近红外漫射光层析成像实验研究

实验验证了所建立的时间分辨光学层析成像测量系统的光学参量预测能力、多个测量通道的一致性,表明了本测量系统具有层析成像的潜力.研究了采用特征数据量（平均飞行时间、广义脉冲谱技术为基础的用数据类型R）及全时间分辨数据的图像重建算法在光学参量重建准确度、重建出的对象尺寸、空间分辨率等方面的各自优势.     

光学系统的时间衍射积分及其应用

对含色散光学元件和其它非线性光学元件的光学系统,引入了时间ABCD矩阵元表达的时间衍射积分,用以讨论高斯光脉冲在色散介质中的传输行为,验证了线性色散系统中光传输的时间自成像,光纤中的方波自成形.     

介质阻挡放电中微放电的映射方程

利用双水电极介质阻挡放电装置，采用光学方法测量了大气压空气和氩气中介质阻挡放电的微放电时间特性.实验发现微放电通道相邻两次放电时间间隔是长短交替的.根据壁电荷对相邻两次微放电的不同影响，建立了介质阻挡放电时间序列的映射方程.不同放电参量取值情况下的计算结果表明，介质阻挡放电中，壁电荷电场的衰减时间常数远大于100μs量级.由方程所得的结果，解释了相邻两次放电时间间隔长短交替的实验现象，确定了壁电荷衰减时间常数的范围. 关键词： 介质阻挡放电 时间特性 壁电荷 映射方程     

激光通信

TN929.12007010738星载激光对水下目标通信可行性研究=Feasibility studyof laser communications from satellite to submerged plat-form[刊,中]/刘金涛(中科院上海精密机械所先进激光技术与应用系统实验室.上海(201800)),陈卫标//光学学报.—2006,26(10).—1441-1446分析了通信信道中各传输介质的特性,确定了合理的传输介质光学参量。根据一定的通信系统参量,利用蒙特卡罗方法模拟了水下目标接收信号的时间和空间分布。蒙特卡罗估计误差与平均值比值的上限小于0.3%。根据模拟结果,得出了优化的接收系统采样时隙和接收望远镜视场角,进而…     

超声调制漫射光子自相关的Monte Carlo模拟

本文首次用Monte Carlo方法研究了超声调制生物介质中漫射光子的时间自相关性质,讨论了超声参量、运动参量和散射参量对自相关函数的影响.正常生物组织和病变生物组织的自相关函数有明显的差别,超声调制自相关函数为光学医学诊断提供一种新参考.     

DMSO与噻酮对离体猪皮组织光学特性参量改变的定量分析

从定量的角度评价高渗制剂与组织光学特性参量改变的关系.利用FT-IR红外光谱仪与双积分球系统,对离体猪皮组织在促渗剂二甲基亚砜与噻酮作用下的光谱进行测量,并运用逆倍增方法计算得到组织的光学参量.结果表明:离体猪皮组织的光学特性参量(吸收系数和散射系数)随着高渗制剂作用时间的增加明显减小,光在组织中的穿透深度增加.由此可知猪皮组织的光学特性参量在两种促渗剂作用下随时间发生了动态改变,且噻酮具有比二甲基亚砜更好的清透效果.     

一种积分时间自适应调整的非均匀性校正算法

提出一种实时校正方法,在非均匀性校正的过程中根据当前场景信息自适应调整积分时间.首先获取不同积分时间下的背景噪音并进行存储,根据特定的阈值控制积分时间的切换；进而将探测器输出减去相应积分时间下的背景噪音后作为神经网络的输入,从而不断地更新校正参量.这样既能有效弥补神经网络校正算法在低频噪音占优时的不足,降低由于积分时间改变引起的非均匀性,又能够补偿系统的温漂.对真实的红外图像序列实验表明,文中提出的算法在积分时间切换的同时可以得到合适的校正参量,并保证校正后的图像质量,能够实现实时校正.     

