周期和随机分量叠加而成粗糙表面的激光散射

研究了机械加工时由周期分量和随机分量叠加形成的粗糙表面的激光散射特性.基于Helmholtz-Kirchhoff积分定理并结合统计学相关理论,推导得到了上述粗糙表面的散射场强空间分布理论计算公式.根据推导得到的计算公式,计算了不同周期振幅和不同随机粗糙度情况下的散射场强空间分布,并分析了散射场空间分布的特征和形成原因.理论计算结果表明:在随机性粗糙度远小于激光波长时,周期振幅越大,散射场空间分布的“衍射条纹”现象越明显;而在随机性粗糙度和激光波长可比拟时,周期振幅在波长范围内的变化对散射场空间分布特征影响较小,不再有“衍射条纹”出现.在这种情况下,周期振幅的变化所产生的效果相当于是对散射场空间分布进行了调制.     

用于中子小角散射的中子反射镜聚焦性能评价

中子因具有极强的穿透力被广泛应用于材料与生物试样微观结构检测,但由于中子束强度显著弱于X射线,通常采用聚焦的方式来实现对中子束的有效利用。针对前期基于高性能制造思想研发的金属材质部分回转椭球中子反射镜进行了聚焦和中子小角散射实验测试。结果表明,聚焦中子束的最大强度能够达到漫散射强度的103,实现了与前端针孔尺寸几乎相等的圆形焦斑。通过远离最佳焦平面的聚焦实验,获得了不同镜心到探测器距离的束流剖面,该束流剖面的半峰全宽与基于几何光学的理论计算值吻合良好,分析了直射中子束和反射中子束的波长分布,中子的反射率达到了60%,峰值强度超过了1 000个计数/像素(0.1 mm×0.1 mm)。以介孔二氧化硅(MCM-41)为标样,获得了中子小角散射的初步结果。结果表明,该中子反射镜具有良好的聚焦性能,能够应用于中子小角散射。     

人血红细胞光散射及蒙特卡罗仿真

本文用反常衍射(anomalous diffraction)理论分析了人体血液中静态红细胞和在剪切力作用下变形为椭球形红细胞的前向光散射特点,利用等体积/等表面积(V/S)光学理论模型,并采用蒙特卡罗法(Monte Carlo)对正常和变形红细胞的光散射过程和三轴参数进行了仿真计算和分析.结果表明,该理论下进行的细胞光散射分析精度与夫朗和费(Fraunhofer)衍射理论相比可提高约一倍.     

离子注入晶体 X射线衍射的物理模型及理论研究

这里通过原子、单位晶胞、一个原子平面、晶体薄片、晶体注入层对x射线的相干散射,建立物理模型,进行理论研究,得到反射振幅及反射强度表达式,从而根据实验可获得损伤层内的胁变分布等。     

光学加工中高频误差对散射损失比的影响

以大型光学系统主镜为研究对象,根据光学镜面面形误差近似高斯平稳随机过程特征,结合Harvey-Shack散射理论以及统计光学理论,建立了光学镜面中高频误差RMS与散射损失比RSL之间的数学关系模型,利用实际加工数据进行了仿真验证。研究表明,散射损失比RSL随着中高频误差RMS的增加近似呈指数规律增加,同时在聚焦范围内,理论分析与仿真计算结果非常吻合。在中频误差和高频误差RMS值分别小于λ/63时,对RSL的影响均小于1%,为光学镜面的进一步修形提供理论支持。     

共轴TMA反射镜面形不规则对波前误差的影响

以某遮拦比为22.3%的共轴三反系统的Φ600 mm主镜为例.分析了主镜、次镜和三镜面形不规则对高斯焦点波前差的影响,并拟合了数学表达式.使用环域修正Zernike多项式作为光机接口,分析了环境对反射镜面形的影响以及传递函数下降的情况,并将分析结果作为参考对主镜支撑进行了改进.根据像差容限和系统的环境耐受力,分解出主镜加工所需的精度应优于λ/36.5.     

