水体后向散射光能量变化规律的仿真与实验

为了研究距离选通水下成像系统在采用等步长搜索策略进行目标搜索过程中增强型电荷耦合器件(ICCD)接收水体后向散射光能量的变化规律,建立了ICCD接收水体后向散射光能量计算模型,推导了单次成像时ICCD接收水体后向散射光能量的计算公式,对选通成像系统在搜索目标过程中,ICCD接收到水体后向散射光能量的变化规律进行了仿真计算和实验验证,利用ICCD显示图像的平均灰度和ICCD接收到水体后向散射光能量的对应关系,实验中得到了水体后向散射光能量变化规律的数据。结果表明,ICCD接收到的水体后向散射光能量随着距离增大近似呈指数下降。     

尾流气泡群的激光多普勒检测方法

提出了一种基于气泡群后向散射光多普勒频移谱特性的舰船尾流检测方法。利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对尾流区运动气泡群后向散射激光多普勒频移谱进行了理论模拟,分析了气泡数密度和速率分布对后向散射光信号多普勒频移谱特性的影响。在此基础上,利用差动型激光多普勒探测方法,实验研究了模拟尾流气泡群后向散射光多普勒频移谱特性,实验结果与理论模拟基本符合。研究表明,随着尾流中气泡数密度和速率分布范围的增大,后向散射光信号的多普勒频移谱的幅度、截止频移也随之增大。这证明了激光后向散射多普勒频移谱特性分析法可作为一种有效的尾流检测方法。     

前后向散射特征分析下的白细胞亚型分类识别仿真研究

针对传统流式细胞分析技术中,细胞亚结构形态识别困难以及荧光染色又会改变细胞活性问题的研究需要,依据淋巴细胞和嗜酸性粒细胞形态特征建立了对应的偏心单核细胞模型及双核细胞模型。基于光散射理论下的仿真实验软件,设计了可同时接收细胞前向和后向散射光谱的仿真实验光路,获得了这两种细胞模型下的散射分布图谱,由此建立了不同核质相对折射率下的前、后向散射光光强与442、532、633 nm入射波长关系。通过前、后向散射光谱特征分析,发现在以后向散射光信号为纵轴,前向散射光信号为横轴表征下,淋巴细胞和嗜酸性粒细胞具有明显的分类分区散点特征,从而提出了一种淋巴细胞以及嗜酸性粒细胞的分类识别方法。该散射分类识别计数方法对于设计全光学、非入侵、免标记的血细胞分析仪有一定的潜在应用价值。     

单细胞水平的光纤共焦后向散射显微光谱

为了在实验上分析人正常胃上皮细胞与癌变细胞的显微后向散射光谱的区别,为临床医学检测提供实验依据,在光纤共聚焦显微成像技术基础上,结合细胞散射理论,建立了一套基于光纤共聚焦的细胞检测显微光谱分析装置,能够同时获取细胞显微图像和显微光谱医学信息.利用本装置测量了贴壁人正常和癌变胃上皮细胞,得到细胞水平的显微光谱特性.波长在500～800 nm,癌变细胞的散射光强明显高于正常细胞所对应的散射光强;正常细胞所对应的光谱曲线中,800～1000 nm范围内有规则的强度变化,癌细胞没有出现这种干涉;说明本装置适用于细胞的癌变检测,而且实验结果与现有理论预测结果一致.理解不同病理阶段的细胞光散射特性有助于为在体实时检测早期癌变组织提供有利的光学手段.     

距离选通水下成像中基于等水体后向散射光能量的目标搜索方法

研究了距离选通水下成像系统中基于等水体后向散射光能量的目标搜索方法,建立了ICCD接收水体后向散射光能量计算模型,给出了单次成像时ICCD 接收水体后向散射光能量的计算公式。通过控制系统成像时的开门时刻和选通门宽,使得系统每次成像时接收到的水体后向散射光能量相等,确定了基于等水体后向散射光目标搜索方法的搜索策略,并给出了搜索策略的仿真计算结果。利用在某次成像中,目标存在会导致系统接收信号光能量增大的特点,给出了目标存在的判别准则,仿真计算结果验证了所提出的判别准则的正确性。     

距离选通水下激光成像系统信噪比分析与计算

距离选通水下激光成像系统是一种基于时间标记原理的水下光电成像系统,它能够有效抑制水体后向散射光的干扰,提高目标探测距离,具有较高的军事和民用价值。在距离选通水下激光成像系统中,ICCD可能接收到的光信号包括水体后向散射光、目标反射直射光、以及目标反射光的前向散射光。建立了ICCD接收信号光能量的几何模型,在给定开门时刻和选通门宽参数条件下,给出了通过点扩散函数计算ICCD像元上所能接收到的目标反射光的直射光及其所引起的水体前向散射光能量的方法,以及通过水体分层计算水体后向散射光的方法,定义了距离选通水下激光成像系统信噪比,分析了目标距离对信噪比的影响并给出了仿真结果。     

