1 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁 大连 6024
2 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，天津 300409
石英玻璃等光学硬脆材料在加工过程中不可避免地产生亚表面微裂纹，从而对光学元件的使役性能具有显著影响。因此，石英玻璃亚表面微裂纹的无损检测对于优化石英玻璃加工工艺进而提高加工质量具有十分重要的意义。提出了基于偏振激光散射（Polarized Laser Scattering， PLS）的石英玻璃亚表面微裂纹检测方法，搭建了PLS无损检测系统。通过压痕实验以20 mN，50 mN，100 mN压力制备亚表面微裂纹深度为5.27 μm，9.7 μm，15.42 μm的压痕试样，使用PLS检测系统对压痕试样进行无损检测，探究PLS信号与亚表面微裂纹深度的对应关系。通过不同粒径磨粒（1~20 μm）研磨制备亚表面微裂纹深度为1~10 μm的研磨试样，发现研磨PLS检测信号与亚表面裂纹深度之间呈幂函数关系。搭建的PLS检测系统可以对深度小于10 μm的石英玻璃亚表面微裂纹进行有效检测与量化。PLS检测系统检测结果可实现研磨石英玻璃微裂纹检测，进而为亚表面微裂纹控制及加工工艺优化提供指导。
偏振激光散射 亚表面微裂纹 压痕 研磨 石英玻璃 polarized laser scattering subsurface microcrack indentation grinding quartz glass 光学 精密工程
2023, 31(14): 2031
西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710021
设计了一种基于虚拟仪器技术的角分辨空间激光散射测量系统。以双向反射分布函数( BRDF )作为理论基础,采用虚拟仪器技术对空间激光散射测量系统进行编程,实现了对测量系统的运动控制,散射光实时采集、处理、显示、数据保存等功能。系统采用相关检测技术进行信号处理,抑制系统背景噪声,以直线型划痕为例进行实验,当入射光投影与划痕在不同夹角时,探测器以光学元件为中心做圆周运动,以测量不同圆周上的散射光,实现双向反射分布函数( BRDF )测量。该系统空间方位角测量范围为0°～360°,角分辨率为0.1°,系统动态范围可达1011量级。测量结果表明该系统具有很好的重复性和稳定性,对实验结果进行分析可得粗划痕散射率大于细划痕,前向散射大于背向散射。
虚拟仪器 角分辨空间激光散射 双向反射分布函数 运动控制 数据采集 virtual instrument angle-resolved space laser scattering bidirectional reflection distribution function ( B motion control data
1 北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室, 北京 100192
2 北京信息科技大学生物医学检测技术及仪器北京实验室, 北京 100192
针对单微粒散射光信号弱、脉宽窄的特性, 设计了一种低噪声宽动态范围光电检测电路。首先对单微粒散射光脉冲检测原理进行了分析; 然后根据散射光脉冲信号特征对检测电路进行了设计; 最后搭建了实验系统并对检测方法性能指标进行了评估。实验结果表明: 设计的电路带宽为1.5 kHz~1.2 MHz, 总输出噪声的均方根值为3.51 mV, 计算结果与实验结果基本一致, 误差为3.33%。该光电检测电路能够有效地对微弱的散射光信号实现低噪声放大, 为后续处理提供了稳定的信号。
激光散射 单微粒 光电检测 低噪声 laser scattering single particle photoelectric detection low noise
烟台大学 光电信息科学技术学院, 山东 烟台 264005
材料表面的散射特性和表面粗糙度对产品的性能有十分重要的影响, 基于激光散射原理设计了用于检测表面粗糙度和表面散射特性的多波长光纤传感器。光纤传感器的探头采用特殊的几何设计, 用650 nm、1 310 nm和1 550 nm激光作为光源, 选择2 mm的工作距离作为最佳测量距离, 对不同表面粗糙度的样品进行了测试和分析。实验结果表明: 同一波长下, 随着表面粗糙度的增大, 以外磨样品为反射面测得的反射强度减小;同一粗糙度下, 入射波长越长, 反射强度越大。多波长光纤传感器可以精确地测量表面粗糙度, 并能有效地减小系统误差。系统误差分析得到传感器的相对误差范围大约为3.56%~7.43%。
表面粗糙度 多波长光纤传感器 激光散射 在线测量 surface roughness multi-wavelength fiber sensor laser scattering on-line measurement 红外与激光工程
2016, 45(5): 0522003
1 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
2 同济大学精密光学工程技术研究所，上海 200092
3 电磁散射国家重点实验室，上海 200090
在海上使用的超低空雷达设计中，非常有必要了解不同海情下的海面激光散射特性。针对设计需求，在实验室内通过人工造波模拟海况，解决了实际海环境测试的困难，实现海面激光散射影响因素的定量控制。通过激光散射测试系统，获取各种状态和不同波束照射角情况下的近场激光散射数据，经过统计分析给出了规则正弦波海面和不规则(P-M谱)海面的激光散射特性。海面激光散射与漫反射板散射差异较大，海面散射以表面镜像散射分量为主。激光散射回波起伏随海表面波形空间波长而变化；散射回波大小随擦地角增大而增大；在固定的擦地角时，海情越高相应散射回波越强；当擦地角足够大时，散射回波大小随海情变化不大。
激光散射 海表面 规则正弦波 PM谱 laser scattering sea surface regular sinusoidal wave PM spectrum 红外与激光工程
2016, 45(2): 0206003
海面散射回波是激光探测系统探测低空掠海目标时的主要干扰,基于Pierson-Moscowitz海浪谱建立了不同风速下粗糙海面的几何模型,并将其作为海面的高度场.在对海面进行面元分割的基础上,根据Cox-Munk关于海浪坡度的统计模型计算了面元的反射回波,建立了粗糙海面的光散射模型,利用该模型对一种圆锥视场入射激光束的散射光分布及探测器接收功率进行了仿真计算.研究结果表明,粗糙海面的散射光分布与入射角度及风速相关,圆锥视场入射激光束的散射光主要分布在入射光束镜像方向周围的立体空间,风速越小,散射光分布越集中;风速越大,散射光分布越分散,为粗糙海面激光束散射特性分析及散射回波计算提供了重要理论依据.