一种积分时间自适应调整的非均匀性校正算法

提出一种实时校正方法,在非均匀性校正的过程中根据当前场景信息自适应调整积分时间.首先获取不同积分时间下的背景噪音并进行存储,根据特定的阈值控制积分时间的切换;进而将探测器输出减去相应积分时间下的背景噪音后作为神经网络的输入,从而不断地更新校正参量.这样既能有效弥补神经网络校正算法在低频噪音占优时的不足,降低由于积分时间改变引起的非均匀性,又能够补偿系统的温漂.对真实的红外图像序列实验表明,文中提出的算法在积分时间切换的同时可以得到合适的校正参量,并保证校正后的图像质量,能够实现实时校正.     

超光滑加工技术中光学元件表面材料的均匀去除

超光滑加工通常是在保证光学元件面型精度不劣化前提下提升其中高频精度.均匀去除是保证超光滑加工过程中光学元件面型精度不劣化的重要途径.本文以四轴三联动小磨头超光滑加工机床为基础,结合Preston假设,研究了四轴三联动超光滑加工机床对光学元件的材料去除特性,发现当机床取某些特定的参量时,通过等值的驻留时间规划即可实现光学元件表面材料的均匀去除.最后,对这些特定的参量进行了对比实验.实验结果验证了理论分析的正确性.     

一种改进的光学层析图像重建方法

Alexander D．Klose将联合差分方法用于光学层析图像重建的梯度计算中,但给出的对光学参量的求导算法有局限,他的算法只能实现对边界点光学参量的导数计算,而无法实现对内部点光学参量导数的计算,会导致图像重建失败。在联合差分算法的基础上,研究了针对内部点光学参量的求导方法,给出了一种基于树形结构的对内部点光学参量求导的策略。具体实现时,为了降低计算复杂度,采用近似梯度计算方法。算法的仿真实验结果表明：该方法可以有效地实现对内部点光学参量的导数计算,提出的近似计算方法可降低梯度计算复杂度,提高运算速度,并可得到良好的图像重建质量。     

新型门控光子计数法测量高散射介质的光学参量

讨论了一种新型而且简单的门控光子计数法，用来测量高散射介质的光学参量。当一束光脉冲入射到高散射介质后，该方法可以恢复出光脉冲经过散射后从介质表面逸出的波形。与传统的门控光子计数法相比，该方法利用计数器控制门可以移动的特点，通过滑动宽度为60ns的控制门实现较高的时间分辨力200ps。在此波形的基础上，Patterson—Chance方法可以快速而且准确计算出被测介质的光学参量。在模型介质上的实验，验证了该方法的可行性，实验结果与复杂的时间相关的单光子计数加曲线拟合方法相比较，误差小于10％。     

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。     

天文图像多帧盲反卷积收敛性的增强方法

天文图像多帧盲反卷积的收敛性受到初始目标、约束条件和光子噪声等因素的影响.提出了用实际光学成像系统参数确定频率带宽有限约束的方法.用Knox-Thompson 方法重构初始目标相位形成盲反卷积算法的初始目标函数.研究了一种新颖的有效减小光子噪声、边缘效应和振铃现象的方法.根据最大似然估计理论，用期望最大化的优化方法建立了改进的严格约束多帧盲反卷积算法.模拟图像和实际天文图像的复原结果表明，所建立的多帧盲反卷积，可以有效克服大气湍流和减小光子噪声，改善天文观察图像的分辨率，并部分消除光学系统衍射效应对恢复图像的影响. 关键词： 大气光学 天文观测 图像处理和恢复     

Simulation of coherent properties of photons in scattering medium for optical coherence tomography

Monte Carlo model of optical coherence tomography is developed for simulation of photon transport in half infinite homogenous media. The procedure is accelerated by scaling the baseline data from standard Monte Carlo calculation in turbid media with arbitrary optical parameters. Gaussian beam is modeled by hyperboloid of one sheet for actual condition to obtain distribution of photons on sample surface. Depth dependence coherent signal and photons distribution are calculated in this way, which is important to reconstruction of optical parameters by inverse Monte Carlo. Numerical results have verified this method in turbid medium of different optical parameters with acceptable relative errors.     

