红外与激光工程
2024, 53(1): 20230444
光子学报
2022, 51(10): 1006005
光学 精密工程
2022, 30(17): 2067
提出一种基于广义回归神经网络(GRNN)拟合光谱共焦系统的光谱响应以准确定位峰值波长。利用采集到的光谱信号作为样本数据,将光谱数据中的信号波长λ作为GRNN模型的输入变量,光谱波长的归一化强度作为输出变量,基于样本的输入变量和输出变量的联合概率密度函数作为验证条件,对光谱信号的预测输出进行Parzen非参数核回归,得到波长对应的归一化强度的最大概率输出值,实现光谱的重新表征。由于GRNN网络将输出变量附近样本点的权重考虑在内,因此一定程度上能够消除光谱信号随机噪声的影响,提高光谱信噪比,减小光谱信号的表征误差,提高峰值波长提取的准确性。实验表明GRNN模型对色散焦移的拟合系数为0.999 9,系统分辨率约为2 μm,测量误差的均方根误差约为0.01 μm,优于传统的最值法、质心法、高斯拟合等算法,能够有效地抑制色散模型波长提取引起的模型波动,提高系统测量的分辨率与稳定性。
广义回归神经网络 光谱共焦 光谱分析 峰值提取 精密测量 General regression neural network Spectral confocal Spectral analysis Peak extraction Precise measurement
西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
太赫兹波由于其特有的透视性、 安全性及光谱分辨本领高等特点, 为太赫兹时域光谱技术(Terahertz time-domain spectroscopy, THz-TDS)在物质检测、 物质结构辨别、 物质定性及定量分析等方面的应用奠定了基础。 药品, 作为预防和治疗疾病并规定有适应症或者主治功能的物质, 一直跟人们的生活息息相关。 但是, 近年来药品由于质量问题从而危害人们身体健康的新闻屡见不鲜, 迫切需要行之有效的药品检测方法的呼声越来越多。 而太赫兹时域光谱技术作为一种新型的无损检测的光谱技术, 逐步开始被应用到药品检测中。 基于此, 采用太赫兹时域光谱技术研究了对乙酰氨基酚的太赫兹特征谱。 首先, 采用太赫兹时域光谱技术测试了对乙酰氨基酚在0.3~4.5 THz范围的太赫兹光谱, 实验获取了六个特征吸收主峰和一个肩峰, 分别位于1.46, 1.88, 2.11, 2.52, 2.95, 3.48和4.27 THz; 接着, 采用密度泛函理论对光谱进行解析, 基于气态理论的计算结果, 发现实验吸收峰有分子内作用力的贡献, 但由于其未能考虑分子间作用力, 无法全面对实验吸收峰进行解析; 进一步, 采用固态密度泛函理论模拟, 经过实验和理论结果对比, 发现1.46和2.11 THz的吸收峰既有分子间作用力也有分子内作用力, 1.88, 2.52和2.95 THz处的吸收峰主要来源于分子间作用力, 3.48和4.27 THz处的吸收峰主要来源于分子内作用力; 最后, 对商用品牌中美史克牌的对乙酰氨基酚片做了变质处理, 测试其在变质前后0.3~2.75 THz范围内的太赫兹特征峰, 通过比较发现, 商用药片与对乙酰氨基酚样品的吸收峰完全匹配, 说明可以借助THz特征峰对药品进行标定; 通过对比对乙酰氨基酚片变质前后的THz吸收谱, 发现变质后的药片原有的THz特征峰基本消失, 这一方面说明位于0.3~2.75 TH范围内的THz特征峰1.46和1.88 THz虽有分子内作用的贡献, 但是主要源于分子间作用力, 另一方面也说明随着药品化学特性变化, 其对应的THz指纹吸收峰也会发生改变; 变质后的药片产生了位于0.69 THz的新特征吸收峰, 说明药片在变质后已经形成新的分子间作用力, 药品的化学性质已经发生了变化, 产生了新的物化功能。
太赫兹时域光谱 密度泛函 对乙酰氨基酚 药品检测 Terahertz time-domain spectroscopy Density functional theory Paracetamol Drug detection 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3660
红外与激光工程
2020, 49(5): 20201008
西安邮电大学 电子工程学院 光电子技术系, 陕西 西安 710121
为了在一定平移范围内实现快速空间测角系统的测量功能, 对一定入射及方位角的光束经过Wollaston棱镜后引起的两出射光束的偏振非正交及进而引起的系统测角误差进行了研究。首先, 建立系统坐标系模型, 采用光线追迹法, 并利用坐标变化的方式, 对任意入射角和方位角下Wollaston棱镜的偏振非正交进行了理论推导。接着, 对偏振非正交与入射角的关系及它对系统测角精度的影响进行了Matlab仿真。仿真结果表明, 随着偏振非正交及空间方位角的变大, 系统测量误差变大, 且Wollaston棱镜偏振非正交对系统测角精度的影响较大; 当方位角为3°, 偏振非正交为10′时, 测角误差为30″。最后, 通过分析偏振非正交的产生原因, 改进了原有光源扩束系统, 改善了偏振非正交对系统测角精度的影响, 减小了测角误差。本文的研究成果对优化系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义。
