光度法确定LaF3薄膜光学常数

为了满足设计和生产多层膜系时精确确定薄膜材料光学常数的需要,建立一种基于透射率光谱包络来获取弱吸收光学薄膜光学常数的均匀模型.为消除基底背面反射对光学薄膜光谱性能测量的影响,给出一种非破坏性的薄膜光学特性校正方法,校正实测光谱数据获得光学薄膜的单面光谱,并给出确定基底光学常数的方法.研究钼舟热蒸发工艺制备的沉积在CaF...     

可见光隐身涂料设计

根据颗粒粒径与波长相比的不同情形，分别用粗粒子理论、细粒子理论和桥理论求得颗粒的 光散射系数和吸收系数，从而得到含颗粒涂料的漫反射率.讨论了涂料参数如黏结剂和颗粒 的光学常数、颗粒粒径和体积比等对漫反射率的影响.并以含钛白粉颗粒的涂料为例，介绍 了可见光隐身涂料的计算机设计方法. 关键词： 非均匀涂料 涂料设计 可见光隐身     

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。     

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。     

低反射光学功能涂层材料的组成与反射特性研究

从光与涂层的作用机理出发,建立了涂层对特定波长光的反射率模型,系统分析了涂层中颜料、基料用量对涂层反射率的影响,并且对理论模型进行了实验验证,理论模拟曲线与实验规律相符。该模型可以为低反射率光学功能涂层的设计和制备提供理论上的指导。     

基于可见光谱的古代壁画颜料无损鉴别方法

矿物颜料是古代壁画显色的物质基础,其可见光谱反映自身物质和物理属性。不同颜料对可见光吸收特性的差异导致光谱曲线形状不同,同一种颜料因粒径等级差异引起光谱曲线幅值的规律性变化。依据矿物颜料上述特性,提出一种基于可见光谱的古代壁画颜料无损鉴别方法,通过光谱归一化方法实现不同粒径等级的同一颜料光谱曲线叠合,去除颜料粒径等级对光谱曲线幅值变化的影响,然后提取表征光谱曲线在各波段增减性和凹凸性的一阶与二阶导数特征,与光谱曲线组合得到颜料物质属性鉴别的光谱组合特征空间,以光谱角和欧式距离为基础构建评价指标,计算待鉴别颜料与数据库参考样本在光谱特征空间中的匹配误差(ME),实现颜料物质属性的鉴别。通过构建矿物颜料平均粒径大小和光谱反射率均值之间关系函数,实现颜料平均粒径大小的鉴别。基于构建的古代壁画常用颜料光谱数据库,以莫高窟壁画为对象,通过非接触式原位无损测量方法测量获得壁画颜料的可见光谱数据,对本文方法进行了验证,并以石绿和青金石颜料的鉴别结果为例,对古代壁画颜料使用技法、不同朝代颜料使用的差异性及原因进行了探讨。该方法将为更加全面深入研究和保护古代壁画提供有效的理论与方法支撑。     

基于BRDF的光学表面疵病散射特性的仿真研究

为了研究精密光学元件表面微弱疵病的散射特性,基于矢量散射理论和双向反射分布函数,建立了光学表面微弱疵病的散射理论模型.通过仿真计算了双向反射分布函数随散射角的变化情况,分析了入射角度、入射光波长以及疵病自身尺寸等因素对疵病散射光特性的影响.基于仿真数据分析,针对光源参数对散射特性的影响进行仿真分析,为使用暗场成像法进行...     

不同粒径沙地表面双向反射特性研究

由于自然环境遭到人为因素的破坏,我国沙地面积正在逐步扩大,确定沙地的性质与面积已经成为改善环境的重要的指示性信息.遥感技术以其特有的优势可以为沙地监测提供科学有效的信息.本文以不同粒径沙地表面为研究对象,测量其双向反射信息,分析粒径大小对沙地表面反射特性的影响;基于现有的模型对不同粒径大小沙地表面的反射信息进行计算,与实测信息进行对比.研究结果表明,粒径大小对沙地表面反射的反射分布特性有明显的影响;通过对比测量的反射信息与模型计算的反射信息发现,利用双向反射模型可以准确地计算出不同粒径沙地表面的反射信息.本研究不仅确定了粒径大小对反射信息的影响,也为遥感技术估算沙地表面粒径大小以及研究地表固有光学特性提供参考.     

氧化铝粒子光学常数的尺度效应

目前计算固体火箭尾喷焰中氧化铝粒子辐射特性时,粒子光学常数基本利用大块氧化铝的值,但当粒子粒径量级与光波长相当时,不能忽略粒径变化引起的光学常数变化.本文基于洛伦兹色散理论对可能产生尺度效应的参数进行了理论分析,引入尺度修正因子,建立了电介质粒子光学常数尺度效应模型,通过模型分别计算了0.6328 μm波长时n、南值,和粒径0.97 μm时n、k值,通过与实验值的比较研究了不同粒径氧化铝粒子光学常数的尺度效应和不同波长粒子光学常数的规律.     

