高斯界面背向散射超声散斑复振幅统计特性

对超声入射在高斯型弱散射界面上时,背向散射空间中超声散斑复振幅的一些统计特性进行了理论分析,根据连续界面条件,推导出了散斑复振幅实部和虚部的均值和方差的函数表示式。进一步的分析表明,当高斯界面的粗糙程度逐渐变为很小或很大时,描述超声散斑复振幅这些特性的函数表示式就分别与光滑界面或强散射界面生成的声场相应特性的表示式完全一致。     

界面反射超声散斑统计特性

对粗糙界面反射超声散斑场的一阶和二阶统计特性进行了理论和实验分析。在假设条件下,理论分析的结果表明反射空间中超声散斑的振幅和相位分别服从瑞利分布和均匀分布,而且用聚焦探头所接收的超声散斑的平均横向尺寸仅取决于测量系统的特性,与散斑的空间位置无关。为验证理论分析结果,作者建立了专门的实验系统,用圆形孔径聚焦探头接收从粗糙液－固界面上反射在不同空间位置上的超声散斑信号。实测数据显示假设条件是合理的,理论分析是正确的。     

高斯型弱散射屏产生的像面散斑场的分布特性研究

弱散射屏产生的远场散斑由一个中央亮斑和一个分布于亮斑周围而与正态散斑类似的散斑结构, 根据弱散射屏远场的散斑图样, 人们假设弱散射屏产生的像面散斑为均匀背景与正态散斑两者相干叠加的结果, 但这种假设与实际像面散斑存在歧异, 基于上述情况, 本文利用4f高通滤波光学成像系统, 研究了高斯型弱散射屏产生的像面散斑场的统计特性, 得出只有表面均方根粗糙度与入射光波的波长相差不多时上述假设才是可行的结论. 关键词： 弱散射屏 f光学成像系统')" href="#">4f光学成像系统 像面散斑     

界面反射P-SV波转型超声散斑统计特性

对超声P波入射至强散射粗糙界面上时,反射声场中的转型SV波散斑的统计特性进行研究。根据Frensel-Huygens理论和自相关原理,得到了SV波散斑振幅概率密度函数的Rayleigh分布形式以及散斑平均横向尺寸的计算公式。进而又得到了,在使用具有一定尺寸孔径的横波探头时,所接收的SV波散斑的归一化声强的概率密度函数表达式,它与横波探头内接收到的平均散斑个数有关。在实验中,应用了两种不同孔径尺寸的横波探头对SV波的散斑声强进行测量。对测量所得的散斑合强度的数据进行统计分析的结果表明,实验值与理论值有较好的一致性。由此证实,上述理论分析的结果是正确的。     

运动界面上反射超声散斑空间运动的研究

在Kirchhoff 衍射理论的基础上，应用随机信号相关原理，推导了作刚体运动的界面上反射超声散斑在空间运动时，保持其复振幅相关的必要条件.由此得到超声散斑的空间运动公式.界面、超声散斑和超声接收探头之间的相对运动，导致界面孔径的改变.分析表明，在保持界面孔径相关的条件下，界面所允许的最大平移量和转角值，与声源位置、接收用聚焦探头的数值孔径、超声入射角以及观察角有关.应用数字相关技术和三维扫描信号采集系统，根据散斑场子集相关系数的单峰性质，对超声散斑空间运动公式进行了实验验证.实验结果表明，理论分析所得的 关键词： 超声散斑 相关原理 空间运动     

参考光干涉提取复振幅的散斑统计函数的实验研究

由散斑场和参考光的干涉图样提取散斑场复振幅、相位和强度的数值分布,并对其统计特性进行实验研究,消除了散斑场强度统计函数特别是概率密度函数的传统测量方法中噪声引起的偏差,并实现了散斑场复振幅和相位统计特性的实验研究.通过对不同散射角处散斑场的研究发现随着散射角度的增大散斑颗粒逐渐呈现出横向展宽的现象,且其平均宽度表现为各向异性,但是其概率密度函数并没有发生变化,与小角度情况一样属于圆形高斯散斑场. 关键词： 散斑 概率密度 干涉     

纵向运动双散射散斑场的动态特性研究

研究了慢纵向运动双散射散斑场的统计性质,得出纵向运动双散射散斑振幅自相关函数、强度涨落自相关函数,并由此得出,夫朗和费衍射区内的接收平在上任意点上的自相关函数是时间的非平稳随机过程,而在光轴附近小区域内,强度涨落自相关函数是时间的平稳随机过程,相关时间与散射体纵向运动速度或反比,理论和实验结果相一致。     

光盘信息符散斑图的统计特性研究

提出了一种用激光散斑测量光盘信息符统计特性的方法.利用散斑统计理论中衍射散斑场的平均对比度与散射屏表面粗糙度近似成线性关系,把光盘等效为弱散射屏,对未刻录、刻录及存在缺陷的CD-R光盘不同区域形成的衍射散斑图进行了对比研究.实验结果表明,该方法具有可量化、全场测量的优点,能够表征光盘信息符的某些统计特性,这为测量光盘刻录质量提供了一种新的方法和途径.     

