微悬臂梁阵列成像系统光学特性分析

光学读出式红外成像系统是近年来提出的一种新型红外成像技术,该技术是基于探测双材料微悬臂梁吸收红外辐射后的变形量.这种红外光学成像系统由微悬臂梁阵列和光学读出设备组成,在本文中,将首先论述其系统结构和成像原理;在此基础上,通过分析单个微梁的衍射谱在透镜谱面上空域分布特点,提出了一种改进的谱平面刀口滤波方法,特别是讨论了成像系统将热变形角度转换成图像灰度的原理以及影响因素,并深入分析了成像系统的灵敏度.最后,给出了利用本系统获得37 ℃和300 ℃温度的红外发光物体成像结果.     

光学相干层析成像的原理、应用与发展

[目的]鉴于光学相干层析成像的微米量级空间分辨率、三维实时成像、非接触式探测等优点,分析光学相干层析成像当前的应用与发展,整理光学相干层析成像的研究进展.[方法]在系统查阅相关文献与研究成果的基础上,结合理论、公式与仿真等,从原理、应用以及发展等方面对光学相干层析成像进行综述.[结果]阐述了光学相干层析成像在时域、频域的分类与基本原理,列举了空间分辨率、成像深度、成像深度和灵敏度等性能参数,讨论了该成像技术在眼科、皮肤科、牙科领域等方面的应用,并进一步论述了该成像技术在并行探测、复频域重建、功能成像、多模态成像以及结合人工智能等方向的发展.[结论]研究与发展光学相干层析成像,有助于实现在生物医学成像领域尤其是眼科中的智能诊断、远程医疗等方面的进一步应用.     

电阻层析成像场域的三维仿真

为了进一步认识电阻层析成像(ERT)系统中敏感场的分布特性,通过采用有限元数值仿真(FEA)的方法建立三维模型并求解,得到了ERT传感器敏感场的三维空间分布,分析了场域分布的不均匀性。并在此基础上,研究了电极构造、空间排列、激励模式等对所建立的场域带来的影响,结果显示,电极长度增加可以改善激励场域,而且相对激励模式所产生的场域要优于相邻激励模式。这些结论为改进敏感场电极阵列的设计,降低反成像算法带来的误差以及还原图像的解释等提供了便利与依据。     

光学相干层析成像系统与实验研究

从光学相干层析成像(OCT)系统结构出发,介绍了OCT系统的成像原理,组建了OCT系统,实现生物组织表面的层析扫描成像,并对系统的性能和结果做了分析。     

近场光学显微术对凋亡HeLa细胞成像的探索

用扫描近场光学显微镜对凋亡的HeLa细胞进行了近场光学成像,得到优于光学衍射极限的光学分辨率.由于近场光学显微镜同时测量细胞表面形貌信息和透射光强信息,可以将细胞表面及其内部的物质结构特性和光学特性与空间位置相结合,获得凋亡细胞的结构信息与光学细节信息的对应关系.运用近场光谱方法在不同波长进行透射光谱成像时,不同波长的光在细胞内的传播与吸收所造成的光强分布存在显著差别,这种特性可以用于对细胞内不同组分的超高空间分辨率成像.结合近场光学成像和光谱成像结果,表明凋亡HeLa细胞内部为非均匀结构,并且其物质分布也极不均匀.研究表明,运用近场光学显微镜和近场光谱成像技术,不但提供优于衍射极限的高分辨本领,还可以提供生物细胞精细结构的更深层次的光学信息.     

大长径比整流罩光学系统设计

提出一种采用大长径比非球面整流罩的导引头光学系统,分别就其像差特性和像差校正方法进行分析和探讨.该系统整流罩的长径比为2,工作谱段为中红外波段,半视场角为30°,F数为2.设计结果表明成像质量接近衍射极限,满足红外光学系统的成像要求.     

倒置显微镜成像系统焦区衍射场分析

采用射线追迹与Stratton-Chu矢量衍射积分相结合的方法，分析计算小F数倒置显微镜成像系统焦区的矢量衍射场分布，假设一线极化平面波倾斜入射在系统入瞳上，入射波频率在毫米波频段，给出了成像系统焦区衍射场分布的数值计算结果，其等高线图显示出一定像差条件下透镜系统的成像性能，分析了衍射场的矢量特性，计算与实验做了比较，两者吻合。     

ERT/ECT技术电学特性与激励频率研究

电学层析成像技术包括ERT、ECT和EMT,但其对应系统的适用被测对象不同。为使电学层析成像技术更好地适用于多相流测量问题,采用数值仿真的方法,研究了多相流介质的电导率和介电常数对电学敏感场分布的影响,并且比较了不同电学特性参数介质场的频率特性。结果表明,电学层析成像系统的类型和激励频率可根据被测对象的电学特性参数决定。电导率较大(10~(-3)S/m)时采用电阻抗实部成像,选用ERT系统;电导率极低(10~(-5)S/m)且介质间介电常数相差较大时采用电阻抗虚部成像,选用ECT系统;且系统激励频率可选范围随电导率的增加而增大。最后将仿真结果与4种不同电导率被测场的实际测量数据进行对比验证,验证了仿真结果的正确性。     

