为无损探究种子成分分布与种子活力变化的内在关系, 以玉米种子主要成分淀粉为研究对象, 将太赫兹时域反射成像技术与移动窗口相关系数法相结合, 无损可视化构建不同活力程度的玉米种子淀粉空间分布图。 以郑单958玉米品种为例, 实验通过人工老化方式(40 ℃, 100%RH)制备老化0、 18、 36、 54、 72 h的种子样本, 采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件扫描获取不同老化程度的样本和纯玉米淀粉样品的太赫兹光谱图像。 以16.35 cm-1下THz图像为基准, 采用阈值分割法精确提取种子胚乳、 种胚区域, 通过对比不同组织区域内THz平均吸光度可得胚乳和种胚光谱明显差异, 且胚乳和淀粉纯物质在51.96 cm-1附近存在明显的共同吸收峰。 应用移动窗口相关系数法(窗口宽度为20, 移动步长为10), 逐像素点计算种子太赫兹时域光谱与纯玉米淀粉光谱的-相关系数, 并根据相关系数值以及坐标信息绘制伪彩色热力图, 可视化构建玉米种子淀粉分布图。 实验统计5个老化阶段、 6个谱区窗口的淀粉分布图中相关系数>0.8的像素点占比可得: 在29.83～67.36 cm-1区间内, 种子胚乳和种子区域内的淀粉含量在种子活力下降过程中呈现总体下降趋势, 即种子淀粉含量与活力呈现正相关关系。 实验结果表明: 太赫兹时域光谱反射成像技术结合移动窗口相关系数伪彩色成像分析方法可以初步实现种子活力变化过程中玉米种子淀粉空间分布特性的无损探测, 该技术可为深入研究种子化学成分与其自身活力之间的制约关系, 无损解析种子生命活动与自身生理生态规律变化提供崭新的视角和方法。

分别研究了脉冲电流法、微小电流法和光学成像法测量氮化镓基LED结温的基本原理,并对比了不同方法的结果可靠性。结果表明: 在大脉冲电流下,串联电阻效应不可忽略,脉冲电流法得到的平均结温偏低; 微小电流法能够减小加热电流和测试电流的切换时间和串联电阻效应,提高测量准确性; 光学成像法基于发光强度与结温的依赖关系,能够获得器件温度的空间分布,有助于制备高性能的LED。

本文介绍了用于冷原子样品等效温度测量的简化的飞行时间荧光成像法。将用于激光冷却和俘获原子的冷却光, 代替标准的飞行时间荧光成像法中额外引入的探测光。在铯原子磁光阱基础上,通过进一步采用偏振梯度冷却技术使冷原子等效温度有效地降低。采用简化的飞行时间荧光成像法测量的铯原子气室磁光阱(光学粘团)的等效温度, 典型值为TY≈22.3±2.2K, TZ≈15.4±2.7K(TY≈11.6±1.1K, TZ≈2.8±1.2K)。本文中的简化飞行时间荧光成像方案, 在不牺牲冷原子样品等效温度测量的精度和准确度情况下, 更容易在实验中执行和推广, 对于应用于冷原子微波原子钟、冷原子光频原子钟、冷原子干涉重力仪等量子精密测量领域, 以及采用冷原子样品进一步开展量子光学、量子信息处理等领域的研究工作, 具有积极意义和良好的推广价值。

采用高速摄像仪观察了光纤激光深熔焊接羽辉的动态行为,分析了羽辉的形成原因。结果表明:羽辉可分为底部周期性摆动部分和类似于激光束聚焦形态的狭长形部分;当小孔前壁上激光致蒸发蒸气靠近小孔口时,底部周期性摆动羽辉的摆动角度最大,反之,底部周期性摆动羽辉的摆动角度最小;狭长形羽辉的强度随着离焦量的增加(或深熔小孔口直径的增大)而增大。进一步分析表明:底部周期性摆动羽辉的形成与小孔前壁表面激光致蒸发蒸气的喷发有关;底部摆动羽辉的喷发过程中存在大量微粒;狭长形羽辉的形成与底部摆动羽辉沿光束方向喷发时携带的微粒进入光束内、受激光束加热发光有关。

