红外衍射微光学元件的湍流波前模拟和再现

院基于衍射微光学理论,发展了一种面向红外波段衍射微光学元件的设计和制作方法。采用标准半导体技术工艺流程制作了若干个器件。文中设计的红外衍射元件主要用于形成复杂的光场,其振幅和相位都能有效地得到控制。所制造的衍射微光学元件,通过在元件表面形成良好的相位图案,把普通的高斯光束转换成所需要的经大气湍流环境影响后的图形。该结构能够被用于产生湍流波前从而模拟大气湍流中的光场,进而再现波前以评估大气湍流的影响。     

基于阵列激光导星的自适应光学波前探测数值仿真

为克服当前波前探测技术存在的固有问题,提出了一种基于阵列激光导星（Laser Guide Star,LGS）的自适应光学系统。该系统可以有效消除聚焦非等晕效应的影响从而提高系统的波前探测精度,由此大幅度增大激光导星自适应光学系统的大气湍流探测范围,从而降低自适应光学系统对导星亮度的要求。阐释了该系统的闭环工作过程,并依据其工作过程建立仿真模型,数值仿真了该系统基于阵列激光导星的波前探测过程。最后对重构波前精度进行评估,分析了仿真存在的误差。数值仿真结果显示:该系统的波前重构精度较好,校正残差为11%,初步验证了利用阵列激光导星进行波前探测的可行性。     

非相干数字全息自适应光学波前校正特性研究

非相干数字全息自适应光学是一种新型的自适应波前探测和校正的技术。它利用全息图可以完整记录光波场的特性进行波前探测,结合适当的数值再现算法对光波前像差进行校正。基于菲涅耳非相干相关数字全息术(FINCH),从理论上阐明了非相干数字全息自适应的基本原理,并给出了数值仿真结果。采用改进的迈克耳孙干涉仪光路配置,分别记录待观测物体与引导星的全息图,利用引导星全息图的复共轭对待测物光波进行波前校正,从实验上定量地研究了引导星尺寸、选取位置对波前校正效果的影响,在系统各光学元件给定的情形下,明确了引导星选择的空间和系统等晕区范围,实现了良好的波前校正效果。     

高速自适应光学波前处理器─—流水式多SIMD结构

自适应光学波前处理器是自适应光学系统的核心部件之一，它必须实时完成自适应光学系统中所有信号处理任务．本文在对波前复原算法分析的基础上，根据算法内在的并发性，提出一种流水式多SIMD（单指令多数据流）并行处理结构．这种结构可以使波前处理器完成对帧频为850Hz，象素点为128×128视频图像的实时处理，整个系统的处理延迟小于1／4帧周期．     

基于光学相位共轭的数字化波前整形技术（特邀）

光在生物组织中传播时,会被微观尺度上不均匀的组织随机散射,这种现象严重制约了光学技术在生物医学中的应用。波前整形技术将散射过程当成一个确定性的过程,通过测量散射效应造成的相位延迟并利用空间光调制器进行逐点补偿,可以实现散射光的操控与重新聚焦。在各类波前整形技术中,基于光学相位共轭的数字化波前整形技术具有可调控自由度高、系统响应速度快等优点,最适宜与生物医学应用相结合,如生物活体成像、操控、治疗等。文中将重点关注基于光学相位共轭的数字化波前整形技术的发展,探讨该技术在应用研发中面临的主要技术瓶颈和挑战,并概述其应用开展情况。     

Direct Observation of Core–Shell Structures in Individual Lead Titanate Ferroelectric Nanostructures by Tip‐Enhanced Refractive Index Mapping

Ferroelectrics undergo a size‐driven phase transition at the nanoscale below which the spontaneous polarization, their defining property, irrevocably ceases. This threshold often referred to as the superparaelectric limit has tremendous technological relevance in an era of progressing integration. Just as the balance of short‐range elastic and long‐range electrostatic ordering in bulk, the critical size depends on temperature. Room‐temperature tip‐enhanced Raman spectroscopy (TERS) imaging of individual lead titanate (PbTiO₃) nanoislands is reported with a spatial resolution of ≈3 nm. Monitoring the spectral shift of the gold‐tip enhanced luminescence, which depends on the local refractive index, images grains composing the nanoislands. The wavelength of the enhanced luminescence shifts between the grains and their boundaries indicating the predicted core–shell structure of ferroelectric and paraelectric phase. The shear force configuration rules out the distance dependence of capacitive plasmonic coupling between tip and substrate as the origin of the observed shift. As the reported temperature‐changes in nonresonant TERS do not account for noticeable thermal effects, the underlying, even though weak, tip‐enhanced Raman spectrum of the grain core reflects PbTiO₃ close to the ferroelectric‐to‐paraelectric phase transition which is primarily related to the finite size of the grains.     

基于表面等离子体共振和双频激光干涉相位测量的空气折射率测量

设计了一种基于表面等离子体共振和相位检测的空气折射率实时测量系统,该系统采用双频激光外差干涉光路和具有角漂移自适应结构的表面等离子体共振传感器。理论分析表明测量光信号的p、s分量的相位差相对于参考光信号的变化与空气折射率近似呈线性关系,并由此得到测量公式,传感器的自适应结构将角漂移引起的误差降低了一个数量级并大幅提高了测量灵敏度。与Edlen公式的测量比对实验结果表明,在44.0°入射角(共振角附近)和0.1°的相位测量精度下,空气折射率的测量精度优于5×10-6。该测量系统还可为更高精度的空气折射率测量仪提供足够精确的初值。