图像火灾探测中液晶光阀的特性

在实验的基础上,深入研究了TN型液晶光阀的原理和光学特性。发现TN型液晶光阀对红外波段和可见光波段所产生的不同透射和截止效应都取决于光阀的偏振片。分析了液晶光阀的视角和波谱透过率等因素对图像火灾探测的影响,并指出了在利用液晶光阀做光开关的火灾探测系统中应该注意的问题。     

生物节律因子的调光计算

针对光生物效应重要性及复杂性问题,提出一种生物节律因子的调光计算方法。给定三通道LED工作在额定条件下的光谱分布就能够实现任意比例的混合光源的照度、相关色温、节律因子的便捷计算。实验选用三种色温白光LED组成三通道光源,基于脉冲宽度调制（PWM）原理进行三通道分时调光。在某一照明测试空间距离下,先测得单通道独立工作时的光谱分布,并通过调光计算方法得到三通道在任意比例下混合光源的理论照度、相关色温、节律因子;再测得三通道光源在不同混合比例下的实际照度、相关色温与节律因子。然后将理论与实际计算所得的照度、相关色温、节律因子进行比较,并分析误差。实验结果表明,照度、相关色温、节律因子的多条拟合直线与调光计算式所描述直线的斜率差异分别在6%、2%、3%以下,截距差异分别在2%、5%、3%以下。用显著性差异检验来检验实际节律因子与理论计算所得节律因子的正态分布特性,结果显示并无明显差异,表明在给定各LED光源光谱分布的情况下,调光计算方法不用通过测量混合光源光谱分布,便能快速有效地计算出混合光源照度、相关色温、节律因子。     

不同年龄群体的光生物效应评价方式

研究了照明光环境对不同年龄人群的光生物效应定量评价方式。从光照转换角度提出了一种考虑不同年龄人眼透射谱、瞳孔直径以及受光面积的节律因子模型,选取3种不同色温(3 000,4 000,6 000 K)的白光LED光源,在同种照度500 lx下实验测试其光谱分布,并对提出的节律因子进行计算,与之前标准中考虑年龄的修正因子方式进行了线性拟合对比分析。结果表明:在相同色温下,随着年龄的增大,节律因子值逐渐减少;而对于相同年龄,随着色温的增大,节律因子是变大的,此种规律与其他研究人员得出的实验结论一致。从线性拟合相关度上来看,三种色温下两种考虑年龄的节律因子的直线相关度分别为0.958 08,0.958 33,0.957 22,具有较高的相关性。较之于标准中的考虑透光谱方式,本文提出了另外一种考虑不同年龄人眼差异的光生物效应评价方式,尝试对人眼模型的透射谱进行绝对而不是相对效应的考虑方式。     

基于光波导光模光谱的固液界面受体配体反应动力学研究

为了探讨血管内皮细胞生长因子和其受体作用的动力学特征,在3-氨基3-乙氧基硅烷修饰的光波导传感器芯片表面通过戊二醛将血管内皮细胞生长因子固定,用光波导光模光谱法对溶液中的血管内皮细胞生长因子受体与固定化血管内皮细胞生长因子作用的反应动力学进行了研究。通过对不同浓度的受体分子的在线结合、解离的光波导光模光谱数据的分析,拟合出相应的结合、解离反应速率常数分别为6.86×105L.(mol.s)-1和1.15×10-3s-1。结果表明,非标记的光波导光模光谱法适用于高效、准确的受体配体作用反应动力学特征测量,所建立的基于光波导光模光谱技术的体外研究模型,是相关药物的开发和作用机理研究的方便快捷的平台。     

温稠密等离子体中Al12+离子的光电离过程

本文采用多组态Dirac-Hartree-Fock方法研究了温稠密等离子体环境中Al12+离子的光电离过程. 等离子体效应采用SM屏蔽势来模拟(Stanton和Murillo在2015年提出). 计算中固定标度温度1.3eV,在强耦合等离子体环境下,研究了等离子体密度对能级,连续态波函数以及光电离截面的影响. 通过与相同等离子体条件下的Debye-Hückel模型势计算的光电离截面对比,发现两种模型对应的结果中未同时出现势形共振峰,这是由于本文采用的屏蔽模型包含等离子体简并、有限温度对动能的梯度修正和量子交换关联效应,对光电离截面的大小和共振结构具有显著影响.     