可见光谱法无损识别壁画文物矿物质颜料的研究

针对取样分析技术破坏壁画文物完整性问题,提出非接触式可见光谱法原位无损识别壁画文物矿物质颜料物质成分和粒径的方法。构建非接触式获取平台原位无损采集壁画文物表面可见光谱;通过调研和实测数据分析,制备了壁画矿物质颜料可见光谱数据库。分析数据库中的光谱数据发现：同种化学成分的颜料具有相同的吸收特性,表现为光谱曲线峰值位置和几何轮廓的相似性;在不同粒径下又呈现出不同的散射特性,表现为光谱曲线幅度的差异性。为此,构建了壁画文物矿物质颜料物质成分和粒径的可见光谱法无损识别流程和识别方法,即提取光谱曲线几何轮廓特征构建表征空间实现了颜料物质成分的识别;在此基础上,提出了矿物质颜料需进行物理特征识别的理念,并建立了光谱曲线幅度积分值与颜料平均粒径间的拟合关系,实现颜料粒径识别。以敦煌莫高窟壁画为例验证了该方法的可行性。     

基于高光谱技术建筑反射隔热涂料光谱特征减损规律的分析

受太阳辐射、气象等外界不可控因素的影响,建筑反射隔热涂料的反射隔热性能会逐渐减损。建筑反射隔热涂料性能在时间维度的变化是评价建筑在特定时段内节能效果的关键基础数据,明确建筑反射隔热涂料性能在时间维度的减损规律具有重要的现实与理论意义。建筑反射隔热涂料的反射、吸收特征是其性能的直观体现,借助高光谱技术定量分析涂料反射、吸收特征可正确揭示涂料性能在时间尺度的变化特征。为研究分析建筑反射隔热涂料性能在时间尺度上的减损规律,该研究利用高光谱技术,联合进行室内与外置实验采集涂料样本不同时期的光谱数据,并结合吸收峰深度、图谱分析法等光谱处理方法,定量分析涂料光谱反射特征、吸收特征在时间维度的变化特征,以研究分析涂料光谱反射率在外界环境影响下的减损规律。研究结论如下：(1)在350～2 250 nm波段区间内,建筑反射隔热涂料的光谱反射率随时间的增加而降低;光谱反射率的降低幅度在1月—5月内呈增加趋势,而在5月—10月内呈递减规律,且光谱反射率在可见光区间的降低幅度明显高于近红外区域。(2)建筑反射隔热涂料的吸收峰深度随时间的增加而降低,降低幅度在0～0.163范围内。(3)涂料厚度对涂料光谱反射率...     

横向电场对平面织构胆甾相液晶螺距及反射特性的影响

阐述一种理论模型,讨论共面转换（IPS）模式下横向电场对平面织构胆甾相液晶螺距及扭曲角的影响．利用琼斯矩阵法计算了光正入射情况下未加电场时胆甾相液晶的反射谱．在上述模型基础上,计算了施加电场后胆甾相液晶的反射峰值波长以及反射带宽随场强的变化关系．探讨了忽略锚定与强锚定两种边界条件下横向电场对平面织构胆甾相液晶螺距及反射特性的影响．所得结论在理论上证实：共面转换模式下电场可以调谐胆甾相液晶的反射光颜色,从而为基于电控螺距原理的胆甾相液晶反射式彩色显示方案提供了理论上的依据． 关键词： 胆甾相液晶 电控螺距 共面转换 琼斯矩阵法     

椭偏测量法的油膜紫外可见-近红外光谱光谱偏振特性研究

为实现水面溢油目标的偏振遥感,选择合适的波段和观测角度,需要油膜的光谱偏振特性数据作支撑。在实验室采用椭偏测量的方法,针对不同厚度机油油膜和纯净水作为背景样本,测量了不同观测角度下从紫外到近红外波段（270~900 nm）的镜面反射光谱偏振参数：辅助角ψ和相位差Δ,并对在相同条件下油和水的测量结果作对比。分析表明除布儒斯特角附近位置外,不同厚度的油膜与水的起偏特性在各观测角都存在差异。通过在45°入射角所测的ψ和Δ,得到水/油样本的光谱折射率和消光系数,水折射率经过偏移修正后,与Schiebener水折射率模型的标准差为3×10-5。根据之前得到的油/水参数,对油膜在水背景的物理现象作薄油膜理想介质层建模,用菲涅耳定律仿真自然光的镜面反射,发现在全观测波段相同入射光条件下油膜的反射光存在明显的偏振度（DOP）或偏振角（AOP）光谱偏振可观测性。模型与实际测量结果对比发现：在300~350 nm仿真结果和实际测量相符,油膜的反射光偏振性质趋近于油样本;在350~550 nm,油膜模型仿真结果比实验的干涉效应更明显,油膜实验数据表明其光谱起偏性质依然与油保持一致;在大于550 nm直到近红外波段,实验干涉效应开始显著。说明油膜比油有更强的散射或吸收特性,辨识参数得到油膜的消光系数存在不同于油的随波长先变小后变大的性质。总之,利用光谱椭偏测量方法,通过多波段、多角度测量,分析液体样本的光谱偏振特性和折射率等性质;偏振观测的恰当角度与油/水的布儒斯特角有关,在布鲁斯特角之外的位置观测,油膜的光谱椭偏角相较水都存在分辨能力;对小于200 μm的薄油膜近红外波段可重复性较差,而紫外和可见蓝紫波段相比之下有很好的可重复性和区分性,更适合于对甚薄油膜表面种类的遥感观测。该实验涉及的方法可以用于其他油种油膜的偏振光谱测量,实验数据为偏振遥感工作的波段选择与观测角度提供提供参考。     

