基于腔内原位探测的空间冷原子微波钟

原子钟作为目前最精密的计时仪器,在国民经济和国家安全各领域发挥着重要作用。 在地球轨道卫星上运行高精度原 子钟,可以在地球大范围内开展高精度时间同步与比对。 不同于以往通过抛射冷原子团两次经过微波腔实现 Ramsey 微波作用 的空间冷原子钟,提出了一种新型的基于腔内原位探测的空间冷原子微波钟方案,在同一微波谐振腔内先后完成铷 87 原子的 激光冷却、原子微波相互作用、冷原子探测等过程。 该方案可以更好的利用微重力环境提高钟周期中原子与微波相互作用时间 的占空比,从而有效减小 Dick 效应对原子钟性能的影响。 介绍了冷原子微波钟系统设计与工作原理,给出了微重力环境下性 能分析和预期指标,最后展示了冷原子微波钟地面测试中获得的大约为 1. 35×10 -12 τ -1/ 2 的频率稳定度,初步展示了新型空间冷 原子钟方案的可行性。     

机械刻划长焦距凹面金属光栅的研制

对大曲率半径(即长焦距)金属基底凹面光栅的机械刻划技术做了研究。为了刻制长焦距凹面光栅,设计和研制了弹性顶针式光栅刻划刀刀架,它具有适用于刻划平面光栅和长焦距凹面光栅的双重功能。给出了描述光栅刻划刀圆弧形刀刃曲率半径与凹面光栅曲率半径、光栅口径、金刚石刀头横向尺寸之间关系的数学表达式,理论分析了光栅刻划刀圆弧形刀刃曲率半径的取值范围,研制了10.6 μm激光系统用曲率半径为30 m的凹面金属光栅。检验结果表明,光栅的槽形质量较好,光栅的衍射效率可达96.8%以上。     

冷镱原子光钟绝对频率测量及相关跃迁研究的进展

光学原子钟的稳定度和不确定度都已全面进入小数 10 -18 量级,是目前最精密的时间频率测量工具之一。 光学原子钟 已在精密测量和基础物理研究等尖端科研领域展现出潜力,并有望重新定义时间单位“秒”。 镱原子光钟因其独特的能级优势 而成为了目前世界上发展最成熟、研究最广泛的光钟之一。 镱原子钟跃迁的绝对频率测量和镱原子相关跃迁光谱的精密测量 具有重要意义。 综述了冷镱原子光钟的钟跃迁 6s 21 S0 -6s6p 3 P0 能级绝对频率测量的国内外进展,并介绍以 7. 3×10 -16 的不确定 度测量镱原子钟跃迁绝对频率的实验,测量值为 518 295 836 590 863. 30±0. 38 Hz。 综述了利用已完成绝对频率测量的镱原子 光钟为基准,对镱原子的 649,770 和 1 389 nm 抽运光的对应跃迁绝对频率进行精密测量的结果。     

新型密封式精密钢带光栅线位移传感器的研制

研制了一种新型的密封式超长精密钢带光栅线位移传感器.该传感器采用了反射式精密超长计量钢带光栅尺作为测量基准尺,实现了大量程,并且依据激光光电扫描器拾取光栅莫尔条纹光电信号,提高了光栅付工作间隙量和测量的精度.实验的结果表明:传感器量程为3 m,10 m,50 m时,其测量精度可以达到±5 μm/m,±10 μm/m,±20μm/m.     

光纤光栅点式水压传感器的研制

光纤光栅点式水压传感器是应用光纤受外力变形时,射入光纤的紫外激光的波长会发生改变并被光栅反射回来原理,利用光栅变形传感器相对某一点水压力的瞬时压力值测试,扩展光纤光栅传感器的种类和应用。布喇格(Bragg)光纤光栅作为传感元件具有灵敏度高、性能稳定、抗干扰能力强(完全不受强电磁信号的干扰)、体积小、寿命长、结构简单可靠等优点,具有极其广泛的应用前景。     

反射面平动式光栅光调制器的实现及机电特性分析

提出了一种新型的光栅光调制器(GLM),它由可动平板阵列和固定光栅构成,通过可动平板的垂直运动,达到调制光束的目的。为验证该结构实现的可能性,得到器件的机电特性,根据微梁的力学理论进行了电力学理论分析,通过Coventor仿真软件进行了有限元仿真。分析表明,该器件所需驱动电压为16V,无明显的迟滞现象,可动平板的有效衍射面积较大,易于实现面阵结构,提高了光学衍射效率。     

