直接标准化算法在食用油酸值和过氧化值上的近红外光谱模型转移的研究

良好的食用油品质的近红外光谱定量分析模型以及不同仪器间的模型共享,能够提高模型间的利用率,可以满足食用油行业的发展需要。目的是探究直接标准化算法在食用油酸值和过氧化值两个指标上的模型转移。实验样本为大豆油、花生油、芝麻油、玉米油共计50个样本。实验仪器为VERTEX 70傅里叶红外光谱仪和Antaris Ⅱ傅里叶近红外光谱仪(包含光纤探头和透射探头)。一共进行了三组实验,第一组选取主仪器VERTEX 70和从仪器Antaris Ⅱ(光纤探头部件);第二组选取主仪器VERTEX 70和从仪器结合主仪器Antaris Ⅱ(透射部件),第三组选取主仪器Antaris Ⅱ(透射部件)和Antaris Ⅱ(光纤部件)。利用直接标准化算法,结合主仪器上的偏最小二乘法校正模型,针对从仪器上的食用油酸值和过氧化值的近红外光谱模型,进行了模型转移研究。研究表明,在同为光纤探头扫描的实验仪器VERTEX 70和Antaris Ⅱ(光纤探头部件)间,模型转移前酸值和过氧化值预测均方差分别为54.675 6和1 912.219 4,使用直接标准化算法后预测均方差分别下降到0.560 13和4.836。在食用油酸值和过氧化值指标上直接标准化算法对相同原理的仪器有较好的转移效果。与过氧化值相比直接标准化算法在酸值指标上的模型转移效果较好。该研究结果对于食用油品质的快速分析模型的广泛应用具有重要意义。     

空芯光纤中介质层材料色散的研究

提出一种根据实验测量的损耗谱曲线,通过曲线拟合等方法获得空芯光纤巾介质层薄膜材料色散性质的方法,并使用此方法得到了数种空芯光纤中常用的介质层材料在可见光与近红外Ⅸ域的色散柯西公式.将得列的介质层材料色散引入到空芯光纤传输损耗谱的理论计算中之后,相对于小考虑材料色散或者使用文献中提供的色散数据进行计算的结果,理论计算结果能更好地符合实验测量结果,从而能够在理论上更加准确地预估空芯光纤在可见光与近红外区域的低损耗窗口的位置.所获得的材料色散柯西公式对于空芯光纤的高性能化没计有重要的辅助作用.     

芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度响应分析

提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的结构模型,并对其声压相移灵敏度的响应特性进行了研究.通过对空气腔芯轴型光纤水听器的基本原理和结构进行分析,得出光纤与弹性筒作用的相互关系;建立了动力学等效模型,得出带空气腔芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度表达式以及频率特性的理论模型;利用有限元方法,得到芯轴型光纤水听器的响应模型.根据提出的结构和确定的参量制作出相应的探头,经过试验测试,其3 dB带宽约为30 kHz,测试结果验证了提出的理论模型与有限元模型的正确性.     

双包层掺Bi光纤的制备及其光谱特性研究

用改进的化学气相沉积方法和溶液掺杂方法制备了掺Bi双包层石英基光纤. 测试了掺Bi光纤预制棒切片的吸收光谱和掺Bi光纤在特定波长下的吸收系数,在不同波长的激光激发下, 研究了掺Bi光纤的近红外荧光光谱. 掺Bi光纤在976 nm激光激发下,其荧光光谱范围在1000---1400 nm之间, 荧光峰的峰值位于1140 nm附近,半高宽约为130 nm;在793和808 nm激光激发下得到了 1000---1700 nm的超宽带近红外荧光,半高宽超过250 nm.通过对掺Bi光纤预制棒切片进行900 ℃ 保温1 h的热处理后,发现在808 nm激光 激发下预制棒切片的荧光强度增加了近4倍.研究结果表明,具有超宽带荧光特性的双包层掺Bi光纤 有望作为超短脉冲激光器和可调谐激光器的增益介质.     

