为了提高大空间γ辐射场全局计算效率，开展了全局减方差（Global Variance Reduction，GVR）方法在大空间γ辐射场计算中的应用研究。针对计数栅元/网格体积差异造成的过度分裂问题，引入体积修正因子修改全空间权窗参数。体积修正后的基于通量的GVR方法计算的全局品质因子（FOMG）比直接模拟提高约39倍。针对非计数区计算耗时问题，提出了非计数区修正方法，使得FOMG因子进一步提高40%。在引入体积和非计数区修正的基础上，在大空间γ辐射场计算中与基于粒子误差、权重、径迹、数目、能量、碰撞和通量的7种GVR方法进行对比。结果表明：7种GVR方法计算的FOMG因子比直接模拟提高2~3个量级，基于误差的标准差σ降低2~3个量级；而基于权重的GVR方法计算的FOMG因子比直接模拟提高2 304倍，在所有GVR方法中减方差效果最好。在基于通量的GVR方法中引入光滑因子SI后，模拟计算的权窗下限随SI增加而减小，FOMG因子随SI的增加先增加后减小。当SI=0.8时，该方法计算的FOMG因子最大，比直接模拟提高3 246倍。
全局减方差 全局权窗 体积修正因子 大空间γ辐射场 蒙特卡罗模拟 Global Variance reduction Global weight window Volume modifying factor Large space γ radiation field Monte Carlo simulation
1 太原科技大学 应用科学学院，山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心， 山西省光场调控与融合应用技术创新中心，山西太原030024
2 江苏师范大学 物理与电子工程学院，江苏徐州1116
为了实现煤热解过程中痕量乙烯（C2H4）标识气体的在线识别与检测，结合波长调制与长光程技术，搭建了煤热解乙烯在线激光吸收光谱检测装置。采用中心波长为1 620 nm通信波段DFB激光器作为激光光源，有效光程为15 m的多光程吸收池为样品吸收池，利用SR830进行波长解调，通过二次谐波信号反演得到乙烯浓度。使用高精度流量控制器，利用高纯氮气稀释乙烯配比，制备得到10×10-6到90×10-6的标准乙烯样气，其线性拟合的相关系数R2为0.998 9；对浓度为20×10-6的乙烯进行连续4 000 s的Allan方差分析，实验结果表明，检测极限为121×10-9。为了研究不同气体氛围下煤热解过程中乙烯浓度的演化规律，控制气体流速为150 mL/min，分别在氮气、空气以及合成空气中对乙烯标识气体的释放过程进行热重分析实验。研究发现，当温度小于500 ℃时，3种气体环境下乙烯释放量较少且基本一致，当温度在500~700 ℃时，氮气环境中乙烯释放量要远高于其他两种气体，但空气中乙烯释放的增速最快，最大释放量约为40×10-6，温度高于700 ℃时乙烯释放量均开始减少。这一结果为进一步探索煤热解中乙烯的生成机理提供了理论和实验基础。
可调谐半导体激光吸收光谱技术 乙烯 Allan方差 波长调制 煤热解 tunable diode laser absorption spectroscopy ethylene allan variance wavelength modulation
浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江 杭州 310027
本文建立了一种基于双目3D显示观察的主观实验流程，利用主观实验数据来分析汽车车载增强现实抬头显示（AR-HUD）设备中的动态畸变对驾驶员主观感受的影响，同时评估观看来自不同眼盒位置的图像时双目融合过程中驾驶员可以接受的畸变大小临界值。实验研究结果显示，随着两眼之间的动态畸变差异的增大，驾驶员融合图像变得越来越困难，观看的不适程度也出现较快增长。同时本文也揭示了驾驶员在使用AR-HUD设备的过程中，同一眼盒两个不同位置处驾驶员可以接受的动态畸变临界条件为垂直畸变小于2%，水平畸变小于1%。此研究证实了动态畸变对驾驶员的主观感受具有较为显著的影响，并且为汽车抬头显示系统中光学设计的优化畸变过程提供了相关的数值约束参考。
动态畸变评估 双目融合 双目相机模型 主观实验方法 单因素方差分析
光子学报
2023, 52(12): 1201002
为研究爆破振动对露天矿山永久边坡稳定性的影响，以卡莫亚卡兹比兹矿群中的3个矿坑作为研究对象，对比爆破振动对于不同岩性边坡稳定性的影响。通过选择爆破测振仪并设置测振仪参数，通过振动监测得到测点的爆破振动速度，对爆破振动速度、最大一段起爆药量以及测点到爆源中心距离等数据进行整理，并按照乘幂函数进行回归分析，得出各矿爆破振动速度v与3Q/R的趋势线，进而得到对应矿坑的爆破振动公式，根据振动公式来预测爆破振动。为得出测点到爆源中心距离和最大一段起爆药量对边坡振动速度的影响大小，把距离与药量作为影响因子，把爆破振动速度作为因变量，并根据各矿拟合得出的爆破振动公式分别计算振动速度，制定九组实验方案; 采用SPSS软件进行方差分析，得出测点到爆源中心距离这一因素对于爆破振动速度敏感性较高，对于矿坑边坡振动的影响较大; 因此对于卡兹、东二软岩边坡，采取预留2~3排孔作为非爆破区域，采用机械挖掘修坡; 对于南二中硬岩石边坡，采用提前进行预裂爆破来减弱爆破振动对边坡稳定性的影响。该研究成果对于刚果（金）其他相同地质条件的露天铜钴矿爆破施工有借鉴及应用的价值。
爆破振动 永久边坡 矿群 公式拟合 方差分析 blasting vibration permanent slope mine group formula fitting variance analysis
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站，吉林 长春 130117
2 中国科学院大学，北京 100049
自由空间激光时频传递是未来空间高精度时频传递的重要技术发展方向。高精度的事件计时器是实现自由空间激光时频传递的关键核心设备，提出了组合确定性因素和随机因素的性能评估模型，通过测量精密频率源的时序数据得到不同事件计时器基于最小二乘的频率准确度、频率漂移率，表征频率稳定度的时域方差包括Allan方差、Modified Allan方差、Time方差和Hadamard方差，依据幂律谱模型分离出事件计时器测量数据的随机游走噪声、调频白噪声、调频闪烁噪声、调相白噪声和调相闪烁噪声五种随机噪声。对比分析了性能处于同一量级的两种典型高精度事件计时器A033和GT668的性能差异，在频率测量准确度上，A033事件计时器优于 ${\text{7}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 12}}}}$，而GT668事件计时器优于 ${\text{3}}{\text{.1}} \times $$ {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 12}}}}$，频率漂移率A033为 ${\text{2}}{\text{.096}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 15}}}}$，而GT668则是 ${{ - 1}}{\text{.071}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 15}}}}$，短期（1 d）稳定性Allan标准差由 ${\text{7}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 12}}}}$变化到 ${\text{4}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{{{ - 12}}}}$；GT668在随机游走噪声曲线走势上更为稳定，调频闪烁噪声和调频白噪声没有明显差异。实验表明，通过文中性能分析方法可以对高精度事件计时器性能进行评估分析，对其准确性和可靠性进行判定，为高精度事件计时器的使用提供分析依据。