Theory of electromagnetic wave propagation in superlattices with optically anisotropic layers

A formalism is developed to find the photon dispersion relations in superlattice systems having layers with low optical symmetry or having magnetic layers. This formalism is an exact solution of the first order Maxwell's equations including all the information for the anisotropic optical response tensors and including the coupling of the TE and TM modes. Based on a 4×4 matrix approach for solving complicated reflection and transmission problems in stratified anisotropic media and employing a plane wave expansion of the field components to take into account the periodicity of the superlattices, the photon dispersion relation can be obtained numerically with a simple algorithm. This result is useful in predicting the absence of certain electromagnetic modes along the superlattice axis, and in identifying observed resonances with a particular excitations of the system.     

Perturbation Monte Carlo methods to solve inverse photon migration problems in heterogeneous tissues

We introduce a novel and efficient method to provide solutions to inverse photon migration problems in heterogeneous turbid media. The method extracts derivative information from a single Monte Carlo simulation to permit the rapid determination of rates of change in the detected photon signal with respect to perturbations in background tissue optical properties. We then feed this derivative information to a nonlinear optimization algorithm to determine the optical properties of the tissue heterogeneity under examination. We demonstrate the use of this approach to solve rapidly a two-region inverse problem of photon migration in the transport regime, for which diffusion-approximation-based approaches are not applicable.     

基于自适应变异果蝇优化算法和广义回归神经网络的布里渊散射谱特征提取

针对布里渊光时域反射光纤传感系统散射谱的高精度特征提取的要求,提出了一种基于自适应变异果蝇优化算法和广义回归神经网络的布里渊散射谱特征提取算法。不仅利用了广义回归神经网络在逼近能力、学习速度、模型的泛化等方面具有的优势,而且采用搜索能力较强的自适应变异果蝇优化算法进一步增强了神经网络的学习能力,从而提高了布里渊散射谱的拟合度和频移提取的准确度。在布里渊散射谱中心频率为11.213 GHz,线宽为40～50,30～60和20～70 MHz的散射谱白噪声实验模型中,将新算法分别与基于有限元分析的Levenberg-Marquardt拟合法、粒子群优化和拉凡格式混合拟合法、最小二乘法进行预测比较,新算法获得的最大拟合频移误差为0.4 MHz,平均拟合度为0.991 2,均方根误差为0.024 1。仿真结果表明所提出的算法拟合度较好,绝对误差小。因此,将此算法用于基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感系统,可有效提高布里渊散射谱的拟合度和频移提取的准确度。     

一种新型偶氮化合物的纳秒光限幅特性研究

研究了反式—4—{[p—(N,N—二羟乙基胺基)偶氮苯]乙烯基}吡啶在N,N—二甲基甲酰胺(DMF)中的光限幅性能。实验结果表明,该偶氮化合物的DMF溶液对波长为532nm,脉冲宽度为8ns的激光脉冲具有很强的光限幅特性。理论分析表明,光限幅效应主要起源于材料的双光子吸收。利用双光子吸收模型拟合光限幅实验数据得到材料的双光子吸收系数β=1.6×10-9cm/W。     

基于蒙特卡罗模拟的散射介质中后向光散射模型及分析应用

构建了内光源模型探讨散射介质中的光散射现象,利用蒙特卡罗方法研究了逃逸出组织的后向散射光子数随光子在组织内部发生的散射次数的分布关系,探讨了光源照明方式、辐射强度、接收方式、调制等参数的变化对后向散射的影响,结果表明后向散射光子的数量随散射次数的分布并非简单的单调递增或递减,而是一条先增大后减小出现峰值的曲线. 峰值位置、峰值大小及曲线形状与光源、探测方式、组织光学特性参数等有关. 关键词： 医用光学与生物技术 散射介质 后向散射 蒙特卡罗模拟