为了实现大型曲面透明件雾度和透光率的实时测量, 设计了一种由LED作为光源、双积分球作为信号测量端的雾度和透光率测试仪。在系统工作原理上完成了透光率和雾度的理论推导, 然后进行了光源光谱分布对系统测试结果影响的仿真分析, 光学设计, 积分球参数设计以及支撑调整机构设计, 提高了系统的测试精度和效率。最后, 对大型曲面透明件雾度和透光率实时测试仪进行标定和样品测试。测试结果表明: 标准雾度片的透过率绝对误差均小于0.4%, 雾度绝对误差均小于0.3%, 用户提供样品的透过率测量值与理论计算值的偏差亦小于0.4%, 满足用户要求。

组织光学参数测量是生物医学光子学的主要研究内容之一, 人体组织光学性质与其生理病理状态密切相关。 近年来, 利用组织光学特性, 特别是吸收与散射特性进行组织成像诊断及无创成分检测成为生物医学光子学领域研究热点, 为肿瘤早期诊断、 代谢动态监护及光动力治疗等临床应用提供了基础。 双积分球方法能够同时测量离体组织吸收系数、 散射系数等, 具有测量准确、 快速, 适用范围大等优点, 作为光学参数测量的标准方法得到广泛研究与应用。 利用双积分球及超连续激光器搭建了宽光谱的组织光学参数测量系统, 分析了积分球测量传递函数与误差来源及系统最佳测量条件, 建立了基于BP-MCML的系统校正正向模型与L-M算法的光学参数反构算法。 在此基础上, 测量了1 100～1 400 nm连续宽谱范围内Intralipid溶液光学参数, 实验结果表明改进后反构算法测量结果比较准确, 多次测量标准偏差在3%以内, 不同波长下约化散射系数及吸收系数测量结果与其他研究小组得到的测量结果对比, 偏差小于3.4%。

为了得到宽光谱波段范围内光谱可调多色温多星等能量分布的星模拟器光源, 并且达到星模拟器光源的自动标定, 本文从辐度学和色度学出发, 基于最小二乘法, 在400 nm～900 nm光谱范围内, 采用双积分球法, 以白光LED光源为基底光源, 多种不同峰值波长的窄带LED光源对目标光谱进行补偿以实现色温3 900 K～6 500 K连续可调, 星等-1 MV～+6 MV, 1 MV可调的自动标定型多光谱星模拟器光源系统.最后, 在实验室完成了光源系统以及与相应的光学系统形成星模拟器并对其进行装配调试, 所测得的光谱分布和星等值与理论模拟结果以及标准目视星等值进行了对比.星模拟器输出光谱点模拟误差和星等误差分别在±10%和±10%范围内, 满足现阶段星模拟器的使用要求.同时在后期控制电路稳定的情况下, 星等误差可保证在±5%范围内.

为现场测量大型透明件的透光率和雾度，提出了基于双积分球结构的测量和系统参数标定方案，并设计研制了相应的透光率和雾度测量装置。该装置通过六维机械调整装置完成光路调整，基于LED光源的照明准直系统产生调制平行光，最后采用双积分球结构的探测接收装置并结合锁相放大技术，实现光电信号的解调。测试结果表明，该装置对透光率测量的绝对误差不超过1%，对雾度测量的绝对误差不超过0.3%，符合工程应用对系统测量精度提出的要求。另一方面，装置具有很好的重复性，其对透光率和雾度测量的相对标准差分别为0.06 %和0.05%。

为了获得特定的探测器光谱响应, 可以采用全滤色片法对滤色片进行精确匹配.在匹配计算时, 通常使用滤色片的垂直光谱透过率作为计算依据；而实际应用中斜入射的光线会导致匹配计算结果和测试结果不一致.本文在光线漫入射条件下对圆柱形状滤色片的漫入射光谱透过率计算方法进行了分析, 提出了一种由滤色片垂直入射光谱透过率计算滤色片漫入射光谱透过率的修正模型.设计了双积分球测量装置对滤色片的漫入射透过率进行检测.在该装置下检测不同滤色片的漫入射光谱透过率, 并与修正模型计算结果进行对比验证.实验结果表明, 修正模型可以在较小误差范围内由滤色片的垂直入射光谱透过率计算其漫入射光谱透过率, 应用于全滤色片匹配可以显著提高匹配结果和实际测量结果的一致性.

研究了基于响应量转换法测量浑浊介质中成分浓度方法的可行性， 以Intralipid为研究对象， 通过(monte carlo, MC)结合反向倍增法(inverse adding doubling, IAD)算法的模拟实验和双积分球系统结合IAD算法实验的方法， 验证了IAD算法和双积分球系统提取散射信息的有效性， 并进一步考察了散射系数预测成分浓度的可行性。 结果表明， 基于响应量转换法测量浑浊介质中成分的浓度有效可行， 用散射系数与浓度的线性关系模型预测浓度的相对误差保持在10%以内。

Accurate measurement of the optical properties of biological tissue is very important for optical diagnosis and therapeutics. An artificial neural network (ANN)-based inverse reconstruction method is introduced to determine the optical properties of turbid media, which is based on the reflectance (R) and transmittance (T) of a thin sample measured by a double-integrating-spheres system. The accuracy and robustness of the method has been validated, and the results show that the root mean square errors (RMSEs) of the absorption coefficient \mu a and scattering coefficient \mu′ s reconstruction are less than 0.01 cm^-1 and 0.02 cm^-1, respectively. The algorithm is not only very accurate in the case of a lower albedo (~0.33), but also very robust to the noise of R and T especially for the \mu′ s reconstruction.

介绍了一种基于近红外LD光源及锁相检测技术的双积分球组织光学参量测量系统,波长范围为1 300 ~1 600 nm,正弦电调制光信号,光开关切换不同波长.提出了积分球系统改进措施,测量了散射/吸收混合溶液在1 310 nm下的光学参量,结果显示,约化散射系数和吸收系数的测量相对偏差分别<5%和10%.

为了研究激光辐照过程中芳纶纤维/环氧和碳纤维/环氧两种复合材料吸收特性的变化情况,采用双积分球-光电管测试系统和对实验回收样品进行微观分析的方法,得到了两种复合材料在1.319μm连续激光辐照过程中吸收率的变化结果。在烧蚀前,材料的吸收率随激光功率增大而缓慢减小,芳纶纤维/环氧材料从0.6减小到0.55,碳纤维/环氧材料从0.85减小到0.8;当材料发生烧蚀时,芳纶纤维/环氧材料的吸收率迅速增大,而碳纤维/环氧材料的吸收率无明显变化。结果表明,烧蚀对芳纶纤维/环氧材料的吸收特性影响较大,对碳纤维/环氧材料无明显影响。

利用双积分球-光电管系统,开展了不同厚度的芳纶纤维/环氧、碳纤维/环氧复合材料在不同强度(低于烧蚀阈值)的1.319 μm连续激光辐照下的能量耦合规律研究.结果表明:芳纶纤维/环氧复合材料的反射率、能量耦合率随材料厚度增加而增大,透射率随材料厚度增加而减小;在材料厚度一定时,反射率、透射率随激光强度增加而增大,能量耦合率随激光强度增加而减小;体吸收系数随材料厚度的增加而减小,激光强度的变化对其没有影响.碳纤维/环氧复合材料的反射率随激光强度增加而增大,能量耦合率随激光强度的增加而减小,材料厚度对反射率和能量耦合率的影响不大.