微粗糙光学表面与掩埋多体粒子复合光散射特性

基于时域有限差分法/时域多分辨(FDTD/MRTD)混合方法研究了微粗糙光学表面与多体缺陷粒子的复合光散射问题。建立微粗糙光学表面与掩埋多体粒子复合散射模型,利用DB2小波尺度函数的移位内插原理,将计算区域分别划分为MRTD和FDTD方法区域,推导出复合散射场,计算微粗糙光学表面中掩埋多体粒子的复合散射截面,并与矩量法的结果比较以验证该方法的有效性。分析入射角、气泡粒子的个数、相对位置及深度等物性特征对微粗糙光学表面与掩埋多体粒子复合双站散射截面的影响。上述结果为光学无损检测、光学薄膜、微纳米结构的光学性能设计等领域提供技术支持。     

基于多光谱技术的光学元件表面疵病检测

为实现对光学元件表面疵病的精确测量和计数,提出了一种基于多光谱技术的光学元件表面疵病检测方法,该方法采用不同波长的入射光源均匀照明光学元件表面,通过暗场显微成像系统获得不同波长下的表面疵病图像。基于该方法研制了多光谱光学元件表面疵病检测系统,获得了365,405,436,486,550nm单波长光以及白光照明条件下光学样品表面疵病和标准样品图形的检测实验结果。实验结果表明,相比传统的白光照明检测技术,多光谱检测技术根据不同的材料性质选用不同波长的光作为入射光源,可以明显提高系统对光学元件表面疵病的检测能力,不仅可以提高测量精度,而且可以获取白光照明下无法检测到的疵病信息。     

远场微气泡尾流的后向散射线偏振度探测法

针对后向散射光强特性难以探测远场微气泡尾流的问题,利用矢量Monte Carlo方法对气泡尾流的多层多分散模型中线偏振光入射时后向散射的光强和线偏振度信号进行了仿真。验证了光强信号的"双尖峰"特性,同时发现了线偏振度信号的"双下降速率"特性,根据此特性提出了气泡尾流的线偏振度探测法。与常用的光强探测法相比,该方法的探测距离更远,气泡半径更小,是一种有效的远场微气泡尾流探测法。     

HF蚀刻+逐层抛光法表征熔石英亚表面损伤层深度

脆性材料的研磨过程会不可避免地产生亚表面损伤层,对亚表面损伤层的表征和抑制一直是获得高激光损伤阈值熔石英光学元件的关注热点。回顾了几种亚表面有损表征技术,通过实验重新评价了蚀刻表面峰谷(PV)粗糙度法的可行性,分析了其误差较大的原因。在此基础上,提出了一种新的亚表面损伤层深度检测方法——HF蚀刻+逐层抛光法。分别采用这两种表征技术以及粗糙度估计法、磁流变斜面抛光法对不同工艺研磨的熔石英亚表面裂纹深度进行了对比检测,结果表明这几种表征方法相互符合很好。     

激光散射流式细胞仪前向光探测方法研究

流式细胞仪利用微球光散射特性对测试细胞进行分析,细胞病变将改变细胞的光学特性,而粒径和折射率是改变细胞散射光光强分布的两大因素,针对激光散射流式细胞仪前向散射光采用单个光敏元件进行一维探测,只针对细胞粒径进行分析的缺点,提出一种前向散射光线阵式探测的方法。首先,根据微粒的Mie氏散射特性建立了模型。然后根据散射模型仿真结果,对不同散射光曲线的特征权值进行了分析。最后基于K-modes聚类算法,对试验数据进行聚类分析。实验结果证明,该方法不仅能替代传统方法对不同粒径大小的颗粒进行分群,同时可以对相同粒径,不同折射率的微球进行分群,误差小于4.51%。     

光学元件表面缺陷散射光成像数值模拟研究

对于精密光学元件表面微米亚微米量级的表面缺陷,光在缺陷处会产生强烈的衍射和散射效应,其在像面的分布情况不能简单地使用几何光学进行解释。采用时域有限差分方法(FDTD)建立了光学元件截面为三角形、矩形的表面缺陷的电磁理论模型,模拟仿真得到了缺陷附近区域及像面的散射光分布情况。并使用电子束曝光、反应离子束刻蚀工艺制作了矩形截面的缺陷样本板,对样本缺陷进行了散射成像实验,得到了暗场图像的灰度分布情况,并与理论仿真结果进行了比对。实验中得到的表面缺陷的像面光强分布情况与理论模拟基本吻合,为光学元件的加工制造和缺陷检测的尺度标定提供了理论依据和参考。     

光学元件亚表面损伤检测技术研究现状

在传统光学加工过程中产生的亚表面损伤(SSD)会降低光学元件的使用性能和寿命,需要对其亚表面损伤进行检测从而在加工过程中加以控制.从破坏性和非破坏性检测方法两方面概括性地分析了光学元件亚表面损伤的检测技术,对各种检测方法进行了分析和讨论,并指出了各种方法的优缺点.指出了国内的亚表面损伤检测技术与国际先进水平相比存在的差...     

