1 湖南文理学院 国际学院，湖南 常德 415000
2 湖南省洞庭湖生态经济区协同创新中心，湖南 常德 415000
3 湖南文理学院 数理学院，湖南 常德 415000
4 成都信息工程大学 光电工程学院，四川 成都 610225
5 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川 成都 6100054
在测量系统中，CCD的非线性效应会影响复杂光学三维面形的测量精度，针对这一问题，提出采用双频光栅投影消除CCD的非线性效应以提高测量精度。首先，分析了CCD非线性效应对三维面形测量的影响，给出了该情况下出现频谱混叠的解析推导和物理解释。然后，讨论了CCD非线性效应下的双频光栅测量原理，分析了此时变形条纹的光强分布及其经傅立叶变换后得到混叠频谱的原理。最后，给出了由等效波长来衡量测量精度的方法，推出了使用双频光栅投影测量三维面形高度信息的基本公式，并进行了理论分析。对最大绝对值与平均绝对值分别为24.3181 mm和1.0839 mm的物体进行仿真分析，测量值与实际值之间的最大绝对高度误差与平均绝对高度误差分别为0.8950 mm和0.0622 mm，提高双频光栅基频后，其对应值分别减小为0.3710 mm和0.0232 mm；在实验结果显示，当双频光栅的基频都增加2.5倍后，频谱中的基频与高级频谱间分离较好，测量精度提高。因此，采用双频光栅投影消除CCD非线性效应具有较强的实用性和很好的发展前景。
三维面形测量 双频光栅 CCD非线性效应 频谱混叠 测量精度 three-dimensional shape measurement dual frequency grating CCD nonlinearity effect spectrum aliasing measurement accuracy
1 北京市应用光学重点实验室，北京 100875
2 北京师范大学物理系，北京 100875
利用太赫兹光谱技术计算物质的光学参数已成为各领域的研究重点。由于太赫兹系统以及算法提取过程依然存在缺陷，无法实现对物质光学参数的精确测量。为提高光学参数的测量准确度，对反射式太赫兹时域光谱系统进行全面的不确定度分析。首先分析了基于太赫兹反射时域光谱提取光学参数、折射率和消光系数的 7种误差来源，并分别建立了折射率和消光系数的不确定度模型；然后，以葡萄糖多晶薄片样品为例，计算其在 0.2~2.0 THz频段的折射率和消光系数的各种误差因素占综合不确定度的比例，总结误差因素对不确定度的贡献。其中，样品厚度测量的随机误差对折射率的影响最大，占总误差的 80%；传递函数误差对消光系数的影响最大，占总误差的 99%。最后，对减小折射率和消光系数的不确定度提出了建议，如采用自参考方法提取光学参数，采用智能优化算法对样品厚度和光学参数进行优化，修正 Fabry-Perot效应等。
太赫兹时域反射光谱 折射率 消光系数 测量不确定度 自参考算法 Terahertz Time-Domain Reflection Spectroscopy refractive index extinction coefficient measurement uncertainty self -referenced method 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(1): 43
1 北京市应用光学重点实验室, 北京师范大学物理系, 北京 100875
2 太赫兹光电子教育部重点实验室, 首都师范大学物理系, 北京 100048
测量了高纯拉西地平(98%)和拉西地平口服药片(2%)0.5~1.8 THz的太赫兹反射时域信号, 并分别提取出二者的吸收谱和折射率谱。 通过将纯样品的吸收峰位与CASTEP晶体软件计算得到的吸收线位置进行比较, 并用Lorentz线型函数对其中位置相近的吸收峰进行拟合, 得到了拉西地平的指纹谱, 并从实验上确定了拉西地平的六个特征频率, 这些频率分别为0.62, 0.78, 1.07, 1.28, 1.63和1.76 THz； 由于口服药片中添加了其他大分子物质作为辅料, 这些物质带来的吸收本底会对拉西地平的特征峰的识别造成干扰, 因此, 特征吸收峰数量减少至四个, 它们分别是0.62, 0.78, 1.28和1.63 THz； 另外, 纯样品和口服药片的折射率谱存在较大差异, 这也与口服药中添加的辅料有关。 尽管实际的拉西地平口服药片中含有的拉西地平的成分很低, 但是, 太赫兹指纹谱依然可以将拉西地平的特征频率识别出来。 因此, 太赫兹时域光谱技术对拉西地平药品的成分检测是十分有效的。
