虚拟采样测量单分子光辐射信号

通过实时采集单光子计数器响应输出的时间分辨每个同步事件研究光场的光子统计分布特性。通过最佳信号噪声比分析，讨论了单分子光辐射在具有时间均匀分布背景信号时对同步采样时间的选取。利用理论分析单分子光子源最佳信噪比与采样门的对应关系，应用计算机虚拟采样测量单分子光辐射信号，获得了较理想的测量结果。     

单分子三维取向超分辨成像技术进展（特邀）

超分辨显微成像技术自诞生以来,凭借其优异的纳米级空间分辨率,已成为生命科学研究中精准揭示复杂生命现象的重要成像技术。其中,基于单分子定位的超分辨成像策略,使得定位、观察、研究单个探针分子独特的理、化、光学性能成为可能。偏振作为荧光信号的一个重要特性,近年来伴随着单分子三维取向成像技术的发展,逐步在单分子成像和超分辨领域中展示出诸多新颖且重要的应用特性。本文总结了单分子三维取向超分辨成像技术的最新进展,介绍并分析了两类主要的单分子三维取向荧光显微技术——基于荧光吸收与辐射偏振调制的单分子三维取向成像方法以及利用点扩散函数工程将单个荧光分子的三维取向信息编码到荧光图像上的成像策略。此外,还探讨了应用于活细胞或单颗粒的其他类型的超分辨取向成像技术。最后,针对单分子三维取向超分辨成像技术发展与应用前景面临的挑战,进行了总结与展望。     

背景噪声对单分子光子统计的影响

我们利用HanburyBrown和Twiss探测方法来记录两个单光子计数器响应单分子源输出的每一个事件 ,直接计算触发式单分子光子源的Mandel参数Q。通过对触发式单分子源的Mandel参数QRS与含有相同平均光子数的具有Poisson分布的相干态的Mandel参数Qc进行比较来确定光子源统计分布特性。研究得到了一种计算触发式单光子源信噪比 (SBR)有效的方法。     

利用单光子探测器测量多光子响应时间

通过研究单光子探测器对微弱激光脉冲的暂态响 应特性,利用不同光子数的响应时间实现光 子数的分辨测量。理论上分析了光子数响应时间与微弱光脉冲探测时间的对应关系。实验上 通过测量不同光强下单光子探测器的暂态响应,测量到1550nm波段单光子、 双光子和三光子的响应时间分别为10.73±0.17、8.75±0.32和5.98±0.77ns。实现精确区分微弱光场中的光子数。分析了单光子探测器光子数统计涨落引起的 微弱激光脉冲的探测时间变化对光子数响应时间测量的影响。     

基于多测量矢量压缩感知的超分辨荧光显微成像研究

在超分辨荧光显微成像技术中,单分子定位显微方法是被广泛应用的技术之一。根据荧光显微成像原理构造多测量矢量压缩感知模型（Multiple Measurement Vector-Compressed Sensing, MMV-CS）,并采用多重稀疏贝叶斯学习算法进行求解,来实现超分辨荧光图像重建。分析了有效像元大小、荧光分子生成的光子数和背景信号泊松化噪声对重建结果的影响,以及在图像进行分块处理时算法运行时间的分析。模拟和实验计算分析表明,当点扩展函数的标准差在160 nm时,有效像元大小在120、160、200 nm能取得较好的重构效果,而在60 nm时效果较差。探测器收集的光子数越多,重构效果越好,随着背景信号光子数增加时,离得越近的样品结构越不能分辨。在同样的分块处理情况下,MMV-CS比同伦算法(L1-Homotopy, L1-H）和凸优化算法(CVX)分别快一个数量级和三个数量级,因此,在研究三维超分辨荧光显微成像时,MMV-CS算法在运行时间上具有更大的优势。     

基于奇相干叠加态的超分辨率量子激光雷达

研究了基于奇相干叠加态的超分辨量子激光雷达方案。根据量子光学理论,分别推导了基于传统的强度差探测,量子信息中的投影测量和奇偶光子数分辨探测方式的输出信号的表达式并进行了分析和讨论。通过以上的分析和讨论,重点研究了奇偶光子数分辨探测方法。同时借助数值计算展示了基于奇相干态联合奇偶光子数分辨探测的超分辨率激光雷达的两种超分辨率特征,即窄峰型和多重窄峰型的干涉条纹。最后,从模型本身出发解释了多重窄峰型超分辨的物理机理。     

