈值的方法.理论结果与实验数据是符合的. 关键词： 激光物理 阈值 蒙特卡罗 散射     

基于光子散射的功能成像技术

阐述了基于光子散射模型下的功能成像技术.运用蒙特卡罗方法对光子在介质中的散射路径进行了模拟和分析,从而引入光子散射的概念.通过对光子散射方程的解释引入了散射光子密度波的概念.通过无限大模型下光子密度波的波方程,引出光子密度波的异质模型.建立了基于消元的奇异值弱化重建算法,完成了对病态方程的求解,实现了对内嵌于均匀介质中异质的吸收系数分布图像的重建.在基于光散射成像技术所开发的成像系统平台下实现了异质小球的成像实验,对多个不同浓度的物体完成了成像,探测到介质中由于微小浓度改变而引起的吸收系数变化.     

极化子效应对ZnS/CdSe核壳量子点光吸收系数的影响

在有效质量近似下,利用量子力学密度矩阵理论,从理论上研究了考虑极化子效应后核壳量子点中线性、三阶非线性以及总的光吸收系数在不同条件下随入射光能量变化的关系。通过数值计算,分析了电子-LO声子和电子-IO声子相互作用对ZnS/CdSe柱型核壳结构量子点光吸收系数的影响。结果表明,极化子效应对光吸收系数有很大影响,不同声子模式对光吸收系数影响大小不同。考虑电子-LO声子后,光吸收系数被大大提高。另外,入射光强和弛豫时间对系统的吸收系数也有很大影响。     

双轴各向异性负折射率材料光纤中光子波函数几何相位研究

研究了双轴各向异性负折射率材料光纤中光传播特性及光子波函数几何相位的特殊性质. 为体现其拓扑与整体效应，光子几何相位必依赖于螺旋光纤中光子波函数演化路径所张开的立体角. 本研究证明，在双轴各向异性负折射率材料光纤中，因在光的传播过程中正负折射率对于光波几何相位的贡献可以相互抵消，因此光子几何相位将与光子波函数演化路径所张锥角无关. 还讨论了源于量子涨落效应的真空水平光子几何相位的物理性质以及在实验上探测这一真空效应的可能性. 关键词： 各向异性 负折射率材料 几何相位 光纤     

激光扫描轮廓曲面的动态测量

本文提出一种新颖的轮廓曲面动态，实时，非接触光学测量方法，对飞机机翼，汽轮机叶片以及坦克，轿车等的轮廓曲面提供了一种有效的测量方法，该方法是利用激光测头扫描探测，ＣＣＤ（电荷耦合器件）或ＰＳＤ作为光电接收器件，利用微机控制的闭环测量方法，文中还给出了一种ＣＣＤ的新探测驱动方法。     

Monte Carlo simulation of photon migration path in turbid media

A new method of Monte Carlo simulation is developed to simulate the photon migration path in a scattering medium after an ultrashort-pulse laser beam comes into the medium.The most probable trajectory of photons at an instant can be obtained with this method.How the photon migration paths are affected by the optical parameters of the scattering medium is analyzed.It is also concluded that the absorption coefficient has no effect on the most probable trajectory of photons.     

极化子效应对核壳量子点中光学克尔效应的影响

在有效质量近似下利用量子力学的密度矩阵理论,采用无限深势阱模型解三维薛定谔方程得到电子的本征能量和波函数.从理论上计算了考虑极化子效应后,在导带子带间跃迁时ZnS/CdSe柱型核壳结构量子点光学克尔效应的三阶极化率.通过数值计算,分析了电子-LO声子和电子-IO声子相互作用对ZnS/CdSe柱型核壳结构量子点光学克尔效应的三阶极化率的影响.结果表明：极化子效应对光学克尔效应的三阶极化率 有很大影响,并且影响的大小与量子点的尺寸大小有关.       

Perfect photon absorption based on the optical parametric process

The perfect photon absorption is studied in a cavity quantum electrodynamics(CQED) system, in which an optical parameter amplifier(OPA) is coupled to the cavity mode. This makes it possible to control the optical phase to realize the perfect photon absorption. It is found that in the presence of one and two injected fields, the perfect photon absorption is present in these two cases and can be controlled by adjusting the parametric phase. Moreover, different from the previous predictions of perfect photon absorption in atomic CQED systems, the perfect photon absorption can be changed significantly by the relative phase. Our work provides a new platform to use the parametric processes to make an available way to control the behaviors of photons and to take advantage of the optical phase to achieve the perfect photon absorption.     

在多层结构的生物组织中近红外光子迁移的研究

在无损近红外光学诊断领域中,研究光子在多层生物组织中的迁移十分重要。本文以猪的脂肪和肌肉组成的两层结构作为研究的样品。将近红外光源和检测器置于脂肪的表面,由光源发出被两层组织反射的光子的一部分由检测器所接收。本文给出了光电流与光源到检测器的距离的关系以及光电流与脂肪厚度的关系。为了分析实验结果,用蒙特卡罗仿真计算光子在均匀介质中迁移轨迹,用菲涅耳定律来决定光子包在脂肪和肌肉边界处的折射分量和反射分量。结果表明,仿真数据与实验符合得很好。结论是：本文中所提供的实验和仿真方法对于分析光子在生物组织中的迁移以及优化传感器设计十分有用。     

光学超晶格中级联参量过程制备纠缠光子对

探索制备纠缠光子对的新途径是量子光学领域的一个研究热点.从理论上证明在准周期极化 的光学超晶格晶体中的级联参量过程能够产生纠缠光子对.分别利用脉冲和连续的532nm抽运 光在一块准周期极化的 LiTaO3晶体中同时实现非简并参量下转换（产生信号光与闲置光 ）与和频（闲置光与抽运光和频生成和频光）的级联参量过程，获得630nm的信号光与460nm 的和频光.指出信号光与和频光之间存在纠缠关联性质.该方案的优点是可产生短波长的纠缠 光子对. 关键词： 准相位匹配 级联参量过程 光量子纠缠态     

新型门控光子计数法测量高散射介质的光学参量

讨论了一种新型而且简单的门控光子计数法，用来测量高散射介质的光学参量。当一束光脉冲入射到高散射介质后，该方法可以恢复出光脉冲经过散射后从介质表面逸出的波形。与传统的门控光子计数法相比，该方法利用计数器控制门可以移动的特点，通过滑动宽度为60ns的控制门实现较高的时间分辨力200ps。在此波形的基础上，Patterson—Chance方法可以快速而且准确计算出被测介质的光学参量。在模型介质上的实验，验证了该方法的可行性，实验结果与复杂的时间相关的单光子计数加曲线拟合方法相比较，误差小于10％。     

Development of One-dimensional Fiber-Optic Radiation Sensor for Measuring Dose Distributions of High Energy Photon Beams

The purpose of this study was to develop a method for measuring the one-dimensional dose distribution of a high-energy photon beam using a miniaturized high-resolution fiber-optic radiation sensor array. The measurements were made by thin plastic optical fibers with organic scintillating fiber sensor probes that emit the visible wavelength of light. The scintillating light is guided to a silicon photodiode array by plastic optical fibers in order to convert light output to an electrical signal. The one-dimensional spatial dependence of photon beam is measured by a one-dimensional fiberoptic sensor array in a poly(methyl methacrylate) (PMMA) phantom. It is shown that this fiber-optic radiation sensor has better spatial resolution than a conventional ionization chamber and much less time is required to measure one-dimensional dose distribution in the high radiation fields. The real-time and the high spatial resolution measurements due to the small detector volume make this system suitable for dosimetry in radiation therapy.