650nm光在Intralipid-10%中分布的测量和分析

本文提出一种用光纤测定光在生物组织模型Iitralipid内部光分布的方法并测定了650nm激光在Iitralipid 10%中的分布,该方法与各向同性球形光纤探头探测组织内光分布是一种互补的方法。实验结果揭示了在生物组织模型中不同方向散射光的分布规律,表明了不同的组织光学参数和不同直径的入射光束与光分布之间的关系;采用外推边界条件的漫射方程解拟合前向散射光的测量数据确定了组织模型的散射系数和吸收系数并得到较好的结果,所测量的光学参数与公开发表的结果比较其差别在2 35%以内。     

基于拟合衰减差自补偿的分布式光纤温度传感器

针对斯托克斯光和反斯托克斯光的本质损耗、附加损耗使分布式光纤温度传感器产生测温误差的问题,通过对分布式光纤温度传感器的温度解调原理的研究,提出了拟合斯托克斯光与反斯托克斯光之间衰减差的方法实现温度自补偿,以此减小测温误差.以传感光纤上不同位置的两部分作为参考段和测温段,参考段的光信号作为测温段拟合多阶衰减差和解调温度的参量,通过引入多阶拟合结果解调温度,减小因斯托克斯光和反斯托克斯光的本质损耗、附加损耗导致的温度误差,实现温度的初步修正.改变光纤上同一位置的温度,取3组不同温度值及对应信号值计算引入拟合衰减差前后的瑞利噪声,分析了瑞利噪声与光纤长度和温度的关系,通过引入拟合衰减差消除瑞利噪声,减小了斯托克斯光和反斯托克斯光的本质损耗、附加损耗导致的瑞利噪声误差,实现温度的再次修正.分析比较多阶衰减差拟合结果对测温误差以及消除瑞利噪声的影响,获得最优拟合阶次.在拟合因参考段的附加损耗而导致的测温段的附加误差后,通过拟合结果进行温度补偿,完成了最终温度修正.实验结果表明,在30-90℃,引入一阶线性拟合结果的温度修正效果最好,经过三次修正后,测温误差从10.50℃降低至0.90℃.     

基于光声光谱技术的NO,NO2气体分析仪研究

NO, NO₂是大气污染源中的常见气体, 对环境具有严重的危害性. 为检测污染源中这两种气体的浓度, 构建了成本较低的基于红外热辐射光源的光声光谱气体检测系统. 分析计算得到了NO, NO₂ 在2500–6667 nm波段吸收谱线. 通过建立光声传输线RLC振荡电路模型和仿真得到品质因数、声压大小与谐振腔长、内腔半径以及调制频率的关系, 据此设计了光声池几何结构. 实验表明该系统所测得的光声信号与气体浓度有很好的线性关系, 并且对NO, NO₂气体极限检测灵敏度分别达到4.01 和1.07 μL. 通过调节激光发射波长和选取滤波片, 该系统还可用于其他微量气体的浓度检测. 关键词： 大气污染 光声光谱 气体检测     

连续辐射谱法计算闪电通道电子温度

基于连续辐射理论,得到连续辐射能量与等离子体电子温度的关系式。依据青海地区一次强地闪回击过程的光谱,从中分离出连续辐射强度,对其吸收特征进行分析以减小吸收带来的计算误差。通过对连续谱强度的曲线拟合得到闪电放电通道电子温度,温度峰值为29 800 K,温度下限为16 200 K,由同一波段光谱中的O Ⅰ线和N Ⅱ线分别拟合了电子温度。比较结果发现：由连续辐射得到的闪电通道电子温度从高温向低温过渡,高温值与离子线信息获得的闪电核心电流通道处的温度符合较好,而低温则与原子线计算的结果接近,反映了外围电晕发光通道的温度。所以,依据连续谱得到的结果能更全面地反映温度沿通道径向的分布。对于闪电热等离子体通道,连续谱法提供了一种计算闪电放电通道电子温度的新途径,对地闪回击研究有一定的意义。     

