天津大学理学院光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
研究了光源附近微区的漫反射率R 与收集孔径 、约化散射系数μ's和散射相函数相关的参数γ之间的关系。根据不同的生物组织,选取不同的散射相函数,采用Monte Carlo 模拟方法得到了光子经生物组织后的漫反射率数据,用得到的数据来验证反射率R 与无量纲的约化散射系数μ's 之间的关系。结果表明:当μ's <2时,R 对散射相函数的变化是敏感的,且与μ's 呈线性关系,其斜率与γ呈二次函数关系。光源附近微区的漫反射率R 对γ的变化是敏感的,这为测量与生物组织微观结构相关的散射参数γ提供了一种较为简单的方法。
医用光学 组织光学 半经验模型 蒙特卡罗模拟 二阶光学参量 散射相函数 激光与光电子学进展
2019, 56(18): 181701
天津大学 理学院 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
提出一种利用光纤探头测量组织微观结构参数γ的方法.根据Intralipid组织模拟液球状分形结构, 采用蒙特卡罗模拟方法得到光子经Intralipid漫反射的数据样本, 通过对数据进行非线性拟合, 建立漫反射率与γ的函数关系.研究发现漫反射率与无量纲的约化散射系数μs′(是散射光的收集孔径)呈线性关系, 其斜率是γ的二次函数.实验中以Intralipid为样本得到了不同μs′下的漫反射率, 验证了漫反射率与μs′的线性关系, 并利用其斜率获得了Intralipid的γ值为2.04, 分形维数为2.93, 各向异性因子为0.816, 与文献报道相符, 验证了该方法的可行性.
组织光学 漫反射模型 蒙特卡罗模拟 高阶光学参量 分形结构模型 Tissue optics Diffuse reectance model Monte Carlo simulation High-order optical parameter Fractal model
天津大学理学院 光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300350
漫反射光谱技术被广泛应用于无创测量生物组织光学性质。当光源与探测器很近时,仅仅依靠吸收系数μa和约化散射系数μs′不能准确描述光源附近光的传播状态。而二阶光学参量γ的引入改善了近光源光的传播状态的描述。本文将生物组织的散射等效成特定球形颗粒的散射,基于Mie散射理论,计算了与散射相函数p(θ)有关的单粒子和多分散系粒子的二阶光学参量γ,研究了γ随尺度参数α和相对折射率m的变化规律,描述了γ与组织结构参量之间的联系,并阐述了γ对粒子特征的表征能力。研究表明,参量γ对尺度参数α小于2的微粒尺寸的改变是敏感的,并呈二次函数关系,其系数与相对折射率呈线性关系;对于相对折射率和尺度参数都不相同的两个粒子,他们的各向异性因子g相同时,二阶光学参量γ却不同,粒子越大,γ表征粒子特征的能力越强。这对于无创探究组织微观形态具有深远的意义。
高阶光学参量 散射相函数 尺度参数 high-order optical parameter scattering phase function size parameter
天津大学理学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
采用Monte Carlo模拟研究了单光纤反射探针的漫反射率, 发现小孔径探测器收集到的亚扩散光对散射相函数是敏感的, 而散射相函数与生物组织的微观结构有关。研究了一个适用于小孔径测量的半经验漫反射模型, 分析了与生物组织微观结构有关的二阶和三阶光学参量对该模型的影响。结果表明, 两个高阶光学参量对漫反射的影响具有相反的效果, 并且对于光学各向异性的生物组织, 这两种影响是不可忽略的。给出了一个简化的半经验模型及其适用条件, 这为生物组织散射特性及相关微观结构的在体测量提供了新的技术支持。
医用光学 漫反射模型 Monte Carlo模拟 高阶光学参量 亚扩散散射 单光纤反射探针
作为一种反映物体形貌的三维信息, 点云数据的原始数据量十分庞大, 直接对过多的数据进行操作会影响后续重建等工作。本文提出了一种新的点云特征提取自适应精简算法。首先对原始点云进行空间划分, 构建点的k邻域, 设置特征参数, 进行特征分析, 识别不同区域的信息和数据。然后针对平面数据预先进行边界的检测和提取, 对剩余部分进行精简。最后, 针对非平面区域, 先提取特征, 再根据曲率的不同进行不同程度的精简。办公室数据扫描实验结果表明, 处理大小为百万以内点的点云模型可以在几秒之内完成, 精简比能够达到90%以上, 与原始数据间的误差较小: 平面部分在精简前后平均偏差均在0.02 mm以内, 波动很小, 为0.005 7 mm; 非平面区域精简前后的平均偏差均在0.08 mm左右, 差值仅为0000 3 mm, 精简精度得以保证。因此, 利用提出的算法处理后的数据能更好地展示物体的形貌。
点云精简 自适应精简 k邻域 面拟合 point cloud simplification adaptive simplification k neighborhood surface fitting
天津大学 理学院 光电信息技术科学教育部重点实验室，天津 300072
采用Monte Carlo法研究散射相函数对光源附近微区内的漫反射光的影响,分析一个半经验的漫反射解析模型与相函数相关的光学参量之间的关系.研究表明,来自光源附近微区的散射光对散射相函数的变化非常敏感,敏感程度随收集孔径φ的增大而逐渐减弱.当φ>1.8 mm时,散射相函数对漫反射率的影响不明显,反射率的相对变化小于1%;当φ<1.8 mm时,散射相函数对漫反射率的影响高达15.2%.用各向异性因子g和二阶光学参量γ表征单粒子散射特性时,散射特性的差异反应在三阶参量δ上.漫反射率随δ的增加而减小,并且δ对漫反射率的影响达到9%.
组织光学 光传输理论 散射相函数 高阶光学参量 Monte Carlo模拟 Tissue optics Optical transport theory Scattering phase function High-order optical parameter Monte Carlo simulation
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Opto-electronic Information and Technical Science, College of Precision Instrument and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Department of Applied Physics, Tianjin University, Tianjin 300072, China
We experimentally and numerically demonstrate the generation of square pulses without any wave-breaking in a fiber ring laser. A segment of nonzero dispersion-shifted fiber is used to increase the laser cavity length and to optimize the parameters of the laser cavity. In the experiment, the pulse width can be tuned in a wide range from 13.5 to 119.5 ns without wave-breaking while the peak power remains almost constant. The maximum single-pulse energy is up to 65.58 nJ at a pump power of 508 mW. Numerical results are in good agreement with the experimental results. Numerical results also reveal the role of cavity length and nonlinearity in generating a square pulse without pulse breakup.
060.3510 Lasers, fiber 140.3560 Lasers, ring 140.3600 Lasers, tunable 140.4050 Mode-locked lasers Chinese Optics Letters
2015, 13(10): 101401
天津大学理学院光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
漫射光谱技术对生物组织进行快速和无创测量具有非常重要的意义，但精确解析解的缺乏限制了该技术的有效应用。基于Monte Carlo模拟数据研究了一个适用于小孔径测量漫反射的半经验解析模型，建立了反射率随孔径和生物组织折射率变化的函数关系，并利用该模型反演了生物介质光学参量，对其适用范围进行了分析。与基于扩散近似模型的繁琐解析表达式相比，该模型不仅数学形式简单，而且能够用于光源附近辐射场的测量。
生物光学 解析模型 Monte Carlo模拟 半经验公式
