一种基于ICESat-2激光光子与SRTM数据的冰川高程变化误差稳健估计方法

针对利用ICESat-2星载光子点云数据进行冰川高程变化监测时,不同地形条件下的ICESat-2激光光子数据质量差异较大导致冰川高程变化量估算误差较大的问题,本文以青藏高原上中国最大的海洋性冰川——恰青冰川为例,联合使用ICESat-2激光测高数据及30 m分辨率SRTM的DEM产品,提出了融合稳健估计准则的多函数拟合冰川高程变化量估算误差改正模型,降低了因地形坡度引起的冰川高程变化量估算误差;进而,估算了2000—2021年间恰青冰川的高程变化速度及质量变化量。结果表明,与对应的传统最小二乘估计结果相比,本文提出的融合稳健估计的函数模型改正效果更优。随后,将改正结果与多种数据进行交叉验证,能够证明该误差改正模型的有效性和可行性。因此,该模型可以有效改善冰川高程和质量变化信息提取的精度,研究结果表明,研究区21年间冰川高程变化速率约为(-0.52±0.56)m·a^(-1),冰川质量变化约为-12773.81×10^(5)t。此外,经过对21年间气象数据的年变化和月变化分析可知,气温和降水量等因素是引起冰川高程变化的主要动因。

外腔振荡式激光光子推进的推力放大特性仿真研究

激光光子推进是利用激光产生的连续光子流在两面高反镜构成的振荡腔内往复振荡,通过光子与推力器多次动量交换循环利用光子流能量完成推力放大的一种全新的推进概念。文中分析了Gray和Edwards等人对于外腔振荡技术已进行的实验研究和结果;阐述了推力产生机理并推导了推力计算方程;建立了推力器模型;最后,利用COMSOL有限元分析软件对振荡腔内的光子流进行准确追迹,研究振荡腔构型参数(腔镜距离、曲率、直径、相对偏转角、孔径位置)对推力放大特性的影响并进行了分析总结,对未来搭建实验平台提供了设计依据与理论指导。仿真结果表明:1 000 W激光在反射率0.999的高反镜构成的振荡腔内进行激光振荡最高可以实现功率放大61倍,产生409μN的微推力,满足空间任务的实际需求。

激光光子治疗面部痤疮患者的心理情绪调查分析

目的分析激光光子治疗面部痤疮患者的心理现状。方法对100例激光光子治疗面部痤疮患者采用中文版正性负性情绪量表和访谈进行心理状况评估和调查。结果 100例激光光子治疗面部痤疮患者中正性情绪得分(20.15±4.32)分,负性情绪得分(35.42±5.20)分,负性情绪得分高于正性情绪得分。结论激光光子治疗面部痤疮患者负性情绪明显,需采取积极护理措施进行干预。

全天时单光子激光雷达技术进展与系统评价

单光子激光雷达(又称光子计数激光雷达)具有单光子量级的探测灵敏度,相比于传统的线性探测激光雷达,能够获得更远的探测距离,已经成为激光雷达探测技术的前沿和发展趋势。然而,极高的探测灵敏度也使单光子激光雷达在探测中极易受到背景噪声光子的干扰,这在很大程度上降低了其在白天工作的性能,也极大地限制了其适用范围。文中从单光子激光雷达的探测原理出发,简要回顾了其技术发展,分析了全天时工作对单光子激光雷达探测系统的需求,在此基础上,采用一种新型的光谱滤波技术,极大地提升了单光子激光雷达在白天的探测性能。同时,还提出了一种普适性的评价模型,能够极为直观地对各种激光雷达系统的探测性能进行评价。

光子计数激光雷达的自适应时空关联深度估计

光子计数激光雷达具有高灵敏度、高时间分辨率等优势,为了实现在大量回波数据及强噪声环境下目标信息的高效提取,提出一种自适应时空关联深度估计算法。首先,根据回波数据中信号光子和噪声光子与发射激光脉宽的关系,利用回波光子在时域上的统计差异,自适应重构具有不同时间分辨率的直方图,并结合邻域像素数据之间的空间关联性,自适应调整时间窗口的大小,寻找信号光子所在的时间区间并提取相应的数据,显著降低后续处理的数据量;其次,基于所提取的回波光子数据,设置滑动窗口初步估计各像素的时间值;最后,通过自适应均值滤波得到各像素的飞行时间,解算相应的距离信息。相较于峰值法和Chen算法,在起伏地形探测的仿真实验中,当信号光子数约为14、噪声强度小于6 MHz时,重建的均方误差至少降低了20%;在室内静态目标成像实验中,当噪声强度在5.08 MHz范围内,所提算法进行目标重建的最大均方误差为0.017。仿真及实验结果表明,所提算法对强噪声下起伏地形和室内静态目标探测的回波数据均具有较好的滤波效果。