高斯涡旋光束通过像散透镜后的相位奇异特性

光场相位奇异特性研究在奇点光学研究领域中具有非常重要的意义。本文运用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式推导出高斯涡旋光束通过像散透镜后的光场分布表达式,并研究了它在几何焦平面上的相位奇异特性。结果表明,高斯涡旋光束通过像散透镜后在几何焦平面上存在相位奇点,相位奇点受到透镜的像散系数、光束束腰宽度和涡旋离轴量等参数的影响。在一定条件下,几何焦平面上出现直刃型位错线或光涡旋。当像散系数为0时,光涡旋出现在y轴上。当像散系数不为0,而涡旋离轴量为0时,会出现直刃型位错线或光涡旋,且各自的位置都非常稳定。当像散系数、涡旋离轴量或束腰宽度改变时,光涡旋会发生移动。这对光学元器件的设计和涡旋光束相位奇点的控制有一定的参考价值。     

艾里光束的产生及对微小粒子的操作

近年来,艾里光束因具有横向加速、无衍射以及自愈等独特性质引起了人们的广泛关注。该光束的光场振幅分布遵从艾里函数,并满足类似薛定谔型的波动方程。从理论和实验、线性和非线性、应用等多个方面对它进行研究。从理论上阐述了艾里光束产生的原理,用相位空间光调制器从实验上产生了艾里光束。在此基础上,采用瑞利近似方法,重点分析了在一维艾里光束作用下,粒子所受的光学散射力、梯度力以及粒子所受的光学散射力和梯度力与粒子半径、折射率的关系。     

光学表面X射线异常散射现象

研究了用掠入射散射法测量光学表面散射分布实验中存在的异常散射现象。首先,介绍了实验装置,并用原子力显微镜(AFM)测量了样品的表面粗糙度, 给出了工作波长为0.154 nm时不同样品在不同掠入射角下的表面散射分布。然后,分析了异常散射角与临界角的关系。最后,对影响散射强度的因素进行了分析。实验结果表明：当掠入射角大于临界角时能观测到光学表面的异常散射现象。在波长一定的情况下,异常散射角与样品材料有关,与掠入射角和表面粗糙度无关;异常散射角略小于临界角,误差变化为-8.6%~-0.9%。另外,镜像反射强度随着入射角和表面粗糙度的增大而迅速减弱,但异常散射强度与镜像反射强度的比值（峰值比）反而随着掠入射角或表面粗糙度的增大而增大,其比值在0.012~2.667变化。结果证明样品的材料和表面形貌是影响异常散射分布的两个重要因素。     

受激布里渊散射中Stokes光的反Stokes散射与慢光效应

为研究受激布里渊散射(SBS)慢光效应的物理机制,研究了Stokes光与布里渊声场之间的反Stokes散射,以及它与SBS慢光之间的内在联系.理论上证明了在SBS中除了泵浦光外,Stokes散射光与布里渊声场之间也满足散射条件,可发生反Stokes散射.该散射过程是泵浦光的Stokes散射的逆过程,因此泵浦光和Stok...     

可变环境光照条件下的结构光条纹检测

线结构光条纹在复杂光照条件下的快速检测是线结构光测量可以实际用于工业现场环境的一个关键技术.针对工业现场环境中光照变化范围大的特点,研究了结构光条纹中心的快速检测方法.首先基于结构光条纹的几何特性自动获取包含结构光条纹的感兴趣区域;然后采用嵌入置信度的边缘检测方法在感兴趣区域内检测结构光条纹边缘;在此基础上,利用结构光条纹边缘反向平行的特性,自动提取结构光条纹中心点;通过对条纹中心点进行直线跟踪得到表示结构光条纹直线段;最终基于直线段确定结构光条纹与被测件的交点以实现自动测量.工业现场采集的结构光条纹图像检测结果表明,该方法可以快速检测不同光照环境下的线结构光条纹中心以及条纹与被测钢板的交点.系统经标定后,实验结果表明在钢板长度变化范围为8～14 m的情况下,基于该条纹中心检测方法的自动测量结果与人工测量结果的标准偏差为3.6mm.该方法实现了工业现场环境下的实时测量,测量精度满足实用要求.     

