尘埃粒子计数器中光源对传感器光通量的影响分析

在Mie散射理论基础上，由单分散射的光强表达式导出在偏振光的入射条件下一定立体角内的散射光通量的表达式，并与自然光入射作比较。计算了在相同强度不同光源入射下，尘埃粒子计数器的两种常用散射光收集系统收集的散射光通量。结果表明：采用近前向散射光收集系统得到的光通量相等；而采用直角方向散射光收集系统时两者并不相等，且在平面偏振光入射时，收集的散射光通量还跟探测器中心与入射光偏振方向夹角有关。用MATLAB编程计算，得出了在探测器中心与偏振方向的夹角成90°或270°位置时，收集的散射光通量有极值的结论，为激光尘埃计数器传感器光学设计提供了依据。     

对数积分放大器在弱光检测中的研究与应用

为解决微弱光信号检测中信号动态范围宽、噪声大等难点,利用对数积分放大原理设计了微弱光信号检测电路。并利用2种不同特性的硅光电二极管（PN和PIN）作为光电转换器件验证电路的性能。实际结果表明:在入射光功率特性上,2种光电二极管电路输出相似,对信号具有压缩作用。在入射光频率特性上,f20 Hz时PN型电路输出幅值是PIN型的1.2倍以上;f40 Hz时PN型电路输出幅值变化约90%,PIN型电路输出更稳定,最大变化约50%。在光谱测量上,2种光电二极管测得的光谱与实际光谱相比变化趋势相同,峰值波长一致。     

光源的偏振态对动态光散射颗粒测量结果的影响

研究了在动态光散射纳米颗粒测量中,光源的偏振态对测量结果的影响。采用了粒径为100nm、体积浓度为0.5%的标准颗粒作为样品,使He-Ne激光通过起偏器得到0°～180°方向的偏振光,测量了散射光强、偏振度和粒径测量值的变化,计算了相应的粒径均值偏差和标准差,并将这一结果与无偏振He-Ne激光入射进行了比较。结果表明,当入射光为线偏振光时,偏振方向垂直于散射面时测量效果最好;另一方面,由于颗粒系散射迭加造成的散射光偏振度降低,使线偏振光源与无偏振光源产生的散射光偏振度无明显差别,证明在测量中可以使用无偏振He-Ne激光代替。     

神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统

报道了基于神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统。系统通过激光聚焦透镜收集激光等离子体相互作用产生的散射光;两个热能量卡计分别测量波长348~354 nm范围的受激布里渊散射和波长400~700 nm范围的受激拉曼散射产生的散射光。该系统可以测量散射光的能量、功率和光谱图像,提供优于0.5 nm光谱分辨和10 ps时间分辨的光谱物理信息。同时采用PIN二极管阵列对聚焦透镜外侧附近的近背向散射光信息进行测量。     

激光陀螺基片散射收集系统的设计与分析

研究了散射测量在激光陀螺用石英基片表面检测中的应用.比较发现,收集物镜比积分球更有利于体散射的消除,更适用于直接检测超光滑石英基片表面的散射测试系统.用ZEMAX设计了散射光收集物镜,使其数值孔径达到了0.4,并完全消除了轴上距离大于1.5 mm的散射点的体散射|为了消除光电倍增管输出本身随时间长漂的问题,设计了特定的散射光收集系统的结构,将散射光和反射光分时打在同一个光电倍增管上.分析发现,这种设置能有效消除光电倍增管输出随时间趋势性漂移的问题,增强了系统长时间的稳定性,有效保障了其工程实用性.     

集成PIN光敏元的CMOS探测器光电响应特性研究

传统的CMOS图像传感器一般采用基于LV-CMOS工艺的N阱/P型衬底制备的PN光电二极管或者PPD二极管作为光敏元。PIN光敏元具有结电容小、量子效率高的特点。采用HV-CMOS(高压CMOS)工艺可以实现CMOS电路与PIN光敏元的单片集成。本文研究了集成PIN光敏元的CMOS探测器的光电响应特性以及NEP随像素大小和复位电压的变化关系。研究表明,将光敏元从PN光电二极管改为PIN光电二极管后,像素电荷增益可以提高一个数量级左右;同时,像素的瞬态电荷增益要大于传统认为的1/Cpd,并与二极管的大小以及复位电压紧密相关。研究发现,小像素因其更高的电荷增益和更低的等效噪声,更加适合弱信号下的短积分时间快速探测。若配合微透镜的使用,小像素在微光探测方面可以获得更大的优势。     

PIN光电二极管探测器响应特性测试

介绍了PIN光电二极管探测器的工作原理及基本结构,设计了探测器的测试系统,说明了测试系统中各个组成部分的结构和功能.利用该系统对PIN管光探测器电路的电特性进行了测试,测试结果表明PIN光电二极管探测器的响应特性符合技术要求.     

