球形壳层介质的光散射

本文以球形壳层介质为模型，根据电磁理论，求出了球形壳层介质散射系数的解析表达式。并在小颗粒近似条件下，给出了近似解及等效偶极矩。最后与实验结果进行了比较。     

Au纳米粒子增强丙酮受激拉曼散射研究

受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)具有激光的特性,并且容易获取不同波长的激光,从而成为调谐激光频率的重要途径之一。然而,由于其转化效率低,限制了它的实际应用。金属纳米粒子具有很强的表面增强效应,曾被广泛地用于增强拉曼散射而获得良好的效果。本文提出将金属纳米粒子的这种性质用于增强SRS。把Au纳米粒子混合于拉曼介质丙酮中,以532nm的纳秒脉冲激光作为激发光,研究了Au纳米粒子在丙酮中的浓度对丙酮SRS一阶Stokes光强的影响,并通过仿真计算对实验结果进行了解释和分析。     

透过散射介质的结构光重构方法及特性分析

结构光透过生物组织、沙尘等强散射介质时历经多重散射,会改变原有相位信息和传播方向,破坏相干性,最后形成散斑。本文主要针对结构光重构特征和适用性进行分析,以条形结构光作为入射光,透过散射介质后,分别运用直接求逆法、相位共轭法和TVAL3法对其进行重构,并分析不同测量噪声水平下,三种方法对条形结构光的重构效果。仿真结果表明:测量噪声水平为0时,直接求逆法能得到较完美的重构效果;存在测量噪声且测量噪声水平小于0.025I时,TVAL3法能较好实现重构,而相位共轭法重构效果一直较差。同时,也运用三种方法实现了单点、三点的点光源重构。     

明胶水溶液分形性质的光散射研究

本文通过动态光散射技术并结合静态光散射及粘滞系数实验研究了明胶水溶液在不同温度、不同浓度下的分形性质。当Ｔ＞Ｔｇｅｌ时（Ｔｇｅｌ为胶凝临界温度），水为明胶的良好溶剂。明胶分子在水溶液中符合自避无规行走模型，分维ｄｆ＝５／３。当Ｔ＜Ｔｇｅｌ时，明胶水溶液需经历从溶液到凝胶的胶凝过程。在胶凝过程中，动态光散射弛豫谱分段具有指数衰减和随后的伸展指数两种模式，且伸展指数衰减的宽度参数β逐渐从０．８减少到胶凝点的０．６７，与此相对应，分维由５／３逐渐增加到２．０。在胶凝点，通过静态光散射及粘滞系数实验测得分维为２．０。     

光散射在聚合物结构研究中的多重散射现象

实验对激光小角光散射中的多重散射现象进行了定量分析。当入射光被介质散射时，对于表面粗糙的内部不均匀高分子聚集体，背散射信息来自表面散射和介质内部散射两部分。实验表明，表面引起的背散射其散射强度随表面粗糙度增加而增强，当表面粗糙度高达８．６１３μｍ时，背散射几乎全部来自粗糙表面而内部不均匀性引起的散射极弱。随表面粗糙度降低，表面散射降低，内部散射增强，当表面粗糙度小到０．２３７μｍ时，表面散射小到可以忽略的程度而认为背散射全部来自介质内部，此时的散射可以看作完全是介质内极化率起伏引起的并可由此计算介质内部不均匀结构参数对于表面光滑试样（表面粗糙度小到０．２３７μｍ），背散射信息为第一次、第三次、第五次等奇数次散射的加和。实验发现随试样厚度增加，背散射光强分布基本不发生变化，表面第三次及以后的各次散射比第一次散射弱得多而可以达到忽略的程度，因些背散射强度与散射介质厚度无关     

雨介质中球形目标的GHz复合散射特性

将背景空间及其中存在的离散粒子作为一种连续的电介质,得出了背景空间中离散粒子存在时混合体的等效介电常量模型.利用该模型和国际电讯联盟给出的雨衰减测量数据,确定了GHz波段雨介质的等效介电常量并验证了其有效性.得出了雨环境中目标复合散射场的解析式,对雨环境中球形目标的复合微分散射进行了仿真与分析,进而研究了降雨率、电磁波频率及极化状态等因素对复合微分散射的影响.计算表明:降雨对微分散射的影响在10^-3分贝上,电磁波垂直极化时降雨的影响大于其水平极化时的影响.研究结果对精确制导和目标识别等有一定的参考意义.     

