对三基色纸板反射光色度的分析

以1931CIE-XYZ系统为基础,对三基色及颜料混合纸板反射光的信号进行收集和分析.借助单片机积分球对实验数据进行积分并生成反射率曲线,验证了颜色相关原理,各波长谱线反射率随白色颜料增加均呈上升趋势.     

MOCVD-Ga0.4In0.6As0.85P0.15/InP分布布喇格反射镜的反射率

采用MOCVD方法在InP衬底上制备了高质量的四元合金Ga0.4In0.6As0．85P0.15和InP外延层,用椭圆偏光仪测得Ga0.4In0.6As0.85P0.15和InP外延层的折射率。由这两种具有不同折射率的半导体材料交替生长构成不同周期的分布布喇格反射镜(DBR)。研究了不同周期的DBR结构的反射率与波长及反射率与DBR结构周期数的关系。根据多层膜增反原理,当中心波长为1．55um时,反射率随周期数增加迅速增加,周期数为23时,反射率可达99．97％。利用MOCVD技术,通过Ga0.4In0.6As0.85P0.15/InP的交替生长,成功地获得周期数分别为3,4,7,11,15,19,23的分布布喇格反射镜(DBR)。实验结果表明,已获得表面如镜面状的二元InP外延层,而组分x,y分别为0．4,0．85的四元合金,因其处于混溶隙,外延层表面较粗糙,未获得镜面状表面。反射率的测量结果表明,反射镜的反射率随周期数的增加而升高,当DBR的周期数为23时,反射率为54．44％,与理论结果尚存在一定差距。     

基于CIE-xyz系统的反射光色度的研究

本文对三基色及颜料混合纸板反射光的信号进行收集,借助单片机积分球对实验数据进行积分和生成的反射率曲线分析,并将实验结果与生活经验进行了比较,验证了颜色相关原理,得出各波长谱线反射率随白料增加均呈上升趋势。     

对称金属包覆波导受温度影响的特性分析

基于对称金属包覆波导,研究了温度对金属层介电常量及导波层折射率的影响.通过改变金属介电常量和导波层折射率,共振角和衰减全反射吸收峰受到影响.理论和仿真表明:在入射光波长为760nm,覆盖层银膜厚度为35nm,衬底银膜厚度为300nm,导波层为纯水的条件下,温度由10℃升高到70℃时,衰减全反射吸收峰反射率随温度的升高而降低,吸收率提高;共振角随温度的升高,先增加后减小.当金属介电常量对整体的影响大于纯水时,共振角增加,反之,共振角减小.因此,对称金属包覆波导受温度的影响是不可忽略的.     

黑松冠层反射光谱方向特征分析

松萎蔫病是松属树种的一种毁灭性病害，小范围甚至单木水平的森林病虫害的早期诊断对森林资源保护与可持续发展尤为重要。以感染松萎蔫病的黑松为研究对象，通过采集不同感病时期的黑松冠层的多角度光谱数据，分析不同特征波段的方向反射特征，总结不同感病程度黑松的冠层特征波段反射率的变化规律。结果显示：(1）在俯视观测时，在主平面方向的后向散射方向的反射率大于前向散射方向的反射率，并且在后向散射方向，四个波段的四个感病时期约在40°的观测天顶角出现热点效应；无论在主平面还是主垂面，蓝光波段（450 nm）与近红外波段（810 nm）的黑松冠层0°天顶角反射率呈现出感病初期＞健康＞感病中期＞感病末期的变化规律，红光波段（680 nm）和绿光波段（560 nm）的黑松冠层0°天顶角反射率呈现出健康≈感病初期＞感病中期≈感病末期的变化规律。在所有方位角，冠层反射率随着观测天顶角的增加而增大。(2）在仰视观测时，在主平面方向的后向散射方向的反射率小于前向散射方向的反射率，并且在方位角为0°时，4个波段反射率都是较大的；无论在主平面还是主垂面，蓝光波段（450 nm）绿光波段（560 nm）和红光波段（680 nm）的冠层反射率的大小呈现出感病初期＞健康>感病末期>感病中期的变化规律，近红外波段（810 nm）冠层反射率的大小呈现出感病初期＞健康>感病中期>感病末期的变化规律；在所有方位角，冠层反射率随着观测仰角的增加而减小。(3）黑松冠层反射光谱在俯视和仰视观测时，各个特征波段的二向性反射率的各向异性最强的是主平面，最弱的是主垂面，且主垂面的前向和后向反射率会呈现对称性，即“镜面反射”；各个特征波段在感病末期，黑松冠层反射率随观测天顶角的变化幅度较大，其他几个时期反射率随观测天顶角的变化幅度不明显。研究结果显示的树冠的不同角度的波段反射方向性特征为以后不同尺度的无人机监测的准确性与可靠性奠定基础，也为发展近地面便携式森林病虫害实时监测系统打下了基础。     

