面向制造的光学面形超精密测量技术研究进展

超精密测量是光学制造的前提。高精度的光学面形测量仍然遵循零位检验原则，计算机生成全息图（CGH）是自由曲面等复杂面形零位检验所必需的补偿器。为此，面向制造过程，重点论述CGH补偿检验原理及其衍射级次的鬼像干扰、投影畸变校正、测量不确定度与绝对检验问题，探讨CGH补偿检验的局限与应对方法。针对制造过程中产生的动态演变局部大误差的测量难题，论述子孔径拼接测量、自适应补偿干涉测量方法，探讨加工原位干涉测量进展。最后，从超高精度测量与溯源、混合光学零件的宏微跨尺度测量、自主可控面形测量仪器及其原位集成三个方面对光学面形测量技术发展进行展望。     

微机电系统(MEMS)的干涉测量方法的研究进展

目前大量的机械系统中应用了微电子机械设备，从而对微机电系统(MEMS)的测量提出了新的要求。现讨论了近几年MEMS主要的几种基于光干涉平台的位移和面形的测量方法。     

工件面形的精确测量仿真

对于高精度加工,工件的微小面形偏差的精确测量非常重要。比较了微小面形的两类光学测量仪器,重点介绍了瞬态干涉测量方法。分析了干涉测试中相位展开方式,并将其应用于工件面形的测量中,用单张干涉图实现干涉波前的恢复,获取工件的面形信息。利用GLAD软件进行仿真,模拟了干涉仪对工件面形测量得到的波面干涉条纹图,并利用相位展开方法,读入干涉图样,进行工件的面形重构,获得了初步的仿真测量结果。对比了波面重构前后的工件面形,分析了重构面形失真的原因。     

非球面液滴微透镜的轮廓测量方法

对液滴透镜面形的精确测量是用液滴法制作非球面液滴透镜的关键问题之一。提出了一种基于数字图像处理的测量非球面液滴微透镜轮廓的方法，利用光学成像系统将非球面液滴透镜的轮廓成像在CCD接收面上，通过图像采集卡读入计算机，并经图像处理得出透镜面形表达式，以便研究液滴微透镜在不同电场强度下轮廓的变化规律。图像处理的主要步骤包括：对特定区域采取平滑预处理，去除噪声；利用阈值法将灰度图二值化；对二值化后的图像进行轮廓检测；提出了一种简单有效的方法矫正图像的水平偏转；对矫正过后的液滴轮廓的数据进行多项式拟合，分析液滴透镜在不同电压下的各个拟合参数的变化。实验证明：这种方法用于测量非球面液滴微透镜简单、有效，解决了非球面微透镜制作过程中的液滴轮廓的实时测量问题,有助于低像差非球面液滴微透镜的研制。     

平面面形绝对检验技术测量误差分析

绝对检验消除了参考面面形误差对干涉测量精度的制约,可实现纳米精度的面形测量。对现有主要平面面形绝对检验技术进行了总结比较,运用泽尼克多项式前36项构建被测平面,对边缘噪声、平面原始精度、旋转角度与偏心误差等因素对典型平面面形绝对检验技术测量精度的影响进行了模拟分析。绝对检验对被测平面原始精度、干涉图分辨率和旋转角度误差不敏感,对边缘噪声和旋转偏心误差敏感。实际测量中,旋转轴心对准误差应小于2 pixel,测量中心面积比取95%左右。     

部分补偿数字莫尔移相干涉的回程误差消除

为了实现非球面面形误差的高精度测量,研究了基于部分补偿原理的数字莫尔移相干涉技术中回程误差的消除方法。通过建立实际干涉仪和建模理想干涉仪,并运用数字莫尔移相干涉技术,获得实际干涉仪像面与被测非球面面形误差相关的波前;分析了该测量系统的误差,提出采用逆向优化法消除大面形误差时的回程误差实现被测非球面的面形误差检测。实验结果表明:与轮廓仪结果比对,面形误差较小时二分之一法重构面形误差,峰谷值和均方根值分别优于/20,面形误差较大时运用逆向优化法消除回程误差,重构的非球面面形误差峰谷值和均方根值偏差均优于/5。基于逆向优化法的部分补偿数字莫尔移相干涉非球面检测,有效消除了大面形误差时的回程误差,可实现高精度的面形误差重构检测。     

酶蚀明胶法制作折射微透镜阵列

提出一种利用蛋白酶溶液刻蚀重铬酸铵明胶制作微光学元件的新方法。这种方法具有制作工艺简单、无需昂贵设备等优点,用此方法实际制作了具有良好连续面形的微透镜阵列,并给出了测量结果。     

用于微器件加工的AZ4620厚胶光刻工艺研究

对AE4620厚胶紫外光刻工艺进行了实验研究,探讨了其工艺特性及光刻胶层的刻蚀面形与各种工艺条件的关系,提出了刻蚀高深宽比、最佳浮雕面形所需的工艺条件.通过对光刻工艺过程的研究,可为较好地控制正性光刻胶面形,制作微机械、微光学器件提供了参考依据,对微浮雕结构的深刻蚀具有重要的指导意义.     