椭球模型下通过雾场的多重光散射谱

由于雾滴的非球形、多重散射特性以及几何光学效应,光通过实际雾场的散射问题成为一个研究难点. 建立了近于实际的椭球雾滴模型,考虑光的衍射、透射及反射特性后,利用辐射传播方程得到了在不同的雾滴大小分布 及不同的雾滴形状分布下通过雾场的多重散射光强公式.在两种特例下与已有的结果较为相符,说明了方法的可靠性. 计算表明:与随机取向的非球形颗粒场的散射谱呈圆形特征不同,通过椭球形雾滴场的散射谱呈椭圆特征, 不同方位角的散射光强角分布有所差异,雾滴的形状因子越接近于1,差异越小;与单散射不同, 散射谱中的条纹随光学厚度增大逐步消失;对于不同大小分布及不同形状分布的雾滴场, 在不同方位角及不同观察角的散射光强随光学厚度τ的增加总是先增大再减小,光强的极大值位置在τ = 1.0---3.0 范围内.计算同时还表明,由于多数情况下实际雾场的雾滴大小偏差较大, 因而通过雾场的散射谱将呈现以中央亮斑为中心向四周弥散的图样.     

Light scattering theories and computer codes

In aerosol science today light scattering simulations are regarded as an indispensable tool to develop new particle characterization techniques or in solving inverse light scattering problems. Light scattering theories and related computational methods have evolved rapidly during the past decade such that scattering computations for wavelength sized nonspherical scatterers can be easily performed. This significant progress has resulted from rapid advances in computational algorithms developed in this field and from improved computer hardware.In this paper a review of the recent progress of light scattering theories and available computational programs is presented. We will focus on exact theories and will not cover approximate methods such as geometrical optics. Short outlines of the various theories are given alongside with informations on their capabilities and restrictions.     

Light extraction enhancement of GaN-based LEDs through passive/active photon recycling

In this paper, we present a study of light extraction of GaN-based LEDs through active/passive photon recycling, including sapphire-based and Thin-GaN based on Monte Carlo ray tracing. The mechanisms in enhancing light extraction incorporated with implanting micro pyramid (lens) array and lens encapsulation of both cavity photon recycling and quantum photon recycling are discussed. For an absorption coefficient of 200 cm^− 1 in the active layer, both approaches perform more than 90% of light extraction efficiency through cavity photon recycling. For a heavy absorbed active layer, the quantum photon recycling could play an important role in light extraction.     

光照强度对蛇足石杉共生蓝藻细胞悬浮培养的影响

以蛇足石杉孢子囊为材料,分离出蛇足石杉共生蓝藻细胞,研究光照强度对液体培养的共生蓝藻细胞生长的影响.研究结果表明,在光强500 Lx下,共生蓝藻的生长速率最大;增加光照强度(> 2000 Lx)将抑制共生蓝藻的生长,菌体褪绿变白;在共生蓝藻生长过程中,蓝藻细胞内叶绿素a的含量随着光强的增加而显著减少,这与其在强光照下生物量的降低呈正相关.不同光质实验结果表明,绿光和蓝光条件下蛇足石杉内生藻生长快而红光条件下藻体增殖最慢,这与在绿光和蓝光条件下藻体细胞合成的色素含量增高有密切的关系.实验结论:蛇足石杉共生蓝藻细胞适宜的光照条件是弱光光照,适宜的光质是绿光或蓝光.     

Analytical treatment of light extraction from textured surfaces using classical ray optics

Regular periodic textures e.g., microlens arrays, micro-pyramids, and cones on substrate surface have been used to enhance light out-coupling in light emitting devices. Photon randomization, often associated with surface roughening, has been suggested as the mechanism for out-coupling enhancement. This article analytically investigates the ray dynamics in a light emitting device when periodic texture is used as an external out-coupler. An attempt has been made to understand the relationship between enhancement in out-coupling and the surface inclination of these structures using classical ray optics.     

顶端ZnO纳米结构对GaN基LED光提取效率的影响

为了提高GaN基蓝光LED的光提取效率,本文建立了LED顶面分别铺设ZnO纳米柱和纳米锥结构的两种模型,利用时域有限差分法对两种模型进行仿真并对结果进行了比较.仿真结果表明,ZnO纳米结构的各项几何结构参量(包括排列周期P、高度L、宽度W以及斜率k等),对LED顶端光提取效率影响显著.仿真分别得到了两种结构的最佳模型,通过比较,LED顶面纳米柱和纳米锥结构对光提取效率的提高效果相近,其最佳提取效率分别增强至无任何结构时的2.5倍和2.3倍.同时,通过对各项参量扫描获得的对光提取效率的变化曲线进行了分析,并给出了相应相应的理论解释.这些模型优化和理论分析对实际的高性能GaN基LED的设计制造有着指导意义.     

