水体散射对气泡后向光散射特性的影响

采用Lambert-Beer定律对水中气泡幕前向、后向散射激光功率进行了理论推导,得出了接收信号信噪比的计算公式.采用光学遮挡的方法对近距离水体后向光散射信号进行屏蔽,采用激光功率计对后向光散射信号进行测量.结果表明,近距离水体后向光散射对气泡的后向光散射影响显著,对近距离水体的后向光散射信号进行抑制,可以显著提高接收信号的信噪比.     

基于多元分析的水下气泡幕激光后向探测

分别采用光在水下的传输理论以及Mie光散射理论对水体和气泡幕的后向光散射特性进行分析,发现它们在空间分布上存在不同。水体的后向光散射在空间分布上是单调递减的平滑曲线,而气泡幕的则呈现复杂的变化。据此提出了一种新的水下气泡幕激光后向探测方法。该方法通过多元探测器对后向散射光信号进行接收,通过空间分析实现对气泡幕的探测。实验结果表明,该方法可实现对水下气泡幕尤其是远距离气泡幕的有效探测。     

基于蒙特卡罗的气泡后向散射信号的视场分析

为了研究气泡后向散射信号强度与气泡位置及接收发射视场之间的关系,采用蒙特卡罗方法对存在水槽边界条件下的水中气泡幕后向光散射回波信号进行了系统仿真,并结合实际的水槽实验,对不同气泡幕位置及接收发射轴夹角情况下的后向散射信号进行了理论分析和实验验证,取得了相应的气泡幕后向散射信号强度的实验与仿真数据.结果表明,对不同的接收发射轴夹角,存在一个回波峰值,且该峰值对应的接收发射轴线的夹角与气泡幕位置存在一一对应的关系,这一结果对实际海况下的舰船尾流气泡后向散射光探测试验是有帮助的.     

基于蒙特卡罗的气泡后向散射信号的视场分析

为了研究气泡后向散射信号强度与气泡位置及接收发射视场之间的关系,采用蒙特卡罗方法对存在水槽边界条件下的水中气泡幕后向光散射回波信号进行了系统仿真,并结合实际的水槽实验,对不同气泡幕位置及接收发射轴夹角情况下的后向散射信号进行了理论分析和实验验证,取得了相应的气泡幕后向散射信号强度的实验与仿真数据。结果表明,对不同的接收发射轴夹角,存在一个回波峰值,且该峰值对应的接收发射轴线的夹角与气泡幕位置存在一一对应的关系,这一结果对实际海况下的舰船尾流气泡后向散射光探测试验是有帮助的。     

水中气泡激光后向散射衰减特性研究

采用Lambert-Beer定律对水中气泡后向散射光功率进行理论分析,并采用激光功率计对位于不同距离以及不同密度的气泡幕后向散射光功率进行测量,对测量数据进行了统计和分析.结果表明,气泡的后向光散射信号相当微弱,但由于气泡幕的存在,后向散射光功率有所增强;气泡幕后向散射光功率随气泡幕与探测器之间的距离变化,其关系服从Lambert-Beer定律;后向散射光功率与气泡密度有关,气泡密度越大,后向散射光功率越大.     

舰船远程尾流气泡群的前向光散射特性研究

利用Mie理论计算了舰船尾流气泡群的归一化体散射函数和散射能量分布函数,分析了尾流气泡群的前向光散射特性。计算和分析结果表明,气泡群的前向散射光强度远大于后向散射,前向散射能量占总散射能量的90%以上;散射能量分布函数在小于1°的前向小角度散射角范围内迅速增加到40%以上,然后随散射角的增加缓慢增加;气泡表面附着的有机膜会显著地增强气泡群的后向散射,但对前向散射的影响不大。     

舰船尾流气泡多重散射偏振特性研究

舰船尾流气泡的多次散射效应对光尾流探测领域的研究具有重要意义.针对水中气泡多次散射对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于矢量Monte Carlo方法,采用欧拉矢量法对光子在水中气泡后向散射偏振态进行跟踪,对比分析了线偏振、圆偏振激光入射情况下,不同散射次数回波信号在强度和偏振度特性上的差异性,验证了欧拉矢量法用于光尾流探测仿真领域的可行性.     

舰船尾流的前向光散射对光束衰减测量的影响

为优化前向光尾流自导的探测系统的设计,分析了舰船远程尾流中气泡群的前向光散射对测量气泡群衰减系数的影响。根据消光定理和Mie理论,推导了单散射条件下测量气泡群衰减系数的公式,给出了因前向光散射导致的测量误差因子和修正因子的表达式。基于此表达式对干净的尾流气泡群和覆盖着两种典型有机膜的脏尾流气泡群的误差因子和修正因子进行了数值计算,分析了探测系统的接收视场角和气泡表面附着的有机膜对衰减系数测量的影响。结果表明,前向散射对尾流气泡群的衰减测量影响很大,在前向1°的散射角范围内这种影响尤为显著;气泡表面附着的有机膜对尾流气泡群的衰减测量影响很小。     

水中气泡光学特性的蒙特卡罗模拟

基于Mie散射理论的单个气泡光散射,考虑光的多次散射,用蒙特卡罗方法模拟计算水中气泡群的光散射特性.计算结果表明：光的后向散射随气泡数密度的增加而明显增强,并且在折射率较大的海水中这种增强会更加明显,从而说明利用尾流中气泡群的光散射特性研究光自导鱼雷是可行的.     

