为研究在基于热烧蚀效应的激光清洗中激光参数对清洗效果的影响，根据热烧蚀效应原理、傅里叶热传导方程以及能量守恒定理，使用有限元分析软件建立了热烧蚀动态能量守恒的二维激光清洗仿真模型。在该模型中使用了虚拟第三类边界条件，将薄层-基底系统中的激光烧蚀热功率密度与被烧蚀污渍层边界的法向移动速度进行关联，实现了污渍层烧蚀潜热消耗量与激光烧蚀能量之间的动态能量守恒，明确了质量损失与能量消耗的数学关系，使所建立的模型更加理论自恰和精确可靠。利用该模型理论分析了光斑吸收功率、光斑直径、扫描速度以及扫描能量密度对清洗效果的影响，结果表明：污渍平均残留厚度随光斑吸收功率和扫描能量密度增大而减小，且减小的速率会逐渐变慢，当激光功率过大时，基材会出现损伤；污渍平均残留厚度随光斑直径和扫描速度的增大而变大，但减小光斑直径和扫描速度会降低清洗效率。提出了根据污渍层物性参数与扫描能量密度的对应关系优化激光参数的方法，并对非平整表面污渍层进行了多次不间断扫描的仿真分析，得到了清洗效果随扫描次数的变化规律。该研究结果对激光清洗设备的方案设计、优化改进和使用选型具有一定的指导意义。
激光清洗 热烧蚀 有限元分析 薄层-基底系统 动态能量守恒 laser cleaning thermal ablation FEA thin layer-base system dynamic energy conservation 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220779
福建师范大学光电与信息工程学院激光与光电子技术研究所, 光子技术福建省重点实验室, 医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建 福州 350007
以能量守恒定律为基础分析一种会聚光场的衍射积分公式,推导出以一个衍射源参考波面为半球面的衍射积分公式的倾斜因子,给出一个计算焦平面上光场分布的表达式,并以虚拟矢量子波干涉解释会聚光场的衍射过程。根据满足正弦条件的聚焦物镜对光波波面的变换特性,给出平坦波面光场经过物镜聚焦后的焦面光场计算表达式,并以简单直角坐标偏振和简单柱面坐标偏振的拉盖尔-高斯光束聚焦特性为例说明该公式的应用。
物理光学 衍射理论 倾斜因子 能量守恒定律 聚焦
福建师范大学光电与信息工程学院激光与光电子技术研究所, 光子技术福建省重点实验室,医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建 福州 350007
根据惠更斯-菲涅耳原理、空间频谱理论、能量守恒定律推导出一个波面为平面的小衍射源远场衍射积分公式的倾斜因子,给出一个衍射远场半球面上光场分布的计算表达式。根据满足正弦条件的准直物镜对光波波面的变换特性,给出小平坦波面光场的准直光场计算表达式,并以简单直角坐标偏振和简单柱面坐标偏振的高斯光束变换特性为例说明了该公式的应用。
物理光学 衍射理论 远场 倾斜因子 能量守恒定律
1 厦门大学 航空航天学院, 福建 厦门 361102
2 南方科技大学 电子与电气工程系, 广东 深圳 518055
3 厦门大学 萨本栋微米纳米科学技术研究院, 福建 厦门 361102
传统的人体血糖检测方法是有创的, 具有一定的局限性。文章提出一种结合能量守恒法与光谱法的血糖检测技术, 该技术能够实现人体血糖的无创、实时和准确检测。首先设计了一种人体体征数据采集装置, 用于实时采集血糖相关数据并上传至上位机。然后将数据分别用多元线性回归、k近邻回归和支持向量回归三种机器学习算法进行分析评估, 对比得出最优算法用于无创血糖检测。实验证明, 提出的无创血糖检测技术是可行的, 其中基于支持向量回归算法的测量准确度最高, 相关系数高达0.862, 具有较高的准确性和鲁棒性。
无创血糖测量 能量守恒 光谱法 支持向量回归 non-invasive detection of blood glucose conservation of energy metabolism spectroscopy support vector machines
1 福州大学 平板显示技术国家地方联合工程实验室, 福建 福州 350116
2 福州大学 物理与信息工程学院, 福建 福州 350116
3 华南师范大学 广东省光信息材料与技术重点实验室, 广东 广州 510006
针对电润湿显示器像素内流体运动机理及相应电光响应特性, 提出一种数值模拟计算方法来计算电润湿中流体间的界面变化及流体-液体-固体三相接触线在外部电场影响下的运动。该方法基于Matlab数值分析框架, 通过Young-Laplace方程计算界面形状变化及变化过程中三相接触角、界面接触面积等参数的变化, 并结合总体能量守恒方程求解像素的电光响应过程。实验结果表明, 该模型成功模拟电润湿显示器像素内电流体动力特性, 像素响应时间与油-水界面张力大小成正比。模拟结果与相同参考几何的实验数据具有良好的定性一致性, 可用来指导电润湿器件中流体参数的设计, 对实现高稳定的电润湿显示器具有重要意义。
电润湿 电光响应 开口率 总体能量守恒 electrowetting optical response aperture ratio overall energy balance Young-Laplace Young-Laplace
1 长春理工大学 理学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
首先给出了红外辐射特性测量的基本原理, 对于点目标, 由于光学系统的衍射作用, 经过光学系统成像为一个弥散斑, 由于弥散的原因, 点目标的辐射特性测量精度一般都非常低, 针对这种情况, 提出了一种基于辐射能量守恒的点目标辐射特性测量优化算法, 给出了算法的具体原理和实现过程；最后, 为了验证算法的有效性, 在实验室里利用平行光管和点目标模拟装置进行了点目标辐射特性测量实验, 并对试验结果进行了系统分析, 结果表明, 经过优化算法后, 点目标的辐射测量精度优于10%, 表明点目标辐射特性测量优化算法在实际应用中有很广泛的前景.
