基于快速蒙特卡罗的散射介质光学参量干涉测量方法研究

提出了一种散射介质光学参量的干涉测量方法. 在蒙特卡罗数值模拟的基础上引入聚焦高斯光源模型和基于比例缩放的压缩算法, 实现了对光子后向散射分布和干涉特性的快速模拟. 利用计算数据训练了前向人工神经网络进行了介质光学参量的反向求解. 实验中以脂肪乳注射剂和生物染色剂印度墨水组成的悬混液为样本, 通过光学干涉系统测量得到了后向散射光依赖于深度的干涉光强分布, 并对其中散射和吸收系数进行了反向计算. 所得结果能够正确反映散射和吸收系数与散射和吸收物质浓度之间的线性关系, 验证了该方法的可行性.     

混浊物质中光子传输的快速模拟与干涉特性分析

建立了混浊物质中低相干干涉系统的蒙特卡罗模型,结合相干面光强的高斯分布和低相干光源的相干条件,对干涉信号进行了数值分析.提出在蒙特卡罗计算的基线数据基础上快速模拟其他参数条件下干涉信号的方法.快速模拟结果与蒙特卡罗计算结果进行了比较,结果显示在满足前向散射条件下,两种方法所得模拟信号强度基本吻合.当各向异性因子g=0....     

高斯光束在双层云中传输的蒙特卡罗模拟

基于辐射传输理论, 利用蒙特卡罗方法模拟了无限窄(冲击函数)准直光束入射到典型水云以及冰水双层云时的后向散射特性, 进而将得到的冲击响应与高斯光束卷积, 得到高斯光束在云层中传输的多次散射特性. 文中给出了两种波束入射时水云以及冰水双层云的反射函数随径向r和天顶角α的变化关系, 并给出了光强在云层内部的二维分布图. 计算结果表明, 高斯光束入射时, 云层反射函数的特点与无限窄准直光束入射时有较大区别. 因此在利用激光雷达进行云层探测时需要考虑激光的散斑, 文中的方法可以为此提供理论依据.     

双向剪切干涉法测量高斯光束远场发散角

对双向剪切干涉理论和高斯光束传输特性进行了研究.提出了一种测量高斯光束远场发散角的方法：利用双向剪切干涉仪分别在激光传输路径上两个特定位置测出波前曲率半径,然后由曲率半径得出发散角.通过理论推导建立了相应的检测模型,并对模型进行了实验验证.实验测量和误差分析表明该方法的测量准确度能达到10″;发散角测量准确度的主要影响因素为干涉条纹宽度测量误差.     

基于多光束干涉的长程轮廓仪

为提高长程轮廓仪(LTP)面型检测的精度,提出一种使用波面型等光程多光束分束器的LTP。该分束结构可将入射光束分成若干束等光强等光程的相干光。在理论上分析计算了傅里叶变换(FT)透镜焦平面上干涉条纹的位置和强度分布,探究了零级干涉主极大条纹宽度、振幅和±1级干涉主极大条纹振幅与多光束分束器各结构参数之间的关系。通过选取合适的参数设计了基于多光束干涉原理的新型分束器,并与传统分束器进行了仿真实验比较,设计了测量系统中的准直镜和FT透镜,在Zemax软件中建立了完整的光学系统模型,并对该模型进行了实验验证。结果表明多光束干涉长程轮廓仪可以实现对被测表面斜率的测量,其在探测面上的干涉条纹宽度比传统双光束干涉窄,光强也更加集中,可以提高LTP的测量精度。     

大口径光学玻璃光学均匀性干涉绝对测量方法

在光学透射材料均匀性测量的各个方法中,干涉测量方法作为绝对测量方法,能摈除干涉仪标准面及待测元件的面形影响,具有很高的测量精度而逐渐被广泛使用。详细研究了使用干涉手段测量透射材料均匀性的方法,对其中材料切割角度所引入的误差进行了详细分析,并提出修正方法。同时研究了测量光学材料均匀性的拼接算法,实验表明：该方法可以实现用小口径干涉仪测量大口径玻璃材料的光学均匀性的目的,而且其测量精度很高。     

