微粒非规则、微粒非各向同性和介质非均匀的三非环境普遍存在。三非环境中受微粒散射和吸收作用的影响，光信号的传输性能与作用距离会减弱。例如，雾、霾和云等低能见度环境会降低飞机、汽车和轮船出行的安全性，在浑浊水域中搜寻与潜航作业困难，而将偏振特性用于表征光在三非环境中的传输过程可为提取良好的光信号和增加作用距离提供可行方案。阐述微粒非规则、微粒非各向同性和介质非均匀等3种情形下偏振传输特性：分析多种非球形微粒的国内外发展；列举等效多层同心粒子模型的相关数据并解释雾霾散射特性等问题的有效性；对非均匀介质开展分类研究并分析光线的传输过程中介质环境的影响。综述三非环境中偏振光的散射偏振特性的发展历程和研究现状，阐明三非环境中偏振传输特性研究的重要性，展望三非环境偏振传输问题的发展趋势。
散射 三非环境 偏振传输 激光与光电子学进展
2024, 61(9): 0900007
1 鲁东大学交通学院，山东 烟台 264025
2 山东德衡人力资源股份有限公司，山东 烟台 264025
偏振蒙特卡罗法在模拟大量光子传输时不存在由有限离散引起的计算误差，因而通常作为验证其他方法计算精度的标准。通常情况下，偏振保持特性良好的光子的信息损耗少且传输距离远，分析这些光子的传输特性对于提取优良信号具有潜在的应用价值。为此，基于偏振子午面蒙特卡罗法，提出一种散射环境中前向传输光子偏振态的统计方法。模拟计算偏振光在聚苯乙烯悬浊液中的传输特性，结果表明，优化算法不仅能够反映光子偏振态的变化情况，而且能够统计偏振保持特性良好的光子数占比。
散射 偏振 多重散射 传输 计算光学 光学学报
2023, 43(18): 1829001
1 鲁东大学 交通学院，山东 烟台 264025
2 大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024
3 烟台艾德康生物科技有限公司，山东 烟台 264006
针对烟雾环境中偏振前向传输在短波红外波段是否具有偏振信号增强的问题，实验研究了烟雾环境中水平线偏振光在532 nm和1 550 nm波长下的前向传输偏振特性。烟雾环境由烟饼燃烧所制，其主要由悬浮氯化铵颗粒和水汽组成，且氯化铵颗粒在烟饼点燃7~16 min内稳定沉积。搭建了532 nm和1 550 nm两套单波长激光前向传输测试平台，用以测量水平线偏振光在烟雾环境中的前向传输偏振特性。分析测量误差主要由激光源的光强波动误差、测量时间变化误差、偏振器件的安装误差和转角误差引起，计算了532 nm和1 550 nm激光前向传输测试平台的测量误差峰值分别约为1.03%和0.89%。测试烟饼燃烧7~16 min时的偏振状态保持率RoPS，测试结果表明：相比532 nm波长，水平线偏振光在1 550 nm波长前向传输后具有更优异的偏振状态保持特性，且随着烟雾浓度降低，两者之间的偏振状态保持差异逐渐缩小。文中研究通过实验验证了所制烟雾环境中水平线偏振光在1 550 nm波长前向传输后具有优异的偏振信号，这可为短波红外偏振技术的实际应用提供一定的实验支撑。
偏振传输 前向散射 短波红外 polarization propagation forward scattering shortwave infrared 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210157
1 鲁东大学 交通学院，山东 烟台 264025
2 大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024
3 烟台艾德康生物科技有限公司，山东 烟台 264006
为解决偏振子午面蒙特卡洛法的计算结果与测试结果存在出入的问题，文中提出了一种限定接收范围的改进算法。偏振子午面蒙特卡洛法计算过程中采集整个截面的前向散射光，但实际接收装置通常接收部分前向散射光，这是引起偏振子午面蒙特卡罗法的计算结果与实验结果存在出入乃至失配的重要因素之一。为此，改进算法限定了前向散射光的接收范围，限定的接收范围与实际接收范围一致。采用原算法和改进算法分别模拟 45°线偏振光和水平线偏振光在聚苯乙烯悬浊液中传输。选用粒径 1 μm 的聚苯乙烯悬浊液开展验证实验，通过对照测试结果，改进算法相比原算法能够更好地匹配实测结果。通过计算单个微粒的偏振状态保持情况，阐明改进算法提高计算精度的作用机理，即前向散射角愈外延，散射光的偏振态变化愈剧烈，而改进算法规避掉了绝大部分前向散射角外延程度较大的散射光。
偏振传输 前向散射 蒙特卡洛法 算法优化 polarization propagation forward scattering Monte Carlo method algorithm optimization 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210158
1 广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心, 桂林理工大学, 广西 桂林 541004
2 桂林理工大学地球科学学院, 广西 桂林 541004
3 广州市地质调查院, 广东 广州 510440
4 广西地质调查院, 广西 南宁 530023
5 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司, 广西有色金属工程技术研究中心, 广西 桂林 541004