高感度辐射变色薄膜电子剂量计

 以聚乙烯醇缩聚物为基质,以类丁二炔化合物为有机染色材料,研制了一种高灵敏度新型辐射变色膜。采用JJ-2型范格拉夫静电加速器对变色薄膜进行剂量范围为15～90 Gy的电子束辐照,结果显示:变色薄膜颜色由粉红渐变为蓝色,并随着辐照剂量的增加而逐渐加深;分光光度计测试其吸收光谱,发现主吸收峰值出现在675 nm附近,且吸收峰处的响应吸光度与电子注量具有较好的线性关系;对变色层厚度为20～80 μm的变色膜,吸收峰处的响应吸光度与其变色层厚度也成线性关系;添加不同比例的协同剂,能提高变色薄膜的响应灵敏度;变色膜辐照后续效应微弱,辐照后可以立即测量,且对测量环境变化不敏感。     

基于双面金属包覆光波导的传感器温度特性研究及实验验证

双面金属包覆波导结构(SMCW)是由一层介质波导层被两层金属膜层上下包覆的一种新型波导结构; 本文基于金属层和介质层材料的热-光效应和热膨胀作用, 研究了双面金属包覆波导结构的温度特性. 计算分析的结果表明, 金属膜层的厚度、金属的介电系数、波导层的厚度及其介电常数几乎都与温度变化成比例, 同时, 对双面金属包覆波导结构的波导功能起主要影响的是介质层的厚度值随温度的变化. 本文分别在光谱模式和角度模式下研究双面金属包覆波导结构的反射特性, 并将其应用于基于双面金属包覆波导结构的传感器, 其灵敏度约为21.89 pm/K(光谱模式)和1.449×10^-3 rad/K(角度模式). 最后, 本文对角度模式的模拟分析进行了实验验证, 实验验证结果与模拟分析结果基本一致, 实验所用SMCW样品的平均灵敏度约为0.517×10^-3 rad/K, 与模拟分析的灵敏度结果同一量级. 双面金属包覆波导结构的传感器对温度非常敏感, 且该结构的物理构造简单, 成本低, 具有非常大的潜在应用价值.     

航天用热致变色材料低太阳吸收率研究

La_0.7Ca_0.2Sr_0.1MnO₃热致变色材料是一种发射率随温度变化的热控功能材料,不足的是这种材料的太阳吸收率过大。针对此问题,本文从多层薄膜理论和最优化理论出发,获得了基于多层薄膜的低太阳吸收率热致变色材料。根据计算得到的膜系结构参数,采用电子束蒸发法在热致变色材料表面沉积了多层薄膜,并对设计计算与实验测试结果进行研究和分析。研究表明:多层薄膜结构的设计能将热致变色材料的太阳吸收率从0.78降低至0.27,提高了热致变色材料的实用性。     

