"海洋光学技术与应用"专辑简介

由于探测技术的缺乏,人类对海洋的了解还非常有限。海洋光学是研究海洋的光学性质、光在海洋中的传播规律 和运用光学技术探测海洋的科学。海洋光学相关技术以光电子学测量方法为基础,借助激光技术、近代光学信息 处理、卫星遥感等高技术手段,是深入认识与了解海洋光学性质的重要工具,也是促进海洋科学发展的重要推动 力之一,现已成为各国关注和研究的热点。     

生物组织光学及其进展

生物组织光学是关于光辐射与生物组织相互作用学问,是生物医学光子学技术的理论基础。本文从生物组织的光传输模型、特性参数测量方法,成像技术和光谱研究四个方面阐述了生物组织光学的状况及未来发展方向。     

激光诱导荧光装置用于海水可溶性有机物测量

水体可溶性有机物（也叫黄色物质,CDOM）,直接影响水体光学特性和遥感光谱特征,在水体生态系统、光学遥感、海洋碳循环中都发挥重要的作用。针对现有水体黄色物质（CDOM）常规测量需要对水样进行过滤等耗时耗力预处理过程,研制了一种水体黄色物质快速测量的可用于实验室及野外分析的激光诱导荧光仪,该仪器集成了405 nm激光激发、高光谱接收和特征荧光光谱解析技术,使得激光雷达能够从各种成分的叠加信号中分离和确认出特定组分。此外,在实验室测量和分析了温度对于CDOM荧光光谱的影响,并提出了一种荧光数据的温度校正算法。该仪器在中国东海2013年4月的测量结果与常规仪器测量结果具有显著的相关性（R2=0.83）,揭示了激光诱导荧光技术在CDOM实时监测上的应用潜力。     

海洋激光遥感技术研究进展(特邀)

国内正处于实施21世纪海洋丝绸之路战略部署的关键时期,发展海洋光学技术是支撑国家中长期发展战略的重要方向。海洋激光遥感技术是海洋光学的重要研究领域之一。激光雷达作为近年来快速发展的新型主动遥感技术,由于其具有高精度及高时空分辨率的优点,已在海洋激光遥感领域得到广泛的应用。文中基于布里渊散射激光雷达和海洋成像激光雷达介绍了海洋激光遥感技术的研究进展,以及我国在水体参数测量、水下目标探测和海洋地形地貌的激光遥感中的应用。     

基于光谱光学相干层析技术的膜系反射光谱测量

根据光谱光学相干层析(OCT)技术的原理,建立了光谱光学相干层析系统,并利用该系统测量了膜系的反射光谱。该方法通过傅里叶变换实现了光学相干层析信号光谱信息的提取,克服了传统反射测量方法测量结果不直观、受非测量面干扰等问题。测量所得的光谱反射率,与商业仪器的测量值吻合较好,均方差仅为0.0488。     

光谱共焦测量技术综述

测量技术正不断向着精密化、智能化、集成化的方向发展,具有代表性的光谱共焦测量技术是在激光共焦显微技术的基础上发展而来,利用色散原理和光谱仪解码分析实现高精度测量。光谱共焦测量技术可进行位移测量、三维重建、表面粗糙度检测和厚度检测,具有无接触、高效率、在线测量等优点,在精密测量中发挥着重要作用,被广泛应用于微电子、工程材料、生物医学和航空航天等领域。近年来,光谱共焦系统在光学系统结构、光学镜头设计、光源优化和数据处理算法等各个方面取得了重大进展。文章对光谱共焦测量技术进行综述,论述了光谱共焦测量技术相较于其他测量方法的优势,综述了光谱共焦技术的测量原理、发展历程与应用进展,并对光谱共焦测量技术的发展趋势进行了展望。     

ZnSe材料光学非线性测量

一、前言近年来,随着光计算的发展,半导体光学非线性和光学双稳受到很大的重视。有关GaAs材料光学非线性的报道已有很多,国内未见ZnSe材料在本征光谱区光学非线性吸收的报道。本文主要叙述了利用我们实验室中现有设备,建立了ZnSe材料光学非线性测量方法。并列举了ZnSe材料光学非线性的测量结果。二、测量装置为了测量ZnSe材料的激子吸收和发射,选择香豆素440是比较理想的染料之一。我们利用现有设备,建立了测量Ⅱ一Ⅵ族半导体材料的光学非线性吸收实验系统。装置原理如图1所示:     

