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激光器与激光光学
熊英  羊毅  郝培育  李毅  孟轩  
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摘要
为解决机载远程单光子测距激光器热稳定性差、受背景光噪声影响大的问题,提出了一种适用于机载环境的小型化、窄线宽、低能耗激光器设计方案。激光器采取主振荡功率放大构型。种子源激光器使用反射式体布拉格光栅作为耦合输出镜,在重复频率为10 kHz条件下,获得线宽为0.035 nm激光输出,光束质量为Mx2=1.303My2=1.271,光光转换效率为44.4%;放大器选用innoslab构型放大激光能量,可以有效缓解热问题、提升光束质量。为此,采用蒙特卡罗方法建立单光子测距回波信号模型,验证了提高激光器性能可以降低激光抖动对精度的影响,同时较窄的线宽输出可以采用相匹配的窄带滤光片来减少背景噪声干扰,从而提高测距精度。
激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0314007-1
综述
吕慧丽  毛煜东  于明志  杨开敏  [ ... ]刘芳  王远成  
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摘要
超快激光加热技术逐渐应用于诸多领域,其中涉及到的导热机制受到了广泛关注。传统的傅里叶传热定律不足以正确描述超快速过程的导热机制,因此结合本课题组在超快激光加热技术传热理论领域的研究成果,综述了超快激光加热技术的传热理论研究概况,对近年来受到关注的格子Boltzmann方法、蒙特卡罗方法和分子动力学方法在超快激光加热传热理论研究中的应用也进行了介绍,并展望了超快激光加热技术传热理论的研究方向。
激光与光电子学进展
2020, 57(1): 010005
遥感与传感器
管风  韩宏伟  张晓晖  
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摘要
为直观、全面、系统地分析设备参数、水体光学传输特性和目标反射特性对水下激光主动成像的影响,为水下光电成像系统的设计优化提供可视化参考依据,建立了水下激光主动成像的可视化模型。该模型基于蒙特卡罗方法追踪整个水下成像过程中光子的状态变化,分别采用几何光学近似和随机碰撞原理模拟随机粗糙表面和水体悬浮粒子对光的散射,并通过高斯物像公式获得最终的仿真图像,实现水下目标激光成像的可视化。为验证仿真结果,对在实验室受控水箱环境中获得的实际图像与相同参数条件下的模拟图像进行比较。结果表明,仿真图像与实验图像具有相同的特征及变化规律,表明该模型较好地模拟了水下激光主动成像的过程,准确度较高、可用性较好。
中国激光
2020, 47(5): 0510002
仪器,测量与计量
吴志峰  代彩红  李玲  王彦飞  [ ... ]刘文德  孙若端  
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摘要
相关色温是表征光源光谱特性的重要参量,而国际上并无相关色温测量不确定度的解析公式。本文分别采用不确定度传播律法和蒙特卡罗两种方法分析相关色温的测量不确定度。对于不确定度传播律方法,从相关色温的基本定义推导给出相关色温灵敏度系数公式,进而评价相关色温测量不确定度。数值计算的相关色温随光谱功率的变化验证了相关色温灵敏度系数公式的正确性。对于蒙特卡罗方法,采用蒙特卡罗模拟生成一组光谱数据,然后计算相应的相关色温及其分布,从而得到相关色温的测量不确定度。结果表明两种方法得到的相关色温测量不确定度吻合,在不考虑光源光谱的关联时,相关色温不确定度与波长间隔的平方根近似成正比。
光学学报
2020, 40(2): 0212002
大气光学与海洋光学
张晓丹  孔德明  袁丽  孔德翰  [ ... ]孔令富  贾海阳  
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摘要
激光诱导荧光(LIF)是一种有效的海面溢油遥感探测技术,双向反射辐射再分布函数(BRRDF)可以描述介质表面入射激光与出射荧光的量值关系,为LIF技术探测海面溢油污染提供理论指导。基于蒙特卡罗方法建立了海面溢油水包油乳化液的光子传输模型,利用米散射理论计算水包油乳化液的固有光学参数,分析其在不同乳化时间、荧光波长、探测接收角度下的BRRDF与光子出射、入射天顶角余弦的乘积XBRRDFcos θr cos θi。仿真结果表明,随着水包油乳化液乳化时间的增加, XBRRDFcosθrcosθi整体呈上升趋势,且在荧光量子产率较大的荧光波长处较大。收发共轴LIF系统的接收光功率受探测接收角度、水包油乳化液的厚度和浓度的影响,当探测接收角度小于50°时,系统的接收光功率较大。
光学学报
2020, 40(17): 1701001
散射
杨玉峰  韩安丽  雷思辰  
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摘要
对偏振光在火星沙尘中的传输特性进行了研究,首先分析了火星沙尘粒子散射系数、吸收系数和不对称因子随粒径尺寸的变化关系,然后利用偏振蒙特卡罗方法模拟了偏振光在火星大气中的多重散射,计算并分析了波长、粒径分布、风速、高度、粒子数浓度对偏振光传输特性的影响。研究结果表明:偏振光退偏度随着传输距离的增大而增大,粒子数浓度越大,偏振度退化越严重。当波长为0。55 μm时,对于所选用的两组粒径分布,有效粒径小时反而退偏严重, 15。3 m/s和1。7 m/s风速对应的退偏度相差将近两个数量级,在所选的6个波长中7。46 μm激光在火星沙尘中传输时偏振保持性最好,而波长0。66 μm激光在火星沙尘中传输时透射性是最好的。