利用变形和形貌的关系测量三维形貌的方法

提出了根据变形测量和形貌测量的关系测量物体三维形貌的方法。利用电子散斑干涉(ESPI)测量物体面形时,物体偏转微小角度会引入附加的物面高度差,从而引入载波条纹。分析了物面偏转角度和附加高度差之间的关系,得出了物面相位和物面高度之间的映射关系。物面的相位由傅里叶变换法求得。对球冠面形进行了测量,实验表明,在物面上产生干涉载波条纹,进而测量物面面形,具有灵敏度高的优点。     

全息相移技术用于物体的三维面形测量

提出将全息干涉条纹和相移技术用于三维面形测量,首先利用相移进行位相解调,得到各点的包裹相位分布,再利用投影条纹最小二乘法得到的高度信息对位相进行去包裹处理,从而得到具有较高精度的位相测量和相应的三维面形测量结果.     

40CrNiMoA钢表面激光淬火后的组织和性能

采用光纤激光器对卷取机卷筒主轴常用的40CrNiMoA钢进行了激光淬火实验,采用金相显微镜观察试样表面的显微组织,采用维氏硬度计测试相变硬化层的显微硬度,采用立式万能摩擦磨损试验机评估试样的摩擦磨损性能,采用体视显微镜观察试样截面的宏观组织及磨损形貌,采用电化学工作站测试试样的耐蚀性能。结果表明:40CrNiMoA钢经激光淬火后,表面会出现一层相变硬化层,其显微组织主要为细小的马氏体、少量的残留奥氏体以及部分弥散的碳化物;硬化层深度约为200μm,硬度值可达638.3~711.2HV,约为基体的2.6~2.8倍;平均摩擦因数为0.506,与基体相比下降了42.5%,磨损量为1.3mg,仅为基体的36.1%,其主要磨损机制为磨粒磨损;腐蚀电位为-0.497V,自腐蚀电流密度为2.16789×10^-9 A/cm2,与基体相比,腐蚀电位略有提高,而自腐蚀电流密度有所降低,耐腐蚀性能得到了较大提升。     

用平衡树实现集合运算的研究之三

在上篇Search(f,r,a)函数基础上对平衡树的插入算法Inseart(r,a)进行了深入的研究.首先用Search(f,r,a)函数判别a是否在Tr中,若a已在Tr中插入结束,否则Search(f,r,a)函数给出a应插入于Tr中的位置f,据f的不同情况实施插入.在Inseart(r,a)算法中,引入了Inseartasleaf(f,a)过程,对该过程中的Inseartasleaf31(f,a)算法进行了详细论述,最后给出了Inseart(r,a)时间复杂度的证明.     

基于ZEMAX的半导体激光准直镜设计方法研究

针对目前采用单个球面镜压缩激光时存在发散角效果差或者球面镜片数过多的问题,通过ABCD矩阵法从理论上对高斯光束经过单透镜时的传输特性进行了分析,得出了单透镜无法实现半导体激光光束理想准直的结论。提出了一种基于ZEMAX的半导体光源准直镜的设计方案,并给出了设计与优化方法。结合工程中常用的808nm半导体激光器,设计了双片型808nm半导体激光准直镜,并在ZEMAX中使用合适的优化函数和权重对像差进行了校正。通过采用非球面镜获得了较好的准直效果,发散角达到了0．032mrad。该设计使用的镜片数较少,结构简单。     

地域通信网单链路干扰研究

地域通信网是现代军事通信中一种重要手段,链路是通信网络的重要组成部分。不同通信体制下对链路干扰的效果是不同的,误码率是衡量通信质量的重要参数,干信比是对干扰效能的衡量指标,而链路阻塞率则是对网络服务质量进行描述的具体参数,研究不同通信体制下3种变量之间的关系对地域通信网干扰研究具有十分重要的意义。文章正是在地域通信网单链路的基础上,从链路模型和通信干扰效果两个方面出发,研究了链路阻塞率、干信比和误码率之间的关系,并进行了计算机仿真。     

