北京师范大学核科学与技术学院, 射线束教育部重点实验室, 北京 100875
离子激发发光(IBIL)分析作为一种实时原位的光谱分析技术, 由于其对样品内部结构的敏感性, 给我们分析样品光谱谱峰信息带来了一定的困难。 为了准确地对离子激发发光能谱进行分峰以便更加清晰地判断材料内部不同缺陷的发光中心, 提出了一种利用Voigt函数, 通过L-M(levenberg-marquardt)非线性最小二乘算法对100和200 K温度时ZnO的IBIL能谱中深能级发射(DBE)峰进行分峰的方法。 通过对比Gauss函数和Voigt函数对能谱拟合后峰位随注量的波动情况, 发现使用Voigt函数拟合得到的峰位更加稳定, 并且收敛速度更快。 同时通过对使用Voigt函数拟合后得到的峰中心位于1.75, 1.95和2.10 eV三个子峰的高斯函数半高宽与洛伦兹函数半高宽比较, 发现洛伦兹函数半高宽约为高斯函数半高宽的1/10, 而且100 K时的1.95 eV峰, 200 K时1.75和1.95 eV峰, 其洛伦兹峰半高宽数值为10-10量级以下, 说明其中非均匀展宽(高斯展宽)仍然是谱峰展宽的主要机制; 而电子与声子散射作用是洛伦兹展宽的主要机制。 对于涉及导带中大量电子的2.10 eV子峰, 其在200 K时洛伦兹函数半高宽明显大于100 K时, 由于在温度较高时, 由于晶格热振动加剧, 且电子热运动加强, 增大了散射概率, 导致电子与声子的散射作用加强, 从而对洛伦兹谱线进一步展宽。 而峰中心位于1.75 eV的红光, 其主要与VZn相关, 在100 K时其子峰的洛伦兹半高宽为0.02 eV, 但在200 K时变得极小, 这可能是由于100 K时VZn束缚的电子或激子在200 K获得足够的热动能摆脱了VZn束缚, 减弱了与周围的晶格的散射作用, 从而使得洛伦兹展宽变得极弱。 实验结果表明Voigt函数更加适用于IBIL能谱拟合分峰, 这也为以后IBIL技术应用于其他材料内部结构能谱分析提供了可借鉴的依据。
离子激发发光 Voigt函数拟合 谱线展宽 光谱学 Ion-beam-induced luminescence Voigt function fitting Spectrum widening Spectroscopy 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3512
乳腺组织自体荧光光谱法通常采用420~512 nm波段的光源,本次实验采用波长为405 nm的激光源获取乳腺组织切片的自体荧光光谱,避免了活体检测时脂肪和血液对光谱的干扰。荧光光谱是多种发光基团的叠加光谱,基于荧光光谱对乳腺癌细胞的生化信息进行定性和定量分析时,光谱特征峰不易分辨。本文提出了高斯函数拟合乳腺组织切片荧光光谱的方法,该方法可有效分离重叠峰。与正常组织相比,癌变组织的荧光特征峰出现了明显的红移现象。通过面积比值法分析了正常与癌变乳腺组织中荧光物质的差异,癌变组织在517 nm和635 nm处的峰面积与492 nm处的峰面积之比(A517/A492和A635/A492)分别是正常组织的2.4~5.5倍和5.4~8.5倍,可作为诊断乳腺癌的标准。最后,本文分析了支持向量机(SVM)算法对乳腺组织荧光光谱进行分类的可行性,分类准确率为87.50%,为乳腺癌的快速诊断提供了新方向。
医用光学 高斯函数拟合 乳腺癌 荧光光谱 支持向量机 中国激光
2022, 49(20): 2007106
为实现光具座上各种光学测量的自动化和数字化, 将硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon, LCOS)微显示器作为目标发生器, 加入到光具座测量系统, 取代传统的分划板, 并以CMOS相机作为图像接收器, 构建了数字光具座光学测量系统, 提高了系统的灵活性和适应性。针对数字光具座系统的特点, 研究了数字图像目标的自动生成方法; 基于数字相关原理, 运用正弦分布的周期目标, 研究了数字图像目标的高精度自动提取算法, 实验数据表明该方法的重复性误差为8×10-5。采用数字拟合求周期的方式, 研究小视场光学系统的焦距测量, 实验结果表明, 该方法相对误差为0.24%, 可用于小视场光学系统焦距测量。
硅基液晶 焦距测量 数字图像 互相关计算 函数拟合 LCOS focus measuring digital image cross-correlation calculation function fitting
1 广东海洋大学 电子与信息工程学院, 湛江 524088
2 佛山科学技术学院 机电工程与自动化学院, 佛山 528225
