再添两支蜡烛效果更好——“平面镜成像”案例分析

对于"平面镜成像"的教学,凭着以往的经验以及以前的教学后记可知,学生记住平面镜成像的特点比较容易,但要真正灵活运用却有困难.学生虽然知道像与物体的大小相等,但还是根深蒂固地认为:人离镜子越近,像就越大;镜子越大,像也越大.也就是学生并没有真正理解平面镜成像的规律,只是靠机械的记忆.如何改变学生的错误认识呢?我作了以下尝试.     

一种有效提高太赫兹时域光谱装置成像空间分辨率的方法

太赫兹波成像技术一个最显著的制约因素是其有限的空间分辨率。提出通过在样品前加小孔的方法来提高传统太赫兹时域光谱装置成像的空间分辨率。采用在样品前约2 mm处加直径为0.5 mm小孔的方法使成像的空间分辨率从1.276 mm提高到0.774 mm, 提高0.502 mm, 约39％。通过这个简单的方法在传统的太赫兹时域光谱成像装置上实现了空间分辨率从毫米量级到亚毫米量级的提高。聚乙烯板上直径为1 mm的小孔被作为成像的研究对象, 分别采用传统的太赫兹时域光谱装置对样品进行直接成像和在样品前约2 mm处加直径为0.5 mm的小孔后对样品成像两种方式, 并采用损失成像中信噪比较好的能量损失成像, 对比两种方式得到的样品的太赫兹像, 结果显示聚乙烯板上小孔的边界加小孔后成像比不加小孔直接成像明显清晰。证实了在样品前加小孔可以有效的提高太赫兹成像系统的空间分辨率。从理论上对通过在样品前加小孔提高系统空间分辨率的方法进行了分析, 指出小孔尺寸越小, 系统的空间相干长度越大, 空间分辨率越高, 但同时太赫兹信号的强度会相应减小。该方法可以简单有效的提高太赫兹时域光谱装置成像的空间分辨率, 从而进一步拓展太赫兹谱成像技术的应用领域。     

一种有效提高太赫兹时域光谱装置成像空间分辨率的方法

太赫兹波成像技术一个最显著的制约因素是其有限的空间分辨率。提出通过在样品前加小孔的方法来提高传统太赫兹时域光谱装置成像的空间分辨率。采用在样品前约2 mm处加直径为0.5 mm小孔的方法使成像的空间分辨率从1.276 mm提高到0.774 mm,提高0.502 mm,约39％。通过这个简单的方法在传统的太赫兹时域光谱成像装置上实现了空间分辨率从毫米量级到亚毫米量级的提高。聚乙烯板上直径为1 mm的小孔被作为成像的研究对象,分别采用传统的太赫兹时域光谱装置对样品进行直接成像和在样品前约2 mm处加直径为0.5 mm的小孔后对样品成像两种方式,并采用损失成像中信噪比较好的能量损失成像,对比两种方式得到的样品的太赫兹像,结果显示聚乙烯板上小孔的边界加小孔后成像比不加小孔直接成像明显清晰。证实了在样品前加小孔可以有效的提高太赫兹成像系统的空间分辨率。从理论上对通过在样品前加小孔提高系统空间分辨率的方法进行了分析,指出小孔尺寸越小,系统的空间相干长度越大,空间分辨率越高,但同时太赫兹信号的强度会相应减小。该方法可以简单有效的提高太赫兹时域光谱装置成像的空间分辨率,从而进一步拓展太赫兹谱成像技术的应用领域。     

非相干照明条件下的ptychographic iterative engine成像技术

在传统多波长相干衍射成像理论的基础上提出适用于 X-射线和电子束等非相干光源照明成像的改进多波长ptychographic iterative engine 方法, 同时将小孔形状和照明光谱信息用于叠代计算, 可以在非相干照明条件下精确重建出物体的强度透射像和相位透射像, 并对光源带宽对重建精度的影响进行了分析, 对于解决如何在非相干照明条件下对大尺寸物体进行精确相位成像的问题具有较好的科研和实用价值.     

为什么叫“墨子号”?

正墨子在两千多年前就发现了光线沿直线传播,并设计了小孔成像实验,奠定了光通信、量子通信的基础。"就像国外有伽利略卫星、开普勒望远镜一样,以中国古代伟大科学先贤的名字来命名全球首颗量子卫星,将提升我国的文化自信。"量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士这样阐释。     

像增强器在高速成像应用中的高重频特性

为了解决像增强器在高重频下的成像应用问题,建立了像增强器高重频特性成像实验平台,并开展了ICCD相机双帧成像与曝光时间、双帧延迟时间之间关系的实验研究.实验结果表明ICCD相机第二帧成像问题是由第一帧曝光时像增强器饱和造成的,增大CCD的AD采样增益可避免灰度值反转现象和"浮雕"效应.本文研究可为像增强器在高重频条件下的成像应用提供理论和实验依据.     

