可调谐光子晶体微环腔型光分叉复用器的设计

提出了一种基于二维光子晶体微环腔的新型光分叉复用器,并可以通过改变环区的硅介质柱的折射率实现波长调谐.运用经典的微环自由光谱范围FSR和微环半径R的关系,证实新型的光子晶体微环腔也满足该关系.利用二维时域有限差分法系统分析了下路信号波长及相应效率随折射率的变化关系.结果表明,只需改变环区折射率0.005,下路波长就可以漂移1nm,而有效微环半径还不足1.4μm.

基于柱弥散光源体内辐照的前列腺扫描光声成像仿体实验

光声成像技术是一种非常有前景的前列腺早期检测与成像的新技术.在现有前列腺光声成像技术中,通常采用的腺体外光源辐照方式由于受外围组织的影响,容易减弱深部前列腺组织的光能量吸收,导致辐照范围减小,引起光声成像深度不足,难以实现无损前列腺癌的检测.本文基于前列腺组织的结构特征,依据一种以柱状弥散光纤在尿道对前列腺实施光辐照、并利用外置于直肠内的长焦区聚焦式超声换能器检测光声信号的前列腺光声扫描成像技术,构建了光声成像实验系统,开展了仿体实验.测试结果表明,系统能够实现样品中吸收体的定位和成像,结合柱弥散光源体内辐照可使成像深度提高,同时侧向成像范围也较大.初步结果表明,借助柱弥散光源进行体内光辐照的光声信号新激发方式结合长焦区超声探头在前列腺癌早期无创诊断上具有潜在的应用前景.

二维光子晶体非对称Mach-Zehnder自准直传感器研究

基于自准直效应,通过在二维空气柱型光子晶体非对称Mach-Zehnder干涉仪长臂上设置传感区域,设计了一种自准直传感器.平面波展开法确定了入射光的自准直频率范围,时域有限差分法分析了传感器的灵敏度达到68nm/RIU,采用单频光入射实现了传感模拟.该传感器完全依赖自准直导光,无需引入任何缺陷波导,大大降低了制作工艺要求,其大小只有十几个微米,能够满足超紧凑、高灵敏度、廉价和无标记的要求.

基于超声调制光信号技术无创检查葡萄糖浓度

糖尿病是一种多发常见病,不能根治却能很好控制。如果能够有精确、快速、无损的检测方法,需要时就能监测血糖浓度,这将为糖尿病的治疗带来革命性的进步。超声调制的光学检测方法是新兴的且很有发展前景的无损诊断技术,本文通过实验研究超声调制的光学信号与浑浊介质中葡萄糖浓度的关系,实验的初步结果表明,超声调制的光学信号可以灵敏地测量出浑浊介质中葡萄糖浓度的微小变化,且在吸收介质中比在散射介质中,超声调制光学信号对葡萄糖浓度的变化更灵敏。这为该方法应用在血糖的无创检测提供了可能性。

热凝固致人肝组织光衰减和光穿透深度的变化

采用双积分球和反向倍增法(IAD),研究了热凝固致人肝肿瘤及正常人肝组织对680,720,780,810,850,890nm波长的钛宝石激光的光穿透深度和光衰减特性的变化。结果表明:6个波长的激光的热凝固前后的肝肿瘤和正常肝对光穿透深度都随着激光波长的增大而明显增大,热凝固后的激光穿透深度都分别显著地较热凝固前的穿透深度小(P<0.05),6个波长的激光对热凝固前后的肝肿瘤的光穿透深度都分别显著地较热凝固前后的正常肝穿透深度大(P<0.05)。热凝固前后的人肝肿瘤和正常肝对6个波长的激光的衰减都是随着激光波长的增大而明显减小,热凝固后的人肝肿瘤和正常肝的光衰减都分别显著地较热凝固前的衰减大(P<0.05),热凝固前后的肝肿瘤对光的衰减也都分别显著地较热凝固前后的正常肝衰减大(P<0.05)。

IPL作用下鼠皮形态改变的显微观察与初步分析

观察光子嫩肤(IPL)后鼠皮的形态学随时间的改变情况,如:表皮层、真皮层的增厚或变薄的情况。探讨IPL作用下,皮肤的表皮、真皮厚度变化与IPL在特定波长的能量密度的关系。以小白鼠作为研究对象,先去毛,用IPL在一定波长不同的能量密度照射活体小白鼠皮肤,分别在照射前、照射后,以及之后的1天,3天,7天应用激光共聚焦显微镜观察皮肤内部的结构,并对其不同的能量密度与照射前相比进行分析,讨论了真皮胶原蛋白在组织的修复过程的作用及其中的关键因素。