固结磨料研磨硫化锌的亚表面损伤预测分析

研磨抛光后产生的工件亚表面损伤是评价工艺优劣及确定加工余量的主要参考,因此对亚表面损伤准确的预测有助于提高加工效率。采用离散元法对典型的软脆材料硫化锌固结磨料研磨过程中产生的亚表面损伤进行模拟,预测不同粒径金刚石加工工件后的亚表面微裂纹层深度。利用角度抛光法将工件抛光出一个斜面,作为亚表面损伤观测平面,通过盐酸的腐蚀使亚表面微裂纹显现,在金相显微镜下寻找微裂纹消失的终点位置并转换成亚表面微裂纹层深度,对仿真结果进行实验验证。结果表明:粒径为5、15、25、30 μm的磨粒造成的亚表面微裂纹层深度预测值分别为2.28、3.62、5.93、7.82 μm,角度抛光法实测值分别为2.02、3.98、6.27、8.27 μm。以上结果表明磨粒粒径对硫化锌亚表面损伤情况有很大的影响,随着磨粒粒径的增大,亚表面微裂纹深度增加,微裂纹数量增多。离散元法预测值与实测值偏差范围处在5%~15%之间,利用离散元法能有较为准确的预测软脆材料硫化锌加工后的亚表面损伤情况,为其研抛工艺的制定提供参考。     

光学表面微粗糙度光散射矢量特征

一、引言光学零件和薄膜表面(下面简称为光学表面)微观粗糙度引起的光散射观象一直是人们所关注的问题。对于相干光学系统,散射光降低了系统的信噪比,而在高能激光装置中散射光使脆弱的元件遭到损伤。为此人们建立了许多理论,对不同程度的粗糙表面从理论上进行分析研究,并从实验上加以证实。在光学表面范围内比较重要的两种理论是:标量散射理论与矢量散射理论。处理表面微粗糙度的标量散射理论产生于五十年代,是从衍射理论中的基尔霍夫积分推得的。标量散射理论能说明散射光的大小与入     

激光辐照下组织光热响应的实时监测研究

激光治疗的研究和临床应用缺少有效反馈指导,导致治疗效果高度不稳定,针对这一问题提出激光辐照与扫频光学相干层析成像(OCT)系统整合以实现组织光热作用过程中的实时监测。利用OCT的M模式成像,采集激光照射过程中皮肤样品同一位置随时间变化的干涉光谱信号,测量信号深度分辨复反射率,通过其幅度和相位变化分析来探测热效应诱导组织变形过程中光散射中心位置和轴向位移的变化,并基于OCT散射模型获取组织在激光辐照过程中光衰减系数变化信息,从而实时监测热损伤边界和损伤程度的演变。实验结果显示在一定的激光功率辐射下,随着激光作用时间的增长,组织出现热凝固坏死,热损伤边界单调下移,伴随损伤加重组织光衰减系数非线性增加。通过与光学显微、组织染色切片检测的对比分析进一步验证了该技术应用于精确监测和指导光热治疗的可行性。     

利用光声效应探测亚表面层中的缺陷和范性形变

利用光声效应进行无损检测,不但能探测样品表面的光学、热学性质和几何形状上的微小差别,也能探测到不透明的样品表面下的热结构、裂缝和缺陷等。探测深度超过光学穿透深度几个数量级。 光声效应的基本原理是调制的激光束照射到样品上,样品吸收光能后由于无辐射跃迁而部分地转换成样品中的热能,引起温度调制并转换为弹性声波。利用微音器或压电陶瓷声接收器接收此弹性声波。如果使用压电陶瓷作为光声探测器,则用环氧树脂把压电陶瓷与样品粘在一起。固化后的环氧树脂的声阻比空气或液态物质都小,所以声耦合较好。我们也使用过油脂做为粘合材料,也能得到较大的光声信号,但声耦合比环氧树脂差些。     

激光参数及激光超声探测方法对超声信号影响

文中通过激光超声激发过程理论模型,获得激光超声信号的波形特点,并分析相关参数对激发超声信号的影响。应用两种不同的激光超声探测方法对激光超声信号进行探测,即分别采用超声探头和基于双波混合干涉的光学探测方式搭建两种实验装置。实验针对入射激光参数对激发超声信号的影响及两种探测方法获得激光超声信号的特点进行分析。通过实验验证了理论分析结果,得出入射激光参数会影响激发超声的幅度,而基于双波混合干涉的光学探测方式可以获得更为完整的超声波形信息。     