Multidimensional Polyhedral Gamut Representation of Reflective Objects and Calculation of Metamer Ensembles

The spectral reflectance of most reflective objects, such as natural objects and color hardcopy, is relatively smooth and can be approximated by several principal components with high accuracy. Although the subspace spanned by those principal components represents a space in which reflective objects exist, it does not provide the limit of the object distribution or the gamut. In this paper we propose to represent the gamut of reflective objects as a convex polyhedron in the subspace spanned by several principal components. The concept of the polyhedral gamut representation based on the spectral reflectance database and its application to the calculation of metamer ensembles are described. The color-mismatch volume caused by different illuminant and/or observer for a metamer ensemble is also calculated and compared with the theoretical ones.     

脉冲激光光热失调技术

将脉冲激光作为加热光引入光热失调测量技术中,提出了脉冲激光光热失调测量技术,介绍了其基本原理,分析了脉冲激光光热失调测量技术用于测量光学薄膜微弱吸收的可行性.实验以532 nm的高反射光学薄膜为样品,采用波长为632.8 nm的探测光,研究了脉冲激光光热失调技术信号振幅的时间特性以及最大信号幅值与样品表面加热光能量密度、加热光斑与探测光斑相对位置的变化关系.研究结果表明,光热信号随时间先增大后减小,而随表面加热光能量密度的提高而增大,当样品表面加热和探测光斑重合时光热信号最大.     

Optimization and design of pigments for heat-insulating coatings

This paper reports that heat insulating property of infrared reflective coatings is obtained through the use of pigments which diffuse near-infrared thermal radiation.Suitable structure and size distribution of pigments would attain maximum diffuse infrared radiation and reduce the pigment volume concentration required.The optimum structure and size range of pigments for reflective infrared coatings are studied by using Kubelka-Munk theory,Mie model and independent scattering approximation.Taking titania particle as the pigment embedded in an inorganic coating,the computational results show that core-shell particles present excellent scattering ability,more so than solid and hollow spherical particles.The optimum radius range of core-shell particles is around 0.3 ～ 1.6 μm.Furthermore,the influence of shell thickness on optical parameters of the coating is also obvious and the optimal thickness of shell is 100-300 nm.     

Theoretical study on the exciton dynamics of coherent excitation energy transfer in the phycoerythrin 545 light-harvesting complex

The experimental observation of long-lived quantum coherence in the excitation energy transfer(EET)process of the several photosynthetic light-harvesting complexes at low and room temperatures has aroused hot debate.It challenges the common perception in the field of complicated pigment molecular systems and evokes considerable theoretical efforts to seek reasonable explanations.In this work,we investigate the coherent exciton dynamics of the phycoerythrin 545(PE545)complex.We use the dissipation equation of motion to theoretically investigate the effect of the local pigment vibrations on the population transfer process.The result indicates that the realistic local pigment vibrations do assist the energy transmission.We demonstrate the coherence between different pigment molecules in the PE545 system is an essential ingredient in the EET process among various sites.The coherence makes the excitation energy delocalized,which leads to the redistribution of the excitation among all the chromophores in the steady state.Furthermore,we investigate the effects of the complex high-frequency spectral density function on the exciton dynamics and find that the high-frequency Brownian oscillator model contributes most to the exciton dynamic process.The discussions on the local pigment vibrations of the Brownian oscillator model suggest that the local heterogeneous protein environments and the effects of active vibration modes play a significant role in coherent energy transport.     

Coherence Spectrotomography: Optical Spectroscopic Tomography with Low-Coherence Interferometry

In low-coherence reflectometry, light scattered back from a medium is expected to contain spectral properties as well as range information on the reflective boundaries and backscattering sites. Low-coherence interferometric systems with particular signal-processing techniques have been proposed that can extract both the range and spectral properties inside the medium simultaneously. This class of systems is called coherence spectrotomography. In this paper, basic principles of coherence spectrotomography are reviewed referring to the experimental results on multi-layered media.     

The Cavity of a Laser with an Interferential–Polarizational Filter Based on Phase Interferometers

Optics and Spectroscopy - It is proposed to use the phase properties of a reflective interferometer upon oblique incidence for spectral selection in lasers. The effect is achieved due to the...