激光时频传递 事件计时器 时域方差 幂律谱噪声 laser time-frequency transmission event timer time-domain variance power-law spectrum noise 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220913
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, International Research Center for Advanced Photonics, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310027, P. R. China
2 Intelligent Optics & Photonics Research Center, Jiaxing Research Institute, Zhejiang University, Jiaxing, Zhejiang 314000, P. R. China
3 Division of Hepatobiliary and Pancreatic Surgery, Department of Surgery, The First Affiliated Hospital, Zhejiang University School of Medicine, Hangzhou, Zhejiang 310027 P. R. China
The cervix is a collagen-rich connective tissue that must remain closed during pregnancy while undergoing progressive remodeling in preparation for delivery, which begins before the onset of the preterm labor process. Therefore, it is important to resolve the changes of collagen fibers during cervical remodeling for the prevention of preterm labor. Herein, we assessed the spatial organization of collagen fibers in a three-dimensional (3D) context within cervical tissues of mice on day 3, 9, 12, 15 and 18 of gestation. We found that the 3D directional variance, a novel metric of alignment, was higher on day 9 than that on day 3 and then gradually decreased from day 9 to day 18. Compared with two-dimensional (2D) approach, a higher sensitivity was achieved from 3D analysis, highlighting the importance of truly 3D quantification. Moreover, the depth-dependent variation of 3D directional variance was investigated. By combining multiple 3D directional variance-derived metrics, a high level of classification accuracy was acquired in distinguishing different periods of pregnancy. These results demonstrate that 3D directional variance is sensitive to remodeling of collagen fibers within cervical tissues, shedding new light on highly-sensitive, early detection of preterm birth (PTB).
Preterm birth cervical tissue directional variance collagen fiber 3D analysis Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(4): 2243005
1 福州大学先进制造学院，福建 泉州 352200
2 福州大学物理与信息工程学院，福建 福州 350108
3 中国福建光电信息科学与技术创新实验室，福建 福州 350108
利用多喷嘴喷墨打印PEDOT∶PSS墨水，重点分析喷墨打印驱动电压波形的高压VH、低压VL、上升沿时间TR、峰值时间TP、下降沿时间TF，通过对多喷嘴同时喷射墨滴的速度与体积的调控优化，获得了喷射稳定、体积均匀的墨滴；进一步提出多喷嘴喷射墨滴体积方差的分析方法，结果表明不同喷嘴同时喷射墨滴的体积变化方差在0.006~0.170范围内。利用体积变化方差对喷墨打印驱动电压参数影响墨滴行为能力的大小进行了排序，其影响能力从大到小为TR、TP、VH、TF、VL。多喷嘴喷射墨滴体积方差分析方法为实现多喷嘴大面积打印提供了重大的指导意义。
测量 喷墨打印 多喷嘴 墨滴均匀性 体积方差 光学学报
2023, 43(10): 1031002
华侨大学机电及自动化学院，福建 厦门 361021
针对传统聚焦评价方法难以适应显微样本复杂纹理表面及反射率不均的问题，提出了一种抗光照强度、抗反射率不均、亚微米精度的基于双模糊理论的显微图像聚焦评价方法（DB-FEM），并研究了人工模糊有效标准差的概念，通过理论和实验找寻了较优有效标准差的取值。DB-FEM主要通过分析采集图像和其人为模糊图像的特征差异程度实现聚焦判断。首先对采集的层扫图像进行人为模糊处理，然后通过局部方差计算图像和其模糊图像在空域边缘信息和图像Haar小波频域信息的差异度。差异度包括空域边缘、低频纹理和高频边缘。最后将所有差异度相乘，得到基于差异度的聚焦评价曲线。实验结果表明，DB-FEM在不同光照幅值、不同表面形貌复杂度条件下均具有优良的聚焦评价性能，优于现有的空域边缘和频域模态评价方法，在单焦面检测中具有更窄的半峰全宽，在双焦面检测中具有更好的分辨能力。在物镜的放大倍数为20、数值孔径为0.65的条件下，所提方法的轴向分辨率优于0.3 μm。
图像处理 聚焦评价方法 双模糊 差异度 局部方差 分辨能力 光学学报
2023, 43(10): 1010001