温室番茄冠层和叶片光谱特征分析及营养诊断

通过温室基质栽培,利用ASD光谱仪和傅里叶光谱分析仪测量了四种营养水平下温室番茄冠层和叶片的光谱反射曲线,并检测了对应叶片的水分含量、叶绿素含量和氮含量,分析了不同营养水平下番茄冠层和叶片的反射光谱变化,并对番茄叶片含水量的敏感波长以及冠层反射光谱的红边波长进行了研究。结果表明:温室番茄冠层反射光谱曲线在可见光550nm左右均有叶绿素的强反射峰,近红外区反射率高于可见光区。在同一生长期,随基质营养水平的提高,番茄冠层反射率在可见光波段不断减小,在近红外波段不断增大,且红边波长位置出现"红移"现象。利用530和760nm特征波长得到的归一化颜色指标NDCI与叶片氮含量有较好相关性,R2为0.7511。     

超宽带减反射膜的设计和制备

设计了400～900 nm波段上的超宽带减反射膜,在410～850 nm范围内的平均残余反射率设计值约为0.2%,在设计的全波段上约为0.24%.讨论了初始膜系结构的选择原则,分析了带宽、膜层折射率差、最外层折射率和膜层总厚度等因素对宽带减反射特性的影响.对特定的带宽.增加两种薄膜材料的折射率差和选择尽可能低的最外层折射率对获得优良的减反射特性是非常重要的.实验制备了K9玻璃上TiO2/MgF2两种材料组成的8层结构的超宽带减反射膜,实测结果表明,在带宽520 nm范围内的平均残余反射率约为0.44%,说明用二种材料设计超宽带减反射膜是成功的,对垂直入射的减反射膜.多种材料的膜系并不比两种材料更具优越性.     

红绿共振互补光变亚波长微结构制作与分析

剖析了双层亚波长光栅微结构的设计及制作原理,提出了一种亚波长微结构设计与制作的新方法,其特点是以矩形亚波长光栅设计微结构,用全息干涉光刻及涂布的方法制作,却不影响设计微结构的共振及光变特性,还能改善反射光的颜色质量。用该方法设计及制作了具有“红绿”共振互补光变效果的亚波长防伪微结构,检验了其共振光变光谱与颜色变化特征。研究表明：制作的全息光栅微结构的共振及光变特征如共振光谱、颜色、光谱峰及峰分裂等与预先设计的相同;矩形亚波长光栅并不是共振的必要条件,其他面形光栅微结构的衍射特性和等效波导若与矩形光栅微结构的相同,则其相关特性相同;用新方法设计及制作亚波长光变微结构的工艺是可行的,既降低了设计微结构的加工难度,又便于用现有的全息生产设备批量生产。     

组装条件对涂布法制备SiO2结构色涂层光谱性质影响研究

为了实现结构色涂层在纸张表面的快速制备，研究不同组装条件对SiO₂结构色涂层呈色效果的影响，采用快速涂布的方法，在纸张表面制备出了大面积且具有随角异色特性的结构色涂层。探讨SiO₂微球粒径、分散液浓度及涂布次数等因素对结构色涂层光学特性的影响，通过优化自组装条件和分析周期性结构构筑类型，阐明快速涂布法构建的SiO₂微球在激光打标纸上的自组装过程及结构色呈色机理。应用数码相机、3D激光共聚焦形貌测量显微镜等仪器对样品的颜色外观和微观结构进行测量，表征样品的呈色性能及表面结构。使用X-Rite MA68Ⅱ多角度分光光度仪及光纤光谱仪测量反射光谱，进而用CIEL*a*b*色度值对制备的结构色涂层的光学性能进行分析。结果表明，通过快速涂布自组装法制备所得的结构色涂层，SiO₂微球粒径尺度对样品色调影响显著，随着微球粒径的增加，反射光谱中心波长发生红移，且该涂层有角度依赖特性，当固定入射角度为45°时，随着探测方向与镜面反射方向夹角的增大，中心波长发生红移；微球溶液的浓度可以调控结构色涂层反射光谱曲线的半高宽及反射率峰值，进而影响样品的亮度和彩度，而对于光子带隙的位置无明显影响。微球浓度为4%时，样品表面呈现出基材本身的黑色，微球浓度为8%时，200，220和250 nm粒径的样品表面分别可以呈现彩度较低的蓝色、绿色、黄色，微球浓度增加到10%时，纸张表面的结构色涂层彩度提高，色调不变；随着涂布次数的增加，反射光谱曲线的半高宽变窄，且反射峰位发生蓝移，涂布次数达到3次时，反射峰位最接近于根据布拉格定律计算出的理论值，但涂布次数的增加也使得结构色涂层表面产生白色的不均匀现象。     

