1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心，吉林 长春 130022
3 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
4 吉林大学仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130012
5 空军航空大学飞行训练基地第二训练团，吉林 长春 130022
针对目前标准散射体定标存在定标时间长、定标后通用性差、定标结果无法溯源到气象光学视程（MOR）定义等问题，提出了一种可溯源至MOR定义的标准散射体定标方法，确定了一种标准散射体多角度同步定标光学系统架构，优化设计了照明光学系统与光场测量光学系统。照明光学系统的均匀性为98.53%，发散角为1.48°；光场测量光学系统的散射角度测量范围为20°~50°，散射角度分辨率为1°，周视角度分辨率为2°。研究了一种基于先验光场分布的定标系统能量校准方法，利用标准朗伯散射体仿真定标系统的能量校准误差，其中散射角度为31°时周视平均相对误差最大，为2.28%。据此，基于理想2700 K色温白炽灯的光谱分布仿真验证了可溯源至MOR定义的标准散射体定标方法的定标精度。结果表明：标准朗伯散射体散射角度20°~50°所表征的MOR量值范围为6.54~45.74 m，符合世界气象组织对MOR的定义，最大绝对误差为-2.41 m，优于国际民航组织规定的前向散射仪测量精度要求的1/10，为可溯源至MOR定义的标准散射体定标提供理论基础和技术支持。
测量 气象光学视程 标准散射体 散射光场 定标精度 能量校准误差 中国激光
2023, 50(10): 1004003
Author Affiliations
Abstract
1 Sun Yat-Sen University, State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics, Guangzhou, China
2 Sun Yat-Sen University, Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Metrology and Sensing, School of Physics and Astronomy, Zhuhai, China
3 Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory, Zhuhai, China
Scattered light imaging through complex turbid media has significant applications in biomedical and optical research. For the past decade, various approaches have been proposed for rapidly reconstructing full-color, depth-extended images by introducing point spread functions (PSFs). However, because most of these methods consider memory effects (MEs), the PSFs have angular shift invariance over certain ranges of angles. This assumption is valid for only thin turbid media and hinders broader applications of these technologies in thick media. Furthermore, the time-variant characteristics of scattering media determine that the PSF acquisition and image reconstruction times must be less than the speckle decorrelation time, which is usually difficult to achieve. We demonstrate that image reconstruction methods can be applied to time-variant thick turbid media. Using the time-variant characteristics, the PSFs in dynamic turbid media within certain time intervals are recorded, and ergodic scattering regimes are achieved and combined as ensemble point spread functions (ePSFs). The ePSF traverses shift-invariant regions in the turbid media and retrieves objects beyond the ME. Furthermore, our theory and experimental results verify that our approach is applicable to thick turbid media with thickness of 1 cm at visible incident wavelengths.
scattered light imaging memory effect thick turbid media image reconstruction Advanced Photonics Nexus
2023, 2(2): 026010
南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
全场光学相干层析术(FF-OCT)探测生物组织亚细胞水平折射率扰动的本征信号，为无标记成像提供了丰富的显微结构信息。动态全场光学相干层析技术(D-FFOCT)结合全场OCT低相干层析成像与动态散射光测量原理，可为细胞或组织提供亚细胞动态对比度。介绍了近年来D-FFOCT技术的发展，讨论了基于D-FFOCT的多模态成像技术，分析了成像系统的空间分辨率、信噪比和成像深度。针对目前D-FFOCT干涉信号易受扰动而产生图像伪影缺陷的问题，分析比较了运用高速相机、瞬时移相法、基于希尔伯特变换的算法和基于奇异值分解的图像滤波算法等消除伪影的方法，概述了D-FFOCT在基础生物学、精准医疗领域和药物研究方面的研究，并展望该技术在这些领域的发展前景和未来研究方向。
生物光学 无标记成像 全场光学相干断层扫描技术 动态散射光测量 图像伪影 精准医疗