折反式激光粒度测量方法

激光粒度仪因其快速、非接触等优点被广泛应用于各领域的粒度分布测量,但颗粒散射光的角分布与粒度大小关系复杂。为了获得不同粒度下的相对精度一致,通常会造成粒度分布测量范围小、无法满足宽分布粒度测量要求等问题。根据Mie散射近似的菲涅尔原理,提出采用折反式光路,将颗粒散射信号由分光镜分成两束,经两组组合式镜头和2个光电探测器分别采集透射和反射的散射信号,信号组合后经反演得到颗粒粒度分布,从而提高了可测粒度范围。采用两种标准粒子及其混合物进行了实验,结果表明,单种标准粒子测量结果的体积中位径D50的测量相对误差都不大于7.9%;对混合粒子也能够得到正确的峰值分布。     

HL-2A装置YAG激光汤姆逊散射测量电子温度的初步结果

 叙述了激光汤姆逊散射的实验原理,介绍了HL-2A装置上改进后的激光汤姆逊散射系统。高脉冲功率Nd：YAG激光光源发出的1 064 nm的激光能很好地满足测量等离子体电子散射光的要求,硅雪崩光电二极管和窄带干涉滤波片组成的多色仪的使用,大大提高了散射光的测量效率。数据处理方法采用按测量误差进行权重分析的查表法,提高了数据处理的速度。最后介绍了各种放电条件下的单空间点电子温度的测量结果。     

10m×10m大靶面激光立靶设计

针对10m×10m大靶面、高精度立靶坐标测量的要求,提出了一种激光阵列式光电立靶坐标测量系统,该立靶采用半导体激光平行光管形成平行光光源,高灵敏度光电二极管及相应信号放大、转换电路组成接收阵列,光源和接收器件相距10m,当飞行弹丸穿越激光形成的光幕时,分别在X和Y方向上挡住了投射在某一个或几个光电二极管上的光线,该光电二极管对应的信号放大、转换电路将二极管产生的微弱电信号放大、整形,最后输出脉冲信号,后续信号编码识别电路将判断出被挡住光线的光电二极管的编号,进而得出弹丸穿越该光幕的X坐标和Y坐标。经实弹试验证明,系统具有测量靶面大,精度高的优点。     

Modeling of Multiple Scattering Effects in Fraunhofer Diffraction Particle Size Analysis

A model for the direct problem of calculating the forward scattering signature of a multiple scattering medium is presented. The new formulation is optimized for integration into schemes for reconstructing the particle size distribution from laser diffraction (forward scattering) signatures obtained from optically thick media. The analysis is valid for media where the particle sizes and interparticle spacings are large (relative to the wavelength and the particle size, respectively) such that Fraunhofer diffraction theory adequately describes the properties of the forward scattered light from individual scattering events. The simulated performance of laser diffraction particle sizing instruments was then studied using predictions of the scattered light signatures which would be measured by laser diffraction instrument under multiple scattering conditions. The results were compared with experimental data and theoretical calculations based on other models.     

基于偏振门的动态光散射颗粒测量法的研究

为了解决动态光散射纳米颗粒测量技术无法测量高浓度颗粒粒径的难题,提出了一种基于偏振门的动态光散射测量法。从动态光散射和Mie理论出发,理论分析了在高浓度溶液下多重散射效应对散射光偏振态和颗粒粒度测量结果的影响。根据散射光偏振特点,结合偏振门检测技术,改进了传统的动态光散射光学系统。实验研究了在低浓度和高浓度溶液时,不同偏振角度下的散射光强和粒度测量值,完善了散射光的偏振理论。采用90°偏振门检偏,通过各种浓度下的实验,证明了方法的可行性。该方法较之目前同类方法具有原理和结构简单,系统易于维护的特点。     

Heterodyne Detection of Pulsed Co2 Laser Light Scattered from Ion Acoustic Waves in a Plasma

The small angle scattering of light from a pulsed CO2 laser has been used to measure ion acoustic waves excited in a low density plasma. The laser is a hybrid laser consisting of a high pressure TEA discharge and a low pressure continuous discharge. The scattered light is detected by heterodyning, using laser light as the local oscillator. Two methods of providing the laser light local oscillator have been used. The dependence of the scattered light on the ion acoustic wavelength has been measured. The amplitude of the scattered light compared with the amplitude of the waves in the plasma indicates that the heterodyne mixing efficiency is better than 10 percent.     

