1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
在各向同性激光冷却原子实验中，光场分布是影响冷原子分布的重要因素，可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构，并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的光场分布进行了仿真。仿真结果表明，与自由空间光入射相比，激光由光纤入射能够获得更均匀的准二维分布的光场，因此可以通过调节光纤的入射角度及光纤参数，实现对光场均匀度的优化。此外，随着腔体边长的等比放大，腔内光功率密度呈负指数幂衰减。扁平形漫反射腔形状接近二维，在准二维分布的光场和特殊的扁平形腔体结构的作用下，能够获得呈准二维分布的冷原子，在量子传感及量子精密测量领域具有重要的应用前景。
光场仿真 漫反射 准二维光场 各向同性激光冷却
1 上海大学机电工程与自动化学院，上海 200444
2 故宫博物院，北京 100009
3 中国-希腊文物保护技术“一带一路”联合实验室，北京 100009
利用漫反射表面全息图记录原理，结合声波扫频激励方式，针对壁画文物表面及亚表面存在的裂纹、空鼓等缺陷检测需求，本团队研制了便携式数字全息形变检测系统；采用基于高斯1σ准则和直方图分割消除声波振动引入的背景相位，实现缺陷与背景信息的剥离，并将研制的系统应用于北京故宫博物院内壁画文物的原位检测与分析。结果表明：声波激励可以有效激励表面或亚表面微观缺陷形成异常干涉条纹；基于所提出的背景相位消除算法能有效提取缺陷的位置和轮廓特征，实现被测壁画表面微观裂纹或亚表面空鼓、异常结构的检测与分析，为壁画健康诊断、修复和保护提供可量化的参考依据。
全息 壁画 漫反射表面 缺陷检测 声波激励 中国激光
2023, 50(19): 1909001
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
为了表征伪装涂层表面的辐射偏振特性，以Priest Germer（P‐G）模型为基础，针对镜面反射和漫反射，建立一种基于几何衰减效应的二分量偏振双向反射分布函数（pBRDF）模型，引入镜面反射系数和漫反射系数，推导出红外辐射线偏振度模型，并对此模型进行校验，结果与实验数据吻合较好。数值分析涂层表面粗糙度、几何衰减效应及漫反射效应对红外线偏振度的影响，结果表明，涂层表面粗糙度越大，由粗糙度引起的遮蔽阴影效应越明显，对应涂层的红外线偏振度越小，且目标涂层的环境辐射与其红外线偏振度呈负相关。上述结果为实现**伪装和反伪装、目标识别等提供了理论支撑和技术支持。
激光光学 红外偏振 几何衰减效应 漫反射效应 偏振双向反射分布函数 伪装涂层 中国激光
2023, 50(13): 1304007
红外与激光工程
2023, 52(1): 20220339
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
精确地测量激光在大气传输后的光斑参数，是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法，目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布，将造成采样光斑的失真，难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题，利用相机分辨率高的特点，设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm，质心位置平均偏差为0.05 mm，测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率，为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。
漫反射成像 光斑参数 激光大气传输 跟瞄精度 diffuse reflection imaging spot parameters laser atmospheric transmission tracking accuracy 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210921
1 福建师范大学湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室, 福建 福州 350007
2 福建师范大学地理科学学院, 福建 福州 350007
赤铁矿(α-Fe2O3)和针铁矿(α-FeOOH)是风成沉积物和土壤中常见的两种致色矿物, 具有重要的环境指示意义。 赤铁矿指示干热环境条件, 针铁矿指示湿冷环境条件。 两者同存于沉积物或土壤中, 相互竞争。 在实际研究中, 通过应用两者的比例来指示环境条件的变化。 由于天然样品中赤铁矿和针铁矿含量低、 磁性弱, 传统的X射线衍射方法、 化学分析法以及岩石磁学方法都难以准确、 便捷地检测出二者的含量。 基于两者光学特征, 近年来越来越多的研究者使用漫反射光谱和色度方法尝试进行天然样品中赤铁矿和针铁矿的定量研究。 然而, 这两种方法也存在着一些问题。 漫反射光谱中赤铁矿和针铁矿特征峰强度受基底效应、 晶格离子替代等因素影响; 色度参数的红度同样受晶格离子替代影响, 黄度影响因素更为复杂。 因此, 两种方法的相关参数不能简单地等同于赤铁矿或针铁矿含量。 两种方法的对比研究显得尤为重要。 采用漫反射光谱和色度两种方法分别对干旱区的新疆博乐、 半湿润区的四川金川和湿润区的广东徐闻三个风成沉积剖面进行实验, 分析不同参数对于赤铁矿和针铁矿的指示意义及其适用范围。 在此基础上, 探讨针铁矿与赤铁矿比值的环境指示意义。 研究结果表明: (1)漫反射方法与色度方法是识别风成沉积物中针铁矿和赤铁矿信号的有效方法, 但由于影响因素复杂, 在大范围空间内仅能作为半定量指标; (2)a*能够较好地指示赤铁矿含量, Gt/Hm与b*/a*能够较好地反映针铁矿与赤铁矿之间的比值, 但Gt与b*不能很好地指示针铁矿的含量; (3)大气水热条件不能完全等同于土体水热条件。 大气降水并非完全进入土体, 温度通过蒸发作用影响土壤中水分含量, 土体水热状况受多因素影响。 大范围地理空间尺度上, 温度决定化学反应速率, 对于赤铁矿和针铁矿的生成与保存作用大于降水量。
