β-胡萝卜素广泛存在于植物体中, 是典型的线性多稀分子, 具有重要的生物功能。 由于β-胡萝卜素是碳碳单、 双键（C—C, CC）交替的短链共轭多稀分子, 含有大量离域的π电子, 具有重要的光电特性。 根据Andreas等对拉曼散射强度的研究, 当激发光波长落在分子的电子吸收带时, 会产生共振拉曼效应, 能使拉曼光谱强度提高106倍。 利用共振拉曼光谱技术, 测量了β胡萝卜素分子及胡萝卜、 青萝卜、 白萝卜肉质直根不同部位其拉曼光谱, 发现含β-胡萝卜素较高的胡萝卜的拉曼光谱与β-胡萝卜素的吻合很好。 Gellerman等研究表明, 样品浓度与拉曼峰强成正比关系, 从拉曼光谱中容易发现三种萝卜的光谱强度纵向根头到主根及横向表皮到根芯逐渐降低, 且青萝卜和白萝卜拉曼光谱强度都很低, 并在碳碳单键的振动峰处发生峰劈裂。 分别计算了碳碳单键和碳碳双键与碳氢键拉曼强度比, 三种萝卜的ICC/IC—H随着测量部位（横向和纵向）的不同变化幅度接近: 胡萝卜的表皮和根芯纵向的变化率分别为A1=0.213 3和A2=0.215 9, 青萝卜表皮外和里的变化率分别为B1=0.219 1和B2=0.211 4, 白萝卜表皮外和里分别为D1=0.223 9和D2=0.224 1; 而对于IC—C/IC—H随着测量部位不同其变化率相差很大: 胡萝卜的变化率a1=0.212 1和a2=0.232 4, 青萝卜的变化率b1=0.263 5和b2=0.268 7, 白萝卜的变化率d1=0.369 0和d2=0.304 9。 对比发现三种萝卜的碳碳单键与碳氢键振动强度比随着测量部位的不同变化幅度相差很大, 而从碳碳双键与碳氢键振动强度比发现三种萝卜中不同部位的β胡萝卜含量有相似的分布。 这是由于青萝卜和白萝卜中β-胡萝卜素的含量少, 随着测量部位的不同C—C伸缩振动峰发生峰劈裂, 即在1 130和1 156 cm-1处出现两个振动峰, 经过计算和分析这两个峰都属于碳碳单键的伸缩振动峰, 且随着β-胡萝卜素含量的减少C—C整体的强度降低, 劈裂的新峰峰强度却有增加的趋势, 这使得原峰位的峰强度大幅度降低, 这与计算IC—C/IC—H的结果一致, 不同品种的萝卜中β-胡萝卜素含量随测量部位的不同变化幅度截然不同。 因此, 当样品中β-胡萝卜含量较少时, 利用CC振动峰峰强度同时分析样品不同部位的β-胡萝卜素含量分布变化会更准确。 同时, 研究和了解萝卜中不同部位β-胡萝卜素的含量为日常消费和膳食营养提供了很好的理论依据。

随机并行梯度下降(SPGD)算法是一种无波前探测自适应光学(AO)控制技术,具有很强的应用潜力。设计并实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的SPGD算法处理机,使用热风式湍流模拟装置产生动态波前扰动,搭建了61单元自适应光学系统SPGD算法动态波前畸变校正实验系统。用于性能指标测量的CCD帧频为2900 Hz,SPGD算法处理机迭代速度可达近千次每秒,自适应光学系统实现了对动态波前畸变的补偿。实验结果表明该自适应光学系统对动态模拟湍流具有良好的校正效果,闭环后的性能指标比开环时平均提高了30倍以上,远场光斑峰值平均提升了10倍。通过对性能指标的频谱分析,表明该基于SPGD算法的自适应光学系统的有效带宽为10 Hz。

针对随机并行梯度下降(SPGD)算法实时性强,同时具有一定的灵活性的要求,本文提出了一种基于FPGA的SPGD 算法硬件实现方法。该方法首先划分了各功能模块,然后对关键模块进行了实时化处理,并使用“流水线”和RAM 技术设计了可升级和扩展的变形镜控制模块。最后将该算法实现并应用到61 单元自适应光学激光实验中,结果表明本文的设计可使用不同的性能指标实现变形镜的SPGD 算法闭环控制,并能同时完成倾斜镜的控制,达到了实时性和灵活性的要求。

在自适应光学中, 随机并行梯度下降(SPGD)算法通过对系统的性能指标直接优化从而校正波前像差, 具有很强的应用潜力。在点目标成像自适应光学系统中, SPGD算法经常采用强度分布平方和、平均半径和环围能量作为系统的性能指标进行优化。利用数值仿真分析了三种性能指标与畸变波前的均方根之间的关系。建立了一套实验平台, 通过静态波前畸变校正实验, 分析了SPGD算法采用以上三种不同的性能指标时的校正效果。实验结果与前面的数值仿真结果一致, 表明SPGD取平均半径作为性能指标进行优化时效果较好。实验还分析了控制通道数目对收敛速度的影响。结果表明随着控制通道数目的增加性能指标曲线收敛所需的迭代次数显著增加, 与驱动器个数的平方根之间存在一个近似的线性关系。