激光散射流式细胞仪前向光探测方法研究

流式细胞仪利用微球光散射特性对测试细胞进行分析,细胞病变将改变细胞的光学特性,而粒径和折射率是改变细胞散射光光强分布的两大因素,针对激光散射流式细胞仪前向散射光采用单个光敏元件进行一维探测,只针对细胞粒径进行分析的缺点,提出一种前向散射光线阵式探测的方法。首先,根据微粒的Mie氏散射特性建立了模型。然后根据散射模型仿真结果,对不同散射光曲线的特征权值进行了分析。最后基于K-modes聚类算法,对试验数据进行聚类分析。实验结果证明,该方法不仅能替代传统方法对不同粒径大小的颗粒进行分群,同时可以对相同粒径,不同折射率的微球进行分群,误差小于4.51%。     

雾的前向散射对距离选通成像系统的影响

根据辐射传输和Mie散射理论,给出了分析雾的前向散射对距离选通成像系统影响的计算方法。首先,采用雾的含水量和能见度的经验公式估计雾滴谱。其次,已知雾滴谱计算Mie散射相函数;进而获得视消光系数。最后,给出了考虑前向散射光的影响时,前向散射光、后向散射光和信号光在距离选通成像系统光电阴极面上的照度随时间的变化规律,以及光电阴极面上目标与背景图像的对比度。结果是目标上的照度、后向散射光和信号光在光电阴极面上的照度增加,目标与背景图像的对比度降低;前向散射光在光电阴极面上的照度远小于后向散射光。     

主动成像系统中大气后向散射的分析和处理

利用大气后向散射几何模型,推导出后向散射的累积效应的近似表达式.计算结果表明,50 m范围内的后向散射光占光学系统可接收到后向散射光通量的80%.针对近距离后向散射光的上述特点,提出了采用双通道光学接收系统处理后向散射光的方法.软件模拟结果证明,该方法具有较好的后向散射光抑制效果,系统结构设计简单、容易实现.     

激光近前向散射粒子图像测速技术(PIV)及其在射流研究中的应用

提出了一种利用粒子近前向散射光的PIV技术,可对两维流场的瞬态流速分布进行测量,且散射光强可大为提高和测量结果不受成像系统景深的限制。对两种PIV技术进行了实验比较。     

海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究

尾流光的背向散射特性是水下航行体跟踪、识别和定位目标的重要参数。开展海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究，对确定感知舰船尾流的光学参量，从散射信息中分离出光尾流特征信息，验证尾流光散射特性模型有重要意义。讨论了海水及气泡群的激光背向散射特性实验研究，给出了实验结论。     

海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究

尾流光的背向散射特性是水下航行体跟踪、识别和定位目标的重要参数。开展海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究,对确定感知舰船尾流的光学参量,从散射信息中分离出光尾流特征信息,验证尾流光散射特性模型有重要意义。讨论了海水及气泡群的激光背向散射特性实验研究,给出了实验结论。     

Theoretical investigations of scattering from plastic foams

The use of cellular or foamed plastics in various microwave applications, such as supports at radar ranges, makes it desirable to know the back scattering properties of such materials. Since the cell structure is of a random nature with some predictable average properties such as cell size and density, it is modeled by an aggregate of randomly distributed spherical shells. Assemblies of scatterers will in general have a coherent and an incoherent scatter. Coherent scattering comes primarily from sudden particle density changes such as that at the boundaries of a particle system. Since coherent scattering comes only from the boundaries of a constant density material, it can sometimes be reduced by appropriate shaping. Incoherent scattering is the result of the contribution of all the particles in the system, i.e, a volume or an interior effect. It represents the irreducible scattering contribution to the total back scatter. As such it can be looked upon as the minimum cross section that can be obtained from a foam structure provided all coherent scatter has been removed. The magnitude of the incoherent scattering is illustrated by calculating radar cross sections for a cylinder made of styrofoam. Since the compressive strength of styrofoam is known, the maximum load that a styrofoam structure can support and the minimum achievable cross section from it can be easily calculated.     