太赫兹光谱 拉西地平 吸收谱 折射率谱 特征频率 Terahertz spectroscopy Lacidipine Absorption spectrum Refractive index spectrum Characteristic frequency 光谱学与光谱分析
2017, 37(8): 2356
1 北京市应用光学重点实验室, 北京师范大学物理系, 北京 100875
2 太赫兹光电子教育部重点实验室, 首都师范大学物理系, 北京 100048
基于太赫兹反射时域光谱技术, 分别利用迭代算法和遗传算法提取葡萄糖多晶太赫兹频段的两个光学参数, 即折射率和吸收系数, 并将遗传算法与迭代算法进行对比分析。 研究结果表明: 当将利用弱吸收近似条件所获得的光学参数作为迭代算法的初始值时, 采用迭代算法可以提高计算效率。 然而, 迭代算法对初始值敏感, 当初始值偏离实际值较大时, 迭代算法不能保证获得较高精度的光学参数； 遗传算法通过参数编码、 初始种群、 遗传操纵、 参数控制和条件约束等设计, 保证了算法的收敛性和种群多样性。 而且, 遗传算法的最优解并不依赖于初始种群。 与迭代算法相比, 采用遗传算法所获得的物质的光学参数拥有更高的精度。 因此, 在基于THz光谱技术提取物质的光学参数时, 本文建议采用智能优化的算法, 这样可以获得高精确度的光学参数。
太赫兹光谱 折射率 吸收系数 遗传算法 迭代算法 无水葡萄糖 Terahertz spectroscopy Refractive index Absorption coefficient Genetic algorithm Iterative algorithm Anhydrous D-glucose 光谱学与光谱分析
2016, 36(12): 3875
1 首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100037
2 北京师范大学物理系北京市应用光学重点实验室, 北京 100875
太赫兹(THz)波检测是一种新型有效的相干检测方法,它可以同时获得被检测物质的振幅和相位信息.利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对几种常见水进行了测谱分析;采取迭代的方法,消除了吸收近似带来的误差,完善了透射式太赫兹时域光谱技术中传统的数据处理方法;通过比较不同的滤波器,确定了Symlets9 小波滤波为最优的滤波方式;拟合得到了折射率和吸收系数随频率指数变化的规律,其相关系数的平方达到0.9 以上.结果表明,不同水的折射率和吸收系数变化曲线的参数值的差异和拟合相关性的不同,可以作为区分水质好坏的依据.
光谱学 太赫兹波检测 时域光谱技术 迭代 小波滤波 水质 激光与光电子学进展
2015, 52(4): 043004
1 湖南文理学院 物理与电子科学学院，湖南 常德 415000
2 四川农业大学 生命科学与理学院，四川 雅安 625014
为了更好地进行印制电路板线路检测，提出了一种有效的检测方法.首先分析了基于直方图势函数模型的图像预处理基本原理，运用该原理对印制电路板光电图像进行预处理，得到初步去模糊去噪音后边缘图像.然后提出了一种改进Hough变换直线检测方法，由该方法可确定图像中存在直线的大致位置，从而初步提取候选区域内的特征点集.接着讨论了最小二乘法直线检测基本原理，应用最小二乘法对经过改进Hough变换初步检测出来的直线进行拟合，得到精确的直线参量，加上模式聚类方法得到最后的直线.最后对实际获取的模糊且含噪音印制电路板光电图像应用所提方法进行检测实验.结果表明，本文的方法能够更好地体现出印制电路板线路的检测.