壳层纳米颗粒的光散射行为研究

本文主要研究了Au-Si球型壳层纳米颗粒在电磁波作用下的散射行为,并将其与实心Au球、空心Au球、实心Si球和空心Si球的光散射行为进行了对比。利用Mie散射理论计算得出Au-Si球型壳层纳米颗粒在外加电磁波作用下的各阶电响应和磁响应,观察壳层结构的几何参数对电偶和磁偶共振峰位置的影响,并进一步研究Au材料中的电偶响应与Si材料中的电偶(磁偶)响应之间的耦合关系,找到其中的耦合规律。通过对单个球型壳层纳米颗粒散射行为的研究,为利用该颗粒周期性排列制备具有特殊电磁性质的人工特异材料提供理论指导。     

碳纳米管与氨基酸作用的光散射性质研究

研究了在乙醇中超声分散后的碳纳米管(CNT)与氨基酸相互作用的光散射性质.实验考察了激发波长,pH值,CNT浓度和水的百分含量对CNT光散射强度的影响;在优化的实验条件下,发现CNT与白氨酸作用时,CNT的散射强度会随着白氨酸的浓度的增加而增加,但是与天冬酰胺作用时,CNT的散射强度会随着天冬酰胺的浓度的增加而减弱,此方法有望用于对此二种氨基酸的实际分析测定.     

Au纳米粒子二聚体的合成及SERS光谱研究

热点的构建及研究是将表面增强拉曼光谱(SERS)拓展至定量研究的基础。该研究基于Glaser偶联反应及原位聚合原理,以4-乙炔基苯胺为连接分子,通过调节连接分子与纳米粒子的比例,构建了功能型Au纳米粒子二聚体结构,获得了该结构形成过程中的光谱信息。该法是较为理想制备二聚体的途径之一。     

遗传算法在散射介质光输运逆问题研究中的应用

建立了一个散射介质模型,在用蒙特卡罗方法成功模拟介质中光输运过程的基础上,用遗传算法有效地解决了因蒙特卡罗方法模拟结果的离散性和统计性使其在利用传统化方法进行逆问题研究时存在的困难,从而较好地实现了对散射介质模型的单个光学特性参数的重构和多参数的联合重构,同时还深入地讨论了遗传算法在过程中的作用机理。     

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.     

温度变化环境中Au纳米球光学性质的研究

理论分析了贵金属纳米颗粒介电函数的尺寸及温度修正,考虑环境介质折射率的色散及随温度变化关系,计算了温度变化环境中Au纳米球的光学性质.结果表明,体相和纳米Au金属介电函数实部均随着温度升高而增大,而体相材料和纳米Au介电函数虚部表现出不同的温度特性;对于纳米球的光吸收效率,温度升高,纳米球的吸收峰峰值增大;对10~100nm的Au纳米球吸收效率的温度灵敏度分析表明,Au纳米球的光吸收效率温度灵敏度随粒径增大而减小.     

动态光散射图像法测量纳米颗粒粒度研究

提出了一种基于动态光散射原理的图像法测量纳米颗粒粒径的新方法,采用面阵CCD数以万计的像素同时并行测量处于布朗运动的纳米颗粒空间分布的动态散射光信号,对测得的信号进行数据处理,得到了纳米颗粒粒径。对27、79、482、948nm 4种不同粒径的纳米标准颗粒进行了实验研究,针对面阵CCD拍摄帧率远低于光电倍增管测量频率的特点,采用质量分数为55%高粘度甘油水溶液作为分散介质,在CCD拍摄帧率为8290frame/s时,27nm颗粒的测量误差从以水为分散介质时的15.1%降至1.9%。与目前动态光散射纳米颗粒测量方法相比,该方法大幅度减少了测量时间,仅为现有方法的1%以下,并可大幅度简化测量装置。     

