FTO客体3m闪光照相的Monte Carlo研究

 研究了客体模型FTO的闪光照相系统X光输运过程，给出了直穿照射量、散射照射量、直散比、直穿照射量能谱、散射照射量能谱、直穿X光通量能谱和散射X光通量能谱在记录平面的空间分布。结果表明：后锥是照射量散射成分的主要来源，后锥照射量占总散射量97%；后锥也是造成散射的空间分布不均匀的主要器件，这一不均匀性高达58%。照相系统的最小直散比非常小，表明锥造成的散射已经严重地淹没了直穿（轫致辐射）信号。计算中使用高空间分辨率记录法进行分点，合成图像对吸收系数的复原结果与国外报道的结果相符。     

闪光照相中侧向散射的数值模拟

散射是闪光照相诊断技术中需要重点考虑的一个关键性问题,弄清散射的影响因素及其来源对于提高客体信息诊断精度具有十分重要的促进作用。针对法国实验客体照相系统,采用蒙特卡罗方法,系统研究了侧向散射的影响因素及其来源。结果表明:在没有侧向保护器的情况下,前保护器是侧向散射的主要来源,对任一点,前保护器的散射贡献均达到50%以上,并且侧向散射沿光轴方向呈递增或递减分布。在有侧向保护器情况下,侧向散射照射量有所减小,在与光轴垂直方向呈中间高两边低的单峰分布。增大侧向记录距离不一定带来侧向散射的降低。在适当的记录距离下,得到了较为均匀的散射分布。     

闪光照相中散射分布均匀性的影响因素

 为了在客体密度重建过程中采用迭代法扣除散射X射线的影响,提出了以散射分布均匀为主要目的的闪光照相系统设计思想。在介绍散射分布均匀性定义的基础上,分析了均匀扣除散射所带来的光程差。采用蒙特卡罗方法研究了系统放大倍数、照相距离以及后防护锥到图像接收系统的距离对散射分布均匀性的影响。结果表明：后防护锥到图像接收系统的距离是影响散射分布形状和散射照射量大小的一个主要因素;当后防护锥到图像接收系统的距离为55 cm左右时,散射分布均匀性近似最佳,而且照相距离越大,散射分布均匀性越好。这些研究结果可用于实际闪光照相系统的优化设计,在图像接收系统的响应范围内达到使散射分布均匀和降低光源模糊影响的目的。     

硅片表面球形粒子散射研究

为求解硅片表面微小粒子在任意线偏振平面入射光照射下的散射光光强分布,选择了基于Mie散射的杨氏模型为依据,推导了该模型下散射光强空间分布的计算方法,并给出了0.54 μm球形粒子在垂直、倾斜入射下光强空间分布的模拟计算结果，以及入射平面第一象限内散射光强与国外已发表实验结果的比较.     

超短激光照射下颗粒的散射效应

对两个纳米颗粒受超短激光照射时表面吸收光强的分布情况进行了研究。基于米散射理论和蒙特卡罗方法建立程序来模拟和追踪光子的运动轨迹,米散射理论主要用于确定光子的散射方向,运用兰贝特定律和解析解对模拟结果进行验证。通过对比材料为金和黑体时双颗粒的光强分布发现,颗粒的散射和激光照射宽度的增加会使颗粒相邻处的光强增大,颗粒底部的光强主要取决于颗粒的反照率大小以及散射光强的分布情况。     

CH3�벻ͬ�����¶ȵľ۱�������໥����

采用分子动力学方法模拟200eV的CH3粒子轰击到不同基底温度的钨样品上,分析了C、H原子在钨表面的沉积、散射及溅射情况,结果表明C、H原子的沉降量均随入射剂量的增加而增加。在基底温度为100K时,相同入射剂量下沉积的C原子最多,而当基底温度为1200K,在入射剂量大于1.5X1016cm-2时,C原子的沉降量小于其它基底温度下的C的沉降量。CH3在轰击样品时发生了分解,各种分解情况随基底温度变化较小,其中不同基底温度下一级分解率在40%上下波动,二级分解在23%左右,而完全分解的CH3在9%左右。C、H原子的散射角主要分布在5°~85°间,散射C原子分布的最大值分布在40%~50°或50°~60°间,散射C原子分布的最小值分布在0°~10°或80°~90°间;而不同基底温度下散射H原子分布的最大值均在40°~50°间,最小值均在0°~10°间。散射C原子的能量在0~140eV之间,散射能量为0~120eV的C原子占散射总量的98%以上,散射C原子平均能量随基底温度的增加而增加,其变化从65.5eV增加到68.5eV;散射H原子的能量也在0~140eV之间,但大约70%的散射H原子能量在40eV以内,散射平均能量随基底温度的增加而减小,其变化从13.92eV减小到13.05eV。     

