时域光学拓扑成像方法的模拟和实验研究

针对现有的以修正的朗伯-比尔定律(modified Lambert-Beer law,MLBL)为理论模型的光学拓扑方法存在量化度不准确的问题,提出了一种基于最小二乘拟合算法的时域光学拓扑成像方法.该方法利用时域扩散方程在半无限空间条件下的解析解和测量曲线实现最佳匹配以计算相邻的源点与探测点之间的待测组织吸收系数变化值.对该时域光学拓扑成像方法进行了一系列的模拟验证,并以基于时间相关单光子计数(time-correlated single photon counting,TCSPC)技术的多通道时间分辨测量系统为平台进行了实验验证.结果表明:所提出的最小二乘拟合算法总体上优于传统的基于经验值光程的MLBL方法.     

水果组织光学参数的激光图像无损测量技术

为得到水果组织的光学特性参数，设计了用激光散射图像测量水果组织光学特性参数的试验装置，分析了苹果、梨、脐橙等水果组织的空间分辨漫反射光分布与距入射光源点的半径之间的相关性，采用基于漫射光传输理论研究了漫反射光分布，并应用偏最小二乘拟合方法确定了水果组织的光学参数，用此参数进行了水果组织中光子传输的蒙特卡罗模拟；将图像灰度测量结果与蒙特卡罗模拟结果进行了比较．结果表明，两者有很好的吻合性，最大误差为3．21％．光谱图像技术能准确地用于测量水果组织光学特性参数。     

一种测量组织光学特性的新方法：超快时间分辨漫反射法

从时域中的漫射理论出发，推导获得光在组织中传输的特性参数方程，应用超快时间分辨漫反射法测量的漫反射率曲线Ｒ（ρ，ｔ）可以得到μｓ＇和μａ该方法可望在临床上无损、快速、实时地测量活体组织光学特性，具有广泛的应用前景。     

超高时空分辨光谱学

结合作者工作介绍和总结了超高时间空间分辨光谱学及其在介观体系和纳米材料超快动力学研究中的应用. 首先简述了扫描近场光学显微镜工作原理; 然后介绍了结合近场显微镜和飞秒时间分辨光谱技术获得时空超高分辨光谱的方法; 对其中的一些具体科学问题进行了分析; 最后通过几个典型的例子说明了超高时空分辨光谱学的重要应用.     

钼(Mo)原子奇宇称能级自然辐射寿命的测量

介绍了测量原子（离子）激发态自然辐射寿命的原理方法, 并运用激光诱导荧光时间分辨光谱技术和激光烧蚀产生等离子体技术对钼（Mo）原子的5个奇宇称高激发态能级自然辐射寿命进行了测量.      

测量生物组织光学特性参数的单积分球技术

对测量生物组织光学性质的单积分球系统和双积分球系统进行比较和分析，提出了一种应用比较法进行测量生物组织漫反射率和透射率的单积分球技术，并通过Kubelka-Munk模型获得了离体猪肌肉组织光学特性参数，这种测量技术也适用于离体人体组织的光学特性参数测量．     

生物组织的光学特性及其测量技术

从物理学的角度系统地分析了生物组织的光学特性及组织光学特性参数测量的基本原理和方法,重点讨论了积分球测量技术．     

提高亚像元图像分辨率的小波B样条方法

基于亚像元动态成像技术,提出了将小波变换与B样条曲线相结合的方法来提高亚像元图像的空间分辨率．该方法先将亚像元图像用四条B样条曲线插值放大,把放大后的图像进行小波分解为低频及水平、垂直、对角方向的高频子图像,用原始低分辨图像替换子图中的低频部分后再进行小波反变换来重构高分辨率图像．仿真结果表明,与其他方法相比,本方法可得到更好的视觉效果及较高的尖峰信噪比,是一种提高光学遥感图像分辨率的有效算法．     

快中子在轻核上小角弹性散射的研究

利用伴随粒子飞行时间方法，测量了入射角为５°以下的快中子在７Ｌｉ和６Ｌｉ核上的弹性散射截面．用蒙特卡洛方法进行了注量率衰减、多次散射和有限角分辨修正．对实验结果与理论计算进行了比较，其数据可为核工程设计提供必要的核参数．     