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为了在输出能量为100 kJ的激光装置集束平台上开展激光等离子体不稳定性(LPI)实验研究,建设了基于集束构型的散射光诊断系统。该诊断系统使用漫反射板作为主要拦光、反射、取样元件,利用成像方式将散射光分别成像至iCCD(intensifier Charge Coupled Device)相机等记录部件,采取取样测量方式得到散射光的空间分布、能量大小、光谱及时间波形等。在集束物理实验中,该系统获得了较完备的物理数据,与物理模拟计算程序的计算结果较为吻合,表明在当前条件下散射光的主要机制为子束机制,其作用过程主要集中于等离子体未排空的前期。
激光光学 散射光 漫反射板 成像 几何光学
强激光与粒子束
2021, 33(10): 102001
1 清华大学深圳国际研究生院, 广东 深圳 518055
2 清华大学自动化系, 北京 100084
散射介质广泛存在于自然界中,透过散射介质成像在医学、自动驾驶、****等领域具有重要的科学意义和应用价值。简要综述了散射成像技术的发展,从弹道光和散射光的角度出发分析介质的散射特性,将现有散射成像技术分为利用散射光和分离散射光两大类,同时总结出散射介质空域特性分析和散射传输过程建模两种利用散射光的方法,并介绍了弹道光和散射光在空域或时域上存在的可分离性。从光照方式、成像装置复杂度、先验信息依赖度、适用散射介质类型及强弱和视场范围等方面分析比较了各类散射成像技术,并展望了其发展趋势。
激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811002
1 北京航空航天大学青岛研究院, 山东 青岛 266100
2 歌尔股份有限公司, 山东 青岛 266100
3 北京航空航天大学, 北京 100191
本文对玻璃晶圆加工过程中常见的三种缺陷类型——颗粒缺陷、气泡缺陷、三角形划痕的散射光强进行分析, 发现不同缺陷结构在空间中有不同的散射光强分布特点, 可以建立缺陷结构与散射光强空间分布的对应关系; 同时针对产线中晶圆表面微米量级缺陷, 进行了不同尺寸颗粒缺陷的散射光强度计算, 得出了微米级别缺陷尺寸与散射光强度之间的关系曲线。从而提出一种非成像缺陷检测方法: 检测获取缺陷散射光强值与空间分布, 利用散射光空间分布结构确定缺陷结构以及利用散射光强计算缺陷尺寸, 从而间接确定缺陷信息, 达到缺陷检测的目的。为晶圆产业应用过程中的缺陷快速检测提供方法参考。
光散射理论 非成像缺陷检测 散射光空间分布 散射光强值 缺陷结构 缺陷尺寸 light scattering theory non-imaging defect detection scattered light spatial distribution scattered light intensity value defect structure defect size
四川大学物理科学与技术学院, 四川 成都 610064
血氧饱和度(SO2)为临床观察病情变化提供了有意义的指标。 传统血氧饱和度检测研究工作多采用双光源和多光源光电容积脉搏波描记法实现无创检测来减少病人痛苦。 通过研究生物组织对光的吸收和散射特性, 将光谱学和光声技术相结合提出了一种无创式单光源检测血氧饱和度(SO2)、 脱氧血红蛋白浓度［HBR］和氧合血红蛋白浓度［HbO2］的新方法。 该方法基于血液对光信号的吸收和散射理论基础和光声信号呈现吸收线形关系建立单波长光声光谱血氧饱和度检测技术, 不仅可以进行指标性参数分析还可以对组织成像。 为了验证该技术可行性, 在实验中采用单波长激光脉冲光源, 以绿色和红色墨水的混合液体作为含有脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的血液模型注入软管模拟人体血液环境。 其中红色墨水的含量类比于血液中含氧血红蛋白含量, 从而可通过测量计算出红色和绿色墨水浓度来表征伪血氧饱和度(poseudo-SO2)。 实验结果表明, 所测的伪血氧饱和度与实际浓度误差不超过6.97%, 采用该方法量化血氧饱和度是可行的； 同时利用实验结果, 结合光声成像技术完成了对伪血液中单圆管截面成像。 该方法替代多波长光谱分析的方法能显著降低激光系统和便携式实现成本。
光声图像 单波长 散射光 统计法 Photoacoustic image Single wavelength Scattered light Statistics 光谱学与光谱分析
2017, 37(8): 2652
1 山东理工大学 a电气与电子工程学院
2 b光电技术研究所, 山东 淄博 255049
3 天津工业大学 电气工程与自动化学院, 天津 300387
针对多角度动态光散射中角度组合对颗粒粒度分布测量的影响, 对5组模拟的双峰分布颗粒体系(114/457 nm, 202/800 nm, 307/541 nm, 433/721 nm 和600/900 nm)分别选取3、4、5和6个散射角, 采用不同角度组合进行测量.粒度反演结果表明, 在选取同样数量散射角条件下, 不同的角度组合会得到不同的测量结果.当选取的各散射角对应的Mie散射光强差异显著, 特别是对应光强值包含了Mie散射光强曲线的极大值和极小值点时, 测量结果更准确.采用标准聚苯乙烯乳胶颗粒进行的测量实验, 实验结果与反演结果一致.这种角度组合影响的原因在于, 随着散射角的增多, 得到的颗粒粒度信息也相应增加, 但只有增加的散射角所对应的散射光强显著不同时, 才会较多地增加颗粒粒度信息, 从而改善测量效果；否则, 增加的信息会被增加的角度校准噪声所抵消.
动态光散射 颗粒测量 散射角 散射光强 散射参数 反演 dynamic light scattering particle size distribution particle size measurement scattering angle scattered light intensity scattering parameters inversion
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
光学散射会对光学系统造成系统损耗, 成像质量下降等危害。针对高反镜的散射光在光学系统中的影响, 本文提出了使用总积分散射法来测量散射光总量, 得到散射光在总反射光中所占的比值。该方法运用总积分散射理论, 并结合积分球的光度特性, 搭建了比较法总积分散射仪, 测试了镀银膜的高反镜的总积分散射。实验结果表明, 该装置测得的总积分散射值与用德国汉诺威激光中心生产的总积分散射仪得到的测量结果非常接近, 均在 300 ppm~500 ppm之间, 验证了该装置的可行性。
散射光 光学镜面 总积分散射仪 积分球 scattered light optical mirror total integrated scatterometer integrating sphere