一种用于中子散射成像的快速反投影重建方法

针对中子散射成像建立了一种快速反投影重建方法,这种方法首先根据每一个散射事件确定粒子可能所在的空间范围,然后该空间范围中进行重建,大大减少了重建的运行时间。应用所建立的方法对模拟的成像数据进行处理,结果表明:重建源与实际源的位向一致,对1000个散射数据进行处理,用时约3 s;对5探测单元成像得到的模拟数据处理,得到重建后点源的位向分辨为8.0°;重建源的位向分辨不随设定重建平面的位置而改变,但重建平面距探测平面越近,重建速度越快;当重建平面达到一定尺寸时,继续增加大重建平面尺寸,重建的运行时间增加不明显,该方法在大视场空间探测成像应用中,具有较高的重建效率。     

闪光照相系统的散射分布与降散射的数值模拟

 对法国试验客体（FTO）的3 m照相系统建模，利用Monte-Carlo方法模拟X光子输运过程，得到了系统的散射分布和系统器件对散射的贡献。结果表明：后保护锥是系统散射的主要来源，对于任意一点，后保护锥的散射占总散射的75%以上。FTO的散射主要是FTO外层材料和边缘的散射，这部分散射占客体总散射的90%以上。利用坡度准直器对系统散射严重的区域进行的降散射，表明坡度准直器是一个很好的降散射器件，能有效提高图像质量。     

基于微扰近似的圆锥表面光散射*

由Hueygen原理出发,介绍了粗糙表面的光散射特性.基于微扰近似,在不考虑遮蔽效应和圆锥顶点的散射情况下,分析了圆锥物体的光散射特性,推导了圆锥物体对平面光的散射场解析表达式.计算了圆锥表面在高度起伏均方根不同情况下对1.06μm光波的散射,并且得到了入射角一定的情况下,不同观察方向的散射光强分布曲线.结果表明,在观察方位角不变时,圆锥的散射光强随观察角顶角的增加先增大后减小|在观测方位角一定时,散射光强随高度起伏均方根的增加而减小,且随观察方位角呈对称分布.     

电流变液电磁波散射理论研究

本文以近代电磁理论为基础，研究电流变液中电磁波散射性质。引入局域结构因子、盲点、正比点的概念，用局域结构因子描述电流变液微观粒子的分布。讨论了随外加电场增大时结构和介电常数对散射的影响。结果表明：在空间存在电磁波散射能量极小值，此类点存在的空间位置不定；随外加电场增加，盲点存在的几率变大而正比点存在的几率变小。     

氢负离子在变形球面附近的光剥离

利用理论模型成像方法, 对氢负离子在变形球面附近的光剥离进行了研究. 首先, 推导出了光剥离电子通量的计算公式, 然后对电子通量分布和光剥离截面进行了计算.结果表明: 平面效应只在一定范围内对氢负离子的光剥离过程产生影响. 在距离z轴比较近的区域, 球面效应起主要作用, 电子通量分布和光剥离截面与只有球面存在的情况一致, 此时平面效应可以忽略; 距离z轴较远的区域, 平面效应和球面效应共同起作用, 此时变形球面对光剥离过程会产生比较大的影响. 当球面半径和氢负离子到球面之间的距离给定, 随着入射光子的能量增大, 光剥离电子通量的振幅先增大后减小, 然后又慢慢增大, 振荡频率增大.当固定球面与氢负离子之间的距离, 随着球面半径的增大, 光剥离电子的通量趋向于只存在球面的情况.因此, 可以通过改变入射光子能量和球面的半径对氢负离子的光剥离进行调控. 本文的结果对于研究负离子体系在曲面附近的光剥离及光剥离 显微问题的实验研究具有一定的参考价值. 关键词： 理论模型成像方法 光剥离电子通量 光剥离截面 变形球面     

任意形状凸粗糙物体高斯光束相干散射研究

研究了任意形状凸粗糙物体对高斯光束的相干散射特性。由平面波谱展开法推导出粗糙面高斯波束散射场表达式．并根据物理光学近似和稳相法原理得到相干散射截面的理论公式。与平面波解不同的是,在公式中引入了波束因子这一表征波束作用的重要参量,该参量与束腰半径、束腰中心与物体中心距离和物体照射面积以及入射、散射方向有关。最后数值计算了1．06μm激光波束对粗糙球的散射,分析了波束因子．介电常量和极化状态对红外激光相干散射截面的影响,重点讨论了波束因子的变化规律。分析表明．当波束半径远大于物体尺寸时,波束入射的结果可退化到平面波情况。     

