尽可能地增大出射光强，提高光通量利用率，是准直照明系统二次光学设计的研究目标。分别针对纯折射型和全内反射型的准直照明系统，研究了光源参数对其照明性能的影响，从理论上推导了系统出射光强、光通量利用率与光源出射度和配光曲线指数之间关系的表达式，并进行了实验验证。研究结果表明，系统出射光强与光源出射度成正比。光源配光曲线指数较小时，相比纯折射型准直照明系统，全内反射型准直照明系统的光通量利用率更高、出射光强更大、照明范围更广；但当光源配光曲线指数较大时，纯折射型准直照明系统具有更大的出射光强和更优的光斑陡边性。该结论可为准直照明系统二次光学设计中光源参数与配光元件结构的匹配优化提供理论依据。

在大气信道激光传输中, 大气湍流对系统性能会产生较大影响, 主要体现为降低传输速率和增加误码率。在具有信道互易性的双向激光传输链路中, 两终端光斑信号强度的变化相关, 可以在终端提取信道状态信息, 以对信道影响进行补偿, 从而提高传输速率。本文首先在弱湍流条件下, 根据Rytov近似理论推导了平面波双向传输链路接收到的光斑信号的相关系数与传输路径的关系, 并给出解析式。结果表明, 两终端接收的光斑信号的光通量具有相关性, 且相关系数与传输路径有关。进一步搭建了双向收发共轴激光传输系统, 并进行了外场试验, 试验结果不仅验证了双向大气信道激光传输链路具有互易性, 且两接收端光斑信号光强的实时变化趋势相同。本文结论对实现大气信道高速率、低误码率激光传输具有重要意义。

Bioluminescence tomography (BLT) is a novel optical molecular imaging technique that advanced the conventional planar bioluminescence imaging (BLI) into a quantifiable three-dimensional (3D) approach in preclinical living animal studies in oncology. In order to solve the inverse problem and reconstruct tumor lesions inside animal body accurately, the prior structural information is commonly obtained from X-ray computed tomography (CT). This strategy requires a complicated hybrid imaging system, extensive post imaging analysis and involvement of ionizing radiation. Moreover, the overall robustness highly depends on the fusion accuracy between the optical and structural information. Here, we present a pure optical bioluminescence tomographic (POBT) system and a novel BLT workflow based on multi-view projection acquisition and 3D surface reconstruction. This method can reconstruct the 3D surface of an imaging subject based on a sparse set of planar white-light and bioluminescent images, so that the prior structural information can be offered for 3D tumor lesion reconstruction without the involvement of CT. The performance of this novel technique was evaluated through the comparison with a conventional dual-modality tomographic (DMT) system and a commercialized optical imaging system (IVIS Spectrum) using three breast cancer xenografts. The results revealed that the new technique offered comparable in vivo tomographic accuracy with the DMT system (P > 0:05) in much shorter data analysis time. It also offered significantly better accuracy comparing with the IVIS system (P < 0:04) without sacrificing too much time.

纹影法是进行流场测量的重要手段之一。在高速纹影法测量过程中,照明的质量将对测量结果产生重要影响。为了获得照度分布均匀、光能利用率高、价格便宜、控制方便的照明系统,提出了发光二极管(LED)照明方式。对纹影系统的结构及光学扩展量进行了分析,并结合成像设备计算出实际测量面所需光通量。根据光通量的要求,对LED进行选型、布局,并设计采用开普勒式望远镜结构进行准直。针对工程中常用的反射式纹影仪,利用Tracepro建立光学模型,并计算出纹影仪测量面的照度分布及光通量。计算结果表明,采用LED照明系统可以很好地满足纹影仪照明要求。

在Mie散射理论基础上,由单分散射的光强表达式导出在偏振光的入射条件下一定立体角内的散射光通量的表达式,并与自然光入射作比较.计算了在相同强度不同光源入射下,尘埃粒子计数器的两种常用散射光收集系统收集的散射光通量.结果表明:采用近前向散射光收集系统得到的光通量相等;而采用直角方向散射光收集系统时两者并不相等,且在平面偏振光入射时,收集的散射光通量还跟探测器中心与入射光偏振方向夹角有关.用MATLAB编程计算,得出了在探测器中心与偏振方向的夹角成90°或270°位置时,收集的散射光通量有极值的结论,为激光尘埃计数器传感器光学设计提供了依据.

分析了一种光学颗粒计数器设计技术的理论和方法,并研制了一套用于颗粒计数的实验装置。经过实验验证,该装置能够对液体介质中的颗粒状杂质的数量和粒径进行检测。试验表明,该装置不仅能够测量大颗粒,而且还能够检测较小的颗粒。

用轨迹追踪法计算了平行和锥形毛细管内壁上的光强分布。发现管壁上的光强随距离阶跃式地快速衰减。相同聚焦透镜下,细管的光强衰减比粗管快;大锥角比小锥角衰减快。随着聚焦透镜的F数的增加,光强衰减变慢,平均光强增加。

基于Fraunhofer衍射理论，提出一种利用前向双角度光通量测量微粒尺寸分布及浓度的方法.给出了理论分析和数值模拟结果，并指出了这种方法的可行性及其应用前景。