为了研究单道激光熔覆薄板的温度场分布, 采用仿真与实验对照的方法, 利用ANSYS软件, 通过高斯热源模型模拟激光光束能量, 再采用非线性边界设定, 对单道激光熔覆及冷却过程的温度场进行仿真; 使用2kW光纤激光器将铁基(Fe60)粉末熔覆在2mm厚T9A钢板上, 并用热成像仪测量多样点温度。结果表明,激光熔覆薄板温度场的仿真符合实验验证结果, 其最高温度的最大误差为8.31%。此研究结果对激光加工参量优化有一定指导作用。
激光技术 温度场 ANSYS软件 MATLAB软件 数值模拟 函数拟合 laser technique temperature field ANSYS software MATLAB software numerical simulation function fitting
1 上海理工大学上海市介入医疗器械工程研究中心,上海 200093
2 上海电缆研究所,上海 200093
模场直径作为单模光纤的一个重要参数,远场可变孔径法是GB.15972.45-2008中推荐的测量方法。本文分析了单模光纤中传播光场的分布,其中光场的模式行为是亥姆霍兹方程的解,理论上应满足贝塞尔函数。对此,本文基于远场可变孔径法提出一种利用贝塞尔函数拟合光纤出射光场分布,进而由拟合得到的模场分布曲线计算模场直径。与目前常用的远场可变孔径法相比,在测量数据正常时,本方法与常用方法测量精度相当。当测量数据存在误差时,本方法仍能保证测量结果的稳定性与准确性。
光纤 模场直径 远场可变孔径法 贝塞尔函数拟合 模场分布 optical fiber mode field diameter far field variable aperture method Bessel function fitting mode field distribution
1 广西大学电气工程学院, 广西 南宁 530004
2 广西大学物理科学与工程技术学院, 广西 南宁 530004
为了提高平面光栅成像系统的点扩展函数(PSF)提取准确度,构建PSF模型,提出一种基于Boltzmann函数的刃边函数拟合方法。构建以入射角为自变量的双曲线型变化PSF模型,揭示了光栅成像系统PSF的分布规律。最后,采用Lucy-Richardson算法对不同模糊程度的图像进行复原,并对复原后的图像进行质量评价,其中灰度平均梯度(GMG)提升均在60.2%以上,结构相似度(SSIM)提升均在66.5%以上。对比不同拟合方法的复原效果,结果表明,所提方法在对像差较大的图像进行复原时,效果明显优于其他同类方法,建立的PSF模型也可以准确地表现光栅成像系统的特性。
光栅 光栅成像 刃边函数拟合 Boltzmann函数 点扩展函数模型 图像复原 光学学报
2020, 40(14): 1405003
1 山东科技大学 测绘科学与工程学院, 山东 青岛 266590
2 海岛(礁)测绘技术国家测绘地理信息局重点实验室, 山东 青岛 266590
波形拟合是机载激光测深数据处理的关键环节, 能够为水下地形测量、海底底质分类和水体浑浊度分析等应用领域提供数据基础。针对传统机载激光测深波形拟合算法受噪声干扰严重、对复杂波形形状拟合不准确的问题, 提出一种基于分层异构模型的机载激光测深波形拟合算法。针对波形不同组成部分的相应特性, 采用异构函数(水面-高斯函数、水体-双指数函数及水底-B样条函数)构建分层异构模型, 分别进行拟合, 从而实现对各部分波形信号的拟合。采用南海实测数据对所提算法进行了验证, 结果表明: 该算法拟合波形的平均运行时间T为0.019 4 s, 相比于RL(Richardson-Lucy)去卷积算法提高0.328 6 s; 平均均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为6.222 4, 相比于双高斯函数拟合算法平均均方根误差RMSE、平均决定系数(Coefficient of determination, R2)、平均相关系数(Correlation Coefficient, CORR)和相关系数标准差(Standard Deviation, STD)分别提高65.11%、2.83%、1.01%和86.61%, 保证了拟合效率和拟合精度。算法具有良好的鲁棒性, 能够有效满足机载激光测深科学研究和工程应用的技术需求。
机载激光测深 波形拟合 分层异构模型 双指数函数拟合 B样条函数拟合 airborne laser bathymetry (ALB) waveform fitting layered heterogeneous model double-exponential function fitting B-spline function fitting 红外与激光工程
2019, 48(2): 0206004