光学学报
2020, 40(13): 1329002
脉冲功率技术
李欣  赵强  郝建红  董志伟  薛碧曦  
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摘要
作为航天器电源系统的重要组成部分,太阳电池需要更高的转换效率和可靠性以及更长的使用寿命。通过在太阳电池表面覆盖抗辐照玻璃盖片,可以增强太阳电池对粒子辐射的防护,延长太阳电池的服役寿命,使航天器获得可靠的能源供应。硼硅酸盐玻璃就是一种理想的太阳电池玻璃盖片材料。采用蒙特卡罗方法,结合SRIM软件模拟研究质子辐照硼硅酸盐玻璃的损伤物理机理。基于粒子与物质相互作用的理论以及基本公式,通过分析不同入射能量的质子在硼硅酸盐玻璃中的阻止本领、电离能损、位移能损、空位的产生情况,对辐照损伤的物理机制进行研究。结果表明:能量为30~120 keV的质子辐照损伤主要发生在硼硅酸盐玻璃表面;质子沉积、空位分布等均为Bragg峰型分布;电离能损是能量损失的主要部分,随入射能量的增加而增大,导致电子的电离和激发;位移能损在玻璃内部随能量降低而增大,导致硼、氧和硅等空位缺陷的产生;电离效应和缺陷的产生是硼硅酸盐玻璃色心形成的重要原因。
强激光与粒子束
2020, 32(2): 025024
摘要
近红外光谱技术是一种通过分析样本的特征光谱数据, 实现定性或定量分析的无损检测方法, 特征数据的完整性和代表性决定了所建模型的性能, 而现有分析方法只能实现光谱子区间特征筛选, 导致分析模型稳定性差、 且难以再优化。 为实现近红外光谱区间高维数特征提取, 有效提高近红外光谱定性分析模型的精度和稳定性, 提出一种基于最小绝对收缩和选择算法(LASSO)的光谱特征筛选方法, 并以我国特色高值外贸产品云南松茸为分析对象进行聚类应用研究, 讨论了该方法对于高维光谱特征筛选的有效性、 分析对比了LASSO筛选特征变量及主元分析(PCA)降维算法所建松茸真伪甄别及食用菌分类模型的预测精度及稳定性。 通过调研发现, 云南产鲜松茸因其独特外形易于分辨, 而片状的干松茸失去其独有的外形特征, 导致国内干松茸掺假事件屡禁不止。 选取云南产松茸、 杏鲍菇、 老人头、 姬松茸四种干样共166样本数据进行分析, 采用光谱范围为900~1 700 nm的NIRQuest512型近红外光谱仪获得166×512维原始光谱数据, 剔除异常数据后采用标准正态变换对光谱数据进行预处理。 在此基础上, 利用LASSO筛选出全光谱区间的特征变量, 再使用Kennard-Stone法并结合典型线性(KNN)和非线性建模(BP)算法, 构建松茸真伪甄别模型和食用菌分类模型, 对两种模型进行盲样测试, 并分析了LASSO与PCA算法的不同点, 最后使用蒙特卡罗方法检测两种模型的稳定性。 实验结果表明基于LASSO光谱特征选择的松茸真伪甄别模型和食用菌分类模型预测精度和稳定性均高于PCA方法, 其中基于原始光谱数据所建真伪甄别模型的预测准确率为69.57% (BP)和60.87% (KNN), 食用菌分类模型准确率为67.39% (BP)和65.22% (KNN), 基于LASSO特征筛选的真伪甄别模型预测准确率分别达到100% (BP)和78.26% (KNN), 食用菌分类模型预测准确率分别达到89.13% (BP)和80.43% (KNN), 对两种模型进行10次蒙特卡罗实验, 其结果平均值分别为99.93%和97.22%, 由此可知, 与PCA等数据降维算法相比, LASSO可实现全光谱区间的光谱特征选择和数据降维, 有效地提高了近红外定性分析模型的预测性能, 为近红外分析提供了一种新的特征筛选方法。
光谱学与光谱分析
2019, 39(12): 3809
原子与分子物理学
赵子豪  王晓晨  李博  李萌  [ ... ]蒋小军  钱军  李晓林  
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摘要
超冷原子体系中要观测增益平衡的宇称-时间(PT)对称,需产生受控的原子布居增益/损耗及相干耦合。本文提出了动态控制原子芯片上双阱中原子输运实现原子布居指数增长的方法。采用直接蒙特卡罗方法数值研究了原子系综在双阱间的输运动力学,发现初始原子数和温度会显著影响输运效果,如目标势阱中的原子布居增益速率和转移效率。此外,还细致分析了左侧势阱抬升时间对右侧势阱中原子布居增长趋势的影响效果。该方案为在超冷原子气体中实现有增益/损耗的PT对称量子体系提供了切实可行的方法。
光学学报
2018, 38(9): 0902001
大气光学与海洋光学
摘要
光在水中传输时的吸收和散射效应使得激光的水下传输特性变得复杂,尤其是后向散射会造成目标对比度降低,导致利用激光进行水下探测时面临挑战,而载波调制技术可以用来抑制水下激光雷达的后向散射。利用基于蒙特卡罗方法的计算机仿真技术建立余弦调制高斯脉冲激光水下传输模型,并讨论光载微波脉冲宽度、调制频率和调制深度等参数对探测结果的影响。结果表明:相比于传统脉冲激光雷达的仿真结果,载波调制相关检测技术可以有效提高水下目标对比度;脉冲宽度存在最佳值,调制频率对目标回波信号的信噪比和测距精度有影响,调制深度越大,目标回波信号的信噪比越高。
光学学报
2018, 38(4): 0401003
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