基于荧光时间分辨相图分析的人民币鉴伪技术

人民币鉴伪技术的关键之一是造币用纸的检测.本文提出了测量人民币用纸荧光时间分辨过程的鉴伪新方法,采用了双光子共焦扫描荧光时间分辨显微成像的实验方案,提出了极坐标相图分析法,测量和分析了人民币真钞和伪钞用纸的平均荧光寿命.人民币真钞用纸的荧光时间分辨过程符合双指数衰减模型,各种面值人民币的平均荧光寿命相差不大,但是伪钞的平均荧光寿命与真钞的相差明显.实验结果证明基于荧光时间分辨过程极坐标相图分析的人民币鉴伪技术不受钞票的新旧程度、机械皱褶、损伤和表面污染物的影响,其测量方法灵敏、实用,检测装置可靠,能够有效地鉴别出人民币的真伪.     

用相干光场相位检测法确定生物组织模型的非均匀性

研究光在混浊介质或生物组织内传播的光场分布的变化,可以间接地获得介质的散射和吸收特性以及介质内部结构变化的有用信息。文章给出了一种描述光在均匀散射介质中传播的光场分布的理论和计算机仿真。在此基础上,通过结合组织近红外光谱学技术（ＮＩＲＳ）与现代激光技术,研究了一种用近红外光学相干相位阵列调制法探测生物组织非均匀性（肿瘤）的新方法。设计了组织光学特性模型,并进行了各种不同条件下实验。探索了生物组织中光场分布与组织特性之间的相互关系。实验表明,给出的检测如大脑和乳腺中存在小吸收体的方法是简单、可行和有效的。     

生物组织对偏振光背向散射Mueller矩阵的分布

用Stokes矢量描述光的偏振状态,光学器件对光的作用,用相应的Mueller矩阵表示,根据散射介质的对称性,从理论上推导出了生物组织背向散射Mueller矩阵的分布,对球形粒子组成的散射介质,画出了各Mueller矩阵元随方位角的分布图,与相应的实验结果进行了比较,结果表明,由球形散射粒子组成的不同粒子直径、不同浓度的散射介质,其背向散射Mueller矩阵的分布花样具有相似性,要区分各散射介质中散射粒子的大小、浓度等特征,必须细致的研究散射介质背向散射Mueller矩阵分布花样强度随径向的变化.     

平面型混浊介质光反射四能流Kubelka-Munk模型

通过分析光在介质-空气和介质-表面粗糙基构成界面上和平面分层混浊介质中的反射、散射和吸收规律,提出了混浊介质中传输的光能流将由界面或混浊介质的定向反射和漫反射作用而产生的定向光能流和漫射光能流构成.考虑到这两种光流能量比率的动态转化规律,运用辐射传递理论和四能流光子流传输模式修正了经典二能流Kubelka-Munk模型,建立了四能流Kubelka-Munk模型.研究表明,由经典二能流Kubelka-Munk模型计算得出的色彩要比实际的色彩偏红.     

基于Sentinel卫星的浑浊水体叶绿素反演对比研究——以鄱阳湖为例

Sentinel-2A卫星、Sentinel-3A卫星分别于2015年6月和2016年2月成功发射,其上搭载的MSI、OLCI传感器的空间分辨率、时间分辨率、波段设置等在内陆水体水环境遥感研究中具有较大的应用潜力.针对浑浊水体叶绿素的反演难题,以鄱阳湖为例,基于光学分区理论并结合同步实测数据,探讨了Sentinel系列卫星数据在湖泊叶绿素a遥感反演的可行性.研究表明：1) 对于Sentinel-2A MSI数据,鄱阳湖北湖区以[1/Rrs(665)－1/Rrs(705)]*Rrs(740)作为反演因子构建的三波段模型拟合效果最好,决定系数R2是0.65,平均相对误差是38.53%;鄱阳湖南湖区差值模型Rrs(705)－Rrs(665)反演结果最好,R2是0.63,相对误差是39.87%.2) 对于Sentinel-3A OLCI数据,鄱阳湖北湖区以[1/Rrs(665)－1/Rrs(673.75)]*Rrs(753.75)作为反演因子构建的三波段模型拟合效果最好,R2为0.65,平均相对误差为37.6%;鄱阳湖南湖区差值模型Rrs(708.75)－Rrs(665)反演结果最好,R2是0.62,平均相对误差为39.6%.3) Sentinel系列卫星的分区模型能在一定程度上解决鄱阳湖部分浑浊水体区域叶绿素反演不成功的问题,后续将研究更高精度的反演模型方法.     

