1 宁波大学机械工程与力学学院，浙江 宁波 315211
2 宁波戴维医疗器械股份有限公司，浙江 宁波 315712
人体的皮肤颜色根据种族不同存在着很大差异，同一种族随着居住地域不同，肤色也各不相同。首先根据皮肤结构与光学特性建立新生儿七层皮肤模型，然后使用蒙特卡罗方法通过改变表皮黑色素体积分数来模拟光在不同肤色条件下的传播情况。模拟结果表明，新生儿肤色差异对光在皮肤内的传播特性有较大影响，且会对黄疸无创检测的关键波长造成干扰，从而影响新生儿黄疸无创检测的准确性。
光谱学 光在组织中传播 新生儿皮肤 蒙特卡罗模拟 无创检测 黄疸 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1630003
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Microscale Optoelectronics, Collaborative Innovation Centre for Optoelectronic Science & Technology, Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, Shenzhen Key Laboratory of Micro-Nano Photonic Information Technology, Guangdong Laboratory of Artificial Intelligence and Digital Economy (SZ), Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2 Faculty of Information Technology, Macau University of Science and Technology, Macao 519020, China
3 Department of Applied Physics and Photonics (IR-TONA), Vrije Universiteit Brussels, Pleinlaan 2, B-1050 Brussels, Belgium
4 Institute of Advanced Photonics Technology, School of Information Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
![]()
![]()
The Kerr nonlinearity in two-dimensional (2D) nanomaterials is emerging as an appealing and intriguing research area due to their prominent light processing, modulation, and manipulation abilities. In this contribution, 2D black arsenic-phosphorus (B-AsP) nanosheets (NSs) were applied in nonlinear photonic devices based on spatial self-phase modulation (SSPM) method. By applying the Kerr nonlinearity in 2D B-AsP, an all-optical phase-modulated system is proposed to realize the functions of “on” and “off” in all-optical switching. By using the same all-optical phase-modulated system, another optical logic gate is proposed, and the logical “or” function is obtained based on the 2D B-AsP NSs dispersions. Moreover, by using the SSPM method, a 2D B-AsP/SnS2 hybrid structure is fabricated, and the result illustrates that the hybrid structure possesses the ability of the unidirectional nonlinear excitation, which helps in obtaining the function of spatial asymmetric light propagation. This function is considered an important prerequisite for the realization of diode functionalization, which is believed to be a factor in important basis for the design of isolators as well. The initial investigations indicate that 2D B-AsP is applicable for designing optical logical devices, which can be considered as an important development in all-optical information processing.
B-AsP nanomaterial all-optical phase-modulated system spatial asymmetric light propagation Opto-Electronic Advances
2022, 5(1): 200046
1 九江学院理学院，江西 九江 332005
2 南昌大学信息工程学院，江西 南昌 330031
为了给湍流介质中光学系统的工程设计和性能评估提供参考依据，分析对比了平面波与球面波的光强闪烁。首先，基于经典弱起伏湍流理论推导了孔径接收时光强闪烁的解析表达式。然后，基于扩展的Rytov理论计算非弱起伏条件下的光强闪烁。最后，仿真了不同湍流强度、不同菲涅耳数下平面波与球面波的光强闪烁。结果表明，当Rytov方差小于4.8时，平面波与球面波的光强闪烁曲线存在一个交点，该交点对应菲涅耳数下的平面波闪烁与球面波闪烁强度相等；当Rytov方差大于4.8时，平面波的光强闪烁强度总是小于球面波。该研究对于无线光通信系统中光学收发天线的设计、光束波长、波形的选择具有重要意义。
大气光学 湍流介质光传输 孔径平滑闪烁 无线光通信 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2301001
清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室, 北京 100084
介绍了光学相干层析成像在不断提升其性能方面的一些研究,其中主要包括在成像的分辨率、成像速度、成像探头等基础核心指标方面大幅提升的代表性工作。综述了清华大学物理系近二十多年来在光学相干层析成像研究方面的一系列重要进展,包括取得了纵向分辨率为0.64 μm的高分辨率成像、E3.5长时间细胞活体的亚细胞分辨成像,成功研制了速度高达40 MHz的高速扫频激光器,实现了基于光计算的每秒1000万次轴向线扫描的超高速实时光学成像信息处理等。
成像系统 光学相干层析成像 光纤激光器 光在组织中传播 光数据处理 中国激光
2021, 48(15): 1517001
采用非平行双目视觉测量系统对水下目标进行测量时,水对光线的折射使传统外极线约束关系不再成立,导致系统的测量误差较大。为了进一步提高系统的测量精度,提出了一种基于多线结构光的水下双目视觉测量方法。该方法基于水下非平行双目视觉测量系统模型和光线追踪原理建立了水下外极线离散曲线模型,并提出了一种用于特征点匹配的水下外极线匹配方法,以实现水下目标的三维测量。实验结果表明,本方法可以有效实现多结构光的光条立体匹配,提高水下目标的测量精度。
