科学,激活了张衡地动仪

张衡在公元132年发明的地动仪是人类历史的第一台地震仪器--验震器,失传于东汉末年(大约公元190-220年).为了展现这一伟大的科技成果,国内外自1875年以来提出过13种概念性的地动仪复原模型,都不能够验震工作.其中王振铎于1951年提出的展览模型最为流行,但是存在着原理性的错误和其他的失误,受到学术界的严肃批评和否定.为此,中国地震局和国家文物局组织专家从2002年开始了新的科学复原研究.新的研究工作取得了一系列新发现并纠正了过去的误解,证实史料对地动仪的记载并不是孤证,地动仪成功测震的是公元134年12月13日的陇西地震,地动仪的工作原理足悬垂摆,张衡的发明曾经在现代地震学起步阶段起过重要的思想启迪作用.新设计的模型已经于2008年定型,内部结构有5部分,形似汉代酒樽,蟾蜍为器足,不仅更加符合史料和汉代的历史特征,而且具有了良好的验震和抗干扰功能,陇西地震现象得到重现,百年多的复原研究第一次实现了从概念模型到科学仪器的历史性跨越.文章对有关问题进行了介绍.     

线性相位反演传感器与哈特曼传感器的实验研究对比

为了进一步分析线性相位反演波前传感器的性能,搭建了基于线性相位反演测量方法的波前传感器的实验装置.针对各种波前随机像差,同时用线性相位波前传感器和哈特曼波前传感器进行测量和复原,将复原结果进行对比.分析了不同的探测分辨力和不同泽尼克复原阶数对线性相位反演传感器复原结果的影响.分析了靶面分辨力,合理的靶面大小对复原精度是有利的,肯定了线性相位反演波前传感器可以用较少的探测单元实现相似精度的测量,采样靶面像素为8 pixel×8 pixel时,误差系数仍很小.利用对随机像差片进行不同阶数的复原,线性相位反演波前传感器的复原残差的误差率基本都在0.25以下,能对前35阶像差进行比较精确的复原.     

变间隙法布里-珀罗干涉光谱仪光谱复原方法分析

变间隙法布里-珀罗（F-P）干涉成像光谱仪以体积小、高光通量、高空间分辨率和高光谱分辨率等众多优势特性,成为研究热点。由于其干涉条纹不是正弦条纹,因而无法直接用快速傅里叶变换获得精确光谱曲线。详细推导了变间隙法布里-珀罗（F-P）干涉仪多光束干涉原理和其光谱复原原理,给出干涉条纹与光谱曲线的数学关系;从理论上证明了光谱复原方法的可行性和必要条件,并给出理论误差。此外,还基于MATLAB进行了仿真和光谱成像系统实物实验,验证了理论分析的正确性。为F-P干涉成像光谱仪的工程化提供了理论依据,并对设计中的参数确定具有指导意义。     

用焙烧复原法插层组装有机层柱双氢氧化物

有机酸根插层双氢氧化物(简记为:LDHs OA)是制备具有特殊性质和功能的层柱材料的一类重要前驱体[1 3]。本文以Mg6Al2(OH)16CO2-3·6H2O(简记为MgAl CO2-3)和Zn6Al2(OH)16CO2-3·4H2O(简记为ZnAl CO2-3)为前体,用焙烧复原法将十四酸根(简记为14A)和十八酸根(简记为18A)分别插层组装到了MgAl LDHs和ZnAl LDHs层板间而制得了具有大的层间距、良好的结晶度和规整的层状结构的14A(18A)插层LDHs层柱材料(分别简记为MgAl 14A,mgAl 18A,ZnAl 14A,ZnAl 18A),用XRD谱、IR谱表征了插层交换产物的结构。1　实验部分1.1　仪…     

连续太赫兹波双物距叠层定量相衬成像

针对连续太赫兹波叠层成像重建算法收敛较为迟滞的问题,提出一种连续太赫兹波双物距叠层成像方法及相关重建算法,使用不同记录距离形成的差异化衍射图幅值作为重建算法记录平面的约束条件,增加了记录平面数据多样性和衍射信息冗余度.仿真结果表明,本方法可以加快算法收敛速率,有效减少迭代次数,提高连续太赫兹波定量相衬成像计算效率.随后构建了基于2.52 THz光泵连续太赫兹激光器的双物距叠层成像实验装置,应用双物距记录方法及改进算法重建获得了聚丙烯基字母图案样品的幅值和相位分布,结果表明改进方法可以减少算法迭代次数,提升计算效率,同时改善相位像重建结果保真度.     

基于离焦图像复原的光学设备实时视频对焦方法

针对大口径光学设备使用过程中因传感器靶面离焦导致的图像模糊问题,从图像复原方法入手,推导光学设备的离焦点扩散函数和离焦传递函数,提出图像离焦程度判断方法,运用爬山法、逆滤波方法,寻找最佳离焦量值和方向,复原模糊图像为清晰图像,给出了大口径光学设备的实时视频对焦方法,并进行实验验证。结果表明该方法在外场光学设备的自动调焦中具有重要的推广应用价值。     

基于区域生长理论的波面解包算法研究

在移相干涉技术的相位计算中,周期函数arctan的相位值分布在[-π,π]之间,相位值分布的跃变形成了被压包后的波面。理想无噪声和边界形状规则的压包波面可以直接通过条纹扫描法进行解包。例如当被测物边界形状不规则和存在噪声(灰尘脏点)时,会导致干涉图上出现无效区域,必须采用不依赖于边界形状,能自动绕过无效区域的算法。采用区域生长法对这类干涉图进行了解包。通过编程计算表明,这种解包算法能解决光学检测中的几乎所有的干涉图处理问题。     

剪切干涉仪与哈特曼波前传感器的波前复原比较

对横向剪切干涉仪和哈特曼波前传感器的波前探测和复原进行了类比推导和仿真计算。结果表明,在相同输入波前、相同探测面元、相同拟合函数及阶数的情况下,横向剪切干涉仪的波前复原能力比哈特曼波前传感器强。主要原因是前者对波前的间接采样所包含的波前信息大于后者,并且前者比较容易增大对波前的采样。     

湍流大气中哈特曼传感器的模式波前复原误差II

 分别采用Zernike和Karhunen-Loeve两种模式波前复原法,分析了在子孔径斜率测量噪声影响下,哈特曼传感器对大气湍流畸变波前的模式复原误差与模式复原阶数等的关系。发现最优模式复原阶数主要与哈特曼传感器的子孔径斜率探测信噪比有关。分析了一个哈特曼传感器对实际大气湍流畸变波前的测量结果,给出了确定传感器测量噪声的方法。     

湍流大气中哈特曼传感器的模式波前复原误差

 分别采用Zernike和Karhunen-loeve两种模式波前复原法,分析了子孔径斜率测量不受噪声影响的理想情况下,哈特曼传感器对大气湍流畸变波前的模式复原误差与大气湍流相干长度、传感器的结构尺寸、模式复原阶数等的关系。结果表明Karhunen-loeve模式法比Zernike模式法的波前复原误差更小些。