气泡激光散射信号处理方法

提出了阈值检测、降噪处理和功率谱估计三种分析和处理水中气泡激光散射信号的方法.利用这三种方法分别对不同散射角时的测量信号进行了处理,得到了水中气泡激光散射强度随散射角的分布特性.并将实验结果与米氏(Mie)理论结果及水的散射强度进行了对比,比较和分析了三种方法的优劣.阈值检测法和降噪处理法分别以平均值和绝对偏差为中心来估计气泡散射强度,它们不能隔离直流分量.功率谱估计法处理得到的气泡角散射特性与Mie理论结果一致,能够区别开气泡散射和水的散射,两者相差近1个数量级.实验结果表明功率谱估计法是最合理的处理气泡激光散射信号的方法.     

气泡的散射光与气泡尺寸分布

从几何光学的角度出发分析了气泡对光的散射,得出散射光强的波动特性与气泡的直径存在一定的关系。利用这个关系,采用光强探测法,对穿过模拟尾流气泡幕的光强进行了采集,通过对光强波动的分析推得了尾流中气泡尺寸的大小以及分布情况。与以前的探测方法相比,具有简便、数据量小等优点。     

Light Fueled Manipulation of Bubble Motion Against Buoyancy via Photosensitive Substrate

Flexibly and precisely controlling bubbles is of paramount significance for biological and chemical analysis, reaction engineering, etc. However, the buoyancy force acting on bubbles is significant, making it difficult to precisely manipulate bubbles. Particularly, controlling the anti-buoyancy motion of bubbles remains a fundamental challenge. Herein, a versatile light strategy for manipulating the anti-buoyancy motion of bubbles via a photosensitive substrate is developed. Upon focused laser beam irradiation, an intense Marangoni effect associated with non-uniform temperature distribution is induced underneath the bubble. The created excess Laplace pressure drives the bubble to move against the buoyancy force downward to the focused-laser-acted region, manifesting an excellent phototaxis motion. Theoretical analysis demonstrates that the Marangoni effect is responsible for actuating the anti-buoyancy motion of a bubble. With this light strategy, the bubble collection, transportation, and on-demand release can be flexibly implemented. Moreover, the phototaxis motion of bubbles inspires a manipulation protocol via the integration of 3D-structured design of photosensitive substrate. This light strategy for manipulating bubbles not only possesses sufficiently high accuracy and quick response, but also circumvents the limitation of the liquid volatility and multi-dimensional motion, which provides new ideas for rational control of bubble behaviors.     

电子束辐射对LED发光性能的影响

研究了低能电子束辐照对发光二极管(Light emitting diode,LED)发光性能的影响。利用实验室加速器提供的电子束模拟空间电子辐射,分别对发不同颜色的光的LED进行不同剂量的辐照,并对比辐照前后的LED的电学性质及光学性质的变化。在电子束辐照下,LED的发光强度提高,同时在统计了大量LED后,发现这些LED的发光强度的离散性变好。对经电子束辐照后的LED进行电流加速老化实验,发现电子束辐照后的LED的发光强度下降趋势相比未经辐照的LED更为明显。同时利用电子束辐照机理对实验结果进行分析和讨论。     

液晶光阀在光刻快门中的应用研究

目前，国内控制码盘、计量光栅图案刻制的机构是快门，原有的穿孔带式快门有很多缺点，为了避免这些缺点，对液晶光阀作为快门的可行性进行了研究。通过对抗蚀剂的感光特性、光源的光效与曝光量之间的关系进行理论推导．构建了它们之间的数学模型。对液晶光阀的特性进行分析并进行了曝光控制实验，为设计一种智能型液晶光阀曝光控制装置提供了理论依据。     

远场微气泡尾流的后向散射线偏振度探测法

针对后向散射光强特性难以探测远场微气泡尾流的问题,利用矢量Monte Carlo方法对气泡尾流的多层多分散模型中线偏振光入射时后向散射的光强和线偏振度信号进行了仿真。验证了光强信号的"双尖峰"特性,同时发现了线偏振度信号的"双下降速率"特性,根据此特性提出了气泡尾流的线偏振度探测法。与常用的光强探测法相比,该方法的探测距离更远,气泡半径更小,是一种有效的远场微气泡尾流探测法。     

平顶多高斯光束通过ABCD光学系统的传输特性

利用广义惠更斯一菲涅耳衍射积分公式,研究了平顶多高斯光束通过ABCD光学系统的传输特性,推导出光强分布的解析式.以透镜系统为例,给出了平顶多高斯光束聚焦场轴上的和焦面处的光强分布表达式,并对其光强分布进行数值计算及分析.研究结果表明,平顶多高斯光束的聚焦特性与阶数N以及透镜系统的菲涅耳数Nw等有关,随着平顶多高斯光束的阶数N的增大或透镜系统的菲涅耳数Nw增大,轴上和焦面上的光强迅速增大、聚焦光斑减小、焦移量迅速减小.     

光寻址电位传感器系统光源选定与设计

针对光寻址电位传感器光源的要求，在理论上从半导体的光学特性出发对光源进行了分析，讨论了照射光源的要求和中心波长及器件的确定，设计了寻址光源驱动电路及光路，经过实际使用，实现了激发光束的照射．     

尾流气泡对脉冲激光时间展宽的研究

为了研究气泡对激光的时间展宽问题,采用米氏光散射理论,对气泡的光散射特性以及多次散射效应进行了理论分析,并开展了实验研究,得到了气泡在不同距离时后向光散射信号波形。结果表明,气泡对激光脉冲的传输有明显的影响,导致了脉冲激光在时间上的展宽,信号展宽的宽度随距离近似呈二次曲线变化。