偏振相移与相位共轭结合的散射光聚焦技术研究

散射介质对光的随机散射作用是制约其光学聚焦和成像的重要因素，光学相位共轭技术能够通过对散射光场共轭还原实现透过散射介质的光学聚焦和成像，其中散射光场相位的获取是共轭还原的核心。阐述了偏振相移的基本原理，将偏振相移与相位共轭技术相结合，设计了新的基于偏振相移的数字光学相位共轭系统。采用633 nm的HeNe激光器作为系统光源，毛玻璃作为散射介质开展散射光聚焦实验研究。实验结果表明:该装置能够成功实现透过散射介质的光学聚焦，其中聚焦点与背景光强的比值可达约400倍。     

基于CCD传感的激光粒度测试技术研究

颗粒测试在工业生产和科学研究中涉及的领域非常广泛,常用的颗粒粒度及其分布的测试方法是激光粒度测试法,其具有测试精度高、测量速度快、重复性好和可测粒径范围宽等突出优点。CCD传感器有灵敏度高、分辨率高、噪声小和较大的动态范围等优点,其作为激光粒度仪的探测器提高光强分辨率的应用已经很普遍了。为提高测量精度,通过对CCD传感技术的研究,应用图像处理的方法来设计光电探测器,搭建了基于米氏散射原理的激光粒度测试系统。实验结果表明,用CCD传感器采集光散射图像,再对图像进行处理,D50与D10误差在6%之内,D90误差在1%之内,降低了测量的重复误差。     

激光等离子体受激Raman散射光谱的时间分辨测量

采用光学多道谱仪和光学条纹相机耦合,组成时间分辨的Raman散射光谱测量系统,可实现0.5nm的光谱分辨和好于10ps的时间分辨。采用该测量系统,在神光Ⅱ装置上开展了脉宽1ns、波长351nm的激光与两种不同尺寸柱腔靶相互作用的物理实验,获得了时间分辨的SRS光谱实验结果。研究表明,SRS光谱在时间上相对于入射激光有一定的延迟,腔靶尺寸减小时,延迟时间随之减小。通过长、短波截止波长分析电子密度方法,计算得出了Ⅰ型和Ⅱ型腔靶SRS散射光最短波长光谱发生的密度区分别为0.069nc和0.027nc。     

激光加工微型光纤折射率传感器的工艺与特性

提出一种由157 nm激光制造的新型微型光纤法布里-珀罗折射率传感器的制作方法,传感头由靠近单模光纤端的具有光纤顶端微通道的法布里-珀罗空气腔组成,将单模光纤顶端的微通道作为检测介质的入口.分别在珐珀腔的反射界面镀以薄膜作为反射镜面来确保高的光对比度.试验中获得了1 130.887 nm/refractive-index的分辨率.和其他的光纤传感器相比,这种传感器具有体积小,结构坚固,高分辨率,线性良好,测量范围宽等优点,能够满足实际应用的要求,特别是对需要小型传感器的场合.     

Attenuation measurement of optical fibers for sensor technology

Generally the attenuation of optical fibers used for sensor technology is higher than that of fibers for telecommunications. This is difficult to measure by the optical time domain reflectometry (OTDR). This paper presents a simple method that employs an integrating sphere. The total and scattering attenuation coefficients can be calculated and discriminated by the measured power of the light scattered out of the optical fiber and collected by the integrating sphere.     

表面散射光对激光三角法位移测量的影响

三角测量法是一种位移测量方法, 其测量精度不但受到传感器本身因素如光源、探测器、机械结构特性等因素的影响, 还受到被测表面特性如色泽、材料、粗糙度、倾斜度以及外界环境的影响。国内外的一些学者提出了许多提高传感器测量精度的方法, 但这些研究都是针对某一特性表面进行的, 没有涉及到对不同表面的测量时存在的问题。利用随机行走理论对物体表面的散射场进行了分析, 给出了不同粗糙度表面下弱散射光强与散射角及入射角的关系。由于设计制造的传感器量程范围内接收散射光的角度在15°至25°内变化, 因此取20°作为散射角角度, 理论计算模拟的三种不同粗糙面散射光强变化最大能达到300%左右。该结果对于优化激光三角传感器的设计和提高测量精度有一定的意义。