光子学报
2022, 51(12): 1223001
1 安徽大学 物质科学与信息技术研究院 安徽省信息材料与智能感知实验室, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 合肥学院, 安徽 合肥 230601
4 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
基于CMOS探测器的静态光散射法能够实现水体悬浮颗粒物粒度分布的快速检测, 受探测器工作特性和面幅大小的限制, 前向光散射的CMOS粒度测量范围和精度难以提高。提出了颗粒前向光散射的双CMOS测量技术, 重点研究双CMOS散射信号拼接测量方法, 设计消除背景干扰的CMOS探测器分环方式, 实现宽粒径范围颗粒粒度的准确测量。实验结果表明: 基于CMOS探测器的颗粒粒度测量上限提高到了1000μm, 1000μm、500μm标样的D50测量相对误差分别为0.7%、0.1%, 大粒径颗粒粒度测量准确度高; 同时双CMOS探测的方式将单CMOS的粒度测量下限由5μm提高到了2μm, 5μm、2μm标样D50相对误差分别由单CMOS的15.0%、51.1%下降至双CMOS的1.4%、2.6%。
粒度测量 Mie散射理论 CMOS图像传感器 图像处理 particle size measurement Mie scattering theory CMOS image sensor image processing
太赫兹（0.1~10 THz）通信技术以其超大带宽资源和超高通信速率等特点成为未来无线通信的关键技术。基于Beckman-Kirchhoff散射理论和射线追踪技术，在太赫兹波段对统一的多射线信道模型进行了修正，该模型结合了直射、反射和散射，并用已有的文献数据对模型进行了验证。此外，使用等功率分配和注水功率分配策略对太赫兹宽带信道容量进行表征。结果表明由于较高的频率选择性，资源分配在开发太赫兹频谱方面极为重要。该研究为太赫兹通信系统的研究与设计提供了参考依据。
大气光学与海洋光学 太赫兹 Beckman-Kirchhoff散射理论 射线追踪 多射线信道 信道容量 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2301001
安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
水雾环境对红外辐射有着较强的衰减作用。在工业生产中水雾环境十分常见, 连铸二冷区铸坯的冷却装置采用的就是人工水雾系统, 而准确掌握连铸二冷区铸坯表面温度对提高产品质量的稳定性具有重要意义。针对二冷区大量水雾对连铸坯表面非接触式测温存在干扰的问题, 提出了一种基于 Mie 散射理论的校正方法。首先根据现场使用的气水喷嘴进行模拟实验, 分析现场水雾的水流分布, 建立水雾状态模型; 然后分析水雾状态模型下红外辐射的衰减特性, 通过模拟试验计算得到相应的消光系数, 并利用朗伯比尔定律得到红外辐射衰减的校正因子, 将校正因子添加至非接触式红外测温系统中进行实时温度值的校正。研究表明, 通过校正因子的导入能够有效地提高非接触式红外测温系统的精度。
Mie 散射理论 水雾 辐射衰减 校正因子 红外测温 Mie scattering theory water mist radiation attenuation correction factor infrared temperature measurement 大气与环境光学学报
2022, 17(4): 476
1 新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
2 新疆师范大学新型光源与微纳光学重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830054
为了找到光吸收和后向散射特性更好的纳米球壳,利用双层同心球的Mie散射理论和介电函数的尺寸修正模型定量分析了Au-Ag合金纳米球壳的内核半径、外壳厚度、合金成分和周围介质对光吸收和后向散射特性的影响。结果表明,当Au的摩尔分数为50%,步距为0.01 nm,内核分别为SiO2和真空情况时,Au-Ag合金纳米球壳的体积吸收系数最大值分别为93.660 μm -1和99.316 μm -1时,内核半径分别为27.89 nm和28.02 nm,外壳厚度分别为3.95 nm和3.35 nm;后向散射系数的最大值分别为5.280 μm -1和5.550 μm -1时,内核半径分别为56.08 nm和56.37 nm,外壳厚度分别为10.47 nm和8.89 nm。此外,当Au的摩尔分数小于9%时,Au-Ag合金纳米球壳的光吸收特性优于Au纳米球壳;当Au的摩尔分数小于11%时,Au-Ag合金纳米球壳的后向散射特性优于Au纳米球壳。
光谱学 光吸收与后向散射 Au-Ag合金纳米球壳 Mie散射理论 局域表面等离激元共振 光学学报
2021, 41(11): 1129001
1 北京航空航天大学青岛研究院, 山东 青岛 266100
2 歌尔股份有限公司, 山东 青岛 266100
3 北京航空航天大学, 北京 100191
本文对玻璃晶圆加工过程中常见的三种缺陷类型——颗粒缺陷、气泡缺陷、三角形划痕的散射光强进行分析, 发现不同缺陷结构在空间中有不同的散射光强分布特点, 可以建立缺陷结构与散射光强空间分布的对应关系; 同时针对产线中晶圆表面微米量级缺陷, 进行了不同尺寸颗粒缺陷的散射光强度计算, 得出了微米级别缺陷尺寸与散射光强度之间的关系曲线。从而提出一种非成像缺陷检测方法: 检测获取缺陷散射光强值与空间分布, 利用散射光空间分布结构确定缺陷结构以及利用散射光强计算缺陷尺寸, 从而间接确定缺陷信息, 达到缺陷检测的目的。为晶圆产业应用过程中的缺陷快速检测提供方法参考。