印制电路板线路检测 直线检测 印制电路板光电图像 改进Hough变换 最小二乘法 势函数模型 PCB circuitry detection Line detection PCB photoelectric image Improved Hough transform Least square method Potential function model
北京师范大学物理系, 应用光学北京市重点实验室, 北京 100875
依据Mie单次散射理论, 并考虑到皮肤组织复折射率实部的色散, 分析了在可见与近红外波段皮肤组织对光的吸收、散射及散射的方向特性。研究表明, 散射系数和吸收系数均随皮肤组织中散射粒子半径的增加而增加, 而且, 对于大粒子, 在某一波长处表现出强烈的散射和吸收特性。当粒子半径大于临界半径时, 散射系数呈现振荡特性, 随着折射率虚部的增加, 振幅减小。皮肤组织呈现前向散射特性, 且散射粒子的半径越大, 前向散射特性越明显。
光学特征参数 Mie散射 复折射率 皮肤组织 optical characteristics Mie scattering complex refractive index skin tissue
1 北京师范大学 物理系
2 北京市应用光学重点实验室，北京 100875
基于Stockes矢量，通过测量以线偏振光和圆偏振光入射时脂肪乳剂后向散射光的偏振度，研究了532 nm、650 nm和780 nm三个波长的光与散射粒子粒径为325 nm的脂肪乳剂溶液作用后，其后向散射光的偏振度特性.研究结果表明，对于入射线偏振光，780 nm波长后向散射光中的线偏振光成分多于圆偏振光成分，而532 nm波长则相反；对于入射圆偏振光，三个波长后向散射光中的圆偏振光成分均多于线偏振光成分；532 nm波长的总偏振度高于650 nm和780 nm两个波长各自的总偏振度；线偏振光的保偏性优于圆偏振光的保偏性，但偏振光在散射介质中的穿透深度较小.因此，后向散射成像技术适用于物体表层成像，而且选择波长略大于粒径的线偏振光可以提高成像质量.
后向散射 Stockes矢量 偏振度 线偏振光 圆偏振光 散射介质 Backscattering Stokes vector Degree of polarization Linearly polarized light Circularly polarized light Scattering medium
1 北京师范大学 物理系 应用光学北京市重点实验室,北京 100875
2 北京理工大学 信息科学技术学院,北京 100081
利用全反射原理测量了新鲜离体动物组织在650 nm处的折射率.选择了鸡胸肉、猪肌肉、牛肌肉、羊肉、猪肝脏和猪肾脏六种类型的组织作为研究对象,将其制成2 mm厚的切片进行测量,折射率的测量结果范围在1.384 52~1.418 26.特别是对其中肌肉纤维取向明显的鸡胸肉、猪肌肉、牛肌肉,分别测量了肌肉纤维在平行和垂直棱镜与生物组织界面两种情况下的折射率.结果表明,测量的肌肉纤维垂直界面时的折射率要大于平行时的结果.
折射率 全反射 组织光学 纤维取向 Tissue optics Total internal reflection Refractive index Fiber orientation
1 北京师范大学 应用光学北京市重点实验室,北京100875
2 北京理工大学 信息科学技术学院,北京 100081
为了提高扫描全息成像系统的分力,理论分析和实验研究了对系统起重要作用的编码孔径—菲涅耳波带板的衍射问题。对波带板的菲涅耳衍射积分方程进行了数值求解,计算时考虑了透镜的位相调制作用。为了使分析问题简化,通过对比有透镜时波带板的衍射强度分布,求解出无透镜时具有相同分布的等效距离,同时引入了菲涅耳虚衍射面的概念。为了定量描述波带板的衍射效应,定义了临界衍射距离。实验结果表明:当波带板环数为10环、半径为0.75 cm,透镜焦距为7 cm时,临界衍射距离约为16 cm。若其它条件不变,增大透镜焦距或增加波带板环数,临界衍射距离均增大。等效距离的引入简化了复杂的含透镜系统的分析,临界衍射距离的提出量化了系统参数对衍射效应的影响。研究结果对扫描全息成像系统的结构设计具有指导意义。
菲涅耳衍射 菲涅耳波带板 扫描全息术 临界衍射距离 等效距离 Fresnel diffraction Fresnel-zone-plate scanning holography critical diffraction distance equivalent distance