XRD-Rietveld全谱拟合方法突破了传统XRD定量分析的众多技术局限, 在解决复杂多相混合物的定量问题方面具有显著优势。 将XRD-Rietveld全谱拟合方法引入风化壳矿物学研究, 有助于解决长期以来地学界对风化壳中矿物组分缺乏准确定量认知的技术瓶颈。 在制定专门针对风化样品的全谱拟合精修策略基础上, 以广西玉林大容山地区的花岗岩风化壳为研究对象, 对发育在两组不同岩性之上的风化剖面(剖面A和剖面B)进行了对比研究。 结果表明, 风化剖面A(母岩为粗粒黑云母花岗岩)的矿物组合及含量变化范围为: 高岭石(6.05%～44.67%)+伊利石(15.85%～49.59%)+石英(29.72%～46.15%)+钾长石(12.04%～22.85%)+斜长石(24.33%～32.70%); 风化剖面B(母岩为细粒黑云母花岗岩)的矿物组合及含量变化范围为: 高岭石(3.12%～11.47%)+伊利石(13.95%～31.94%)+石英(26.60%～58.05%)+钾长石(13.70%～43.47%)+斜长石(17.95%～23.47%)。 两组剖面的全谱拟合修正因子Rwp值<15且gof值<5, 计算谱与原始谱拟合效果好, 指示矿物定量数据可靠, 且能与地质规律较好匹配。 在地质意义上, 本研究通过母岩原生矿物与次生矿物的含量同步变化, 深入揭示了研究区内花岗岩的化学风化过程, 厘定了长石类矿物在亚热带气候环境下所经历的长石→伊利石→高岭石演变序列。 基于剖面A与剖面B中粘土矿物总量和矿物构成出现显著差异, 研究认为在研究区内粗粒黑云母花岗岩比细粒黑云母花岗岩更易遭受强烈的化学风化作用。
XRD-Rietveld全谱拟合 矿物定量 风化壳 花岗岩 广西 XRD-Rietveld full-spectrum fitting Mineral quantification Regolith Granite Guangxi 光谱学与光谱分析
2018, 38(7): 2290
大连理工大学 机械工程学院, 辽宁 大连 116024
雾对红外系统的探测性能有一定影响,圆偏振光在雾中传输时具有优良的保偏性和持久性, 为解决雾的红外遮蔽问题提供了新思路。分析雾对红外光波的衰减是由吸收和散射共同作用; 阐述了圆偏振光透雾是由圆偏振光波螺旋性的随机化速率缓慢和圆偏振光子在传播方向的随机化速率缓慢共同作用, 致使圆偏振光受雾滴的光散射影响较小; 结合圆偏振透雾机理和大气光谱特征, 探究雾中目标检测的优化波段, 研究表明: 在近红外波段的0.78~1.1 μm、1.48~1.56 μm、1.63~1.86 μm、2.03~2.18 μm、2.39~2.5 μm和中红外波段的3.6~4.15 μm, 适宜采用圆偏振成像技术提高红外系统透雾性能, 长红外波段, 雾滴的光吸收占总消光的比例增大, 已不宜采用圆偏振成像技术来提高红外系统的透雾性能。最后, 分析了红外圆偏振透雾技术的特点, 并对深入研究提出了建议。
红外遮蔽 圆偏振 雾 波段选择 IR shielding circular polarization fog band selection 红外与激光工程
2017, 46(12): 1204002
大连理工大学 机械工程学院 辽宁省微系统研究中心重点实验室，辽宁 大连 116024
用纳米压印工艺制备红外金属光栅时，硬模板压印极易造成光栅结构缺陷致使光栅性能下降。本文采用柔性纳米压印工艺作为替代方法制备了适合在3-5 μm波段工作，高度为100 nm，上下金属层厚为40 nm的双层金属纳米光栅，其光栅结构参数为：周期200 nm，线宽100 nm，深宽比1∶1。 该方法采用热纳米压印工艺将母模板光栅结构复制到IPS（Intermediate Ploymer Sheet）材料上，制作出压印所需软模板；随后通过紫外纳米压印工艺将IPS软模板压印到STU-7压印胶，得到结构完整均匀的介质光栅；最后在介质光栅上垂直热蒸镀金属铝，完成中红外双层金属纳米光栅的制备。对所制备光栅进行了测试，结果表明，所制备光栅在2.5~5 μm波段的TM偏振透射率超过70%，在2.7~5 μm波段的消光比超过30 dB，在2.72~3.93 μm波段的消光比超过35 dB，显示了优异的消光比特性和偏振特性。该研究结果在红外偏振探测、红外偏振传感等方面具有潜在应用。
纳米光栅 中红外光栅 金属光栅 柔性纳米压印 热蒸镀 nano grating mid-infrared grating metallic grating flexible nanoimprint lithography IPS（Intermediate PloymerSheet） IPS(Intermediate PloymerSheet) thermal evaporation 光学 精密工程
2017, 25(12): 3034
1 西安工业大学 光电工程学院, 西安 710072
2 黑龙江北方工具有限公司, 黑龙江 牡丹江 157013
针对现有四光幕精度靶理想化结构模型及测量精度分析无法满足其工程化设计及发展需求的问题,构建了通用的四光幕精度靶工程化结构模型,推导了相应的坐标测量及误差传播公式,仿真分析了着靶位置、靶距、幕面夹角、靶面大小、弹丸斜入射角度等多参量对系统坐标测量精度的影响,得到了系列坐标测量误差分析数据.最后给出了一实际四光幕精度靶的结构及理论坐标测量误差估计.实弹射击表明,该系统在1 m×1 m有效靶面内的X、Y坐标测量误差均小于2 mm,与理论仿真分析结果接近,验证了所提工程化测量模型的正确性,测量精度分析有效.研究结果可为实用型四光幕精度靶的设计及测量精度评估提供可靠参考.
测量 四光幕精度靶 建模 着靶坐标 精度分析 弹丸 光幕 Measurement Four-light-screen optical target Modeling Impact location Accuracy analysis Projectile Light screen