山地坡度自适应星载光子计数激光雷达点云去噪方法

星载光子计数激光雷达在接收信号的过程中会产生大量噪声,并且在复杂的山区地形中信噪比低,极大地影响对植被点云信号的准确提取。为解决该问题,提出了一种基于山地坡度的密度聚类算法。通过分析点云数据的密度和森林目标地形特征,用最大密度中心搜索法进行粗去噪,基于点云数据计算坡度角以优化密度聚类,完成数据精去噪。通过对提取的森林区域信号进行分类,拟合植被冠层廓线和地表廓线,结果表明本算法提取植被光子信号的准确率较高,地面与冠层廓线的RMSE分别为0.3588 m和3.7449 m,更适用于植被遥感点云数据处理。

星载光子计数激光雷达数据森林高度及林下地形反演研究进展

森林高度是衡量森林生物量、森林生态系统碳汇的重要参数,位于森林下的地形(林下地形)是支撑国家重大基础设施建设、灾害监测的战略信息资源。新一代星载激光雷达ICESat-2/ATLAS采用一种多波束微脉冲的光子计数技术,以10 kHz的重复频率对地发射激光脉冲,从而导致出现间隔为0.7 m、光斑半径为8.5 m的重叠光斑。相比于ICESat-1/GLAS,ICESat-2/ATLAS具有更高的空间采样率以及对坡度的不敏感性,是目前反演森林高度参数和林下地形的重要手段。本文介绍了ICESat-2/ATLAS的主要参数指标,总结了各类误差因素对ATL08官方产品的影响,分析了各种森林区光子点云滤波方法、ICESat-2林下地形反演方法及森林高度参数反演方法的适用性及面临的主要问题,展望了ICESat-2/ATLAS光子点云滤波、林下地形及森林高度参数反演的发展趋势及应用前景。

一种对高速运动目标的单光子测距方法

作为一种前沿的激光探测技术,单光子激光测距技术已成功应用于月球测距、卫星测距和地面测高等领域。然而,单光子测距在机载空对空、地对空平台上对高速运动目标进行跟踪测距时,回波光子落在不同的时间窗,导致直接计数无法有效提取信号的问题仍需解决。针对空对空条件下单光子激光测距的应用需求,基于时间相关光子计数技术设计一种适用于全天时、宽时域、多噪声条件下对高速运动目标的单光子测距方法。该方法采用阵列单光子探测器和相邻时间窗相关统计多帧处理算法提取激光回波光子信号,并在Matlab平台上对算法进行仿真实验,使用多元阵列单光子探测器实现最大测程百公里以上、背景噪声计数率约为5 MHz、单脉冲回波光子计数平均值为1条件下的回波光子信号提取。该方法能够克服传统单光子探测只能对准静态目标测距,只能在小接收视场和小波门范围等弱背景噪声及目标轨迹可预测条件下应用的限制,将单光子探测由只能固定平台夜晚对准静态目标测距推广至通用平台全天时对高速运动目标测距。

基于密度与局部统计的单光子点云去噪方法

针对北京遥测技术研究所自主研发的64通道机载单光子激光雷达,提出一种基于密度与局部统计的二维剖面点云去噪方法:在确定信号点云的高程区间后,先使用基于密度的改进空间聚类算法粗去噪,然后使用基于局部统计的统计移除离群点算法精去噪,获取信号点云。实验结果表明,本方法可适用于多种地物类型点云,高程均方根误差为0.27 m,准确率90.78%,精度高于常规点云去噪算法,满足国产机载单光子激光雷达获取高精度地表三维轮廓的技术需求。