核Fisher判别方法在低分辨雷达目标识别中的应用

将机器学习领域新的研究成果应用到雷达目标识别中，并开发有效、实用的分类器具有重要实际意义。核Fisher判别方法是基于Fisher线性判别方法而提出的一种非线性分类方法，在这种方法中使用了基于核的算法中的“核技巧”。本文研究了核Fisher判别分类方法在低分辨雷达目标识别中的应用，并用从某低分辨雷达录取的实际飞机目标回波数据时该算法进行了测试，实验证明了核Fisher方法在低分辨雷达目标识别中的有效性。     

基于透射和反射时间分辨测量数据的荧光参数三维重建

提出了一种同时重建荧光参数的全三维时域荧光分子层析方法,通过选择一对合适的拉普拉斯变换因子提取时间扩展曲线的特征信息,求解时域耦合扩散方程,在图像重建过程中,应用代数重建技术求解线性逆问题,且引入归一化玻恩比方法.基于多通道时间相关单光子计数系统对模拟仿体进行了透射和反射式时间分辨数据测量,利用所提方法同时重建了荧光产率和寿命的三维图像.实验结果表明利用反射式测量数据目标体位置、大小、形状等方面具有一定的偏差,透射式达到了较好的重建效果,而两种模式相结合重建效果最优.     

基于交替下降条件梯度的低光子数荧光寿命分析

发展适用于低光子数应用环境的荧光寿命分析方法对快速荧光寿命显微成像(FLIM)方法的发展和应用都具有重要意义。受高密度单分子定位显微成像中压缩感知算法的启发,将荧光寿命分析看成一个稀疏逆问题,提出了一种基于交替下降条件梯度(ADCG)的荧光寿命分析新方法,并通过对模拟数据和实验数据进行分析,验证了ADCG-FLIM算法即使在低光子数情形下依然能够较好地分析荧光寿命,从而有利于活细胞快速FLIM技术的发展和应用。     

油类产品的激光荧光光谱测量

利用紫外脉冲激光和光电倍增管相结合测量油类产品激光诱导荧光的光谱特性和时间特性，分析了荧光光谱的产生，给出了时间分辨荧光光谱的测量，实际测量了几种油产品的时间分辨荧光的光谱分布和荧光寿命，测得的荧光光谱分布结果和其他方法测量结果相同。     

1A4--Photocount distributions and field statistics

The statistical properties of a radiation field (either Gaussian or laser) have been investigated by photon counting distributions. Two methods (nonlinear and linear) are here introduced and compared from the viewpoint of the accuracy of the measurement and of the associated information capacity. Finally, the method of the "joint photocount distributions" is here introduced as a new tool for the investigation of the time evolution of a random field.     

皮秒分辨荧光光谱测量的延时分幅扫描单光子计数技术

介绍并分析了我们创建的一套以雪崩光电二极（APD）为探测手段的皮秒分辨延时分幅扫描单光子计数荧光光谱测量装置，该装置具有高信噪比和高灵敏度，可对5pw的荧光信号快速响应。创新性地采用了延时分幅扫描技术，最大限度地发挥光电探测器优越性，将系统的时间分辨率提高了16．7倍。该技术可以广泛的应用于光生物和光化学反应中的超快过程研究。     

荧光寿命成像技术及其研究进展

荧光寿命显微成像(FLIM)技术是一种新颖的荧光成像技术,具有其他荧光成像方法无法替代的优异性能,是生物医学工程领域的研究热点。频域调制、门控探测和时间相关单光子计数(TCSPC)是FLIM的几种主要实现方法。综述了这些技术的原理、研究现状和已取得的部分成果,比较了这三种方法的时间分辨率和成像速度等参数的优劣。宽场FLIM更适用于延时成像和实时成像。荧光偏振各相异性成像和内窥镜FLIM技术都是FLIM技术很有前景的应用方向。     