小动物高分辨扩散加权成像在临床 MRI 上的实现

在临床用MRI系统上对小动物扩散加权成像一般采用回波平面成像序列,但是回波平面成像易受偏共振效应的影响,得到的图像伪影大、几何变形严重、图像分辨率低,无法探究微小的生物组织结构. 该文报道了在临床用3 T MRI系统上采用自旋回波序列实现了高分辨扩散加权成像. 为减少运动伪影,序列中整合了导航回波矫正技术. 对脑缺血模型大鼠脑部的扫描结果显示,自旋回波扩散加权序列获得的图像基本没有发生形变,并且具有较高的分辨率和较好的信噪比.     

小孔扫描傅里叶叠层成像的关键参量研究

小孔扫描傅里叶叠层成像术已在三维全息重聚焦和超分辨宏观成像领域显示出巨大的潜力。对小孔扫描傅里叶叠层成像技术的关键参量对光场恢复质量的影响进行了研究,根据小孔扫描傅里叶叠层成像的迭代算法,通过仿真实验研究了小孔的交叠率和孔径大小对光场恢复质量的影响。仿真结果表明:在相同孔径情况下,小孔交叠率存在一个阈值,当交叠率大于该阈值时,光场恢复质量随交叠率增大而显著提高;在相同交叠率情况下小孔孔径越小光场恢复质量越高。该研究成果对小孔扫描傅里叶叠层成像术在进一步应用中的参数优化能起到一定程度的理论指导作用。     

刮擦“全息”的理论解释和实验验证

通过实验研究,提出了一种能得到很好"立体效果"的刮擦成像的划痕规则;对刮擦全息的成像原理进行了分析,并基于光的反射定律给出其成像的理论解释;通过数值仿真将理论结果图形化,得出了与实验结果相符合的曲线,同时对于刮擦成像的"像的畸变"问题以及像的位置进行了讨论,证明了刮擦全息成像的立体感并非源自双目成像原理.     

怎样利用小平面镜反射成像来观察日蚀

一从针孔成像说起在物理学的几何光学部份,关于光的直线传播,总是以影及针孔成像为例来说明的.针孔所以能够成像,大致是这样的:自光源上各点发出的光线,从一不透明的屏上的小孔中通过之后,再遇到其他不透明的物体如幕时,就在幕上造成一倒立的与光源形状相似的实像,针孔愈小,像愈清晰等等.至于要生成真实清     

亚像元动态成像技术中系统调制传递函数的数值分析

亚像元动态成像技术是目前实现遥感器小型化非常有效的新方法,因而研究亚像元动态成像系统的调制传递函数MTF显得非常必要和重要.介绍了亚像元动态成像的基本原理及成像过程,指出了光程差对亚像元动态成像系统MTF的影响.对亚像元动态成像系统的MTF进行了数值分析,并指出了亚像元动态成像系统的成像质量及空间分辨率与一般成像系统相比较的优点.     

高质量等曲率物参光像面数字全息显微系统

对等曲率物参光像面数字全息显微成像系统进行研究,分析了光路配置方法,推导了系统的点扩散函数,并由此指出了决定系统成像分辨率的因素及系统的成像特点,最后讨论了再现像光场一次位相畸变校正的方法.结果表明,等曲率物参光像面数字全息具有最大的信息容量;该系统的成像分辨率取决于显微物镜的数值孔径和CCD的像元大小,与CCD的光敏面尺寸无关;物体各点中通过显微物镜的所有频率成分均能被系统完全记录与再现,样品被照亮区域的大小对记录条件和再现像质没有影响;等曲率物参光像面数字全息系统是一种优化的全息记录与再现系统,利用该系统可以实现高质量成像.实验结果验证了理论分析的正确性.     

关于“小孔成像”的研究

本文为作者在指导学生研究第30届国际青年物理学家锦标赛第3题的基础上写成。首先根据几何光学和波动光学相关概念和原理,从理论层面对"小孔成像"做了物理学研究,比较全面地探讨了小孔孔径、物距和像距等参数对成像大小、清晰度和亮度等方面影响。在此基础上通过现代光学实验技术对这些参数进行定量研究,并借助于ToupView和Tracker等计算机软件对实验数据进行了详细的分析。发现理论和实验具有良好的自洽性,从而得到了一般性结论。     

高功率激光装置光束准直系统新型远场监测技术

利用高功率激光装置空间滤波器小孔成像和取样光栅的衍射,设计出一套新型光路远场监测方案,并且在实验平台上进行了实验验证.实验结果表明：相对传统的远场监测方法,该远场监测系统通过侧面离轴光栅取样灵活利用空间,其调整平均误差为空间滤波器小孔直径0.9%,能够满足准直系统远场调整精度(<小孔直径5%)的要求. 关键词： 激光技术 光束准直 光栅 远场     

关于成像公式精确性的分析

1 透镜、面镜成像与成像公式 图1和图2是经典的面镜成像和透镜成像的光路图.由物求像,由像求物,由物、像求焦点的问题都由光路图得到.     

