光子学报
2023, 52(10): 1052412
赵景怡 1,2,3,4赵茂雄 1,2,3,4,*石磊 1,2,3,4,**资剑 1,2
1 复旦大学应用表面物理国家重点实验室，上海 200433
2 复旦大学微纳光子结构教育部重点实验室，上海 200433
3 上海微纳制程智能检测工程技术研究中心，上海 200433
4 复旦大学-光检测与光集成校企联合研究中心，上海 200433
光谱是物质的光学指纹信息，是研究光与物质相互作用的重要手段。角度分辨光谱技术是对光谱在角度维度的进一步解析，能够分辨光的强度、偏振态和相位等信息，从而在生物医学、材料科学和微纳光子学等研究领域得到广泛应用。为了实现角度分辨光谱，目前已经开发了多种实验系统，并涌现出了大量数据处理算法。本文将介绍角度分辨光谱的生成方法、数据处理技术及其在不同研究领域中的应用。
角度分辨光谱 光学逆散射问题 光学散射成像 光学特征尺寸 缺陷检测 光学学报
2023, 43(16): 1623016
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049
3 西安交通大学第一附属医院检验科，陕西 西安 710061
折射率是生物样本最重要的光学属性，经常作为内源性“标记物”进行无标记定量成像。虽然通过测量光程差获取相位信息的传统定量相位成像方法已被广泛研究，然而其获取的相位结果是样本折射率与厚度的耦合产物，无法重建三维形态学信息。近年来，以光学投影层析方法为开端，研究人员率先开启了以三维折射率定量成像为目标的形态学特征重建方法研究。然而光学投影层析方法未考虑衍射效应，导致其精度不足。为解决该问题，基于散射反演求解的光学衍射层析技术应运而生，并在无标记生物三维成像方面展现出巨大的潜力。本文锁定生物折射率三维无标记定量成像研究，聚焦光学投影层析和光学衍射层析两种方法的发展历程，从正向测量模型、反演算法以及实现方法三方面进行综述，并对该研究未来的工作进行展望。
医用光学 三维显微成像 无标记成像 折射率定量成像 光学投影层析 光学衍射层析 散射反演
1 中国工程物理研究院 电子工程研究所, 四川 绵阳 621999
2 中国工程物理研究院 微系统与太赫兹研究中心, 四川 绵阳 621999
3 国防科技大学 电子科学与工程学院ATR实验室, 湖南 长沙 410073
从方程描述、方程求解和方程解析解三个层面, 对雷达成像和衍射层析的内在联系进行了系统性梳理.首先, 介绍了描述成像问题的电磁散射方程, 发现描述雷达的方程是二维的面积分方程, 而描述衍射层析的方程是三维的体积分方程.指出成像对象不同是导致方程不同的根源, 并利用等效原理建立了两种成像间的联系.其次, 指出两种成像的相同点是, 对非线性的电磁散射方程的线性化近似求解.最后, 指出两种成像的回波信号(在空间谱域)和成像目标(在空间域)均构成一组傅里叶变换对.给出了两种成像的解析解的统一数学模型, 即成像结果可表示为观测点(散射系数或散射势)卷积点扩展函数(PSF)的形式.通过PSF对两者的成像性能进行了比较.
雷达成像 衍射层析成像 电磁逆散射 等效原理 线性化近似 傅里叶成像 点扩展函数 radar imaging diffraction tomography inverse scattering equivalence principle linear approximation Fourier imaging point spread function
1 华中科技大学光学与电子信息学院,武汉 430074
2 武汉软件工程职业学院,武汉 430205
衍射层析理论揭示了物体的散射场分布与物体的散射势之间存在傅里叶变换关系。基于衍射层析理论,提出一种反演未知折射率的浮游植物及其它弱散射颗粒粒径的方法。利用单波长、大角度范围内的散射光分布信息,通过傅里叶变换得到颗粒散射势的二次投影函数,进而获得颗粒粒径。进行数值仿真实验,并针对不同的测量角度范围、测量角度分辨率进行比较分析,结果表明:本文所开发的粒径反演算法可以通过测量大角度散射光分布,在适度噪声存在的情况下,准确反演与入射光波长相比拟的单个弱散射球形颗粒粒径。这一方法可用于测量未知折射率的浮游植物及其它微小颗粒粒径。
散射 逆散射 层析 微粒尺寸 scattering inverse scattering tomography particle size
Author Affiliations
Abstract
A novel method to measure droplet size and complex refractive index simultaneously by rainbow detecting is presented. A new mathematic model for rainbow pattern of absorbing droplet is built. Based on this model, a series of new formulas to measure droplet imaginary part of refractive index is derived. Then a new inverse algorithm for simultaneously measure droplet size and the complex refractive index is presented, which is verified by simulation experiments under different conditions.
290.3200 Inverse scattering 290.5820 Scattering measurements 290.5850 Scattering, particles Chinese Optics Letters
2012, 10(s2): s22901
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Computer Engineering, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004
2 Department of Electrical Engineering, McMaster University, Hamilton, ON L8S 4K1, Canada
An improved algorithm based on the layer peeling (LP) method is proposed and demonstrated. The new method is shown to be effective for mitigating the impact of numerical errors on reconstruction of coupling function for strongly reflecting Bragg gratings. As examples, a flat-top dispersion-free fiber grating and a fiber-grating dispersion compensator are designed by the improved LP method. For a chirp grating, more accurate results are demonstrated in comparison with those obtained by the integral layer peeling (ILP) method.
230.1480 Bragg reflectors 050.2770 Gratings 290.3200 Inverse scattering 060.2340 Fiber optics components 060.4510 Optical communications Chinese Optics Letters
2006, 4(9): 505
华南师范大学量子电子学研究所, 广州 510631
理论上证明了一种新的孤子可以在单模光纤中稳定传输，其波形为sech(1/2)(ｘ)。对于普通光纤，在工作波长为1.3 μm处，当输入峰值功率为1 W时，这种孤子脉冲的脉宽大约为1 ns。
光孤子 修正的非线性薛定谔方程 反散射法