单模光纤端面衍射光束参量与其结构参数关系研究(英文)

本文采用指数函数拟合光纤基模端面衍射场光束参量与光纤基本参数的关系,分别得到了各个光束参量与光纤归一化频率V和光纤芯层半径a关系的解析表达式。把曲线拟合得到的基于V和a表达的解析函数的计算结果,与基于光纤芯层参量U、包层衰减参量W和光纤芯层半径a表达的解析函数的计算结果相比,当1.5<V<9.4,最大相对误差都小于2%。这些表达式可为快速分析和计算光纤基模端面衍射光束参量提供理论支持。

矩形光阑限制下高斯光束的衍射特性分析

为了研究矩形光阑边长与透镜像方焦面处光束光斑尺寸以及光斑内所包含功率的关系,根据高斯光束经矩形光阑和透镜变换后在透镜像方焦面的衍射场分布表达式,采用MATLAB进行数值计算的方法,进行了理论分析。结果表明,当光阑对光束的衍射影响明显时,光束衍射场的中央亮条纹的宽度随着光阑边长的增大而减小;当光阑对光束的衍射影响极小时,中央亮条纹的宽度随着光阑边长的增加而阶跃变化,中央亮条纹强度的半最大值宽度随着光阑边长的增大而减小;当光阑对光束衍射影响极小时,中央亮条纹半最大值宽度趋近于一定值。给出的中央亮条纹强度半最大值宽度与矩形光阑边长关系的拟合表达式,可为激光应用装置的设计提供理论支持。

阵列波导光栅波分复用/解复用器光谱响应效率的理论模型(英文)

基于单模光波导的本征模场分布,瑞利-索末菲衍射积分公式和天线原理的互易定理,给出耦合器中两个非接触平面光波导耦合特性的描述.基此,根据等光程差不等振幅多光束干涉的光场叠加原理,推导出新颖的阵列波导光栅波分复用/解复用器的光谱响应效率的解析函数表达式,这些表达式可为快速精确分析阵列波导光栅波分复用/解复用器的特性提供理论基础.同时,介绍了一个计算阵列波导光栅波分复用/解复用器特性的例子,给出其光谱响应度和信号通道串扰.

热作用致良性前列腺增生组织对KTP/Nd:YAG激光的吸收和散射特性变化

研究了热作用下的良性前列腺增生(BPH)组织对532 nm的KTP和1064 nm的Nd:YAG激光的吸收和散射特性的变化及其差异,实验采用双积分球测量系统以及反向倍增法获取BPH组织的吸收和散射特性。结果表明:热作用下的BPH组织对532 nm和1064 nm的吸收系数和约化散射系数都是随着加热温度的变化而变化的,在20℃到80℃的温度范围内,BPH组织对532 nm的吸收系数和约化散射系数都分别显著地较其对1064 nm的吸收系数和约化散射系数要大,其对532 nm和1064 nm的吸收系数的最大值都在20℃,其值分别为1.663 mm-1和0.127 mm-1,最小值分别在50℃和70℃,其值分别为0.864 mm-1和0.034 mm-1,其对532 nm和1064 nm的吸收系数的最大差异在70℃,其值为2647%,其对532 nm和1064 nm的约化散射系数的最大值都在80℃,其值分别为2.036 mm-1和1.421 mm-1,最小值分别在50℃和70℃,其值分别为1.499 mm-1和0.246 mm-1,其对532 nm和1064 nm的约化散射系数的最大差异在70℃,其值为555%,在70℃的热作用下BPH组织达到完全热凝固,其对532 nm和1064 nm的吸收和散射特性的差异达到最大值。

用侧向光源进行前列腺光声扫描成像的研究（英文）

光声成像技术是近年来兴起的前列腺早期检测与成像的新技术。前列腺组织的结构特征需要一种无创的且光穿透深度足够大的光声激发方式。本文设计了一种可用于经由尿道对前列腺光辐照的侧向光源,并结合直肠处长焦区聚焦式超声换能器的光声探测展开了前列腺仿体的光声扫描成像。结果表明,侧向光源有利于单侧吸收体的定位和成像,具有较好的成像范围和深度,结合侧向光源的旋转可实现全方位成像。因此该侧向光源有望成为早期前列腺肿瘤光声成像技术中一种新型的光源结构,具有重要意义。

激光束受限衍射对扫描系统分辨本领的影响

基于菲涅耳衍射积分公式推导出激光束经扫描元件衍射后场分布表达式,数值分析了激光束经扫描元件后衍射场振幅分布、激光束在扫描面上的光斑半径和激光扫描系统光学分辨本领的大小.结果表明,改变入射光束的束腰半径对激光扫描系统线分辨率、可分辨光点数和分辨容积产生不同的衍射影响.采用近似和拟合方法,分段给出不同衍射情况下激光扫描系统的线分辨率的函数表达式,并通过误差分析证明了近似和拟合函数表达式的精确性.