关联“热像”特性的缺陷带通成像检测技术

"热像"是造成高功率固体激光装置光学元件损伤的重要物理机制。理论分析了相位缺陷经过非线性传输引起的"热像"特性,提出了带通成像提取引起"热像"的相位缺陷关键频谱方法,构建具有典型特征的16个相位缺陷,利用3种光路结构,量化分析了"热像"特性与带通成像特性间的关系,并获得了缺陷带通成像的相对亮度与"热像"强度的线性关系,相关程度与光学构型和带通滤波参数有关。研究结果对"热像"预判有重要意义,为高功率激光装置相位缺陷的检测奠定了技术基础。     

上海光源硬X射线相干衍射成像实验方法初探

相干X射线衍射成像方法是一种先进的成像技术,分辨率可达纳米量级.国际上大多数的同步辐射装置和自由电子激光装置都建立了该成像方法,并有将其作为主要成像技术的趋势.上海光源作为目前国内唯一的一台第三代同步辐射光源,尚未建立基于硬X射线的相干衍射成像实验平台.随着一批以波荡器为光源的光束线站投入使用,使得该方法的建立成为了可能.本文基于上海光源BL19U2生物小角散射线站,通过有效的光路设计,搭建了相干衍射实验平台,在12 keV和13.5 keV能量点均获得了硬X射线相干光束,并基于小孔衍射测量了入射光束的空间相干长度.该平台支持常规和扫描相干衍射实验模式,对小孔衍射图样及波带片扫描衍射图样实现了正确的相位重建,证明了该平台初步具备开展硬X射线相干衍射成像实验的能力.硬X射线相干衍射成像实验平台为国内首次建立,将为国内该实验方法的发展和应用提供有效的软硬件支持.     

以高斯波束为探针的太赫兹叠层成像系统

为了改进传统叠层成像系统探测距离较近,探针波束难以被有效利用的缺点,提出了基于聚焦高斯波束的太赫兹叠层成像实验系统.基于叠层成像原理,使用角谱传输理论,用聚焦的高斯波束替代传统小孔产生的衍射波束,通过计算机仿真实验验证这种替代的可行性,完成了相应的成像实验.结果表明,在0.1 THz波段采用聚焦的高斯波束进行太赫兹叠层...     

波像差的梯度偏离值评价方法（英文）

针对成像光学系统的波像差检测,提出波像差梯度偏离值评价方法,用于表征波前的成像性能.定义波像差梯度偏离值为波前成像点与成像能量中心的偏离值,相对波像差梯度偏离值为波像差梯度偏离值与艾里斑大小的比值.相对波像差梯度偏离值与波前口径、形状、焦距均无关,其与波像差梯度偏离值均可以用成像尺寸、成像集中度以及成像能量分布等方式进行评价.大量的波像差实际检测结果表明,成像集中度和成像能量分布在不同的检测分辨率条件下的稳定性较好,分辨率每相差一倍产生的差异通常小于10%.中频误差含量不同的两个球面和非球面波像差的实例比较结果表明波像差梯度偏离值可以很好地评价波像差的空间频率分布特征.根据出瞳位置的波像差梯度偏离值分布和像面位置的波像差梯度分布情况,可以方便地指导光学加工和系统装调.该方法可以用于制定波像差指标,进行波前质量控制.     

X射线衍射增强成像中的信息分离和信息处理

人们已经利用X射线的高穿透性,发展了较为成熟的X射线成像理论和技术. X射线成像已经广泛应用于众多领域.传统X射线成像受生物样品中组织间吸收系数差别较小和散射噪声较大两个因素的限制,不易利用这种方法获得生物组织的信息. 衍射增强成像方法不但能将有害的散射噪声滤除,而且能利用样品的折射信息, 是一种具有发展潜力的新成像方法. 本文利用衍射增强成像, 通过在摇摆曲线不同部位成像, 然后对信息处理, 得到了清晰的吸收像、消光(小角散射滤除)像、小角散射(角)宽度像和折射像,最后通过一定的算法将各种成分的像合成, 形成细节部位清晰的合成伪彩色像.