A high-performance low-power CMOS AGC for GPS application

A wide tuning range, low power CMOS automatic gain control (AGC) with a simple architecture is proposed. The proposed AGC is composed of a variable gain amplifier (VGA), a comparator and a charge pump, and the dB-linear gain is controlled by the charge pump. The AGC was implemented in a 0.18 μm CMOS technology. The dynamic range of the VGA is more than 55 dB, the bandwidth is 30 MHz, and the gain error is lower than ±1.5 dB over the full temperature and gain ranges. It is designed for GPS application and is fed from a single 1.8 V power supply.The AGC power consumption is less than 5 mW, and the area of the AGC is 700 × 450 μm~2.     

基于颜色三角形的彩色图像边缘检测

利用像素点的颜色坐标RGB构建像素的颜色三角形,计算该三角形的周长和内角.将周长和内角作为像素点的信息量的度量.通过像素点在相关邻域上的信息量的计算,确定该像素点是否为彩色图像的边缘点.这种边缘检测方法,在一定程度上合理地考虑了个各颜色分量的相关性,将向量空间的计算以自然的方式转换成了标量的计算,在思想上是一种不同于其他算法新的算法.实验结果表明,与传统方法相比,该方法能检测出更多的边缘,并且算法实现简单,检测出的边缘清晰.     

One-to-All Broadcasting in Petersen-Torus Networks for SLA and MLA Models

In a network, broadcasting is the dissemination of a message from a source node holding a message to all the remaining nodes through a call. This letter proposes a one-to-all broadcasting algorithm in the Petersentorus network PT(n, n) for the single-link-available and multiple-link-available models. A PT(n, n) is a regular network whose degree is 4 and number of nodes is 10n², where the Petersen graph is set as a basic module, and the basic module is connected in the form of a torus. A broadcasting algorithm is developed using a divide-and-conquer technique, and the time complexity of the proposed algorithm approximates n+4, the diameter of PT(n, n), which is the lower bound of the time complexity of broadcasting.     

An analytical approach to the partial scan problem

The scan design is the most widely used technique used to ensure the testability of sequential circuits. In this article it is shown that testability is still guaranteed, even if only a small part of the flipflops is integrated into a scan path. An algorithm is presented for selecting a minimal number of flipflops, which must be directly accessible. The direct accessibility ensures that, for each fault, the necessary test sequence is bounded linearly in the circuit size. Since the underlying problem is NP-complete, efficient heuristics are implemented to compute suboptimal solutions. Moreover, a new algorithm is presented to map a sequential circuit into a minimal combinational one, such that test pattern generation for both circuit representations is equivalent and the fast combinational ATPG methods can be applied. For all benchmark circuits investigated, this approach results in a significant reduction of the hardware overhead, and additionally a complete fault coverage is still obtained. Amazingly the overall test application time decreases in comparison with a complete scan path, since the width of the shifted patterns is shorter, and the number of patterns increase only to a small extent.     

一种识别说话者的新方法

在能够自动识别视频中的说话者的系统中,大部分采用的是声音和唇部运动相结合的方法。文中则采用了另一种方法有效地达到了目的,即通过检测人体头部和手部的运动来鉴别说话者。基于演讲者在说话时通常会伴有头部运动或是手部运动,该方法既能实现说话者的检测,又能避免由于观测点过远而导致无法判断人唇部运动的局限性。在系统的实施过程中,运用了多种图像处理方法,并且对三帧差运动法做出了改善,使其能更高效、更准确地检测到头部和手部的运动。经过多个不同的视频测试后,本系统的F1 score高达91．91％,从而验证了该系统的可行性。     

High-gain low-cost microstrip antennas and arrays based on FR4 epoxy

In this work, two previously reported low-cost design techniques for high-gain microstrip antennas are compared based on detailed parameter study. Both of these methods exploit a combination of a spacer and a layer of FR4 epoxy. The distinguishing feature of the said methods is the position of the metallization. A parameter study is performed on the thickness of the FR4 layer and its effect on the antenna gain, efficiency and pattern symmetry is reported. Capability of these methods is designing high-gain arrays is studied and specific design examples are provided. It is shown that the first method has superior performance in the sense of gain and efficiency. Especially, the first method supersedes the second one for high-gain arrays. As well, it is shown that the first method is a pure microstrip alternative to another previously reported technique wherein a CNC milled waveguide structure is exploited as the feed network.