偏振测量 方位角测量 偏振非正交 Wollaston棱镜 polarization measurement azimuth measurement polarization non-orthogonality Wollaston prism
1 西安邮电大学 电子工程学院 光电子技术系, 陕西 西安 710121
2 中国科学院 西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
为了在一定平移范围内实现快速空间测角系统的测量功能, 对一定入射及方位角的光束经过Glan-Taylor棱镜后导致的非均匀分布的消光比参数引起的系统测角误差进行了研究。首先, 建立系统坐标系模型, 采用光线追迹法及偏振光的琼斯矩阵描述方式, 对格兰-泰勒棱镜消光比参数引起的测角误差进行了理论推导; 接着, 结合一定入射及方位角下非均匀分布的消光比参数, 运用Matlab软件进行了仿真分析。最后, 通过搭建实验平台, 利用平移接收单元来模拟不同的入射方位及角度变化; 根据实验值与仿真结果的对比分析, 得出非均匀分布的消光比对测角精度的影响。结果表明, 在一定的出射光范围内, 入射角是影响消光比非均匀分布进而影响系统测角精度的主要因素, 当方位角为90°时, 系统测角误差较小; 全方位角范围内系统测角误差随入射角的增大而显著增大, 由此验证了理论分析的正确性。该研究成果对优化测角系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义。
偏振测量 偏振光 方位角测量 消光比 Glan-Taylor棱镜 polarization measurement polarized light azimuth measurement extinction rate Glan-Taylor prism
西安邮电大学 电子工程学院, 陕西 西安 710121
为了研究霾环境下应用紫外光通信的系统特性, 研究了霾粒子的物理特性及谱分布特性, 利用散射理论分析了霾粒子在日盲紫外光波段的散射特性; 并利用经典Luettgen单散射信道模型, 研究了霾环境下非视距日盲紫外光传输的路径损耗特性。通过分析路径损耗与通信距离、能见度以及系统角度之间的关系仿真结果, 得到了非视距紫外光传输系统中霾衰减的理论特性: 在较短通信距离时, 系统的路径损耗受天气状况(能见度)影响较大; 能见度较好时, 通信距离对路径损耗的影响将会突出, 实际中应尽量选取能见度大于2 km的天气条件。文中的工作对设计霾天环境下紫外光通信系统及优化系统性能提供了一定的理论参考, 同时对系统工程化实现也具有一定的指导意义。
紫外光通信 非视距 霾粒子 能见度 Luettgen单次散射 ultraviolet communication non-line-of-sight(NLOS) haze particles visibility Luettgen single scattering 红外与激光工程
2017, 46(12): 1222006
1 清华大学 工程物理系, 北京 100084
2 清华大学 粒子技术与辐射成像教育部重点实验室, 北京 100084
3 同方威视技术股份有限公司, 北京 100084
纳米金粒子(GNP)应用为放疗辐射增敏剂是目前国际上的一个研究热点。使用自主研发的纳剂量生物物理蒙特卡罗程序(NASIC), 模拟研究了光子照射下细胞环境中GNP的物理增敏效应和生物增敏效应。通过建立单个GNP位于细胞核中心以及多个GNP在细胞内四种理想分布的GNP-细胞模型, 分析光子能量、GNP粒子尺寸和分布对能量沉积、DNA辐射损伤和细胞存活的影响。结果表明, GNP附近约2 μm的范围内具有能量沉积的增强效应, 这主要是因为GNP内光电效应作用数目的显著增加。不同条件下细胞核内能量沉积、DSB数目和细胞存活分数增强效应的变化规律基本一致, 但增强因子呈递减趋势, 三种评价指标增强因子的最大值分别为1.55,1.32 和1.14。光子能量为40 keV、GNP直径为100 nm并分布在细胞核表面时, 相比其他参数组合具有较高的物理和生物辐射增敏效应。
纳米金粒子 蒙特卡罗 物理增敏效应 生物增敏效应 gold nanoparticle (GNP) Monte Carlo NASIC NASIC physical radiosensitization effect biological radiosensitization effect 强激光与粒子束
2017, 29(12): 126017