福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室福建省光子技术重点实验室，福建 福州 350007
理论分析了浑浊介质的声光作用机制。采用COMSOL Multiphysics软件对组织中的声光作用过程进行了仿真，讨论了组织吸收系数与声光信号相对强度的关系。仿真结果表明，声光信号与入射光强呈线性递增关系，声光信号相对强度与介质吸收系数呈指数下降关系，实验结果与仿真结果相吻合。利用声光成像实验测量厚度为10 mm的浑浊介质的吸收系数，真实值与测量值最大绝对误差为0.082 cm-1，最大相对误差为9.3%。
生物光学 声光成像 声光作用机制 吸收系数测量
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室，天津 300072
生物组织光学参数的无创在体测量是近红外光谱学（NIRS）研究的基础课题之一。在已发展的NIRS方案中，时间分辨测量具备优良的同时反演吸收系数和散射系数的能力，而且近年来该技术的性价比显著提高，获得了更多关注，但其针对分层组织的参数反演在准确性、稳定性和反演速度等方面尚存在一定的局限性。为此，本文提出了一种时域蒙特卡罗模型支持的Nelder-Mead单纯形算法，该算法利用双源探距下的时间分辨漫反射光信号，以循环迭代方式设置不同的基向量，经线性变换后无须求导便可启发式搜索目标函数的最优值，从而实现了高信效度的分层光学参数反演。模拟实验与仿体实验均表明：在组织光学参数反演方面，所提算法的精度优于传统算法，而且该算法具有良好的噪声鲁棒性和临床适应性，为生物组织光学参数的在体测量提供了新方法。
医用光学 吸收系数 约化散射系数 蒙特卡罗模拟 单纯形算法 时域测量
1 北京中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
2 中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
3 内蒙古晶环电子材料有限公司，呼和浩特010000
为保障我国相关**重大工程对低吸收蓝宝石晶体材料的需求，本文通过自主研制的晶体生长设备，成功生长了低吸收蓝宝石晶体。该晶体在紫外、可见光、近中红外波段展现出了良好的透过率，波长250~400 nm的透过率大于83%，波长400~4 200 nm的透过率超过85%。在晶体不同区域进行取样表征测试，得到晶体的平均位错密度为253.19 cm-2，摇摆曲线对称且峰形尖锐，半峰全宽为14″。此外，值得注意的是，晶体在1 064 nm处的光吸收系数均在(23.3~30.4)×10-6 cm-1，表明晶体内部的杂质元素得到有效控制，晶体光学性能优异，可用于高能激光系统、空间相机镜头等应用场景。
低吸收 泡生法 杂质元素 光吸收系数 透过率 位错密度 low absorption Kyropoulos method impurity element light absorption coefficient transmittance dislocation density
1 山东大学晶体材料研究院，济南250100
2 中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
3 北京中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
化学气相沉积(CVD)ZnS、ZnSe具有较高的红外透过率及良好的光学、力学性能，是红外军用探测系统首选的红外光学材料。大尺寸、高均匀性ZnS、ZnSe材料的制备是未来研究的重要课题。本文介绍了CVD的原理及在沉积过程中存在的主要问题，阐述了高性能红外材料必备的光学性能，综述和分析了CVD ZnS、CVD ZnSe的研究进展，以及这两种材料主要缺陷形成机理与工艺控制研究。旨在改进生产工艺参数，为批量化制备高性能ZnS、ZnSe材料提供理论参考，以满足其在**领域上的应用。
化学气相沉积 透过率 吸收系数 缺陷 红外光学材料 ZnS ZnS ZnSe ZnSe chemical vapor deposition transmittance absorption coefficient defect infrared optical material
Author Affiliations
Abstract
1 Graduate School of Engineering, Osaka University, Yamadaoka 2-1, Suita, Osaka 565-0871, Japan
2 Global Center for Medical Engineering and Informatics, Osaka University, Yamadaoka 2-2, Suita, Osaka 565-0871, Japan
Accurate determination of the optical properties of biological tissues enables quantitative understanding of light propagation in these tissues for optical diagnosis and treatment applications. The absorption () and scattering () coefficients of biological tissues are inversely analyzed from their diffuse reflectance (R) and total transmittance (T), which are measured using a double integrating spheres (DIS) system. The inversion algorithms, for example, inverse adding doubling method and inverse Monte Carlo method, are sensitive to noise signals during the DIS measurements, resulting in reduced accuracy during determination. In this study, we propose an artificial neural network (ANN) to estimate and at a target wavelength from the R and T spectra measured via the DIS to reduce noise in the optical properties. Approximate models of the optical properties and Monte Carlo calculations that simulated the DIS measurements were used to generate spectral datasets comprising , , R and T. Measurement noise signals were added to R and T, and the ANN model was then trained using the noise-added datasets. Numerical results showed that the trained ANN model reduced the effects of noise in and estimation. Experimental verification indicated noise-reduced estimation from the R and T values measured by the DIS with a small number of scans on average, resulting in measurement time reduction. The results demonstrated the noise robustness of the proposed ANN-based method for optical properties determination and will contribute to shorter DIS measurement times, thus reducing changes in the optical properties due to desiccation of the samples.