深度分辨漫反射测量光纤探头设计及特性

漫反射光谱人体成分检测研究中,光纤探头接收漫反射光子穿透深度及传输路径对检测效率及灵敏度影响较大,而传统的检测光纤探头无法实现对特定深度漫反射光子选择性接收。针对人体成分检测需要,提出了采用一定入射-接收角度及半球透镜耦合的漫反射测量光纤探头结构。在三层皮肤模型基础上,结合光纤探头形式改进Monte Carlo程序,计算光纤探头接收漫反射光子穿透深度,有效光子比例,有效信息载荷以及真皮层检测灵敏度。结果表明,设计的光纤探头可实现真皮层漫反射光子选择性接收,检测效率以及测量光谱受非目标层组织结构及光学参数影响较小,可有效提高人体成分无创检测灵敏度。     

微型近红外光纤光谱仪用于奶粉中蛋白质脂肪的定量检测研究

提出利用微型近红外光谱仪、结合Y型光纤探头,在900～1 700 nm范围内对奶粉中蛋白质、脂肪含量进行快速、无损检测的漫反射光谱检测方法。基于Unscrambler 9.7化学计量学软件,选择合适的光谱波段,通过PLS算法分别建立了蛋白质、脂肪的校正模型,得到蛋白质、脂肪校正模型的决定系数R2分别为0.987和0.986,均方根误差RMSC分别为0.385和0.419。利用所建模型对预测样本数据集进行预测验证,得到蛋白质的标准差SEP_Protein=0.768、脂肪的标准差SEP_Fat=1.109,表明所建模型具有较高的预测能力,已基本达到实用化要求。     

适合于内窥成像的共路型光学相干层析成像系统

提出了一种采用光纤型迈克耳孙干涉仪进行光程补偿的菲佐型光学相干层析成像(OCT)系统.该系统的传感探头为共路干涉结构,以解决现有内窥光学相干层析成像系统中存在的探头运动导致图像失真、以及更换使用不同探头时需进行色散和偏振态调节等问题.光程补偿和振动干扰实验结果表明,光程补偿方法正确可行,系统对环境干扰不敏感.利用研制的系统对反射镜和近红外卡进行了成像实验,验证了系统的有效性.提出的方法非常适合于内窥成像,并给出了把系统扩展为内窥光学相干层析成像系统的具体实现过程.     

芯轴型光纤水听器频率特性研究

提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的结构模型,并对其频率特性作出研究.通过对带空气腔芯轴型光纤水听器的基本原理和结构进行分析,得出光纤与弹性筒作用的相互关系;通过建立动力学等效模型,得出带空气腔芯轴型光纤水听器频率特性的理论模型.通过对各个参量进行分析,指出芯轴型光纤水听器频率特性的主要制约因素与改善方法.根据提出的结构,在一定参量下的制作出探头,经过试验测试,其3 dB带宽达到了30 kHz左右,验证了提出的模型理论.     

共路径光相干成像系统光纤探头的研究

本文提出了基于楔形光纤以及端面成角度光纤的共路径光相干成像系统探头,实现背向散射信号在其端部的共路径相位干涉,从而获得待测件断面成像信息.首先,建立了共路径光相干成像系统光路及探头相位干涉的理论模型,分析了各光纤探头尺寸与干涉信号强度、系统性能的关系.其次,分别设计出楔形光纤、端面成角光纤探头,开展了共路径光路干涉实验,搭建了工作波长为1 550 nm的共路径光路测试系统.然后,根据不同待测样品的散射率,设计并研制了不同角度的楔形光纤探头,分析了不同尺寸的光纤探头对系统性能的影响,针对不同样品开展了固定探头探测实验.实验结果表明,楔形光纤端部可直接对输出光聚焦,照射在被测样品上,且其端面成一定角度时,可调节输出分光比,实现对参考信号的调节,提高了系统信噪比.为进一步开展共路径光相干成像系统的研究奠定了基础.     

光纤倏逝波生物传感器光纤探头的耦合光束限定

根据光纤的模式匹配理论计算了给定条件下光纤探头的模式匹配半径，以此匹配半径为基础分析了激发光在锥型光纤探头中的光线传输轨迹.结果表明，在此条件下如不对光纤探头的耦合光束进行限定，将有一部分激发光在锥型光纤探头中因不满足全反射的传输条件而透射出光纤探头，从而使传感器系统得到虚假检测信息.针对此问题,在光纤倏逝波生物传感器的系统设计中给出了具体的解决方法.     