LED光源光谱对隧道出口段明适应的影响

随着我国经济的不断发展,高速公路隧道建设的发展也非常迅猛。前期在隧道的实际工程设计中,为完全保证隧道车辆通行安全,隧道内部全线灯具的输出功率和安装布置全部取决于一年四季中最大的洞外亮度值和车辆速度值。这样的设计尽管充分考虑了安全性,但盲目的增加隧道照明亮度,不能够缓解视觉适应的问题。随着LED在隧道照明中的应用, LED光源光谱的影响逐渐引起人们的关注。调查研究发现高速公路隧道在出口段交通事故发生率比较高,主要原因是隧道出口段内外亮度差较大,驾驶员在驶离时明适应时间较长。LED光源的光谱呈现双峰结构,在长波长范围内,光谱含量差异明显。明适应的能力主要与两个因素有关,一是瞳孔面积的变化;二是感光色素的光化学反应。不同色温的LED具有不同的光谱特性,进而通过影响感光色素的合成,来影响明适应的时间长短。现在市场上可用的隧道照明LED光源的色温可选范围比较广,所以实验选取了市场上可用的不同色温的大功率的LED光源作为研究对象,其色温分别是3 000, 3 500, 4 000, 4 500, 5 000, 5 700和6 500 K等7种。邀请了30名视觉功能正常,矫正视力1.0以上,且无色盲、色弱等其他眼疾的观察者参加了本次实验。地点选择在长9 m,高2.8 m,宽5 m的模拟隧道内。实验参数选取3组亮度值,分别为4, 8和12 cd·m^-2;2个灯具安装高度分别是2.0和2.4 m;3个安装角度分别是15°, 20°和25°。共评估了126种照明条件。实验结果表明:隧道出口段亮度越大,明适应时间越小;当亮度相同时,随着色温的增大,明适应时间减小;灯具安装角度和安装高度对光谱的影响很小,改变安装高度和安装角度并不能有效的减小明适应时间。从明适应的角度出发,通过分析不同色温LED灯的光谱,为隧道照明设计与应用中出口段LED光源的选择提供数据和理论支撑。     

生物大分子的共振光散射光谱

共振光散射技术是一项在普通荧光分光光度计上可实现分析领域中应用的新技术。本文阐述了共振光散射的基本原理 ,分类介绍了在生物大分子研究和测定方面的应用 ,分析了共振散射体系的新发展。     

Operatorial form of the theory of polarization optical devices: I. Spectral theory of the basic devices

While the theory of operators in quantum mechanics is expressed nowadays in a pure operatorial form (wrapped mostly in Dirac's symbolic language), in optics the polarization device operators and their action are analyzed yet in the old matrix (Jones or Muller) formalism. The theory of polarization device operators has not taken systematically advantage of the very general, fundamental and deep results of the spectral theory of operators, on the basis of which it can be structured in an elegant deductive and physically expressive form. In this paper we apply the spectral theorem to the polarization device operators, we calculate their expansions in a pure operatorial Dirac-dyadic form and give some examples which illustrate the advantages from the physical insight viewpoint of such an approach. We are concerning here only with the basic polarization devices, to which correspond normal operators.     

Optimal design of gold nanoshells for optical imaging and photothermal therapy

Gold nanoshells are of great interest in optical imaging based on their light scattering properties and photothermal therapy due to their light absorption properties. Strong light scattering is essential for optical imaging, while effective photothermal therapy requires high light absorption. In this article, the optimal core radii and shell thicknesses of silica–gold and hollow gold nanoshells, possessing maximal light scattering and absorption at wavelengths between 700 and 1100 nm, are obtained using the Mie theory of a coated sphere. The results show that large-sized gold nanoshells of high aspect ratios (the aspect ratio is defined as the ratio of core radius to shell thickness) are the efficient contrast agents for optical imaging, while smaller gold nanoshells of high aspect ratios are the ideal therapeutic agents for photothermal therapy. From the comparison of the numerical results for silica–gold and hollow gold nanoshells, the latter are seen to offer a little superior light scattering and absorption at smaller particle size. Fitting expressions for the optimal core radii and shell thicknesses are also obtained, which can provide design guidelines for experimentalists to optimize the synthetic process of gold nanoshells.