风成沉积 针铁矿 赤铁矿 漫反射光谱 色度 气候带 Aeolian deposit Goethite Hematite Diffuse reflection spectrum Chroma Climate zone 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1684
黑龙江大学 物理科学与技术学院, 哈尔滨 150080
针对室内白光可见光通信系统基本集中在直射链路的研究时忽视了漫射链路实际应用价值的问题, 通过建立一个封闭的实验空间环境, 设计可见光通信实验系统, 测量漫反射信号的空间分布规律, 探索漫反射信号在实际环境中应用的可行性,并进行了基于漫反射的白光可见光通信实验。实验结果表明: 漫反射为可见光通信直射链路中阻塞、阴影所导致的信号中断以及室内角落通信质量差等问题提供了解决途径。
可见光通信 漫反射 通信链路 直射链路 漫射链路 非定向视距链路 visible light communication, diffuse reflection, c
1 河南科技大学农业装备工程学院, 河南 洛阳 471003
4 河南科技大学动物科技学院, 河南 洛阳 471023
5 江苏省农业科学院畜牧研究所, 江苏 南京 210014
由于猪瘟影响, 鸡蛋作为动物性蛋白的需求大幅增加, 蛋鸡养殖行业也在逐步发展与壮大以满足人们的需求。 如何在幼雏阶段甚至胚胎发育阶段能够简单、 准确与方便地判断出雌雄, 对蛋鸡养殖行业的发展具有重要意义。 对此, 选用96个壳色相近、 表面无裂纹的新鲜种鸡蛋, 以其可见/近红外漫反射光谱为研究对象, 探讨数据采集位置、 光谱预处理方法对种蛋胚胎性别鉴定定性模型的影响。 在样本表面钝端、 锐端和赤道共三个不同位置分别采集漫反射光谱强度, 经校正后选择(440.27~874.6) nm作为有效光谱波段进行分析, 并按照2∶1的比例划分训练集和测试集, 分析了采用归一化(Normalize), 二阶导数(2nd Derivative), 标准正态变量变换(SNV), 多元散射校正(MSC), 去趋势法(Detrend), 光谱转换法(Spectroscopic)共六种方法预处理后的偏最小二乘法判别模型和线性判别分析模型的预测集准确率, 与原始数据(Raw)的预测集准确率进行对比, 得出准确率差异。 通过对入孵后216, 240, 264, 288和312 h不同位置所采光谱数据, 与种蛋性别信息综合分析, 发现胚胎发育288 h时的预处理效果最好, 有效提高了35个模型的准确率; 264 h时的预处理效果在分析时间内最差, 其处理降低了19个模型的判别准确率; 312 h的预处理降低了12个模型的判别准确率; Detrend和Spectroscopic两种预处理方法可显著提高判别效果, 其中经Spectroscopic处理后的模型可能无法进行预测; SNV和MSC对模型具有相同作用效果, Normalize对模型的作用效果不能确定, 经2nd Derivative处理后准确率不确定, 有时与原始数据建模效果一致。 综合实验结果发现, 对种鸡蛋胚胎发育288 h的数据进行预处理可有效提高模型的判别准确率, 其中对种蛋钝端处数据进行Detrend去趋势预处理并利用LDA模型分析较好。 研究结果为建立种鸡蛋基于可见/近红外的性别信息早期、 快速检测模型提供了参考。
可见/近红外光谱 漫反射 种鸡蛋 预处理方法 判别位置 性别鉴定 Visible/near infrared spectroscopy Diffuse reflection Hatching egg Pretreatment method Judgement position Gender Determination
从能量层面对激光角度欺骗干扰过程进行了分析:首先推导了不同形状目标的功率密度传输公式，通过仿真分析得出它们的能量传输性能; 然后对激光角度欺骗干扰过程的能量传输进行分析研究，并基于能量压制系数推导了防护空域的表达式;最后对防护空域的影响因素进行了仿真研究。研究结果表明: 防护角受指示激光和干扰激光入射距离以及真目标曲率特性的影响。
激光 角度欺骗干扰 漫反射板 能量传输 防护空域 假目标 laser angle deception jamming diffuse reflection board energy transmission protected airspace false target
黑龙江大学 物理科学与技术学院, 哈尔滨 150080
为了进一步研究非视线链路情况下的可见光通信系统, 建立了非视线链路通信空间模型, 在此基础上设计基于非视线链路的可见光通信系统收发端并完成通信。实验结果表明: 在保证可见光通信过程中接收端只接收到非视线链路传输的信号时, 通信系统仍然能正常完成通信, 采用非视线通信可以解决因视线链路被遮挡而无法进行通信的问题。
白光发光二极管 可见光通信 非视线链路 漫反射 通信信道 white light light-emitting diode visible light communication non-line-of-sight link diffuse reflection communication