采用最早到达光透过高散射介质成像

综述了最早到达光方法透过散射介质成像技术,详细地介绍了克尔快门时间空间选通成像技术共焦扫描条纹相机成像技术、非线性二次谐波产生－互相关选通成像技术及电子学全息选通成像技术,对这几种选通成像技术目前扫展状况,优缺点给出了评述。     

分数评估法实现光通过散射介质聚焦

为了解决强噪声环境下的相干光通过散射介质聚焦与成像问题,本文提出分数评估法,利用该方法对入射光的相位分布进行迭代优化。分数评估法的基本思想是在优化迭代过程中,通过参考目标光强值赋分的方式对相位值进行评估和考量。通过二元相位优化的方式提升迭代程序运行的速度,缩短聚焦时间,以便将该方法运用于动态散射介质。将该方法与蚁群算法对比,结果发现,分数评估法在强噪声环境下仍然能够实现散射聚焦,而蚁群算法在强噪声环境下失效。实验测得分数评估法的焦点光强是优化前散斑平均光强的71.4倍。因此,对于今后在生物成像、光电检测等应用领域,应当优先考虑使用分数评估法优化入射光的波面以提升成像或聚焦的分辨率和清晰度。     

CS-QT-TPP纳米颗粒的动态光散射分析

本文利用CS与TPP的交联作用包覆QT制备CS-QT-TPP纳米颗粒,并以动态光散射研究QT浓度、CS分子量及CS/TPP重量比对所得纳米颗粒粒径与Zeta电位的影响。结果表明,QT浓度由0.15mg/mL升至0.45mg/mL时粒径增大,而继续升至0.75mg/mL时粒径稍微减小;CS分子量越高,粒径越小;而CS/TPP重量比对粒径则无明显影响。CS-QT-TPP纳米颗粒粒径介于711~759nm之间。CS分子量较低时表面电位较小,而QT浓度与CS/TPP重量比则对Zeta电位无明显影响,CS-QT-TPP纳米颗粒表面均带正电,介于25.7~39.8mV之间。因此,QT浓度为0.75mg/mL、CS高分子量为380kDa及CS/TPP重量比为3/1时制备CS-QT-TPP纳米颗粒最佳。     

火灾烟颗粒分形模型和球形模型光散射的比较研究

对烟颗粒的光散射进行模拟计算是研究火灾烟颗粒光散射特性的重要手段,目前对于火灾烟颗粒光散射的数值计算多采用球形或椭球模型.实际上,火灾烟颗粒的形貌与球形和椭球均存在着显著差异.扫描电子显微镜图像表明,烟颗粒具有近似分形的结构.本文利用离散偶极近似方法计算了随机取向的火灾烟颗粒分形凝团以及同体积的球形颗粒的光散射Muller矩阵,并对两者的归一化Muller矩阵元素随散射角的分布进行了比较.研究表明:火灾烟颗粒分形模型和球形模型的归一化矩阵元素F₁₁(θ)/     

ZnO/Au纳米复合物的制备及光学性质的研究

采用ZnO纳米晶表面还原Au+的方法合成了ZnO/Au纳米复合物,研究了其光学性质。     

纳米结构Si表面增强拉曼散射特性研究

为了实现低成本高灵敏度的表面增强拉曼散射效应,制备了一种基于硅表面纳米结构的表面增强拉曼散射效应（SERS）衬底。首先利用低能反应离子注入的方法对单晶硅进行表面处理,制作高陡值度的墙壁结构。然后采用电子束蒸发的方式在硅片表面蒸镀银膜,高密度的银纳米点阵列出现在侧壁表面,形成大量的热点。实验采用罗丹明6G（R6G）作为探针分子进行表征,发现获得最强拉曼信号的银膜厚度为40 nm,R6G的探测极限能达到10^-14 mol/L;同时分析衬底的重复性和稳定性,发现在614 cm^-1和1 650 cm^-1处的拉曼信号特征峰的相对标准偏差分别达到12.3%和14.3%,保存一个月的衬底测得的拉曼信号强度保持不变。本研究提供了一种操作简单、成本低的制备高灵敏度增强拉曼效应衬底的方法,制备的衬底具有高信号可重复性和高稳定性的优点。