AO3D: A Monte Carlo code for modeling of environmental light propagation

A Monte Carlo radiative transfer program (Atmosphere-Ocean 3-Dimensional, AO3D) for modeling the coupled atmosphere-ocean environment has been developed. The code allows for the specification of optical properties for the atmosphere, land and ocean. Light rays are tracked as they pass between the atmosphere and the ocean, reflect off the ocean surface, the ocean floor, and off land, or are absorbed. In this version the polarization of light rays is not considered. The optical properties of each horizontally homogeneous layer within the atmosphere and ocean can be set on a layer-by-layer basis with a choice of phase functions, absorption and scattering coefficients, and index of refraction. A wind-dependent Cox and Munk ocean surface realization (with whitecaps) is implemented to model refraction and reflection from surface waves. Either spherical- or flat-Earth models can be used, and all refraction and reflection are accounted for. The AO3D model has been tested by parts, and as a whole by comparison with single- and total-scattering calculations from other radiative transfer codes. Comparisons with Monte Carlo calculations by Adams and Kattawar (agreement in TOA radiance within the published precision ∼2%), MODTRAN4 (agreement in spherical-shell atmosphere (SSA) sky radiance within about 2%) and Coupled DIScrete Ordinate Radiative Transfer (COART) (agreement in plane-parallel (PP) sky radiance within 2%) are shown. Sun photometer measurements (including large air mass values) at the Mauna Loa Observatory are compared to AO3D simulations (for a spherical Earth) and suggest that a thin aerosol layer was present above the observatory at the time of the measurements.     

Fabrication and characteristics of lateral Ti/4H-SiC Schottky barrier diodes

This paper describes the fabrication and characteristics of the lateral Ti/4H-SiC Schottky barrier diodes (SBDs). SBDs are fabricated by nitrogen ion implantation into p-type 4H-SiC epitaxial layer. The implant depth profile is simulated using the Monte Carlo simulator TRIM. Measurements of the reverse I－V characteristics demonstrate a low reverse current, that is good enough for many SiC-based devices such as SiC metal-semiconductor field-effect transistors, and SiC static induction transistors. The parameters of the diodes are extracted from the forward I－V characteristics. The barrier height φ_b of Ti/4H-SiC is 0.95 eV.     

Analysis of a diffusion-model-based approach for efficient quantification of superficial tissue properties

Previously, we reported using a diffusing probe in conjunction with a two-layer diffusion model for accurately recovering the optical properties of superficial volumes. However, the two-layer diffusion equation is computationally less efficient than a standard diffusion equation (SDE) by 3 orders of magnitude. In this Letter, we present a new approach extended from the diffusing probe geometry that enables the use of a diffusion model that has efficiency comparable to an SDE. Our Monte Carlo simulation results indicate that this new approach is not only very accurate but also sensitive to the presence of 0.5 mm(3) inhomogeneities and could be used for monitoring the early progression of skin melanoma.     

Study on effective probe depth of optical coherence tomography system by Monte Carlo simulation

The intensities of Class I and Class II signals at several different probing depths and different coherence lengths are analyzed using a Monte Carlo model with a pencil beam, and the result shows that the longitudinal resolution has influence on the effective probe depth. A Monte Carlo model for optical coherence tomography system with a focused Gaussian beam is proposed. The intensities of Class I and Class II signals at different probing depth for different radius and depth of focus of the beam are simulated using this model. We found that increasing of the depth of focus and decreasing of the beam radius can finitely increase effective probing depth. When the effective probing depth is fixed, optimal signal intensity can be achieved by altering the beam radius or the depth of focus.     

氧氩比对SnO2/Ag/SnO2透明导电膜光电性能的影响

在室温及不同的氧氩比条件下,采用射频磁控溅射Ag层和直流磁控溅射SnO2层,在载玻片衬底上制备出了SnO2/Ag/SnO2多层薄膜.用霍尔效应测试仪、四探针电阻测试仪和紫外-可见-近红外光谱仪等表征了薄膜的电学性质和光学性质.实验结果表明:当氧氩比为1:14时,所制得的薄膜的光电性质优良指数最大,为1.69×10-2 Ω-1;此时,薄膜的电阻率为9.8×10-5Ω·cm,方电阻为9.68Ω/sq,在400～800 nm可见光区的平均光学透射率达85％;并且,在氧氩比为1:14时,利用射频磁控溅射Ag层和直流磁控溅射SnO2层在PET柔性衬底上制备出了光电性质优良的柔性透明导电膜,其在可见光区的平均光学透过率达85％以上,电阻率为1.22×10-4Ωcm,方电阻为12.05Ω/sq.     