激光活化技术对细菌生物膜的清除效果

目的:评价超声、声波及激光活化技术对细菌生物膜的清除效果。方法:选取健康志愿者龈上及龈下菌斑,羟基磷灰石(hydroxyapatite,HAP)片包被胶原作为载体,厌氧培养21 d形成细菌生物膜,分为对照组和实验组,实验组分别应用传统注射器冲洗(conventional needle irrigation,CNI)、被动超声冲洗(passive ultrasonic irrigation,PUI)、EDDY声波冲洗、Nd:YAG激光、半导体(Diode)激光、Er:YAG激光光子引导光声流(photon-initiated photoacoustic streaming,PIPS)和光波增强光声流(shock wave enhanced emission photoacoustic streaming,SWEEPS)联合1%次氯酸钠(NaOCl)处理,刮取HAP片上细菌生物膜,梯度稀释后厌氧37℃恒温培养72 h后进行菌落计数,同时采用荧光定量聚合酶链反应(PCR)方法对细菌通用基因及中间链球菌(Streptococcus intermedius,S.i)基因的拷贝数进行检测。采用SPSS 22.0软件进行统计分析。结果:初始可培养细菌数为(11.33±2.50)×108 CFU/mL,CNI组平均杀菌率最低为71.23%,Nd:YAG及Diode激光平均杀菌率分别为86.46%和87.06%,显著高于CNI组(P<0.01)。PUI、EDDY及PIPS平均杀菌率达98.43%、99.11%及99.34%,均显著高于CNI组、Nd:YAG组及Diode激光组(P<0.01)。SWEEPS杀菌率最高达99.93%,与各组比较差异有统计学意义(P<0.05或P<0.01)。SWEEPS组细菌通用基因及S.i基因拷贝数最少,与对照组、CNI组、Nd:YAG组及Diode激光组比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论:激光活化次氯酸钠冲洗液可显著提高对细菌生物膜的灭菌效果,其中Er:YAG激光SWEEPS模式杀菌率最高。

双光子激光扫描显微镜中折射率失配引起的图象变形研究

双光子激光扫描显微镜 (TPL SM)在观察生理溶液中的生物样品的结构时 ,水浸物镜是最好的选择 .但是 TPLSM在进行生物样品的三维结构观察时 ,需要样品和物镜在 Z轴方向上做相对移动 ,这种移动很容易引起样品在水溶液中飘动 .为了防止这种样品的漂移 ,往往要在水物镜和样品之间加入盖波片 .由于盖波片和水及样品间的折射率失配将会导致TPL SM荧光图象的变形 ,给观察结果带来误差 .本文主要利用 TPLSM的外源探测器 (ex-ternal detection)观察荧光小球的 TPLSM的荧光图象 ,比较插入盖波片前后小球荧光图象的变化情况 ,研究水浸物镜在插入盖波片后折射率失配引起 TPL SM图象的变形程度及共焦小孔对改进图象变形的作用 .结果显示盖波片的折射率失配不仅导致 TPL SM荧光图象的畸变 ,同时还导致 TPL SM图象的荧光强度和信噪比的下降 .进一步的研究表明共焦小孔可以部分改进由于折射率失配引起畸变的 TPL SM荧光图象的质量 .

单光子激光与中波红外共口径探测光学系统

为了实现对远距离民航飞机目标的探测、跟踪和测距,设计并研制了一套单光子激光与中波红外共口径探测光学系统。阐述了激光/红外共口径探测系统的工作原理和单光子激光测距原理,对目标辐射特性、系统作用距离及口径等进行了分析。采用R-C光学系统型式,通过次镜进行分色,实现激光和中波红外双波段光学系统的汇聚光路分色设计。在单光子激光光路中设置小孔光阑,通过仿真分析验证了小孔光阑的杂光抑制能力。通过高精度装调和视轴标定,激光/红外共口径探测系统具备良好的成像质量,中波光路实测调制传递函数达0.28(@20 lp/mm)。利用原理样机完成了对民航飞机的外场探测实验,实验结果表明,该系统可实现对远距离民航飞机的有效探测和跟踪,探测距离达225 km以上,可满足航空、航天及地面探测领域对远距离目标的预警探测和测距需求。

用有限元法计算飞秒激光双光子成型点弹性模量

采用有限元法对材料为SCR500的飞秒激光双光子成型点力学性能进行建模及仿真计算,得出了不同弹性模量下成型点与探针之间的作用力．进而利用原子力显微镜接触模式,选用无针尖探针,测量了成型点的力学性能,得出了相同位移载荷下成型点与探针之间的作用力．将测量结果和仿真结果进行比较,推算出成型点的弹性模量．分析结果表明,双光子固化成型点的弹性模量大约为宏观材料弹性模量的1／7．这为进一步研究双光子飞秒激光加工微器件的力学性能提供了基础．

