基于整形光路的低阶像差校正方法

为满足激光束对远处目标辐照强度的要求,减小热效应对输出光束性能的影响,提出了一种基于整形光路的高能激光低阶像差校正方法。该方法根据波前探测器测到的光束波前畸变,利用激光器整形光路固有的光学元件和调整机构,通过高精密电动平移台和快反镜的快速动作,动态调整各镜片的间距,实时校正激光束的低阶像差,使输出光束恢复至平行出射,从而显著减小激光束的热漂移和热畸变,有效避免了长时间出光时光束的持续发散,极大改善了输出光束性能。试验结果表明,该方法具有校正量大、控制方便、结构紧凑等优点,能够很好地改善激光器输出光束质量,显著提高激光束远场作用效果。     

基于整形光路的低阶像差校正方法

为满足激光束对远处目标辐照强度的要求,减小热效应对输出光束性能的影响,提出了一种基于整形光路的高能激光低阶像差校正方法。该方法根据波前探测器测到的光束波前畸变,利用激光器整形光路固有的光学元件和调整机构,通过高精密电动平移台和快反镜的快速动作,动态调整各镜片的间距,实时校正激光束的低阶像差,使输出光束恢复至平行出射,从而显著减小激光束的热漂移和热畸变,有效避免了长时间出光时光束的持续发散,极大改善了输出光束性能。试验结果表明,该方法具有校正量大、控制方便、结构紧凑等优点,能够很好地改善激光器输出光束质量,显著提高激光束远场作用效果。     

基于蛇形光路的PET探测器作用深度提取方法

为实现正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)探测器的作用深度(Depth Of Interaction,DOI)信息获取,本文提出一种基于分光技术的探测器设计方案.探测器采用晶体单元与硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)一对一耦合、蛇形光路的设计和单端Anger加权读出方法进行DOI解码.基于GATE软件进行蒙特卡罗模拟,建立8×1的LSO晶体阵列(单根晶体尺寸3.1×3.1×20mm3);模拟泛场照射获取位置查找表;并进行不同深度的模拟,获得各晶体在各深度的空间分辨率.结果显示所模拟的探测器模块DOI分辨率在1.0~6.7mm之间,平均值为3.2mm.本文提出的基于蛇形光路的PET探测器方案能在维持系统成本和复杂度的前提下实现DOI解码,提升PET系统的成像性能.     

基于光路追踪方法的激光交叉束能量转移模型

提出一种基于几何光路追踪方法并可在流体模拟程序中实现在线计算的激光交叉束能量转移(CBET)耦合模型。借助由激光逆轫致吸收公式引入的泵浦激光功率密度在流体网格尺度上的计算公式,该模型可计算探针激光束中每根光线所携带的能量经过与泵浦激光场相互作用带来的损失(或增加),从而实现激光能量在束间的转移。反复迭代的计算方法解决了由于激光束间能量转移与光线历史相关并且束间强耦合带来的方程求解困难。模型很容易推广到多束激光束两两能量交换的情形,也可用于研究逆轫致吸收和激光等离子体相互作用等物理内容。     

基于光路追踪方法的激光交叉束能量转移模型

提出一种基于几何光路追踪方法并可在流体模拟程序中实现在线计算的激光交叉束能量转移（CBET）耦合模型。借助由激光逆轫致吸收公式引入的泵浦激光功率密度在流体网格尺度上的计算公式,该模型可计算探针激光束中每根光线所携带的能量经过与泵浦激光场相互作用带来的损失（或增加）,从而实现激光能量在束间的转移。反复迭代的计算方法解决了由于激光束间能量转移与光线历史相关并且束间强耦合带来的方程求解困难。模型很容易推广到多束激光束两两能量交换的情形,也可用于研究逆轫致吸收和激光等离子体相互作用等物理内容。     

一种光路自准方法

在光学实验中,经常遇到的一个课题是如何把各光学元件调节到它们的正确位置上,借助于机械轨道。经纬仪和可调焦平行光管等光学仪器进行位置调节是常用的方法．本文基于光栅在光路中的衍射作用和杨氏双缝干涉现象,提出了一种光路自准方法．它已成功地应用于光学Ｗａｌｓｈ变换[１］实验中．在这个实验中曾经设想和试用过多种调节手段。企图把各全息透镜调节到它们的正确位置上,由于调节仪器的光轴与实验光路的光轴很难保持一....     

演示光路的一种方法

演示光路的一种方法张国芳（河南南阳师范专科学校）将约１ｃｍ３的普通洗衣肥皂一块放入约３００９的清水中煮化备用．取一只方形玻璃容器（如养鱼缸）容积约３００ｍｌ即可，灌入约单的水，然后滴入制好的肥皂水约１ｍｌ至玻璃杯中的清水变成乳白色、半透明即可．在滴入...     