光散射理论 非成像缺陷检测 散射光空间分布 散射光强值 缺陷结构 缺陷尺寸 light scattering theory non-imaging defect detection scattered light spatial distribution scattered light intensity value defect structure defect size
1 上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093
2 上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093；上海理工大学 动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093
针对低浓度液体介质中颗粒物的数目和粒径检测问题，基于几何光学原理和Mie光散射理论分析，研究光阻法对球形颗粒的检测，采用角散射并结合图像法验证信号测量的一致性。搭建了一套能采用3种方法同步测试的实验系统，通过对实验测得的6种标准颗粒的光阻信号进行标定，对不同标准颗粒脉冲幅值进行统计平均后拟合和优化，通过拟合公式进一步测定了其他颗粒的粒径。结果表明，对于标称为15.0 μm和63.6 μm标准颗粒的数目中位径与标称值偏差均小于2%，同时对于混合颗粒也具有较好的区分能力。
Mie光散射理论 光阻法 角散射法 信号标定 Mie scattering theory light-blockage angle scattering signal calibration
Author Affiliations
Abstract
1 Institute for Electric Light Sources, School of Information Science and Technology, Engineering Research Center of Advanced Lighting Technology, and Academy of Engineering and Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Department of Chemistry, University of Toronto, Toronto, Ontario M5S 3H6, Canada
In this work, a blue gallium nitride (GaN) micro-light-emitting-diode (micro-LED)-based underwater wireless optical communication (UWOC) system was built, and UWOCs with varied Maalox, chlorophyll, and sea salt concentrations were studied. Data transmission performance of the UWOC and the influence of light attenuation were investigated systematically. Maximum data transmission rates at the distance of 2.3 m were 933, 800, 910, and 790 Mbps for experimental conditions with no impurity, 200.48 mg/m3 Maalox, 12.07 mg/m3 chlorophyll, and 5 kg/m3 sea salt, respectively, much higher than previously reported systems with commercial LEDs. It was found that increasing chlorophyll, Maalox, and sea salt concentrations in water resulted in an increase of light attenuation, which led to the performance degradation of the UWOC. Further analysis suggests two light attenuation mechanisms, e.g., absorption by chlorophyll and scattering by Maalox, are responsible for the decrease of maximum data rates and the increase of bit error rates. Based on the absorption and scattering models, excellent fitting to the experimental attenuation coefficient can be achieved, and light attenuation by absorption and scattering at different wavelengths was also investigated. We believe this work is instructive apply UWOC for practical applications.
220.4830 Systems design 290.5850 Scattering, particles 290.5825 Scattering theory 230.6080 Sources Chinese Optics Letters
2019, 17(10): 100010