基于相位偏移干涉术的薄膜厚度测量方法

为解决薄膜厚度的高精度测量问题,提出一种基于相位偏移干涉术的薄膜厚度测量新方法,利用该方法对一个实际SiO₂薄膜样片进行测试,通过对所获取的干涉图进行相位解包及数据分析处理,实现对薄膜样片厚度的精确测试。结果表明：该方法具有非接触和测量精度高等优点,所测薄膜厚度的峰谷值为0.162μm,均方根值为0.043μm,为薄膜工艺的进一步研究提供了检测方法上的技术保障。     

偏振门用于对散射介质成像的蒙特卡罗模拟研究

通过蒙特卡罗模拟研究偏振光在散射介质中的传播,对通过散射介质的偏振光的强度分布进行模拟,分析了偏振门和空间滤波对成像的影响.模拟结果表明,对于Rayleigh散射体,偏振门与空间滤波可以减小散射光的影响,提高图像对比度,圆偏振光入射比线偏振光具有更高的对比度.对于Mie散射粒子,偏振门的作用有限,不同偏振光的结果差别不大.对双组分的散射介质也进行了模拟,偏振门在这种体系中仍能提高图像对比度.     

相干高斯光束的符合成像和干涉

理论上研究分析了相干高斯光束的符合成像和干涉.导出了相干高斯光束的符合成像公式和符合干涉条纹公式,从这些公式可以看出符合成像和干涉是由于两条光路相应的汇聚投射引起的.符合成像和干涉条纹的质量及能见度可以同时很好.我们的结果表明纠缠光子对和相干高斯光束的符合成像及干涉的物理本质是不同的,相干高斯光束的符合成像和干涉的物理本质是光强的点对点投射,而纠缠光子对的符合成像和干涉的物理本质是双光子的振幅关联.     

基于白光频域干涉的大台阶高度测量方法

基于白光频域干涉的基本原理,提出了一种可实现高分辨率和大台阶高度测量的方法,利用该方法进行台阶高度测量时,其测量范围取决于所用干涉光源的中心波长和光谱仪的分辨率,可达mm量级。在原理验证性实验中,利用该方法已经实现了最大高度为298.57 m的台阶高度测量,多次重复测量的标准偏差不超过0.03 m,最大均方根误差为0.94 m,实验测量结果与台阶高度真实值具有很好的一致性。     

基于蒙特卡洛法的水下无线光传输特性分析

水下无线光传输面临功率衰减和时域宽度变大的问题,蓝绿光长距离传输特性更难以测试.利用蒙特卡洛法对水下蓝绿高斯光束传输过程进行仿真,分析海水类型、传输距离和发散角等因素对接收功率及脉冲响应的影响,数值对比小发散角情况下不同海水类型和传输距离的接收面上功率分布.结果表明,随着海水衰减系数、传输距离和发散角的增加,接收功率逐...     

基于蒙特卡罗模拟的射束硬化校正方法

传统的射束硬化校正方法, 通常需要针对每一种材料测量该材料对射线的吸收曲线. 由于吸收曲线对实验条件有很大的依赖性, 每当改变X光机电压或者被测工件的材料等条件时,需要重新测量吸收曲线才能完成硬化校正过程. 这种方法费事费时. 本文提出了基于蒙特卡罗模拟计算物质吸收曲线的硬化校正方法. 实验中, 分别用本方法和传统的硬化校正方法对铝工件进行硬化校正, 经过比较, 确认本方法是有效的. 然后用该方法对不同材料(铝、铁和铜)的工件进行校正. 实验结果表明, 本方法能有效消除各种材料工件图像中的硬化伪影, 是快速的和切实可行的.     

逆Compton散射的MonteCarlo模拟

研究模拟均匀、各向同性介质内的逆康普顿散射过程的Monte Carlo方法,分析电子速度分布乘抽样法和光子散射方向分布乘抽样法的抽样效率,完善电子速度分布的直接抽样法、光子散射能量分布的乘加抽样法.通过对这四种抽样方法抽样费用的分析和比较,得出各种方法的最适条件,该方法可以模拟更高能的辐射.     