超短脉冲在纳米金属缝中的传输特性

根据Drude模型和时域有限差分法（FDTD）编制程序包,通过模拟计算研究超短脉冲经纳米金属缝衍射的时域信号的分布特性．讨论了透射脉冲的时域分布与超短脉冲有效驰豫时间的演化关系,借助于其谱域分布对时域波形进行了解释．     

超振荡透镜的三维全矢量电磁分析方法

为了揭示超振荡透镜(SOL)亚波长聚焦本质和高分辨率成像机理,阐述了超振荡透镜的三维全矢量电磁分析方法,包括矢量电磁聚焦和矢量电磁成像两个连续物理过程。采用矢量角谱理论,计算预测超振荡透镜后多衍射光束精细干涉形成的矢量光场分布,利用等价磁偶极子矢量成像理论,定量计算探测面内像场分布。研究结果表明:三维时域有限差分法建模的严格求解结果与矢量角谱结果基本吻合;高倍、大数值孔径显微成像系统具有选择性偏振滤波成像机理,特别是可对纵向偏振分量进行抑制。该研究为超振荡透镜应用于纳米光刻、超分辨显微技术、粒子操控等领域提供了理论基础。     

新型宽带匹配网络在双路宽光谱AOTF成像技术中的应用

基于双路AOTF的宽光谱成像技术在偏振成像光谱仪中得到应用,其成像质量受AOTF衍射效率、光谱带宽等影响。其核心部件超声换能器阻抗失配时导致驱动功率无法最大限度的传递给换能器,使AOTF光谱衍射效率降低,3dB光谱带宽变窄,影响光谱图像有用信息的获取。采用压缩回波损耗技术,设计了一种基于LC拓扑结构及组合臂的宽频带、光谱衍射效率高的新型匹配网络。最终测得AOTF的光谱衍射效率最高达94％,光谱带宽小于5nm,提高了在420~1150nm波段范围内的光谱衍射效率及分辨率,实测目标的成像质量得到明显改善。     

基于空间光谱信息协同的城市不透水层提取方法比较研究

【目的】利用不同的端元提取方法及混合像元分解算法计算南京市2018年城市不透水层覆盖度,评估各方法的精度,为城市可持续发展提供可靠的基础数据支撑。【方法】采用Landsat 8 OLI遥感影像,基于像元纯度指数(pixel purity index,PPI)并考虑空间光谱信息协同提出空间像元纯度指数(spatial pixel purity index,SPPI),精炼提纯植被、裸土、高反照度不透水层及低反照度不透水层4种类型端元,利用线性混合光谱模型(linear mixed spectral model,LMM)、混合调制匹配滤波(mixture tuned matched filtering,MTMF)、双线性混合光谱模型(bilinear mixed spectral model,BMM)及BP神经网络(BP neural network,BPNN)算法提取南京城市不透水层,采用同年的Google Earth遥感影像目视解译结果对提取的不透水层丰度进行精度验证。【结果】SPPI能有效结合多光谱波段的光谱信息和全色波段的空间信息,提高端元提取精度并减少计算量;同时,基于SPPI的BP神经网络算法提取精度最高,为90.45%;而基于PPI的线性混合光谱模型精度最低,为80.62%。BP神经网络算法在复杂城市中的解混精度高于线性混合光谱模型、混合调制匹配滤波和双线性混合光谱模型。【结论】采用全色波段像元亮度空间异质性辅助提取端元的方法,用空间信息弥补多光谱波段光谱信息较少的缺点,对于改进或发展适用于中/高分辨率多光谱影像的端元提取方法具有一定的参考价值,将其与神经网络模型结合可以在城市不透水层提取中推广应用。     

衍射成像的分析与模拟

在讨论点源衍射的基础上,分析了衍射成像的基本原理,然后通过计算模拟探讨了影响衍射成像的因素,有利于改进光的衍射的教学以及培养学生理论分析和模拟计算的能力。     

Performance evaluation of the fixed relay in OFDMA systems

Performance of fixed relays in orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) systems, especially the coverage and capacity performance at the cell edge, is evaluated in this paper.Two methods, theoretical analysis and calculation and Monte Carlo simulation, are used for the evaluations.By theoretical analysis and calculation, frequency efficiency equation of a relay is introduced and numerical results are calculated.Monte Carlo simulation results also verify that the calculation method is reasonable.The evaluation shows that a relay can increase system performance to a certain level if it is designed appropriately, otherwise it will be harmful for the system performance, even to reduce it.     