测量与计量 机器视觉 组织中光传播 光路折射 中国激光
2021, 48(13): 1304003
依据组织学特征,构建静脉及其周围组织三维模型,通过扩散近似理论模拟激光腔内辐照静脉的光分布,采用有限元法求解生物热方程,获得组织各处温度分布,并根据Arrhenius方程计算激光辐照引起的损伤。比较研究了放射状光纤与放射状二环光纤的光热响应,探讨了激光功率、回拉速度、线性静脉内能量密度、静脉直径对放射状二环光纤治疗效果的影响。结果表明:采用放射状二环光纤辐照组织,各处温度较放射状光纤低,可减少光纤与血管壁的粘附;同样的线性静脉内能量密度辐照组织,激光功率较低的治疗方案安全性较高;静脉直径越大,需更高的线性静脉内能量密度才能达到治疗效果。提出的模型有利于更好地理解激光腔内治疗的作用机理。
医用光学 光在组织中传播 腔内激光治疗 有限元法 放射状二环光纤 中国激光
2020, 47(12): 1207001
1 山东农业大学机械与电子工程学院, 山东 泰安 271018
2 山东省农业装备智能化工程实验室, 山东 泰安 271018
3 Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore, Singapore 117575, Singapore
4 中国农业大学工学院, 北京 100083
在现代工业设计、 人工智能、 软件设计等领域, 三维模型正展现强劲需求与活力, 传统三维模型特征提取方法仅能提取模型表面特征, 难以满足复杂模型特征提取需求, 为提高三维模型的特征提取精度, 基于光谱分析以及可见光传播特性, 提出一种具有高区分度的三维模型特征提取方法。 首先利用光散射系数、 吸收系数、 各向异性等光学特性参数, 量化分析光在不同介质中透射、 散射、 反射概率, 并确定最佳光谱模拟波段； 其次采用Monte-Carlo法模拟光子束在三维模型中的传播历程, 获得光子束传播轨迹的角度、 距离、 能量等多种统计量, 计算不同统计量权重, 经过统计分析后完成特征提取； 然后在ESB国际通用三维模型库中, 测试不同光子束数量、 约束空间形状对特征提取效果影响, 从而确定最佳模拟参数； 最后使用多种特征提取方法与光传播模拟法进行特征提取效果比较, 并采用查准率、 查全率以及E测度评价指标对特征提取效果进行定量测试。 实验结果表明, 三维模型特征提取准确度对光传播约束空间形态较为敏感, 光子传播的最佳约束空间为球体； 三维特征提取效率随着光子束数量升高而降低, 在保证特征提取精度的前提下, 10 000～25 000区间是光子束模拟数量的最佳取值范围； 基于光传播模拟的特征提取准确度高于小波变换、 距离夹角以及D2分布方法, 能够满足三维模型检索需求, 更适合复杂三维模型的离线特征提取与应用。 结合光谱分析与可见光传播特性的模型特征提取法拓宽了光谱分析的应用范围, 能够提取出融合三维模型表面特性与内部形态的有效特征, 为高精度特征提取技术研究注入新动力。
光传播模拟 特征提取 蒙特卡罗法 三维模型 Light propagation simulation Feature extraction Monte-Carlo method 3D model
1 Faculté des Mathématiques et des Sciences de la Matière, Département de Physique, Univérsité Kasdi Merbah Ouargla, Ouargla 30000, Algérie
2 Centre de Développement des Technologies Avancées, Division Milieux Ionisés & Lasers, Alger 16303, Algérie
3 Laboratório de óptica, Laser e Sistemas, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa Campus do Lumiar, Estrada do Pa?o do Lumiar, Lisboa 1649-038, Portugal
4 Faculté des Mathématiques et des Sciences de la Matière, Laboratoire LENREZA, Univérsité Kasdi Merbah Ouargla, Ouargla 30000, Algérie
Frontiers of Optoelectronics
2019, 12(4): 405–412
静脉腔内激光治疗已成为治疗静脉曲张最有前途的技术之一,了解激光在血管及其周围组织中的传输,有助于选择合适的治疗参数,可以在关闭静脉的同时避免并发症;依据静脉及其周围组织的结构特征,构建三维管状结构的光学模型,利用三维蒙特卡罗算法研究了不同波长激光辐照下的光分布特性,探讨了血管管径、辐照位置、光学特性参数对治疗效果的影响。结果表明:波长的选择需要考虑治疗血管的直径,1500 nm激光对静脉周围组织的损伤较小,但光能流率衰减较快,适合治疗较细的血管;1320 nm激光的光能流率衰减较慢,适合治疗较粗的血管;在治疗过程中,光源应尽量保持在中轴线上,以避免血管壁发生溃疡和穿孔;减小血液的吸收系数和散射系数,更容易对静脉周围组织造成损伤;提出的模拟方法有助于静脉激光治疗临床医用中治疗方案的优化设计。
医用光学 静脉腔内激光治疗 蒙特卡罗模拟 光能流率 光在组织中的传播 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 021701
Author Affiliations
Abstract
National Laboratory on High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
An optically addressed liquid crystal modulator for wavefront control of 1053 nm laser beam is reported in this paper. Its working principle, control method and spatial phase modulation capability are mainly introduced. A new method of measuring the relationship between gray level and phase retardation is proposed. The rationality of the curve is further confirmed by designing special experiments. According to the curve, several spatial phase distributions have been realized by this home-made device. The results show that, not only the maximum phase retardation is larger than $2\unicode[STIX]｛x03C0｝$ for 1053 nm wavelength, but also the control accuracy is high. Compared with the liquid crystal on silicon type spatial light modulator, this kind of modulator has the advantages of generating smooth phase distribution and avoiding the black-matrix effect.
light propagation novel optical material and devices wavefront correction. High Power Laser Science and Engineering
2018, 6(2): 02000e20