基于高频微波技术的分布式光纤传感器布里渊散射信号检测

分析了布里渊分布式光纤传感技术原理,采用自行研制的光纤单纵模分布反馈(DFB)激光器结合电光调制技术,利用相干检测技术,对布里渊微弱后向散射信号进行检测。通过改进滤波放大技术,对微弱后向散射光信号进行有效放大,再用扰偏技术及信号采样平均处理,实现对光纤传感器后向布里渊散射信号在11 GHz高频段直接采集显示。结果表明,探测所得布里渊散射信号峰值功率可达50 mV,能有效降低解调系统信号检测难度,改善了系统信噪比(SNR)。初步实验结果证明了该方案的可行性。     

In situ observation of surface morphology of InP grown on singular and vicinal (001) substrates

Surface morphology of InP layers is monitored during organometallic vapor phase epitaxy using an in situ diffuse laser light scattering technique. Changes in the diffuse scatter signal are noted for several substrate orientations near the (001) plane and at various growth temperatures. The diffuse scatter signal is shown to be a semi-quantitative indicator of surface roughness through post-growth examination of the samples with phase contrast optical microscopy and atomic force microscopy. Singular substrates consistently have almost featureless surfaces and very little diffuse scattering during growth. Vicinal substrates display a more complicated morphological evolution which cannot be deduced from the diffuse scattering alone but which does produce characteristic changes in diffuse scattering.     

激光照明的大气后向散射理论模拟和试验研究

分析了瑞利与米氏散射模型的后向散射对 激光照明的影响,讨论并计算了不同气溶胶模型的散射相函数。建立了激光照明后向散射的物理模型,提出了具有实际应用价值 的后散射影响函数及其解析表达进行了理论分析。利用面阵CCD 探测器对实际大气条件下后向散射对照明的背景干扰进行了测量,对模型理论进行验证。     

海天背景红外成像仿真系统

设计了海天背景红外成像仿真系统:利用大气传输软件Modtran计算天空背景和太阳的红外辐射;基于JONSWAP海谱模型构建二维海面;基于热辐射理论和粗糙面散射理论分别计算海面和目标的红外辐射及对背景辐射的散射;最终可获得海天背景红外仿真图像.对于海天背景辐射特性和目标识别算法研究具有重要实际意义.     

基于水体退化函数补偿方法的水下傅里叶单像素成像

水下光学成像的探测环境相对复杂。前向散射、后向散射和吸收极大地降低了水下光学成像的成像质量。单像素成像因其较高的抗噪声性而被认为是一种适合于水下光学成像的技术。对于水下单像素成像系统,目前存在的问题是需要采用结构光进行照明,当散斑在水下传播时,前向散射会使预先生成的散斑发生畸变。因此,重建结果的分辨率降低,重建结果模糊不清。为了减小前向散射对单像素成像系统的影响,对傅里叶单像素成像的重建过程进行改进。在空间谱域傅里叶单像素成像系统的水下退化函数进行估计,然后根据估计的退化函数实现目标空间谱反演。最后利用傅里叶变换对反演后的目标空间谱进行变换,最终获得目标的强度图像。理论分析和实验结果证明了该方法的有效性。利用该方法,能够有效地减小前向散射对成像质量的影响,提高了水下傅里叶单像元成像的重建结果质量。     

基于相位共轭实现散射成像及光学幻像的双功能散射光调控方法（特邀）

近年来，人们对散射光调控的研究取得了极大的进展，产生了许多有趣的应用。其中透过散射介质的成像和光学幻像是两个极为引人注目的方向，但它们不经常同时被研究。文中将深入探索散射光成像和光学幻像的内在联系，在此基础上提出一种新颖的双功能散射光调控方法以在同一实验装置中根据需求实现散射成像和光学幻像。通过优化光路，结合相位恢复技术检测散射波前，利用相位共轭技术和高分辨率的纯相位液晶空间光调制器可以实现补偿散射的影响或实现特定衍射波前的产生。该系统只需要数秒即可完成散射光调控，因此可以对变化缓慢的散射环境实现动态散射成像或对缓慢变化的物体实现稳定的动态光学幻像。理论分析和实验演示证实了该调控方法的可行性。这一散射光调控方法有望在浑浊介质中的光学成像、光学伪装、反侦察、复杂光场调控等领域找到潜在的应用。     

光子对撞机研究进展

简略评述以TESLA为基础的光子对撞机研究现状与进展。给出了光子对撞机基本方案,光子（γγ）对撞和光子-电子(γe)对撞所需的高能光子,可以用激光在高能电子束上的康普顿后向散射得到。当前,光子对撞机的关键问题是高能激光系统。以二极管抽运的高平均功率的同体激光系统,通过六次循环的光学储存环,可以提供波长1．06μm,脉冲能量5J,重复率-14kHz,脉冲间隔与电子束脉冲结构匹配的高功率激光,满足光子对撞机的要求。