Fiber optic light collection system for scanning-tunneling-microscope-induced light emission

We report a compact light collection scheme suitable for retrofitting a scanning tunneling microscope (STM) for STM-induced light emission experiments. The approach uses a pair of optical fibers with large core diameters and high numerical apertures to maximize light collection efficiency and to moderate the mechanical precision required for alignment. Bench tests indicate that efficiency reduction is almost entirely due to reflective losses at the fiber ends, while losses due to fiber misalignment have virtually been eliminated. Photon-map imaging with nanometer features is demonstrated on a stepped Au(111) surface with signal rates exceeding 10(4) counts/s.     

白光日冕仪光学系统的杂散光抑制

为满足日冕仪对杂散光抑制的苛刻要求,通过分析日冕仪的工作原理和结构特点,设计了白光日冕仪光学系统,系统观测范围为2.5～15 R⊙,角分辨率为14″,口径为30 mm,焦距为200 mm,系统总长为1 080 mm;其中光学系统长370 mm,37 pl/mm的MTF值＞0.5.分析了直射太阳光、太阳光在外掩体D1边缘的衍射光、视场光阑A1边缘的衍射光、以及物镜组O1各表面多次反射带来的系统杂散光的特点,利用多个光阑互相共轭的空间位置关系,设计了相应的杂散光抑制结构,从而完全抑制了系统的4个主要杂散光光源产生的杂散光,使系统整体杂散光抑制水平达到10-8～10-10 B⊙,满足了日冕仪光学系统对杂散光抑制的要求.     

Differential light detector

A sensitive differential light detector is described which consists of two antiparallel silicon photovoltaic diodes and a current-to-voltage converter. The device is optimized to the detection of small differences in intensity. The noise and signal transfer features are considered, and an application example is given.     

Magnetic-fluid microelectromechanical light modulator

1Introduction Duringthelastfewdecades,avarietyof techniquestoimplementmicroelectromechanical systems(MEMS)basedopticalmodulatorshas beenexplored[13].Themicromirrortechnologies arethemostprominentexamplesofthesuccess storiesintheopticalMEMSarea.Themi cromirrordeviceshavedemonstratedgreatper formanceparticularlyintheprojectiondisplay areas[23].Despitethegreatpotentialforcom mercialapplications,themicromirrordevices haveacleardrawbackintheflat paneldisplay(FPD)applications.IfanFPDisthebestf…     

Quantitative polarized light microscopy

We describe a simple modification to a confocal microscope, which analyses the state of polarization of light emerging from the specimen so as to permit quantitative polarized light microscopy to be performed. The system uses a novel form of rotating analyser which, together with lock‐in detection, permits images to be obtained where the image contrast corresponds to both specimen retardance and orientation (e.g. in the case of a birefringent specimen). Images are presented from a wide range of specimens and the origin of the contrast observed from simple point scatterers is investigated both theoretically and experimentally.     

High-aperture cryogenic light microscopy

Living cells are highly organized in space and time, which makes spatially and temporally confined manipulations an indispensable tool in cell biology. Laser-based nanosurgery is an elegant method that allows precise ablation of intracellular structures. Here, we show cutting of fluorescently labelled microtubules and mitotic spindles in fission yeast, performed with a picosecond laser coupled to a confocal microscope. Diverse effects from photo-bleaching to partial and complete breakage are obtained by varying the exposure time, while simultaneously imaging the structures of interest. Using this system we developed an efficient technique to generate enucleated cells without perturbing the distribution of other organelles. This enucleation method can be used to study the cytoskeleton in a nucleus-free environment, as well as the role of the nucleus in cell growth and a variety of cellular functions.     

基于主动视觉标定线结构光传感器中的光平面

提出了一种基于主动视觉的光平面标定方法实现对线结构光传感器的自动标定.与以往求取光平面上标定点后拟合平面的方法不同,该方法通过控制传感器做若干平移运动分两步完成标定.首先,经多次平移运动得到光平面中相互平行直线在摄像机中的投影,经计算消影点完成光平面法向的标定.然后,控制传感器沿设定的与光平面法向垂直的方向做2次平移运动,使其满足三点透视模型(P3P),完成摄像机坐标系原点到光平面距离信息的标定.实验结果表明:该标定方法具有较高的准确性,平均绝对测量偏差为0.015 4 mm,相对误差为0.183 0％.该方法本质上属于自标定方法,标定过程无需使用标靶,降低了标定成本,且操作灵活方便,适合现场标定.