ASAP模拟变焦系统中鬼像的研究

非成像光束在光学系统内表面的多次折射反射容易在像面附近形成光晕或鬼像,变焦系统由于镜片多,机构复杂等往往难以进行全面的分析模拟。利用ASAP软件模拟每个透射面作为部分透射、部分反射的表面,对变焦光学系统非轴上光进行分析,模拟出变焦系统的光学元件表面和光机内壁,实行实际光线追迹,然后以像面为研究对象,进一步实施实际光线追迹,模拟出全部散射光在像面上的能量分布,找出鬼像形成的原因,并在此基础上通过改变二次反射所在面的曲率或改变所在面的折射率两种方法对变焦光学系统进行优化,减小鬼点数目,以提高系统的成像质量。

低眩光对称式LED路灯光学设计

给出一种低眩光对称式LED照明路灯的光学设计方案。通过对LED路灯的光学结构和灯具配光效果进行研究,利用自由曲面设计出外形类似花生米的LED路灯光学透镜,得到蝙蝠翼型的配光曲线。同时,调整LED单元数量和阵列的排列方式,通过光学模拟软件进行仿真,从而达到低眩光、高均匀的矩形配光。其中平均照度Eav为30.96lx,均匀度Emin/Eav为0.83,出光率为92.3%。

一种小型在线非接触球面干涉仪系统设计

为了实现车间球面镜片的半径偏差的在线无损检测,基于激光检测技术,提出了一种无需精密导轨的小型球面干涉仪系统的设计方案,并对整个系统的检测原理进行了分析。通过Zemax软件模拟的分析验证,该系统不仅可以测出球面面形的像散偏差和局部偏差,而且还可以快速测出球面镜的半径偏差,其演算测得的曲率半径精度优于0.01%。与目前已有的球面干涉仪相比较,具有系统结构紧凑、无精密导轨、操作效率高和低成本的特点,特别适用于车间的在线非接触检测。

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明:当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时,随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.

多播格状WDM光网络中流量疏导的一种启发性算法

波分复用技术的开发应用及网络业务信息的多样化促进了多播技术的应用和发展.由于网络中波长带宽与节点间业务信息需求之间的巨大反差,使流量疏导成为必要,以节约网络资源和成本.但多播的出现使流量疏导算法变得更复杂多样.本文提出了对多播格状网络中的静态流量进行有效疏导的一种启发性算法,并取得较为优化的结果.

小平坦波面光场的尺度变换特性

基于由倾斜角余弦平方根表达的倾斜因子,在直角坐标系中分别给出适用于分析对称小平坦波面衍射源的衍射远场特性和适用于分析对称会聚波面衍射源的焦平面光场特性的非傍轴衍射积分公式。阐明上述两个非傍轴衍射积分公式的互易性及满足互易性的光场条件。结合透镜对光波波面法线的变迹功能,验证满足正弦条件的透镜物像共轭平面之间的小平坦波面光场尺度变换特性,并明确了尺度变换关系的适用条件。

第二讲 光电子技术在保健医疗和生物学应用中的进展

文章论述了激光与光电子技术在人类保健、医疗以及生命科学应用中的作用和意义.综述了光活检技术、光美容医疗和生物光子技术等光电子技术在保健、医疗和生物学领域中的具体应用.重点介绍了:(1)用于组织病理诊断的光活检技术,其中包括光活检的发展历史、技术优点、研究现状,以及荧光光谱和成像技术等实用光活检技术的临床应用;(2)非消融性光疗的基本作用机制和研究进展;(3)扫描共焦显微术、多光子荧光显微术、近场光学扫描显微术和光镊等显微生物成像技术的工作原理和应用.最后,展望了激光与光电子技术在生命科学中的应用前景.

柱弥散光源内部辐照组织的Monte-Carlo模拟和实验研究

为无损获取组织中光剂量分布信息,本文构建了弥散光源内部辐照柱状组织的光学模型,利用Monte-Carlo模拟方法实现了组织内光分布信息的无损预测,有关模拟结果与实验测量结果基本一致。提出的模型模拟方法对于由弥散光源在组织内部实施光辐照的临床医用中光剂量的无损确定和治疗方案的优化设计有实际价值。