微结构残余应力喇曼测量理论与应用北大核心

近些年微喇曼光谱技术在微结构残余应力测量领域受到了广泛关注。简要介绍喇曼光谱应力测量方法的基本原理,重点介绍微喇曼光谱技术力学测量理论及其在微结构残余应力测量应用方面的研究进展。微喇曼光谱技术目前主要应用于立方晶系和六方晶系材料的残余应力测量;已建立的单轴应力、静水应力和双轴应力状态下的喇曼频移-应力定量关系式,是使用该技术进行残余应力测量的理论基础。在今后一段时间内,喇曼残余应力测量技术的发展将集中在复杂应力状态的张量分辨残余应力测量理论、其他类型晶体材料的喇曼应力测量理论以及深度分辨的三维喇曼残余应力测量技术三个方面。     

农产品生物组织的光学参数测量方法研究

为解决当前近红外光谱分析技术应用于农产品品质分析时所出现的预测模型不稳定、适应性不好、预测精度难于进一步提高等问题,我们认为,研究组织内部的光学性质及其光传输规律是其关键。为此,我们首先要对农产品生物组织的光学参数进行检测研究。本文通过对生物组织光学参数目前常用的一些测量方法进行了分析研究,其中着重介绍了基于空间分辨技术、时间分辨技术和积分球技术的光学参数测量方法,并对这些方法的优缺点做了比较,为选择一种适用于农产品生物组织光学参数的测量方法提供了依据。     

2010年国家自然科学基金委员会信息科学部四处光学领域资助项目简介

信息科学四处光学与光电子学领域的主要资助范围是:光学信息获取与处理、光子与光电子器件、传输与交换光子学、红外物理与技术(包括太赫兹)、非线性光学与量子光学、激光、光谱技术、应用光学、光学和光电子材料、空间光学、大气与海洋光学、生物医学光子学以及交叉学科中的光学问题.     

可见和红外偏振遥感技术研究进展及相关应用综述

由于大气及地物光谱辐射的偏振敏感性,使得可见和红外偏振遥感逐步发展成为地基、航空和卫星观测的新技术手段,在全球气候变迁研究、对地遥感和天文研究等领域得到应用。根据不同探测目标,从偏振分析机制和偏振信息获取模式等方面介绍了光学偏振遥感系统研究进展,并结合光与物质相互作用的偏振机理,以及国内外相关领域可见和红外波段偏振探测实验研究结果,讨论了光谱偏振遥感信息在反演大气、自然地物、人工目标以及天体等性质中的应用基础研究情况。最后,充分关注偏振光学、光电子技术和计算机技术发展状况,并考虑先进偏振检测、定标等技术在光学偏振遥感系统中的应用进程,展望了光学偏振遥感技术的发展趋势。     

光谱响应函数和带宽对光学复杂二类水体离水辐射反射率的影响

在海洋水色遥感研究中,Ⅱ类水体由于具有复杂的光学属性并受多种物质的共同影响,会使水色遥感数据的应用水平和反演精度降低。从中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS）和主题绘图仪（ThematicMapper,TM）光谱通道的光谱响应函数和带宽的角度出发,分析了其对光学复杂Ⅱ类水体离水辐射反射率的影响。结果表明,MODIS的光谱响应函数和带宽对离水辐射反射率的影响远小于TM相应通道对离水辐射反射率的影响。通过进一步定量分析发现,光谱响应函数和带宽在不同通道和水体下对离水辐射反射率的影响程度不同。针对长江河口三种不同的典型水体类型,利用TM通道的离水辐射反射率模拟了整个通道上的反射率。这样可以更明显地表征出通道内的水体光谱特性,消除光谱响应函数和带宽的影响。     

蓝绿光星载海洋激光雷达全球探测深度估算

为了评估和分析激光雷达探测全球海洋光学参数的性能,根据激光雷达方程和给定的激光雷达参数,使用MODIS Level 3全球年平均的海水吸收系数a（）和后向散射系数bb（）数据作为海水光学参数的参考值,对蓝绿光星载海洋激光雷达在全球海洋的探测深度进行了估算和分析。研究结果表明:星载海洋激光雷达探测深度的分布主要依赖于探测波长和水体光学性质,清洁大洋水的最优探测波长在460 nm左右,白天和夜间的最大探测深度分别为~110 m和~120 m;沿岸浑浊水的最优探测波长多在500 nm以上,最大探测深度只能达到20 m或更浅。探测波长为470~480 nm时,星载海洋激光雷达在全球范围内的平均探测能力最佳。     