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(6): 2350012
1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528400
利用太赫兹时域光谱技术对不同煤灰分含量的光谱进行分析，发现在0.5~3 THz频段内，随着煤灰分含量的增加，其折射率会逐步提高，吸收效应也会逐步增强；考虑到煤样品厚度对光谱的影响，提出一种基于厚度校正的吸收系数特征提取方法，提高了低灰分煤样品吸收曲线的数据区分度；利用双通道卷积神经网络提取折射率和吸收系数特征，建立了煤灰分预测模型。实验结果显示，训练集的拟合度为=98.21%，预测精度ERMS=0.1442，而预测集的=93.56%，ERMS=0.2037，均优于传统PLSR、BP和LSSVM等方法。可见，所提方法在解决选煤厂煤灰分检测问题上具有较好的表现，为选煤厂提供了一种新的技术路径。
光谱学 太赫兹时域光谱技术 煤灰分 折射率 吸收系数 卷积神经网络 预测 光学学报
2023, 43(22): 2230001
1 四川蜀道铁路投资集团有限责任公司，成都 610000
2 贵州大学土木工程学院，贵阳 550025
为研究高温后水泥砂浆内部水分迁移特征，将水泥砂浆试件300、400、500 ℃高温处理后表面镀蜡(留有一个上表面)，随后将试件未镀蜡一端置于液面下2 cm进行自渗吸试验。采用核磁共振(NMR)技术T2谱及核磁共振成像研究高温作用后水泥砂浆试件水分迁移情况及特征。结果表明，随着处理温度升高，试件胶凝孔和气孔或裂隙占比增大，而毛细孔占比逐渐降低，试件吸水质量减小，吸水质量前24 h内快速增加，随后减缓并趋于稳定。同时，高温作用影响毛细管吸水率，当处理温度小于等于400 ℃时，高温可增大毛细管吸水率；当处理温度大于400 ℃时，高温反而削弱毛细管吸水率。通过引入毛细吸收系数S来表征毛细管吸水率，S在6 h前大于10，而在6 h后减小超过2个数量级。另外，水分迁移存在优先孔径，在毛细孔中迁移的优先孔径为10~480 nm，在气孔或者裂隙中迁移的优先孔径为1 680~16 800 nm，且随浸水时间增加，水分更倾向由大孔传输到较小孔隙中。最后，通过核磁共振成像可实时观测到水分迁移位置由外到内，迁移速度与试件处理温度呈正相关。
孔隙结构 水分迁移 高温 吸水质量 毛细吸收系数 水泥砂浆 pore structure water migration high temperature water absorption mass capillary absorption coefficient cement mortar
1 北京雷生强式科技有限责任公司，北京 100015
2 固体激光技术重点实验室，北京 100015
氟化铽锂(LTF)晶体具有大的维尔德常数、低的吸收系数，是一种性能优良的磁光晶体材料，适合用作高功率、大能量激光系统用磁光器件的磁光材料。本文以高纯TbF3和LiF为原料，采用电阻加热提拉法，在Ar气和CF4混合气体保护下，成功生长出了直径达2英寸的大尺寸LTF晶体。该晶坯外观完整，具有良好的光学均匀性和较低的残留应力，He-Ne激光照射下无肉眼可见散射颗粒。该晶体还加工出了直径为10 mm的LTF晶体元件，测试其单程损耗系数、消光比、透过波前畸变和弱吸收系数等参数，结果表明生长的LTF晶体具有良好的光学质量，其维尔德常数约为市售商用TGG晶体的98%。
氟化铽锂 磁光晶体 提拉法 吸收系数 光学性能 磁光性能 大尺寸 LTF magneto-optic crystal Czochralski method absorption coefficient optical property magneto-optical property large size
武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
本文以煤矸石为基体组分, 以十二烷基硫酸钠为发泡剂, 以氯化铵为促凝剂, 以硼砂为烧结助剂结合凝胶注模法及发泡法制备了多孔吸声材料, 并研究了水固比、胶凝剂含量和烧结温度等因素对浆料黏度和多孔吸声材料显气孔率、吸声系数以及抗折强度的影响, 最终制得显气孔率为49.54%、1 600 Hz频段吸声系数为0.953、抗折强度为2.67 MPa的多孔吸声材料。结果表明: 水固比对浆料的黏度和多孔吸声材料显气孔率、吸声系数以及抗折强度都有显著影响; 胶凝剂含量主要影响材料的显气孔率, 进而影响材料的抗折强度; 烧结温度主要影响材料的孔径分布, 进而影响材料不同频段的吸声系数。水固比0.35、胶凝剂含量35%(质量分数)、烧结温度700 ℃为最佳制备工艺参数。
多孔吸声材料 煤矸石 凝胶注模法 发泡法 吸声系数 porous sound absorbing material coal gangue gel injection method foaming method sound absorption coefficient
1 华北电力大学电子与通信工程系，河北 保定 071003
2 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003
在光声内窥成像中，不均匀或不稳定的照明，以及生物组织的复杂光学特性均会导致成像平面内光通量分布不均匀，从而造成重建图像质量和成像深度的下降。提出了一种校正光通量变化的定量光声内窥成像方法，对光吸收能量分布进行稀疏分解，采用贪婪算法重构得到光吸收系数和光通量的稀疏表示，并通过稀疏矩阵分解实现光吸收系数与光通量分布的联合重建。仿真和体模实验结果表明，与一步法和基于模型的定量重建方法相比，采用所提方法估算光吸收系数的均方根误差（RMSE）可降低约48%，重建图像的归一化平均绝对距离（NMSAD）和结构相似度（SSIM）可分别降低约25%和提高约24%。与其他校正光通量的重建算法相比，所提方法估计光吸收系数的RMSE可降低约22%、NMSAD可降低约20%、SSIM可提高约10%。
成像系统 图像重建技术 光声成像 内窥成像 光吸收系数 光通量 定量成像
