1 华北电力大学电子与通信工程系，河北 保定 071003
2 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003
在光声内窥成像中，不均匀或不稳定的照明，以及生物组织的复杂光学特性均会导致成像平面内光通量分布不均匀，从而造成重建图像质量和成像深度的下降。提出了一种校正光通量变化的定量光声内窥成像方法，对光吸收能量分布进行稀疏分解，采用贪婪算法重构得到光吸收系数和光通量的稀疏表示，并通过稀疏矩阵分解实现光吸收系数与光通量分布的联合重建。仿真和体模实验结果表明，与一步法和基于模型的定量重建方法相比，采用所提方法估算光吸收系数的均方根误差（RMSE）可降低约48%，重建图像的归一化平均绝对距离（NMSAD）和结构相似度（SSIM）可分别降低约25%和提高约24%。与其他校正光通量的重建算法相比，所提方法估计光吸收系数的RMSE可降低约22%、NMSAD可降低约20%、SSIM可提高约10%。
成像系统 图像重建技术 光声成像 内窥成像 光吸收系数 光通量 定量成像
大气气溶胶的光吸收特性是全球气候变化和区域天气的重要影响因素。 随着国家重大光电工程技术的快速发展, 近红外波段的大气气溶胶光吸收特性受到越来越多的关注。 基于光声光谱技术, 自行搭建了一套1 064 nm波长气溶胶光学吸收系数测量装置, 结合扫描电迁移率粒径谱仪对合肥近郊科学岛附近的大气气溶胶的光吸收系数和粒径谱进行了9 d的连续测量, 获取了气溶胶的光学吸收系数、 粒子数浓度及粒径谱的长时间测量数据。 基于测得的光吸收系数与粒子数浓度进行相关性分析。 结果表明, 当气溶胶粒径谱相对稳定时, 气溶胶光吸收系数与数浓度之间具有很好的相关性, 相关系数为0.62~0.99。 此外, 还观测到了夜间粒子的粒径增长过程。 在该时段内粒子数浓度相对稳定, 气溶胶粒子的平均粒径从120 nm左右增长到175 nm附近, 其吸收系数随着粒径的增长从6 Mm-1增加到17 Mm-1。 通过对吸收截面和粒子平均粒径之间的相关性进行理论拟合和分析可知, 该时段内的气溶胶粒子更接近于面吸收体。 最后, 结合环境质量观测站点给出的空气质量监测数据, 对测量期间出现的雾霾天、 晴天、 阴雨天等三种典型天气条件下的气溶胶粒子的光吸收系数和粒径谱的日变化测量数据进行对比分析。 分析结果表明, 三种天气条件下吸收系数和粒子数浓度的日变化趋势具有明显的气象特征: 雾霾时段, 环境中的粒子数浓度及其中的大粒子浓度逐渐增多, 光吸收系数增大; 晴天时, 附近道路上的机动车在交通繁忙时段的尾气排放使得大气中的细粒子在短时间内急剧增多, 导致光吸收系数显著增强; 雨天时, 降水对大气中的气溶胶粒子具有明显的清洗作用, 使得环境中的粒子数浓度显著减少, 导致其吸收系数变小。 实际大气气溶胶光吸收系数的观测与相关测量数据的比对和分析结果验证了所建立测量装置的可靠性, 也为近红外波段气溶胶光吸收特性的深入研究积累了经验。
光声光谱 大气气溶胶 光学吸收系数 1 064 nm波长 Photoacoustic spectroscopy Atmospheric aerosol Optical absorption coefficient 1 064 nm wavelength 光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 2989
北京科技大学新材料技术研究院, 北京 100083
采用微波等离子体化学气相沉积法通过控制痕量杂质制备了高质量单晶金刚石材料,并对其结构与光学性能进行综合评价。通过紫外可见吸收光谱和光致发光谱分析了晶体的杂质及含量;采用拉曼光谱、摇摆曲线及X射线白光形貌束分析了不同质量单晶体的晶体结构及结晶质量;通过偏光显微镜综合评价了不同质量单晶金刚石的晶体结构和缺陷。结果证明:获得的高纯单晶金刚石含有少量的缺陷、杂质,其位错应力场以聚集状均匀分布,高纯单晶金刚石与微掺氮单晶金刚石在紫外可见近红外波段的透过率最高可分别达到71.58%和71.27%,接近单晶金刚石的理论透过率(71.6%),且在本征红外吸收波段,高纯金刚石晶体相对微掺氮单晶金刚石,对称性较好,样品吸光度较小。控制痕量杂质制备的高质量单晶金刚石膜有望应用于光探测器探头和光学窗口。
薄膜 高质量单晶金刚石 透过率 光学吸收系数 痕量杂质
华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