-Particle radioactivity from LR 115 by two methods of analysis

LR115 track detectors were exposed to samples of Moroccan phosphate and phosphogypsum to measure their -particle radioactivity. Then two formalisms were used for the dosimetry: simulation by a Monte Carlo method and determination of concentrations from a numerically integrated track registration equation. The results were compared with those deduced γ-ray spectrometry.     

利用数值模拟测量闪光照相中H-D曲线

 在分析高能闪光照相中传统实验方法不足的基础上，提出了采用Monte Carlo模拟结果来建立底片光学密度与照射量之间的关系，并对一个球对称客体进行了实验照相。采用Monte Carlo方法分析了底片光学密度分布左右不对称的各种因素，认为底片光学密度分布左右不对称主要是照相器件几何对中不理想造成的，并说明了底片光学密度左右平均的合理性。在此基础上介绍了H-D曲线的生成方法，采用Silberstein理论得到了具有较高精度的H D曲线。这种结合Monte Carlo模拟的H-D曲线测量方法不但避免了照射量测量误差，而且还考虑了H-D曲线对X射线能谱的依赖关系，更能体现实际情况，具有较高的精度。可用于球对称客体或柱对称客体的辐射照相。     

Radiation symmetry test and uncertainty analysis of Monte Carlo method based on radiative exchange factor

Using Monte Carlo method, the paper investigates the radiative heat transfer in participating media. Based on the radiative exchange factor, an uncertainty analysis of Monte Carlo method is undertaken and the corresponding mathematical expressions are deduced to predict its accuracy. Furthermore, randomness properties of pseudorandom number generators are investigated, and a model to test radiation symmetry is adopted to validate the performance of some generators. The paper studies the effects of energy bundle numbers, discretization schemes, emission location, optical thicknesses, wall emissivity and CPU time on the numerical accuracy. In addition, the simulation results are proved to give a reference for using Monte Carlo method, which is applicable for calculation of the radiative exchange factor.     

基于蒙特卡罗模拟的无创生化检测最佳探测距离的研究

人体内各种血液生化成分含量的变化是评价健康状况的重要信息。人体皮肤中,血糖、胆固醇等生化成分主要存在于真皮层的血液中,本文通过研究最佳的探测距离,提高真皮层的近红外光谱信号强度,排除表皮层、皮下组织产生的干扰。首先,通过对人体皮肤的组织结构进行分析,计算得到了皮肤各层的组织光学特性参数,以葡萄糖在合频波段吸收峰2 270 nm处的组织光学参数为例建立了皮肤的蒙特卡罗模型;然后,利用蒙特卡罗方法模拟了光在皮肤中的传输规律,得到了平均路径长度、平均探测深度以及各层吸收光子能量比例随入射角度、探测距离的变化情况。结果表明,光子以小于45°角入射时,可以忽略入射角度对光子传输路径的影响。探测距离为1 mm时,真皮层吸收光子能量所占比例最大,同时又能保证探测器接收到较多的能量。本文确定1 mm作为最佳的探测距离,可以有效降低皮肤中其他组织的干扰,获取真皮层中血液的光谱信息,有利于生化成分的近红外无创检测,为后续实验奠定理论基础。     

浅表组织后向散射检测中偏振门的蒙特卡罗研究

已有实验表明偏振门和斜入射技术能有效地抑止深层散射光子,实现浅表组织光学特性的检测。采用蒙特卡罗方法,分析了斜入射、偏振门的特性,研究了组织光学参量和入射角等参量对平均探测深度的影响。结果表明,组织的各向异性因子和入射角对平均探测深度影响较大。当各向异性因子较小(小于0.8)或者入射角较大(大于1.4 rad)时,组织的平均探测深度能满足小于2倍平均自由程的要求。偏振门和斜入射技术均可使探测光子经历的散射次数和探测深度有明显减小,因此,结合偏振门和斜入射技术能够更有效地分辨来自浅层的信号光,抑止来自深层的背景光。