激光探测 掠海飞行目标 海面建模 激光散射 散射光分布 风速 laser detection sea-skimming target sea surface modeling laser scattering distribution of scattering light wind speed
基于小斜率近似法建立了粗糙面激光散射双向反射分布函数的数学模型,采用该模型计算了粗糙度参量已知的合金铝样片的双向反射分布函数值,计算结果与实测结果吻合良好,验证了模型的正确性.研究了粗糙度参量和样片光学常量对双向反射分布函数的影响,结果表明,粗糙面激光散射的双向反射分布函数与表面高度起伏均方根、自相关长度及样片光学常量相关.当入射波长一定时,高度起伏均方根越大,或者自相关长度越小,粗糙面粗糙度越大,入射激光的漫反射特性越强,双向反射分布函数峰值越小且分布越分散;当粗糙度一定时,样片光学常量对双向反射分布函数影响较大,粗糙面对入射激光复折射率的虚部越大,样片双向反射分布函数的峰值越小,当粗糙度参量增大时,样片光学参量对双向反射分布函数的影响逐步减弱.
粗糙面 激光散射 小斜率近似 双向反射分布函数 光学常量 Rough surface Laser scattering Small-slope approximation BRDF Optical parameter
1 兰州理工大学 计算机与通信学院, 兰州 730050
2 上海大学 通信与信息工程学院, 上海 200072
基于米氏理论, 分别研究了不同波长的激光信号在沙尘天气中发生单次散射和多次散射时光强与能见度间的变化关系.推导出发生单次散射时光强与能见度间的解析表达式, 同时采用蒙特卡洛方法分析了发生多次散射时光强与能见度间的关系, 并与单次散射时的结果进行对比.结果表明：在激光信号波长固定时, 接收光强会随着沙尘能见度的增大而增加, 并趋于稳定值;在能见度固定时, 接收光强会随着激光信号波长的增大而减小;随着传输距离的增加, 多次散射的影响会越来越明显.
大气激光通信 激光散射 米氏理论 激光光强 沙尘能见度 Atmospheric optical communication Laser scattering Mie theory Laser intensity Atmospheric visibility of sand and dust weather
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春130022
2 西北机电工程研究所, 陕西 咸阳712099
基于离散偶极子近似法(DDA), 对水雾包裹沙尘颗粒的核壳结构光学特性进行研究, 计算了长短轴比例为2∶1的椭球形粒子的核壳结构内、 外层厚度及散射角度变化对光散射特性的影响。 结果表明, 内核大小不变, 外层厚度由1.2 μm增大到4.8 μm, 核壳双层颗粒散射系数和消光系数由3.4和3.43降低到2.543和2.545, 且散射相对强度也明显增大。 外层厚度不变, 内核厚度由0.6 μm增加到2.4 μm, 散射系数和消光系数由3.105和3.111变化为2.76和2.9;可见外层厚度对核壳双层颗粒散射特性的影响更大, 这是由于散射光主要与外层物质相互作用引起的。 散射相对强度随波长的增加而降低, 随核壳结构尺度的增加呈现递增的规律。 该结果对大气中气溶胶和水雾共同作用时的散射特性, 激光在其中的传输特性等研究有参考价值。
离散偶极子近似法 核壳结构 激光散射特性 Discrete dipole approximation method Core-shell structure Laser scattering property 光谱学与光谱分析
2014, 34(12): 3218