表面处理对CdTe Raman散射谱的影响

利用傅利叶变换喇曼散射技术研究了CdTe表面的Raman散射谱，观察到了CdTe表面光学声子（TO、LO）的一级、二级斯托克斯、反斯托克斯Raman散射峰。实验同时还研究了经过机械抛光、化学机械抛光、化学腐蚀等不同表面处理后的CdTeRaman散射谱。实验表明Raman散射方法除可以用来表征晶体表面的完整性外，还能有效地探测样品的表面沾污情况。总的来说Raman散射技术有希望成为器件工艺过程中的一种表面无损检测手段。     

光纤拉曼放大器中的后向自发拉曼散射噪声

提出了光纤拉曼放大器中的后向自发拉曼散射噪声的数学描述及其机理,并从实验上得到了后向自发拉曼散射噪声的光谱,后向拉曼散射光在泵浦的入射处有最大的光强,而在信号光出射处光强很小,这对光纤传输信号是有利的.在信号的输出端,自发拉曼散射的光强只与泵浦输入强度有关,而与增益光纤长度无关.     

无透镜瞬态光栅外差检测光学技术

光学检测中的瞬态光栅法被材料学家们用于测量和观察分子和晶格振动、声波、热散射、分子散射以及其它一些有趣的现象。在瞬时光栅外差检测法中,激光束被一个普通相位板一分为二:泵浦光和探测光。泵浦光在检测样品中干涉形成光栅,探测光则在样品中衍射,所产生的强度决定物理数据。但是在过去,这种仪器要求很高精度的光准直,这个方法根本不可能普遍使用。东京大学的研究人员开发了一种简易式瞬态光栅方法,使得这一检测技术更便于使用。在这套无透镜系统中,泵浦光和探测光通过一个二色镜合二为一,然后一起入射到透射光栅,从而在样品中形成干涉,探测光同时被透射光栅和瞬态光栅衍射,两束衍射光一起被检测到。     

基于光栅成像投影的微位移检测方法

提出了一种基于光栅成像投影的微位移检测方法，利用光学傅里叶变换原理给出了具体的理论分析。准直激光束照明的光栅通过一个4f系统成像投影在被测物体表面上，光栅投影经过被测物体表面反射后由另一个4f系统成像在探测光栅上。探测光栅由一个透镜组成像在光电探测器上，其中采用由起偏器、光弹调制器和检偏器组成的偏振调制单元对探测光强进行调制。通过在4f系统的频谱面上设置滤波光阑，在光电探测器上获得了与被测物体的微位移成正弦关系的光强变化，检测出光电探测器上的光强变化即可以获得被测物体的位移量。实验验证了该检测方法的可行性，其重复测量精度小于25nm(1σ)。     

位相型单缝衍射因子的实验研究

对二元光学元件单元结构的衍射因子进行了实验研究。用微电子技术制作了位相台阶数分别为 2、3、4、8等几种结构的单元 ,对其衍射光强分布进行实验测量 ,用光电池将光信号转换为电信号 ,由 x-y记录仪测试出其光强分布曲线 ,实验结果与理论分析一致。     

低频水下声信号衍射光场的探测

为了探测几十赫兹的低频水下声信号,采用一种光学测量方法,建立了低频水下声信号的光学探测系统。当未扩束的激光束照射到受水下声信号调制的液体表面时,液体表面相当于位相型光栅,观察到了稳定、清晰的衍射图样,衍射图样呈非对称分布。得到了衍射光强分布的解析表达式,解释了在斜入射的条件下衍射图样位置及强度的非均匀分布和在垂直入射条件下,衍射光场的均匀分布,理论和实验比较吻合。结果表明,在激光束斜入射条件下,衍射图样的位置及强度是非均匀分布的。     

利用正弦相位调制干涉仪探测声辐射激励的固体表面微振动

为了提取固体表面的微振动信息,本文提出了一种基于正弦相位调制干涉仪和实时归一化PGC-DCM算法的探测方法。采用归一化PGC-DCM算法实现载波相位调制深度和载波相位延迟的计算,然后对正交干涉信号分量进行预归一化,再经过运算消去干涉信号条纹的对比度系数,实现正交干涉信号分量的完全归一化,最后利用微分交叉相乘原理实现干涉信号相位的解调。利用数值仿真证明了解调算法的有效性,并在光学暗室环境中搭建了一套正弦相位调制干涉系统,对多种不同频谱特征的固体表面微振动进行探测实验和信息解调;实验结果表明,所提方法能够准确探测固体表面的微振动信息,在3 kHz的被测微振动频率范围内,干涉信号相位解调的平均信噪失真比为33.0956 dB,动态范围优于22.75 dB。     

Mie理论归一化散射光强的研究

采用了Mie理论分析了微球体光学元件的光散射性能，并对Mie理论中归一化散射光强Is的数学性质进行了理论分析，并给出了数值结果。研究了口径参数x与相对折射率m对归一化散射光强Is分布的影响，从而可以评价微球体光学元件对光的会聚及散射能力。结果表明半径较大、折射率较小的微球体光学元件对光的会聚能力较强。本结论为微光球体学元件的选择及性能分析提供了依据。