激光光路追踪Wigner分布函数方法

提出了一种考虑衍射效应的激光几何光路追踪方法。引入由激光标量场定义的Wigner激光能量相空间分布函数,并给出该函数满足的刘维尔运动方程。Wigner分布函数用来描述经过空间任一点沿任一方向传输的激光光线上的能量分配。激光能量沿由波包色散关系定义的光线轨迹保持不变（真空中）或者衰减（等离子体中）。与传统几何光路追踪方法相比,该方法从理论上给出了激光光线初始携带能量份额的计算方法,并且将激光标量场的相位信息自然地包含在Wigner分布函数的定义里。算例表明,该方法与解析模型及广泛使用的菲涅耳衍射积分方法结果一致。     

激光光路追踪Wigner分布函数方法

提出了一种考虑衍射效应的激光几何光路追踪方法。引入由激光标量场定义的Wigner激光能量相空间分布函数,并给出该函数满足的刘维尔运动方程。Wigner分布函数用来描述经过空间任一点沿任一方向传输的激光光线上的能量分配。激光能量沿由波包色散关系定义的光线轨迹保持不变（真空中）或者衰减（等离子体中）。与传统几何光路追踪方法相比,该方法从理论上给出了激光光线初始携带能量份额的计算方法,并且将激光标量场的相位信息自然地包含在Wigner分布函数的定义里。算例表明,该方法与解析模型及广泛使用的菲涅耳衍射积分方法结果一致。     

演示激光光路的一种方法

演示激光光路的一种方法在液体中得到清晰的光路需满足两个条件，溶液的透明度要好；悬浮在溶液中的颗粒体积小且数量不能过少．采用淀粉胶体溶液做这个实验，效果非常明显．胶体是一种透明液体，且具有丁达尔现象．溶液配制方法：在１００ｍｌ水中加１—３ｇ淀粉，加热搅...     

基于偏转平移光路的激光束方位自动校准方法及系统

提出了一种基于偏转平移光路的激光束方位校准方法,采用转动与平动相结合的控制机构对激光束进行反馈偏移调节,以实现光路的自动校准及光束方位的稳定性控制。采用两个探测器对光束的方向和位置进行检测,通过简单的校准光路设计,在水平和竖直方向上实现了对光束角度偏移和平行偏移的反馈式分离调节,避免了调节过程中不同偏移量之间的耦合影响。引入的平行偏移控制对光传输距离不敏感,因而有利于提高调节的稳定性和精确性。进一步介绍了基于该方法搭建的光束校准系统,实验结果表明该系统能够实现预期的校准效果。     

双光路DOAS系统获取大气颗粒物粒谱分布方法研究

当前大气复合污染日趋严重,造成大气氧化性增强,气体向颗粒物的转化加快。大气颗粒物粒径大小及谱分布决定其在大气中的行为,以差分吸收光谱法（DOAS）为基础,结合双光路设计技术,开展实时、在线、获取近地面大气气溶胶颗粒物的粒谱分布的光谱方法研究。首先构建低噪声性能稳定的宽带氙弧灯为光源的双光路差分吸收光谱系统,基于干净天气条件下大气的能见度数据对系统进行校准,通过两个不同光路获得的光谱信号强度之比获取近地面紫外-近红外波段的大气总宽波段消光系数。基于宽波段消光系数,在去除瑞利散射以及气体吸收对消光系数的影响后,解析出气溶胶颗粒物的消光系数。基于核函数准则,利用均匀球型粒子的电磁场Mie理论来反演气溶胶物理特性,获得气溶胶粒子在该测量谱段的体积谱分布,利用体积谱与数密度谱的关系,反演出气溶胶粒子的数密度谱分布。开展利用直方图方法来表现颗粒物的粒谱分布方法研究,首先将DOAS测量波段近似等分为若干谱段,利用谱段处平均值,获取气溶胶粒谱直方分布图。最后把该系统和方法应用于外场实验,获得了气溶胶颗粒物在300～650 nm范围内的消光系数,将测量波段等分为11个谱段,反演了颗粒物的在0.1～1.25 μm粒径范围的数密度谱分布。该研究为整治我国灰霾天气,研究大气气相/粒子非均相化学反应提供科学依据。同时将推动DOAS技术的进一步发展和应用。     

基于光路自动准直的甲烷遥测技术

针对目前甲烷遥测装置因光学准直固定,在不同检测环境使用时不能进行动态调整的问题,在光路准直设计中引入了电控可变焦透镜,实现了光路自动准直。测试结果表明,针对不同的检测距离和辅助目标,通过改变电控可变焦透镜的驱动电流可实现快速变焦,在动态调节激光光束发散效果的同时可使遥测装置的接收光功率最大化,其接收光功率相比无变焦透镜接收光功率可提高1.7倍以上,同时可提高检测系统的信噪比。针对变焦透镜在遥测应用中出现的新问题,如重力效应引起的光束偏转效应,提出了形变模型,并进行了理论计算和仿真分析。使用甲烷气袋进行泄漏模拟测试,通过Allan方差分析得到:当积分时间为18 s时,极限标准差达到1.51×10^-6。对装置进行实地测量,测试距离为52.2 m,检测到楼道空气中存在4.95×10^-6浓度(体积分数)的甲烷气体。该研究展示了使用电控可变焦透镜实现光路自动准直和优化在气体泄漏遥测装置中的可行性与应用价值。     