散射介质中光传输行为时间特性的蒙特卡洛模拟研究

蒙特卡罗方法模拟了超短脉冲在皮肤的四层模型中的传输的时间特性,给出不同时间的表面漫射强度随径向距离和角度的变化,用傅里叶变换给出了表面漫射强度时间响应的频域结果;结果表明漫射强度随时间的变化会有数量级的不同,漫射强度的时间分辨为ps量级,这要求选择大动态范围ps时间分辨率的探测设备,频域分析的结果表明在达到很高的频率下,幅度和相位才有变化,实际上硬件难以实现。     

基于蒙特卡罗模拟方法的光源用LED封装光学结构设计

为满足正在兴起的LED照明光源的设计优化要求,必须探索适合LED光学结构设计的有效方法。引进蒙特卡罗(Monte Carlo)随机模拟方法对常规形式发光二极管(LED)的光学封装结构进行模拟,得出了LED的光强分布,并进行实际测量,模拟结果与实验所得结果吻合较好,证明蒙特卡罗方法是进行LED光源光学结构设计的一种有效工具,可以以此作为LED光源的设计优化手段。重点探讨了此方法模拟中的随机数构造、优化;LED模型;仿真的计算机实现,仿真结果的验证;结构优化的思路等问题。     

聚合物中多重光散射传导的Monte Carlo数值模拟

基于米氏散射(Mie scattering)理论,建立填充分散粒子群的聚合物对光散射传导的Monte Carlo数学模型.在此基础上,编写了一套仿真模拟程序.通过模拟单个光子在聚合物中的多重散射运动过程,把问题扩展到以激光束或线状光为入射源,得到在聚合物板块内的光传导情况,并且在计算机上图像化地重现整个物理过程,对输出光强的分布情况进行模拟统计分析.模拟结果表明,利用体散射机制,可以将点光源和线光源转换为平面光输出,输出光的状态可以通过对比计算结果实施有效控制.     

蒙特卡洛方法计算材料表面激发参数

电子非弹性散射平均自由程（IMFP）是用表面电子能谱进行表面化学定量分析时极为重要的一个参数,它可以用测量的弹性峰电子能谱分析以及蒙特卡洛模拟来确定.为了更加精确地确定电子非弹性散射平均自由程,必须对弹性峰电子能谱中的表面激发效应进行修正,通常使用介电响应理论方法计算得到的表面激发参数.然而,通过理论计算得到的表面激发参数不能包含电子在材料内部输运过程中弹性散射的影响,进而影响所测的电子非弹性散射平均自由程的准确度.在这个工作中,我们采用蒙特卡洛方法来确定包含弹性散射效应时的表面激发参数.所得到的表面激发参数在不同能量、角度情况下,尤其是在弹性散射效应显著的60°以上的大角度入射、出射情况下,都与实验测量值符合得非常好.基于这些新确定的表面激发参数,可以在弹性峰电子能谱测量中获得更为准确的电子非弹性散射平均自由程数据.     

光学相干层析成像系统的蒙特卡罗模拟

将光学相干层析成像系统采样臂的光纤与聚焦系统和被测样品作为一个整体来模拟光学相干层析成像信号的形成机理.通过追迹采样光束中每一光子在聚焦系统和被测样品中的随机传输轨迹,来决定该光子对光学相干层析成像信号是否有贡献及贡献大小.对样品IntralipidTM的模拟结果与实验结果表明：1）高散射系数和弱前向散射是引起光学相干层析成像信号随测量深度增加迅速减弱的主要原因;2）对于确定的聚焦系统,光纤的数值孔径有一最佳取值范围.数值孔径太小,则光学相干层析成像信号很弱;数值孔径超出这一范围继续增大,光学相干层析成像信号变化很小.3）当光纤的光轴偏离聚焦系统的光轴h距离时,光学相干层析成像信号随h的增加而减弱.