光栅角编码器误差分析及用激光陀螺标校的研究

本文介绍了光栅角编码器的测量原理,对光栅角编码器在使用过程中因安装偏心、安装倾斜、轴承晃动等因素引起的角度测量误差进行了分析,理论分析表明,微小的安装偏心便可引起较大的测角误差,因此,光栅角编码器在实际使用中需要对其进行标校。根据激光陀螺的精度和有分辨率都很高的特点,本文提出了一种用激光陀螺进行光栅角编码器误差测量和标校的新方法,并进行了实验,结果表明,标校后光栅角编码器的测量精度达到了其标称精度。     

基于精密刻划及薄膜沉积技术的光盘分束光栅研制

尝试了采用光栅刻划和镀膜技术相结合研制光盘分束光栅的方法。采用光栅刻划机在金属膜上刻制占宽比为1:1的黑白光栅,并由黑白光栅翻制出制作光盘分束光栅的掩模版。通过掩模版对涂覆在K9玻璃基底上的光刻胶实施曝光和显影形成光刻胶矩形浮雕光栅,在理论设计的误差允许范围内,对此浮雕光栅沉积SiO2薄膜、去除残余光刻胶后得到SiO2矩形光栅母版,再经复制工艺制作了环氧树脂光盘分束光栅。测试结果表明,利用光盘分束光栅的纵向和横向加工误差的互补性,可以使光栅辅助光束与读写主光束强度之比的误差控制在±0.03之内。     

美研制出能隔离光信号的硅波导为光子芯片的研制铺平了道路

<正>美国科学家在8月5日出版的《科学》杂志上撰文指出,他们研制出了一块新的硅基光学波导,能将硅芯片上的光信号隔离开,解决了建造光子芯片长期存在的问题,为下一代光子芯片的研制铺平了道路。与电子芯片相比,光子芯片拥有超高速的运算速度、超大规模的信息存储容量、能量消耗小、散发热量低等优点,因此,用光子代替电子实现数据连接是不可阻挡的历史潮流,不过,现在的计算机技术主要还是依靠电子芯片。该研究的主要作者、加州理工学院电子工程系的博士后冯亮(音译)表示:"我们希望     

德成功研制世界最快阿秒级光脉冲可用于捕捉激光脉冲影像及观察较大原子周围的电子运动

德国马普量子光学研究所的科学家不久前研制成功世界最快的阿秒级光脉冲，其闪光时间仅为80阿秒（1阿秒为10^-18秒），可被用于捕捉激光脉冲的影像及观察较大原子周围的电子运动。相关内容刊载于6月20日出版的《科学》杂志上。     

镉离子微波钟研究进展

基于囚禁离子的微波原子钟在小型化及可移动方面具有优势,因而受到广泛关注。 其中, 113Cd+离子因其所需激光数量 少,基态超精细能级分裂大等优势,成为新一代实用离子微波钟的主要候选离子。 近几十年来,国内外多个实验团队开展了镉 离子微波钟的研究工作。 本文按照时间顺序,详细介绍了国内外不同实验团队在镉离子微波钟研究方面采用的技术路线及最 新进展。     

基于光纤激光器的相干多普勒激光雷达

介绍了一种基于掺铒光纤激光器的相干测速激光雷达,该雷达具有成本低、可靠性高和结构新颖的特点。雷达系统的光路完全采用通信用光纤器件构成,单模光纤耦合器用作分光器和混频器,偏振无关的光纤环形器用作光学天线收发开关,所有光路器件采用单模光纤连接。雷达系统采用频谱分析法进行鉴频获取中频信号的中心频率。研制了原理样机并进行测速试验,系统可以探测的最小速度小于0.4 mm/s,测速精度优于0.1%,输出非线性度小于70×10~(-6)。     

Optical trapping of nanoparticles on a silicon subwavelength grating and their detection by an ellipsometric technique

A method and setup are proposed for trapping and detecting nanoparticles dispersed in a nanocomposite solution using periodically localized light generated by a subwavelength transmission grating. By numerical simulations, it is shown that there is an optimum duty ratio of the grating to produce the periodically localized light. Experimental results are presented for Au/γ-Fe₂O₃ composite nanoparticles having a diameter of 21.0 nm trapped on a silicon subwavelength rectangular grating and detected ellipsometrically. The technique should prove useful for evaluating optical and mechanical properties of nanocomposite materials.     