移动通信Rician信道中的多普勒影响分析

在研究分析了陆地移动通信Rician多径信道中因存在较强支配路径信号入射以及入射路径空间位置发生变化对Doppler频谱密度所产生影响的基础上 ,指出在实际无线传播环境中的一般性Doppler频谱密度通常应为非对称的 ,并且给出了相应的理论分析和仿真结果     

Effects of spectral linewidth of ultrashort pulses on the spatiotemporal distribution of diffraction fields

The spatiotemporal characteristics of electromagnetic pulses with ultrabroad spectral bandwidth in the far field are analyzed by using classical scalar diffraction theory. The effects of the ratio of the frequency width to the central frequency on the diffraction spatial distribution are discussed. It is concluded that the diffraction spatial distribution of the pulsed radiation gets narrower than a monochromatic wave when the frequency width of the pulse is comparable to or larger than its central frequency.     

太赫兹时域光谱成像系统的研究进展

太赫兹时域光谱成像技术具有穿透性、超快时间分辨能力、指纹光谱特性、安全无辐射电离等显著特点,在物质成分光谱分析、工业材料无损检测领域具有独特的应用价值,成为近些年来的研究热点。基于此,从成像体制和成像算法两个方向进行介绍。在成像体制层面,全面介绍了逐点扫描成像、太赫兹焦平面成像、太赫兹光电导阵列成像等二维的成像方式,以及突破衍射极限的太赫兹近场成像技术;在成像算法层面,介绍了飞行时间成像和断层扫描成像技术等三维成像方式。列举了太赫兹技术在生物医学、无损检测、安防检测等领域的应用。最后总结了当前太赫兹时域光谱技术所面临的问题。     

基于GIS的侯马市建筑密度空间分布特征研究

建筑密度是研究城市空间结构的一个重要指标．本文利用GIS软件的空间分析功能,采用区域分割法和缓冲分析法对侯马市的建筑密度进行了分析．扇形分区分析结果表明：地理位置优越的东部和西部地区建筑密度较高,而南部由于受地形的影响建筑密度较低．缓冲区分析结果表明：建成区中心部分建筑密度最高,随着离市中心距离的增大,建筑密度逐渐降低．侯马市建筑密度的空间分布受到了地形、交通和经济发展状况等多种因素的影响．     

Imaging ultrafast molecular dynamics with laser-induced electron diffraction

Establishing the structure of molecules and solids has always had an essential role in physics, chemistry and biology. The methods of choice are X-ray and electron diffraction, which are routinely used to determine atomic positions with sub-?ngstr?m spatial resolution. Although both methods are currently limited to probing dynamics on timescales longer than a picosecond, the recent development of femtosecond sources of X-ray pulses and electron beams suggests that they might soon be capable of taking ultrafast snapshots of biological molecules and condensed-phase systems undergoing structural changes. The past decade has also witnessed the emergence of an alternative imaging approach based on laser-ionized bursts of coherent electron wave packets that self-interrogate the parent molecular structure. Here we show that this phenomenon can indeed be exploited for laser-induced electron diffraction (LIED), to image molecular structures with sub-?ngstr?m precision and exposure times of a few femtoseconds. We apply the method to oxygen and nitrogen molecules, which on strong-field ionization at three mid-infrared wavelengths (1.7, 2.0 and 2.3?μm) emit photoelectrons with a momentum distribution from which we extract diffraction patterns. The long wavelength is essential for achieving atomic-scale spatial resolution, and the wavelength variation is equivalent to taking snapshots at different times. We show that the method has the sensitivity to measure a 0.1?? displacement in the oxygen bond length occurring in a time interval of ～5?fs, which establishes LIED as a promising approach for the imaging of gas-phase molecules with unprecedented spatio-temporal resolution.     

大湄公河次区域植被覆盖时空变化特征及其与气象因子的关系

【目的】分析大湄公河次区域植被覆盖的时空分布变化规律及其与气象因子之间的关系,为全球变暖环境下大湄公河次区域植被保护及生态环境修复提供理论依据。【方法】以大湄公河次区域为研究区,使用MOD13Q1-NDVI数据,借助Google Earth Engine(GEE)平台反演区域2005—2019年植被覆盖,采用线性回归分析、马尔科夫模型等分析区域植被覆盖的时空分布规律,并利用偏相关分析法探究植被覆盖与气象因子之间的关系。【结果】大湄公河次区域高植被覆盖的面积占总面积的61.9%,空间上呈现北低南高、东高西低的特点;2005—2016年,区域植被以改善为主,主要是中高植被向高植被类型转化;2016—2019年,区域植被发生明显退化,以高覆盖植被类型退化为主;15年来,呈改善趋势的面积占总面积12.7%,呈退化趋势的面积占总面积3.0%,基于Hurst指数分析发现,区域植被未来显著改善面积大于显著退化,南部地区未来会发生退化;年际变化趋势上,归一化植被指数(NDVI)与气温呈显著正相关,相关系数为0.61,与降水相关性较弱;空间上,区域植被NDVI变化受到气温和降水影响,北部与降水显著负相关,南部与气温显著负相关。【结论】大湄公河次区域植被覆盖整体较好,改善趋势大于退化趋势。综合来看,大湄公河次区域植被变化与气温和降水有一定关系,尤其是北部和南部。