新型光谱测量技术发展综述

光谱测量技术在无损检测、地质勘探、农业普查等诸多方面均有广泛应用,且随着技术的发展,相关工艺器件近几年得到了长足的进步。在结合实际应用需求的前提下,比较全面地介绍了光谱测量技术的发展历史,以及近年来相关技术的研究现状和发展动态。并且从传统型、计算型、多路复用型三个角度较详细地总结了目前光谱测量的主要形式。着重介绍了包括计算层析、压缩感知、傅里叶变换、哈达码变换等多种光谱测量技术的原理及实现方法,并分别总结了优缺点。对目前光谱测量技术中亟待解决的问题进行了分析总结,对未来光谱测量手段的发展进行了展望。     

短脉冲在色散平坦光纤中传输前后波形、相位和啁啾测量的实验研究

二次谐波频率分辨光学门(SHG-FROG)是能够准确测量短脉冲多项特性参量的新技术。利用二次谐波频率分辨光学门脉冲分析仪对在色散平坦光纤中传输前后的短脉冲进行了测量,得到了待测光脉冲的频率分辨光学门(FROG)图、自相关曲线、自相关频谱曲线、波形和相位曲线以及脉宽、谱宽、啁啾等反映短脉冲特性的信息,对实验结果进行了分析,并与高斯脉冲在单模光纤中的线性传输理论进行了比较。结果表明,激光器输出的短脉冲是具有负线性啁啾的近变换极限高斯脉冲,经过12.7 km色散平坦光纤传输后仍然为具有负线性啁啾的高斯脉冲,其谱宽在传输过程中基本保持不变,脉宽展宽了3.1倍,啁啾增大了4倍。实验测量结果和理论预期一致。     

Performance Evaluation of Short Range Underwater Optical Wireless Communications for Different Ocean Water Types

This paper has presented our interesting in wireless underwater communications for different ocean water types. Recent interest in ocean exploration has brought about a desire for developing wireless communication techniques in this challenging environment. Due to its high attenuation in water, a radio frequency (RF) carrier is not the optimum choice. Acoustic techniques have made tremendous progress in establishing wireless underwater links, but they are ultimately limited in bandwidth. In traditional communication systems, constructing a link budget is often relatively straight forward. In the case of underwater optical systems the variations in the optical properties of ocean water lead to interesting problems when considering the feasibility and reliability of underwater optical links. The main focus of this paper is to construct an underwater link budget which includes the effects of scattering and absorption of realistic ocean water. As well as we have developed the underwater optical wireless communication systems to have shorter ranges, that can provide higher bandwidth (up to several hundred Mbit/s) communications by the assistant of exciting high brightness blue LED sources, and laser diodes suggest that high speed optical links can be viable for short range application. The received signal power, signal to noise ratio, bit error rate, transmitted signal bandwidth, and transmission bit rates are the major interesting parameters for different ocean water mediums as a criteria of the best signal transmission characteristics of short wireless optical communications over wide range of the affecting parameters.     

激光在水下传输过程中退偏的蒙特卡罗模拟

通过对光子水下传输过程的MonteCarlo模拟,研究了海水对偏振激光的退偏振作用,得到了不同海水深度的退偏振度,同时研究了不同海水表观光学性质对海水退偏振的影响.结果表明,含有大量粒子的海水对偏振激光有明显的退偏振作用,当达到某一特定深度时,偏振激光将变成完全非偏振光.海水中分布的大小不一的微粒是海水退偏振作用的主要原因,同时海水的表观光学性质对海水的退偏振作用有着很显著的影响,随着海水总体衰减系数的增大,偏振激光完全退偏的传输距离变短.     

光学多普勒无创血流测量技术的发展与现状

基于光学多普勒效应的无创血流测量技术具有实时性、无需介质、非侵入式等性质,在临床医疗等领域存在着极大价值与应用前景。目前光学无创血流测量技术主要有激光多普勒血流测量技术、光学相干层析多普勒成像技术和光声多普勒血流测量技术。对这3种技术进行了原理分析,简述了其研究现状,并对这些新型技术的未来和发展进行了展望。     

全偏振高光谱干涉成像技术的研究

针对现有全偏振测量与高光谱成像技术难以同步的核心问题,提出了一种新型双光路全偏振高光谱测量结构,利用基于电光效应的偏振调制技术与干涉成像技术,将目标光波的偏振信息、光谱信息和空间图像信息进行有效结合,实现了高光谱与全偏振成像的同步测量,极大丰富了目标探测能力和探测信息量。同时,利用计算机软件得到仿真结果验证了方法的正确性,并对可能产生的误差进行了分析。最后给出了部分实验结果和数据分析进一步验证其可行性。该研究对许多光学技术遥感领域,比如资源普查、环境检测、军事侦察等,具有重要意义。