基于光栅的贴片机对准系统的精度标定

贴片机对准系统的精度标定是视觉定位的关键环节,直接影响贴片精度与贴片质量。传统的标定方法往往需要进行大量的矩阵计算和分析,来确定相机的坐标系与世界坐标系和图像坐标系之间的关系,因此要掌握大量的三维几何知识与投影理论,并且计算繁杂。本文提出的基于光栅的精度标定方法,将光栅图像灰度值之和形成一组周期固定的准正弦信号,通过像元平移把图像条纹灰度值变为李萨如图。通过对李萨如图及其数据进行分析与处理,直接计算出光学系统的分辨率,实现光学系统的精度标定。实验结果表明这种标定方法的精度高,偏差小于0.2微米,精度达到亚微米级,满足贴片机的对准精度要求。     

基于USB接口的光栅信号处理系统研究

将USB总线和光栅测距结合于一体，设计了一种基于USB接口的光栅信号处理系统。该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化的特点。系统由光栅数显和USB通讯两个相对独立的部分组成。单片机是光栅信号处理系统的核心部分，是系统的信息处理与控制单元，实现光栅测量数据的采集与处理，键盘、显示及USB通讯的控制。     

基于神经网络的光纤布拉格光栅触觉信号解耦研究

针对应用于电子皮肤的柔性光纤布拉格光栅触觉传感器的输出信号是施加载荷位置、大小等信息的非线性、多维耦合问题,在对光纤布拉格光栅触觉传感阵列进行力学有限元仿真的基础上,提出了将误差逆传播神经网络和径向基函数神经网络应用于仿真和实验的触觉信号解耦方法。对实验数据的神经网络解耦结果表明,相对于误差逆传播神经网络,径向基函数神经网络具有更强的抗噪声能力,能够更好地逼近含有噪声的触觉多维非线性实验数据之间的映射关系。经径向基函数神经网络解耦后,传感器阵列的空间分辨率为5 mm,对压力位置和大小感知的最小相对误差为3.00%和4.82%。本文的研究成果对开展电子皮肤柔性触觉传感器的研究和推广具有一定的实用价值。     

基于LSTM的矩形纳米光栅AFM图像复原方法

原子力显微镜(AFM)利用探针与待测物之间的交互作用力进行成像,通过获取矩形纳米光栅计量标准器具的高分辨率成像得到相关的几何量参数并进行标定,实现从标准计量器具到工作计量器具的量值传递。在AFM扫描过程中,由于针尖的影响作用,使得扫描所获图像是探针和样品共同作用的结果,而不是样品形貌的真实描述。针对这一现象,本文提出了一种基于长短期记忆网络(LSTM)的AFM图像复原方法,该方法对通过膨胀法获得的仿真图像各扫描行进行训练,进而获得适用于矩形纳米光栅AFM图像复原模型。实验结果表明,针对线宽20 nm,高40 nm的矩形纳米光栅,经过该方法复原后光栅线宽的相对误差为7.40%,相较于传统的复原方法进一步提高了测量准确度。     

基于光栅投影技术的刀具磨损三维特征提取方法

提出了利用激光光栅投影技术对硬合金刀具磨损图像进行检测的方法。利用采集待测物体栅线图样中未变形区域包含的相位信息,使用最小二乘迭代法将数据拟合,得到了理想参考面相位分布参数。由于不需另外采集实物参考面变形光栅图像,不仅减少了实物参考面的采集步骤,而且不需要对实物参考面相位进行求解。实验表明:该方法利用数控机床换刀间隙进行检测,实现了在线测量。同时,该方法测量磨损区域的最大宽度、最大面积、磨损区域的周长、z方向最大深度参数的标准差和相对精度都小于0.01,具有较好的三维形貌轮廓检测精度。     

基于域变换和灰色预测的光栅信号软细分方法*

针对在现有的光栅细分方法中,细分精度和细分倍数受光栅输出信号质量制约的问题,提出了一种基于域变换和灰色预测的光栅信号软细分方法。基于时空域变换原理将空间域的信息变换到时间域,将传统的等时间采样转换为等空间采样得到空间序列,然后根据灰色预测理论模型预测代表光栅空间位移信息的时间量,通过模型残差检验和修正算法不断提高预测的准确度,最后以时间脉冲方式输出光栅细分信号。实验研究表明,采用灰度预测模型对光栅信号实现预测的软细分方法,不受信号的正弦性、正交性和等幅性影响,细分误差精度可以达到±1.8″,细分精度优于信号周期的±5%。