级联散射片引入多重散射机制的激光散斑抑制

散斑抑制是阻碍以激光为光源的显示技术发展的技术瓶颈。通过实验分析了散射片的发散角、级联散射片的数量和它们之间的间距对散射光束相关面积宽度的影响。在级联散射片和光通管构成的散射体的基础上,利用多重散射理论解释了级联散射片减弱激光相干性的现象。基于积分散斑的统计学理论,推导了CCD积分时间T内捕获的散斑图样的强度自协方差函数与散斑对比度之间的关系,并明确了级联散射片对运动散射片位移的影响,从而达到抑制散斑的目的。实验结果表明,将散射体与运动散射片相结合不仅提高了整体光能利用率,在检测器积分时间1/30s内还能将散斑对比度从0.753降低到0.069。     

超声散斑相关法测量转角的相关性研究

对于在用超声散斑相关法测量时,转角对不同强度散斑的影响及散斑场相关性和转角之间的关系做了研究。为了分析界面位移前后,不同照射区域对散斑振幅是如何影响的,文中把超声照射区域化为M个反射基元,利用大量反射基元的统计规律,推导出了散斑形貌误差和统计误差对散斑场的影响关系,这个关系就是散斑的振幅越大,受转角大小的影响就越小;转角越大统计误差对散斑强度的影响就越大。为了验证这个结论作者建立了实验系统,实验结果显示理论分析是正确的。     

粗糙接触界面超声非线性效应的概率模型

提出描述粗糙接触界面超声非线性效应的概率模型,利用分段均匀概率函数描述粗糙接触界面劲度系数变化,结合表面粗糙峰的几何分布特征,得到界面粗糙度和两侧表面相对运动对声波的非线性调制作用。实验观测了铝合金材料的粗糙接触界面的高次谐波现象和阈值现象,进一步分析了归一化非线性参数与界面加载压力、粗糙度之间的关系。实验测量结果与概率模型的理论预测一致,证明了该模型的正确性,为利用超声非线性效应评价粗糙接触界面提供了理论依据。      

Statistics of Gaussian Speckles with Enhanced Fluctuations

Some first-order statistics of speckle fields obeying the complex Gaussian probability density are investigated with the special emphasis on a possibility for the speckle contrast to exceed unity. It is shown that such enhanced fluctuations of speckle fields are generated when the probability density of the complex amplitude is non-circular with the vanishing mean. This means that Gaussian speckles having the contrast of unity are not necessarily fully developed speckles. Some practical situations producing such enhanced fluctuations in speckle fields are discussed.     

X射线光谱数据处理平台的优化设计

在低计数率背景下X射线谱的高精度测量受X射线流的统计涨落影响,统计涨落决定了给定探测器能量分辨率的理论极限,而其他因素的影响则可以通过适当的噪声滤除和电子技术来降低。以往关于能量分辨率的研究大多利用谱反卷积对获取到的能谱进行后处理,从而降低特征峰的半高宽（FWHM）。这些后处理方法是基于将获取到的能谱建模为输入能谱和探测器响应函数这两个随机变量的函数,往往计算量极大,执行效率低。针对上述问题,提出一种多脉冲局部平均(MPLA)算法对X射线光谱数据处理平台进行优化,MPLA算法是一种在线实时处理的谱获取方法,该方法在动态窗口内对脉冲幅度值进行了平均。MPLA算法涉及两项可变参数,一是平均窗口的大小r,另一项参数则是每一次平均的脉冲幅度数量n。该算法的执行流程包含以下几个步骤,首先读取第一个脉冲幅度并定位一个平均窗口,读取成功后更新当前平均窗口的脉冲幅度和脉冲个数;第二步,读取下一个脉冲幅度,每次更新后即对平均窗口内的脉冲个数进行判断,当其小于预设的参数n时继续执行第三步,反之则执行第四步;第三步,继续读取下一个脉冲幅度;第四步,对相应平均窗口内的脉冲幅度进行平均,得出的平均数即为需要更新计数的道址,然后再对取平均值的窗口内脉冲幅度和脉冲个数进行清零。本文在理论推导部分研究了应用MPLA过程时原始概率密度函数(PDF)的转换,推导了应用MPLA后得到的概率密度函数的解析表达式,证明了MPLA概率密度转换后具有以下特征：（1）对称分布,MPLA保留了均值和对称性。（2）对于单峰对称分布,MPLA减少方差,锐化分布峰。在实验环节中,以铁矿样品为测量对象,将采用MPLA算法处理后的结果与传统的成谱方法得到的结果进行对比,结果表明在具有正态分布PDF的频谱峰值的典型情况下,即使仅对两个脉冲高度进行平均,变换后峰的FWHM也变窄。     