红外辐射 辐射特性测量 点目标 辐射能量守恒 infrared radiation radiation characteristic measure point target radiation energy conservation
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
极紫外光刻投影系统中高反膜厚度一般约300 nm，远大于13.5 nm的工作波长，光能并不能完全穿透膜层入射到基底，从而引入数倍于波长的额外光程差，降低系统成像质量。从能量调制的角度提出了一种基于能量守恒定律的多层膜等效工作界面模型，将光学薄膜中复杂的物理光学过程等效地转换为简单直观的几何光学过程，获取可被常用光学设计软件识别的数据，进而实现对有膜光学系统的分析。利用该模型对不同系统进行了分析优化，获得了一套可实现衍射受限成像的有膜系统方案，证明了基于能量守恒的等效工作界面的有效性，指导后续系统的装调，为多次反射系统的分析提供了一种方法。
成像系统 光学设计 极紫外光刻 等效工作界面 多层膜 能量守恒
福建师范大学激光与光电子技术研究所，光子技术福建省重点实验室，医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建 福州 350007
由于菲涅耳基尔霍夫衍射公式、瑞利索末菲衍射公式1和2共存于标量衍射积分公式体系，3个衍射积分公式的优劣难以断定。为了比较3个衍射积分公式，基于小衍射源和衍射远场的特点简化3个衍射积分公式，给出计算衍射远场平面上的标量光场总功率和衍射远场半球面上的矢量光场总功率的函数表达式，并以被积函数的收敛性判断3个衍射积分公式的适用范围，以衍射源总功率为标准，判断3个衍射积分公式的计算精度。分析表明，3个衍射积分公式均适用于计算傍轴标量衍射场，而只有瑞利索末菲衍射公式1才适用于计算非傍轴标量衍射场；3个衍射积分公式均适用于计算傍轴和非傍轴矢量衍射场。其中，对于垂直入射至小圆孔的平面波受限非傍轴衍射，基于瑞利索末菲衍射公式2计算的衍射远场观察半球面上总功率的相对计算误差的绝对值最小。
物理光学 衍射 总功率 非傍轴 远场 能量守恒定律
福建师范大学激光与光电子技术研究所， 光子技术福建省重点实验室，医学光电科学与技术教育部重点实验室， 福建 福州 350007
基于小衍射源和衍射远场的特点，简化了瑞利索末菲标量衍射积分公式，并应用于分析非傍轴衍射光束的衍射远场总功率和光束传输因子特性。由于物理概念上的空间频谱的定义域局限在一定范围，基于此计算的非傍轴衍射光束的衍射远场总功率不满足能量守恒定律，基于此计算的非傍轴衍射光束的光束传输因子也与常识不符。当采用数学概念上的空间频谱分析上述特性时，两个符合常识的规律被重提，并以非傍轴基模高斯光束衍射远场总功率和光束传输因子的相对计算误差说明上述结论。
衍射 光束传输因子 非傍轴 远场 能量守恒定律 高斯光束
西安电子科技大学理学院, 陕西 西安 710071
通过对五参数半经验双向反射分布函数（BRDF）模型进行修改，并吸收其它模型的优点，提出了一个六参数BRDF模型，该模型形式更简单，拟合效果更好，并且模型满足了能量守恒和互易性，使该模型更趋于实用化。利用模拟退火算法对多种不同样片的BRDF进行了拟合建模，获得了相应模型的参数值和偏差，结果证明了该模型的正确性，尤其适合对散射特性较弱样片BRDF的拟合建模。对于散射特性较弱的样片，与常用的五参数模型进行了比较，该模型的漫反射部分拟合效果更好，总体精度还略有提高。最后，为了更直观地表示目标样片的BRDF，分别给出了各个角度BRDF的三维拟合图。
光学器件 散射 双向反射分布函数 互易性 能量守恒 五参数模型