Effect of host and interlayer structures on device performances of hybrid white organic light-emitting diodes

The effect of host and interlayer structures on device performances of hybrid white organic light emitting diodes was studied by changing the energy level of host and interlayer materials. A mixed layer of hole transport type and electron transport type materials was used as a host and an interlayer. In the red:green/interlayer/blue stacked structure, a red shift of emission color was observed by increasing the highest occupied molecular orbital of the electron transport type material in the mixed layer. An optimization of the device structure gave a high current efficiency of 32.4 cd/A with a color coordinate of (0.44, 0.45).     

红外低发射率隐身涂层对太赫兹波的反射光谱研究

为研究红外低发射率隐身涂层对太赫兹波的反射特性,制备了红外低发射率隐身涂料,测试了其可见光效果、红外热像图及红外发射率等特性参数。以土黄色红外低发射率涂料为测试样品,利用透射式太赫兹时域光谱系统获得了样品在太赫兹波段的复折射率。分析了特征矩阵理论,并利用特征矩阵理论计算了涂层厚度(0.3~0.5 mm）与入射角度(0°~60°)的变化对入射太赫兹波反射特性的影响。结果表明,在相应厚度及入射角度范围内,太赫兹波在0.8 THz频率下具有多个反射峰值,最高值可达90%以上,有利于实现太赫兹波对红外低发射率隐身涂层下金属目标的探测。此外,涂层厚度变化对入射太赫兹波反射率具有较大影响,涂层越厚,太赫兹波的反射振荡越多,反射峰值越大。入射角度对太赫兹波的反射特性具有一定的影响,但整体影响不大,有利于太赫兹波实现多角度目标的探测。最后,以表面均匀涂覆0.42 mm厚涂料的金属板为测试样品,实验测量了样品在0.1~1.5 THz频率范围内的反射特性,并与部分理论计算结果进行对比。结果表明：实验测量结果与理论计算结果在数值和趋势上较为吻合,但也存在一定的偏差。究其原因,主要由样品厚度和样品参数误差导致,但依然可利用特征矩阵理论研究红外低发射率涂层对太赫兹波的反射光谱特性。     

含n＝k超薄金属膜的周期对称膜系的性质及窄带高反膜设计

本文阐述了n≈k的超薄金属膜与介质膜组成周期对称膜系的光学特性,并结合Ag、Al等膜层的高反特性提出了可见光区诱导窄带高反膜系结构,推导出膜系的反射率、反射峰值、反射半波带宽等光谱反射特性的近似公式,实验证实了理论设计和分析.同时也提出了设计红外和紫外窄带高反滤光片的方法.     

A symmetry property in the theory of optical activity

Two different theories of optically active materials are compared. It is shown by a simple example, namely reflection of light from an isotropic optically active material, that both treatments lead to contradictory results if a certain symmetry property between material parameters is applied. Thus an experimental decision between the two treatments should be possible.     