苹果组织内部的病变会导致其光学参数发生变化。 用频域近红外光学成像法（FD-DOT）对苹果组织进行吸收系数和约化散射系数的检测, 并结合三维重构技术得到的重构图像可以直观地了解苹果内部的病变情况, 从而实现对苹果内部病变的无损检测。 选择可最大程度区分苹果正常组织与病变组织所对应的波长为740 nm的光作为激光光源。 当FD-DOT的入射光调制频率不同、 苹果内部病变的程度不同、 病变位置和大小不同时, 会导致成像精度的变化, 设计了一系列模拟仿真实验研究以上因素对苹果内部病变检测精度的影响: 设定不同的激光调制频率, 研究调制频率对重构图像精度的影响; 在苹果模型中某一位置添加不同大小的球形病变, 研究病变区域大小对重构图像精度的影响; 在苹果模型中不同位置添加一定大小的异质体, 研究病变位置不同对重构图像精度的影响。 首先用Abaqus建立苹果有限元网格模型, 设计了12个740 nm的近红外激光光源和6个检测器均匀排布在苹果模型表面, 根据实验需要, 在组织体模型中添加代表病变的球形异质体, 用经过高频调制的光源照射进苹果, 检测出射光的交流幅度和相位延迟, 然后借助开源软件NIRFAST计算并反推出待测苹果内部的吸收系数和约化散射系数分布并进行三维重构, 重构结果可以用重构图像的吸收系数对比度噪声比（CNR值）和吸收系数分布图进行评价。 实验结果表明, 想要检测到尺寸较大苹果的深处病变, 需要较高的入射光调制频率; 该方法可以检测到大小适宜的苹果中大部分半径大于5 mm的球形病变区域, 且随着病变区域在一定范围内扩大, 重构图像的精度逐渐增加, 但病变区域过大时, 图像精度开始降低; 病变区域距离检测器越来越近时, 重构图像的精度逐渐增加, 但当病变区域与检测器距离过小时, 重构图像的精度有降低的趋势; 病变区域距离检测器平面的垂直距离越近, 重构图像的精度越高。 以上实验结果将为应用频域近红外光学成像法对苹果进行无损检测奠定良好基础。

微透镜阵列法是实现光束匀化的主要途径之一,通过改变成像透镜的光焦度,可在焦平面处得到大面积的均匀光斑。基于理论和实验分析了散射成像法的可行性,为了准确测量焦平面处光斑的照度,在考虑漫射板反射率及相机离轴角等影响因素的基础下,从张正友相机标定法出发,建立了图像灰度值与目标面光斑照度的数学关系;在实验中标定了漫反射板的双向漫反射分布函数,针对两种焦距的主积分透镜,测量了焦平面及附近位置处匀化光斑的照度分布。实验结果表明:当积分透镜焦距分别为300 mm和500 mm时,目标面处的激光通量基本一致,光斑大小与理论值基本接近;分别比较了两种情况下观察面离焦时光斑分布的变异系数,得到光束经微透镜后匀化效果最佳的位置。

为了对光纤输出光斑的均匀性进行检测, 提出了一种基于成像法, 采用区域平均法对光纤光斑均匀性进行检测的方法。首先利用数码相机对实验装置获得的光纤光斑进行采集, 再结合区域平均法对图像逐次分区进行均匀度检测, 计算出整体和各个小区域的均匀度以获取图像均匀度最佳的区域。同时引入了均匀深度的概念, 作为一种判断光源均匀性好坏的依据。结果表明, 调节后的光斑均匀性达到了99.7%以上。通过对调节前后实验装置得到的光斑进行对比分析, 并与理论计算的光纤输出光斑分布比较, 验证了该方法的有效性。