Photonic nanojets as three-dimensional optical atom traps: A theoretical study

We show that an efficient three-dimensional optical atom trap can be achieved by light scattered off a dielectric microsphere. Namely, under suitable conditions, a plane wave incident on a polymer sphere produces a focal point in the forward scattering direction known as photonic nanojet. The photonic nanojet is formed at a distance of a few micrometers away from the surface of the sphere wherein the Casimir–Polder interaction felt by an atom is negligible compared to the optical and gravitational potentials. When many polymer spheres are brought together so as to form a linear chain, a one-dimensional periodic optical lattice filled with cold atoms is possible since interference between the incident and scattered beams is minimal when the spheres are not too close.     

Average scattered field from a random PEC cylinder buried below a slightly rough surface

Scattering from a perfect electric conducting cylinder with random radius buried below a half space dielectric homogenous interface is studied. The cylindrical wave scattered by cylinder is expanded in terms of plane wave spectrum. Small perturbation method is used to study the interaction of each plane wave with the interface. The zeroth order term yields solution for a flat interface, whereas scattering from a rough surface is given by first-order term. Results are obtained for both TM and TE polarizations. Analytical expressions of the average scattered field are obtained and verified using numerical evaluation. Different scattering scenarios are simulated by varying the distribution of the radius. It is observed that average scattering cross section of an ensemble with normal/uniform distribution is almost equal to that of a cylinder with mean radius.     

Acoustic scattering from two spheres,one with a small radius

The scattering of a plane acoustic wave from an acoustically penetrable or impenetrable (soft or hard) sphere separated at a distance from another sphere, also penetrable or impenetrable (soft or hard), of acoustically small radius, is examined. The penetrable spheres and the surrounding medium are fluids or fluidlike; i.e., they do not support shear waves. Separation of variables, in conjunction with translational addition theorems for spherical wave functions, is used. Analytical expressions are obtained for the scattered pressure field and the scattering cross sections. Numerical results are given for penetrable and impenetrable spheres, showing the influence of the small sphere on the scattering cross sections of the other sphere. Published in Russian in Akusticheskiĭ Zhurnal, 2007, Vol. 53, No. 1, pp. 38–49. The text was submitted by the authors in English.     

高能闪光照相X射线能谱的理论研究

 用Monte-Carlo方法模拟球对称客体系统的闪光照相中X光光子的输运过程。分别在单客体情况和全系统情况下,给出了记录平面上各种光子谱及其在记录平面上的空间分布。结果表明：记录区边缘的谱形与源光子谱形很相似;深穿透区各点之间的谱形差别不大,谱平均光子能量近似相同,并且位于使高Z材料的光子线吸收系数最小的能量范围内。 结果还表明,高能闪光照相的光子能谱会因客体中光子的光程不同而有较大的差别。     

Design of an off-axis HOE light concentrator to focus light from multiple directions in a plane

The attractive and multifunctional properties of holographic optical elements (HOEs) offer an opportunity to create compact optical systems for a wide range of applications. In this paper, we propose a novel method of focusing light onto a small region of space by an off-axis HOE that is illuminated from multiple directions in a plane. An off-axis spherical wave generated from a microscopic objective (0.65 NA) is combined with sequentially illuminated five reference waves at the recording plane. A multi-exposure technique is adopted for recording. A comparison between single-exposure and multi-exposure technique is also presented. The design parameters, performance and possible applications of these optical devices are described.     

Formation of interference patterns in the case of double-exposure recording of quasi-Fourier holograms and speckle-interferograms

Conditions for recording and reproduction of double-exposure quasi-Fourier holograms are analyzed for the case where a diffusively scattering plane surface is transversely or longitudinally displaced before the second exposure. It is shown that the interference patterns formed at the reproduction stage are localized both in the scatterer and hologram planes. In so doing, the parameters of the interference patterns localized in the scatterer plane depend on the radius of curvature of diverging or converging spherical waves of radiation used for illuminating the scatterer at the recording stage, while for those localized in the hologram plane, the parameters depend on the focal length of the lens forming a quasi-Fourier-transform. In its turn, the sensitivity of the speckle-interferometer depends on the radius of curvature of diverging or converging waves in the case where the scatterer is transversely displaced before the second exposure. The results of the experimental studies agree with theory. __________ Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 2, pp. 62–70, February, 2006.