基于参量下转换的3.39 μm中红外辐射源定标实验

介绍了一种新型的基于参量下转换实现红外辐射源绝对辐亮度的定标方法。参量下转换过程产生0.631m和3.39m波段的一对相关光子,通过测量自发参量下转换和受激参量下转换两个过程中在0.631m波段光子的计数比值,可以获取3.39m的单位模式平均光子数,并进一步导出红外光源的辐亮度。介绍了定标原理、实验装置,分析了主要的测量不确定性因素,定标结果表明OPO激光器光谱辐亮度的合成标准不确定优于1.18%。初步证实了通过探测可见波段光子计数实现红外辐射源的辐亮度定标的原理可行性。研究结果将有望应用于基于受激参量下转换的红外波段高精度定标以及红外OPO激光器等领域。     

二氧化硫荧光检测的光子计数研究

基于二氧化硫吸收锌灯214 nm谱线的紫外荧光测量原理,用光子计数技术进行二氧化硫检测研究。结果显示:在179-756 ppb浓度范围内,荧光强度与二氧化硫浓度成线性关系,检测极限为6 ppb。     

二氧化硫荧光检测的光子计数研究

基于二氧化硫吸收锌灯214nm谱线的紫外荧光测量原理，用光子计数技术进行二氧化硫检测研究。结果显示：在179—756ppb浓度范围内，荧光强度与二氧化硫浓度成线性关系，检测极限为6ppb．     

距离漂移误差抑制获取Gm-APD激光雷达高精度三维像

由于Gm-APD存在第一光子偏移效应，Gm-APD激光雷达存在距离漂移误差，并引起距离像的畸变。提出了两种抑制距离漂移误差的方法，并完成了实验验证。利用信号复原算法从光子计数分布图中复原了信号光电子数分布图。第一种方法采用双高斯函数对光电子数分布图进行拟合，并利用峰值位置计算距离。第二种方法采用质心算法对光电子数分布图进行加权计算并获取距离。采用6 ns脉冲宽度的激光，利用两种方法都获取了目标的高精度距离—强度三维融合像。两种方法的强度测量相对精度都小于3%。信号复原&双高斯拟合寻峰法的测距精度为1.2 cm。信号复原&质心算法的测距精度为0.6 cm。     

Remote detection of alpha radiation source by optical method

To solve the problem that the conventional detection technique of alpha radiation sources is unable to achieve remote detection and not suitable for detecting alpha radiation sources with complex morphology, remote detection of alpha radiation sources by measuring the fluorescence induced by the interaction between alpha particles and nitrogen molecules is investigated in this paper. In dark conditions, nitrogen fluorescence is collected by the optical system with an aperture of 50 mm and detected by a photomultiplier tube working in the photon counting mode. The alpha radiation source with total activity of 7.3 kBq and unit area activity of 49 Bq/cm2 can be detected within 30 s at a distance of 0.6 m. The detection limit of the alpha radiation source detection system proposed in this paper ranks among the top in the related research fields.     

地杂波测量的比对计算法

介绍了用非相干测量雷达进行地杂波测量时雷达散射截面积的比对计算法，给出了比对计算公式，并介绍了幅度饱和问题的解决办法。     

Towards direct reconstruction from a gamma camera based on Compton scattering

The Compton scattering camera (sometimes called the electronically collimated camera) has been shown by others to have the potential to better the photon counting statistics and the energy resolution of the Anger camera for imaging in SPECT. By using coincident detection of Compton scattering events on two detecting planes, a photon can be localized to having been sourced on the surface of a cone. New algorithms are needed to achieve fully three-dimensional reconstruction of the source distribution from such a camera. If a complete set of cone-surface projections are collected over an infinitely extending plane, it is shown that the reconstruction problem is not only analytically solvable, but also overspecified in the absence of measurement uncertainties. Two approaches to direct reconstruction are proposed, both based on the photons which travel perpendicularly between the detector planes. Results of computer simulations are presented which demonstrate the ability of the algorithms to achieve useful reconstructions in the absence of measurement uncertainties (other than those caused by quantization). The modifications likely to be required in the presence of realistic measurement uncertainties are discussed.