光声层析(Photoacoustic tomography,PAT)成像结合了超声成像的高分辨率和光学成像的高对比度的优势, 是一种新型的生物医学成像模式。PAT成像算法包含两个逆问题, 即根据组织产生的光声信号构建初始声压分布图(即图像重建)以及在此基础上估算成像区域的光学特性参数。后者是一个非线性的不适定问题, 通常称为定量光声层析(Quantitative photo-acoustic tomography, qPAT)成像。本文在介绍光声成像原理的基础上, 对主要的qPAT算法进行综述, 讨论各自的优势和不足, 并对未来可能的发展方向进行展望。
定量光声成像 图像重建 逆问题 光吸收系数 散射系数 Gruneisen系数 quantitative photoacoustic tomography (qPAT) image reconstruction inverse problem optical absorption coefficient diffusion coefficient Gruneisen coefficient
采用射频磁控溅射的方法制备了微量硼掺杂氢化非晶硅薄膜, 对样品的光电导性能进行了研究。结果表明, 不同的硼掺杂量下, 氢化非晶硅薄膜透过率随掺杂量的增加而变大, 透过率曲线截止边红移; 吸收系数随着硼掺杂量的增加而增大; 薄膜的折射率随着波长的增加而下降, 同一波长下随着掺杂量的增加而增大, 在500nm波长处折射率达到4.2以上, 最大到4.6; 薄膜的交流电阻率在微量硼掺杂下随着硼掺杂量的增加先减小后增大。
硼掺杂 射频磁控溅射 氢化非晶硅 吸收系数 折射率 light-doped Boron RF magnetron sputtering method a-Si∶H film optical absorption coefficient refractive index
采用射频磁控溅射的方法制备了用于液晶光阀光导层的氢化非晶硅薄膜, 研究了工艺参数对氢化非晶硅薄膜透过率及光电导性能的影响。结果表明, 薄膜的沉积速率随着溅射功率和衬底温度的升高呈先增加后减小的趋势, 在衬底温度为300℃, 溅射功率为300W左右沉积速率达到最大, 在溅射2h后沉积速率随着溅射时间的增加而下降; 薄膜的光吸收系数随衬底温度的升高而增大, 随溅射功率的增加而减小; 交流电导率随衬底温度和溅射功率的升高而下降; 薄膜在可见光范围内透过率随着H分压的增大而增大, 且吸收边发生蓝移。
射频磁控溅射 氢化非晶硅 光吸收系数 透过率 RF magnetron sputtering method a-Si∶H film optical absorption coefficient transmission
中国石油大学(华东) 重质油国家重点实验室， 山东 青岛266580
为了研究TiO2禁带宽度和光吸收系数对其光催化性能的影响，使用Materials Studio的Dmol3和CASTEP模块分别对Ag+、Fe3+、Pt4+、La3+ 4种金属离子掺杂TiO2的能带结构和光学性质进行分析。分子模拟表明: 金属离子掺杂使TiO2的禁带宽度变窄、吸收波长红移，相同光照条件下光吸收系数增加，影响了TiO2的光催化性能。光催化反应实验表明: 在254 nm照射条件下，TiO2的禁带宽度为1.09 eV时光催化性能最好，TiO2的光吸收系数越大，光催化性能越好。
分子模拟 禁带宽度 光吸收系数 金属离子掺杂 TiO2 TiO2 molecular simulation forbidden bandwidth optical absorption coefficient metallic ion doping
1 湖北工程学院物理与电子信息工程学院, 湖北 孝感 432000
2 武汉软件工程职业技术学院光电系, 湖北 武汉 430205
在有效质量近似下, 利用量子力学的密度矩阵理论, 采用无限深势阱模型, 从理论上研究了ZnS/CdSe柱型核壳结构量子点中线性和三阶非线性光吸收系数。导出了柱型量子点中线性和三阶非线性光学吸收系数的解析表达式, 分析了该系统在不同条件下线性和三阶非线性光吸收系数与入射光频率之间的关系。改变系统的参数, 该系统的光吸收系数呈规律性变化。计算结果表明：弛豫时间τ、入射光强I和壳半径R2对系统的吸收系数α有很大的影响, 从而为实验上研究核壳结构量子点的非线性光学效应提供了必要的理论依据。
非线性光学 核壳量子点 光吸收系数 nonlinear optical core-shell quantum dot optical absorption coefficient
揭阳职业技术学院机电系, 广东 揭阳 522000
在精确对角化方法得到的系统哈密顿方程的能量和波函数的基础上,我们利用密度矩阵方法计算了抛物类氢杂质量子点中激子的基态(L=0态)跃迁到第一激发态(L=-1态)的光吸收系数。
类氢杂质 量子点 光吸收系数 hydrogenic donor quantum dot optical absorption coefficient