基于能量函数最优的海表面风向反演算法

针对灰度不变模型(BCM)光流法从海杂波图像中提取海表面风向存在较大误差的问题,根据海杂波图像特点,提出了基于局部灰度和梯度不变模型
(BGCM) 的能量函数最优海表面风向反演算法.首先,将图像灰度不变模型、梯度不变模型和时空平滑约束项有机组合起来,构造能量函数;然后,将能量函数对光流的两分量求偏导,得非线性欧拉-拉格朗日方程组;最后,通过迭代方法求解非线性方程组,得到光流场,求取主海表面风向.应用实测岸基海杂波图像序列进行实验,将BGCM、BCM模型反演的风向与风向标测得风向进行比较,结果表明,BGCM风向具有更高的相关系数和更小的误差,改进算法具有较好的性能.     

基于穷举法的鄱阳湖叶绿素a浓度高光谱反演模型与应用研究——以GF-5卫星AHSI数据为例

光学特性复杂的浑浊水体叶绿素a浓度反演一直是水环境遥感研究的难点，高光谱以其波宽窄、谱段多、获取地物信息近似连续等优势，有望成为解决该难题的有效手段.该文以鄱阳湖为研究水域，利用2009年10月、2011年7月及2016年10月获取的实测高光谱及叶绿素a浓度数据，基于穷举法建立了针对高分五号(Gaofen-5， GF-5)卫星可见短波红外高光谱相机(Advanced HyperSpectral Imager， AHSI)的叶绿素a浓度三波段反演模型(决定系数R2＝0.82；均方根误差RMSE＝1.468 μg·L－1).通过与2018年10月7日Sentinel-2A卫星多光谱成像仪(MultiSpectral Instrument， MSI)的叶绿素a浓度反演结果对比分析，两者的空间分布具有较高的一致性，超过80%的研究水域相对偏差小于8%，在一定程度上证明了GF-5卫星高光谱数据在浑浊水体叶绿素a浓度反演中的潜力.     

水液相环境下赖氨酸旋光异构及羟自由基致其损伤的机理

在MP2/6-311++G(2-df,pd-)//B3LYP/6-31+G(d,p)双理论下, 采用自洽反应场(SCRF)理论的SMD模型方法, 研究水液相环境下, 两种稳定构象赖氨酸分子基于氨基氮为氢迁移桥梁的旋光异构过程及羟自由基致其损伤的机理. 势能面计算结果表明： 在水液相环境下, 当2个和3个水分子簇作为氢迁移媒介时, 构象1旋光异构的决速步骤Gibbs自由能垒分别为116.02,112.71 kJ/mol, 构象2旋光异构的决速步骤Gibbs自由能垒分别为110.27,114.29 kJ/mol; 当羟自由基与水分子链作为氢迁移媒介时, 羟自由基抽氢致赖氨酸分子构象1和构象2损伤的Gibbs自由能垒分别为-53.06,-56.05 kJ/mol, 均为无势垒反应. 即在水液相环境下, 赖氨酸分子可缓慢地旋光异构, 羟自由基可迅速致赖氨酸损伤.     

光子晶体反射特性的仿真及应用

光子晶体在光学器件集成和小型化中起着重要的作用，但对光子晶体光学特性的研究还主要在理论阶段。光学仿真是光子晶体理论阶段研究最常用的方法。文章对一维光子晶体进行了建模，对部分特性进行了仿真。并尝试将其应用于光通信系统，对光通信系统作出改进以适用于现代光通信中对系统小型化和集成化的要求。     

多孔介质中预交联凝胶颗粒渗流规律模拟

为了研究预交联凝胶颗粒(PPG)在多孔介质中的渗流规律,基于物质守恒定律建立反映预交联凝胶颗粒孔喉堵塞、堵塞颗粒变形重启动特性的PPG驱数学模型,并采用IMPES方法和四阶Runge-Kutta方法求解。结果表明:PPG可以在不伤害中、低渗部位前提下实现油藏深部调剖;PPG的注入速度和注入体积分数是影响调剖效果的重要因素;PPG粒径与孔喉直径的匹配性和临界压力是影响调剖效果的关键因素,粒径与孔喉直径之比和重启动临界压力较低时无孔喉堵塞,粒径与孔喉直径之比和重启动临界压力过高会造成储层伤害。