彩色图像中颜色不变性和耀斑的分离（Ⅰ）

景物中物体表面的色品是与该物体形状无关的稳定特性,称为颜色不变性。但是,由于耀斑(highlight)和影绸(shading)的存在,图像中对应物体表面点的色品却是变化的,不具有颜色不变性。正确理解图像颜色的基础是建立颜色反射的物理模型。本文叙述了根据Klinker提出的双色反射模型(the dichromatic reflection model),在三维颜色直方图(3D color histogram)中利用K-L变换做平面拟合,分离面反射分量(interface reflection component)和体反射分量(body reflection component),从而计算光源和物体颜色色度坐标的方法,讨论了实际CCD摄像机的局限性,给出了实验结果。     

太平天国侍王府壁画表面修复材料的原位无损FTIR分析

太平天国侍王府壁画是中国南方壁画的典型代表,具有重要的历史、文化和艺术价值。历史上曾对多幅壁画进行过化学保护,部分壁画表面形成了一定厚度的有机物涂层,分析研究壁画保护修复材料成分对于文物保护具有重要的理论和现实意义。由于文物的珍贵性与不可再生性,原位无损分析技术的研究和应用是未来文物分析的发展趋势,基于便携红外光谱仪的反射红外光谱技术是对文物表面材质较为理想的无损分析手段。利用反射傅里叶变换红外(FTIR)光谱对侍王府壁画的地仗层和表面修复材料涂层进行了现场原位无损分析,这在我国古代壁画及其保护修复材料分析中属首次。首先测试了无涂层壁画白色背景位置反射FTIR光谱,并与标准无机矿物光谱比对确定了壁画地仗层成分主要为方解石和生石膏。在此基础上,分析了无涂层和有涂层壁画表面的红外反射特性及地仗层化学成分对表面涂层反射FTIR光谱测试的影响,探讨了应用Kramers-Kronig(K-K)变换处理数据的可行性,确定了K-K变换的应用范围,分析了壁画涂层K-K变换后反射光谱与衰减全反射(ATR)光谱的差异,并通过显微ATR FTIR光谱和热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)技术分析验证了原位反射FTIR光谱测试结果的可靠性,扫描电子显微镜(SEM)测量了涂层厚度,证明不同厚度涂层均能得到可解析的高质量反射FTIR光谱。最终确定侍王府壁画曾使用过聚醋酸乙烯酯、聚二甲基硅氧烷和三甲树脂三种高分子材料进行过表面加固,并得出壁画保存现状和修复材料及涂层厚度有较大关系。证明了基于反射模式的FTIR光谱技术能准确有效地获取文物表面有机物和部分无机物成分信息。该方法对表面有机涂层尤为敏感,是壁画类文物较为理想的无损分析方法,在壁画保护研究领域具有十分广阔的应用前景。同时,该研究弥补了我国壁画类文物表面有机物原位无损分析的不足,为该领域研究提供了一条新思路。     

Encapsulating Planar Waveguide-Based Photonic Components with Polymer Coatings

Polymer encapsulation was applied to protect waveguide-based photonic components from moisture attack at the lowest cost. A thin-coating method was developed by analyzing the water transportation in polymers and by evaluating the impact of encapsulation on the waveguides. The results showed that a 7 μm-thick Parylene coating can provide sufficient protection to the wire bonds and fiber-to-waveguide coupling materials. The coated variable optical attenuator easily passed the damp heat test of Telcordia GR 1221. This coating did not have any stress or heat effect on the components, and it costs 90% less than hermetic packaging.     

Two-beam interferometer for optical constants measurements at near-millimeter wavelengths

A simple and versatile instrument for the measurement of optical constants in the near millimeter spectral region is described. Studies of quasi-optical components used in this instrument for effective beam transmission and control are reported. These studies include transmission characteristics of dielectric waveguides and performance of a variable coupler based on frustrated total internal reflection. Operation of this instrument as a two-beam interferometer for determining the index of refraction or as a device to measure transmission for determining the absorption coefficient are described. Values measured with this instrument at 245 GHz, using an optically pumped molecular laser as the source, are reported for several low-loss materials. Appropriate corrections and error estimates are discussed. The potential for improvement and increased accuracies are discussed.Work supported by the U. S. Army Research Office under Grant DAAG29-80-G-0005 and by the NASA Langley Research Center under Grant NAG-1-187.