Velocity measurement of a diffuse object by using time-varying speckles

The relation between the velocity of a moving diffuse object and the mean number of integrated speckles in the certain time interval at the far-field plane of the object is obtained. By using this relation based on the first order statistics of integrated speckles, a new method of measuring the velocity of the diffuse object is proposed and experimentally verified. The first order probability density function of time-integrated speckles is also studied from which the validity of the present method is verified.     

Diffraction of entangled photon pairs by ultrasonic waves

In this paper, we have presented and established a new theoretical formulation of photon optics based on photon path and Feynman path integral idea. We have used Feynman path integral approach to discuss Fraunhofer, Fresnel diffraction of single photon and entangled photon pairs by ultrasonic wave and obtained the following results: i) quantum state and probability distribution of single photon and entangled photon pairs by Fraunhofer and Fresnel ultrasonic diffraction, ii) oblique incidence Raman-Nath and Bragg diffraction conditions, iii) total correlation state and its probability distribution. Our calculation results are in agreement with the experiment results. Comparing one-photon and two-photon diffraction effects by ultrasonic waves, we have found that two-photon diffraction by ultrasonic waves is also a sub-wavelength diffraction.     

机载多脉冲激光测距特性及其不确定度研究

针对机载平台特殊环境下激光测距的概率特性, 建立了脉冲回波信号的理论分析模型, 得出了不同信噪比情况下脉冲回波信号包络的概率密度分布函数. 结果表明: 信噪比的降低通过回波波形直接导致测距离散数据的不同分布, 大信噪比时呈现高斯分布, 小信噪比时近似瑞利分布, 一般情况符合莱斯分布; 根据恒比定时时刻鉴别方法, 在获取大量实验数据的基础上, 实验结果验证了理论模型的合理性. 对以“方差”定义的测距精度不适用的情况下, 引入测量不确定度的概念, 结合不确定度原理, 通过分布区间概率量化了实验结果, 提出了一种新的评价机载激光测距性能的方法, 该方法能够克服传统评价指标的单一性以及不合理性, 同时为机载光电系统的性能测试与评估提供了参考意义.     

Laser ultrasonic characterization of adhesive bonds between epoxy coating and aluminum substrate

Nanosecond pulsed laser irradiation through transparent epoxy bonded to aluminum substrate excites wide-band ultrasonic waves at the bonded interface. The normal displacements on the rear surface of aluminum produced by the direct and multi-reflected longitudinal waves in the coating layer are detected by a laser interferometer. The amplitude of the reflected signal depends on the properties of the coating/substrate interface, which is described by terms of the interfacial stiffness using a spring boundary model. The waveforms at the epicenter versus interfacial stiffness are simulated and found to be in good agreement with experimental results. The relation between the interfacial stiffness and the amplitude ratio of the reflected and direct waves is thus established. An image of amplitude ratio of a specimen (null 10 mm) is obtained from the epicenter waveforms recorded by a laser ultrasonic scanning system, which shows the distribution of bond quality on the bonding interface.     

Scaling reduction of the contrast of fractal speckles detected with a finite aperture

It is known that speckle patterns with fractal properties, called fractal speckles, are produced by illuminating a diffuser with the coherent light having the intensity distribution obeying a negative power law. One of key properties of fractal speckles is the spatial correlation function obeying a negative power law, which implies that such speckles have scaling properties. In detecting fractal speckles, the effect of the spatial integration is inevitable in most cases since they have speckle grains of various scales including very fine ones. To evaluate this effect, in this paper, the contrast of spatially integrated intensity distributions is investigated theoretically and experimentally for fractal speckles. The results show that the contrast reduction with the size of the detector aperture obeys a negative power function related with the exponent of the intensity correlation coefficient of fractal speckles.