基于弱测量技术的Sagnac光路超短时间延迟测量研究

本文通过理论分析和实验展现了如何利用弱值测量技术在Sagnac环路中进行超微小时延差测量。我们在Sagnac光路中插入两块半波片来模拟一个薄双折射晶体在两路光之间引起的时间延迟效应。按照弱测量理论的思想,通过对光的偏振进行合理的前后选择,我们成功地从光中心波长的位移计算出顺时针/逆时针传播光之间的时延差,与理论预期吻合。我们提出的方案为测量Sagnac光路中的各类时延效应提供了新思路。     

基于双目标识别和准直数学模型改进的光路自动准直方法

针对原有大型激光装置在双光学目标条件下无法实现光路对接准直的缺点,本文提出了一种基于双目标识别和准直数学模型改进的光路自动准直方法,主要从双目标识别算法实现和多光路、双目标准直数字模型的构建两个方面进行优化。首先,提出基于圆拟合的双光学目标识别图像处理算法,实现了双光学目标的识别,为光路对接准直的成功提供保障;其次,构建新的多光路、双目标自动准直数学模型,为光路准直中各个准直参数的标定和计算提供指导;最后,优化准直流程的调度,对多个光路进行并行准直,提高光路对接准直流程的效率。实验结果表明：本文提出的基于圆拟合的双光学目标识别算法实现了光路对接准直流程中的模拟光目标和主激光目标的识别,识别误差精度小于3个像素,处理时间小于1 s,满足了大型激光装置光路对接准直过程对于精度和效率的要求。本文构建的基于多光路、双目标自动准直数学模型对于光路对接准直流程的成功具有指导意义。     

基于CART回归树的LIBS特征变量选择方法研究

激光诱导击穿光谱技术（LIBS）用于检测时,由于谱线多且复杂,存在许多冗余的信息,这些都会对定量分析造成影响。因此,提取有效的特征变量在LIBS的定量分析中具有非常重要的意义。对CaCl₂溶液中的Ca元素进行光谱特征选择方法分析,对比单变量模型、偏最小二乘回归和CART回归树定标模型的准确度和稳定性。针对水体表面的波动性较大,光谱稳定性差,同时光谱受基体效应和自吸收效应影响等问题,首先采用单变量模型得到的拟合系数（R2）仅有0.933 2,训练均方根误差（RMSEC）、预测均方根误差(RMSEP)和平均相对误差(ARE)分别为0.019 2 Wt%,0.017 7 Wt%和11.604%。经偏最小二乘回归优化后,模型R2提高到0.975 3,RMSEC,RMSEP和ARE分别降低到0.010 8 Wt%,0.013 Wt%和7.49%。为了进一步提高定量分析的准确度,建立CART回归树定标模型。该方法在构建树模型时,通过平方误差最小化准则,从复杂的光谱信息中选取最优的特征变量组合做分类决策,从而建立Ca元素的定标曲线。通过CART回归树的变量选择,特征变量个数从100个减少到6个,变量的压缩率达到了94%,显著降低了无关谱线的干扰,回归树模型的相关系数R2,RMSEC,RMSEP和ARE分别为0.997 5,0.003 5 Wt%,0.006 1 Wt%和2.500%。相较于传统的单变量模型与偏最小二乘回归,CART回归树模型具有更高的精度、更小的误差。通过对特征变量的有效筛选,剔除无关信号的干扰,显著降低了基体效应和自吸收效应对LIBS定量分析的影响,提高了定量分析的准确度和稳定性。     

电子闪光灯光路变换的研究

本文主要论述了直接利用电子闪光灯为光源，产生垂直反射偏振光的原理、方法及在刑事摄影中的应用。通过理论研究和试验，设计出了电子闪光灯光路变换系统，解决了直接利用电子闪光灯为光源的拍摄案件现场某些光滑非金属物体时，物体表面产生强烈反射光线或反射光带和对人犯摄影、物证摄影时的强烈阴影干扰，以及无法直接用以电子闪光灯为光源，对遗留在案件现场上的痕迹进行垂直反射摄影的困难。     

基于双光路差分测量法的光纤粉尘浓度测量研究

矿井环境粉尘浓度的测量与治理一直是采矿行业安全发展的一项难题。为了实现对井下场所粉尘浓度安全、实时地监测，研究采用内腔式循环系统获得实验粉尘的空间均匀分布，采用双光路光纤差分测量法解决探测窗口表面的落尘问题。以玉米粉为研究对象，注入5种不同粉尘质量，通过计算粉尘质量浓度与衰减系数之间的比例系数，校准获得粉尘质量浓度的测量值，测量结果与理想计算粉尘质量浓度曲线基本吻合。研究发现，双光路光纤差分测量法可有效解决探测器表面的落尘问题，可为矿井环境粉尘浓度光纤监测技术的工程应用提供参考。     

四光路透镜成像系统研究

针对现有膜厚监控系统的双平行光路系统和监测光直接照射单色仪入射狭缝的结构，提出了四光路透镜成像系统，同时采用光纤传光。实验表明它提高了膜厚监的稳定性和精度，并有较高的性能价格比，此外从理论上对多光路透镜成像系统的设计和调校进行了定量分析。