NO分子A^2Σ←X^2Π跃迁的激光双光子荧光激发谱

以Nd :YAG脉冲激光器泵浦的光学参量发生器 放大器 (OPG OPA)作激发光源 ,获得了 4 2 0～ 4 72nm波长范围内NO分子的双光子激光荧光激发谱 ,并利用此技术对NO分子的能级结构进行了实验研究 ,将所得谱线峰归属为NO(A2 Σ←X2 Π)的跃迁 ,荧光强度随激光强度的二次方变化关系表明此过程是一双光子激发过程。利用实验所得峰值波长计算了NO(A2 Σ)态的基振动频率ωe 和平衡位置的力常数k。通过对NO分子A2 Σ→X2 Π跃迁的荧光时间分辨光谱进行实验研究 ,得到 2 6 6Pa气压下A2 Σ(v′ =0 )态的能级寿命τ=5 3 76ns。测量荧光寿命随气压的变化 ,利用曲线拟合得到NOA2 Σ(v′=0 ,1)

两个新有机盐晶体的合成、结构及其溶液态的双光子上转换激光性质研究

基于双光子吸收的上转换比起倍频上转换有如下优点 :( 1 )不需要相匹配 ;( 2 )可提供宽的调谐范围 ;( 3)可用于制作光波导和光纤。与单光子泵浦激光相比 ,双光子泵浦激光的激发波长转向长波方向。在紫外和可见光区不稳定的染料 ,在长波方向可以保持相对的光稳定性。在长波方向 ,介质对泵浦光的吸收小 ,使得在体块介质中获得光输出成为可能。在已知的有机化合物中 ,在溶液态能够发双光子上转换激光的仅有很少的几个。寻找双光子上转换激光晶体以及结构与性质的判据是材料领域研究的热点。本文合成了两个新的有机盐晶体trans 4 [p (N hydroxyethyl N methylamino)styryl] N methylpyridiniumP toluenesulfonate (abbreviatedasHMASPS)andtrans 4 [p N hydroxyethyl N ethylamino]styryl] N methylpyridiniump toluenesulfonate(abbreviatedasHEASPS)。X射线结构分析结果见表 1所示。表 1 X ray结构分析结果ParameterHMASPSHEASPSFormulaC2 4 H3 0 N2 O5SC2 5H3 0 N2 O4 SFormulaweight 45 8.5 6 45 4.5 8Spacegroup P2 1/n P 1a 0 .992 9(2 )nm 0 .942 37(8)nmb 1.95 49(4)nm 0 .96 976 (8)nmc 1.2 10 0 (2 )nm 1.32 841(9)nmα 90° 86 .6 5 5°(6 )β 96 .11°(3) 74.0 6 4°(5 )γ 90° 85 .891°(7)

双光子激光共焦扫描显微技术在环境化学中的应用及展望

介绍了双光子激光共焦扫描显微技术的基本原理,评述了该技术与传统荧光显微技术和单光子激光共焦扫描显微技术的异同,并且结合双光子激光共焦扫描显微技术在实际工作中的应用,评述了其在环境化学中的应用潜力及发展前景。

掺Yb^(3+)双包层大模面积光子晶体光纤激光器的研究

采用多模大功率半导体激光器泵浦掺镱双包层大模面积光子晶体光纤 ,应用 5m长光子晶体光纤 ,在泵浦功率为 2 2W的条件下 ,获得了 1.0 3μm ,功率为 6 5mW的单横模激光输出 ,同时实验研究了输出功率与泵浦功率的关系 ,并观察到掺Yb3+

双光子及共聚焦激光扫描显微术研究天花粉蛋白对人绒癌细胞的作用机制

天花粉蛋白 (trichosanthin ,TCS)是从中草药栝楼根中提取的一种核糖体失活蛋白 ,具有抗肿瘤和抗HIV功能 .应用双光子及共聚焦激光扫描显微术结合特异性荧光探针Hoechst 3334 2、 2′,7′ 二氯荧光黄双乙酸酯(DCFH DA)、Indo 1和Fluo 3 AM ,首次同时观察了TCS诱导人绒癌细胞 (JAR细胞 )凋亡过程中活性氧自由基 (ROS)和细胞内钙离子浓度 ([Ca2 + ]i)的变化 ,实验结果表明TCS引起的 [Ca2 + ]i 升高和ROS形成参与了TCS诱导的JAR细胞凋亡 ,并且ROS形成和 [Ca2 + ]i 升高有关 .共聚焦激光扫描显微术的研究结果表明 ,[Ca2 + ]i 升高不是导致ROS形成的主要原因 。

光老化:激光与光子治疗

光老化临床表现为皮肤色素异常、毛细血管扩张及皮肤皱纹等多种方面的改变,治疗效果取决于对这3种皮损的治疗。本文介绍了目前治疗色素性皮损、毛细血管扩张性皮损及皮肤皱纹的激光、光子及射频治疗方法。

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储。文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统 ,以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况 。