提高激光反馈扫描显微镜轴向分辨率的实验研究

提出并实验研究了几种可以提高激光反馈扫描显微镜轴向分辨率的方法，一种方法是对常规激光反馈实验中的探测技术进行了改进，用渥拉斯顿棱镜把垂直偏振光分开探测，轴向分辨率可以提高约2．9倍；另一种方法是用双频激光器中产生的偏振态相互垂直的O光和e光作为反馈光代替了传统的单一光的反馈，轴向分辨率被提高了约2倍；第三种方法是用双频激光器中产生的O光或e光作为反馈光，轴向分辨率可以提高约2．5倍。实验结果表明，利用偏振态相互垂直的光之间的模竞争效应可以有效地提高扫描显微镜的轴向分辨率。     

激光片光三维传感中提高深度分辨率的方法

提出了两种在激光片光三维传感中降低散斑噪声、提高深度分辨率的方法。第1种方法采用宏观上相同、微观上受物体微结构面元影响的多帧散斑图像叠加,用于三维测量系统的标定。第2种方法利用动态采集方式,使CCD对微结构元进行时间积分,可有效地降低散斑噪声的影响。实验证明,综合利用这两种方式,深度分辨率可以得到有效的提高。     

超精加工表面粗糙度的激光测量仪

研制出一种超精加工表面粗糙度的激光测量仪，采用光外差测量原理和共光路干涉仪结构，具有很强的抗外界振动干扰能力．仪器结构简单，测量灵敏度高，纵向分辨率达０．４ｎｍ，横向分辨率达１．７２μｍ。     

高效铜激光倍频及在光刻中的应用

通过线聚焦将自滤波振荡行波放大后的铜激光在ＢＢＯ晶体中信频，当基频光功率为５．４Ｗ时，倍频效率达１４．４％。用钢激光倍频光进行接触式光刻，刻线分辨率优于１．０μｍ。     

一种用双斜复合反射全息扩大全息激光防护镜防护角的方法

提出了一种扩大全息激光防护镜防护角的方法：将两块条纹面与介质表面相倾斜的反射全息对称胶合，致使防护角与单片反射全息相比提高了一倍。实验结果表明０．５３μｍ的光在－３０°至２７°范围内入射时；双斜复合反射全息的光学密度在２．３至３．５之间变化，可见光透过率大于６０％。     

生物组织中强度调制的连续激光激发的光声信号影响因素研究

分析了强度调制的连续激光激发的光声信号形成过程以及调制脉宽对光声信号强度的影响,发现随着调制方波脉宽的增加,生物组织吸收的光功率增加,光声信号幅值增加。研究了调制脉宽对光声成像技术轴向分辨率的影响,发现随着调制方波脉宽宽度的增加,光声信号的脉宽增加,其轴向分辨率变差。在理论研究的基础上进行了实验验证,通过方波调制的激光二极管的出射激光激发生物组织获取声信号。在激光二极管出射光功率提高受限的条件下,通过增加作用在生物组织上的光功率密度获取高分辨率、高信噪比的光声图像。对强度调制连续激光激发的光声成像技术的研究能够为光声成像技术提供一种低成本、便携式的设备,为进一步研究提供参考。     

小鼠大脑飞秒双光子荧光三维显微成像研究

双光子荧光(two-photon fluorescence,TPF)显微成像技术借助荧光探针实现样品中被标记成分的特异性成像，具有天然的三维层析能力、高成像深度与空间分辨率、以及更小的光漂白与光损伤，已经发展成为化学、医药学和生命科学领域的一项重要研究工具。文中通过分析高斯光束复振幅在空间中的分布，推导出TPF信号的纵向与径向分布公式，以此估算出文中的TPF显微成像系统的横向分辨率为453 nm，纵向分辨率为2.087μm。使用飞秒激光器作为激发光源，搭建了TPF显微成像系统。在800 nm波长的飞秒脉冲激发下，测量了罗丹明B溶液的TPF光谱，从而选择636～703 nm作为显微成像的荧光探测窗口。随后开展了对罗丹明B染色的小鼠大脑切片的TPF显微成像实验研究，利用断层扫描成像的方式获得了小鼠大脑切片在0～14μm深度内的荧光强度分布。通过三维重构完成了对生物样品的三维立体成像，获得了小鼠大脑中灰质与白质在不同深度的分布情况，实验结果证明了搭建的显微成像系统具有优异的成像深度与空间分辨能力。     

激光光声法测量红外光窗材料吸收系数的研究

本文介绍了以环形压电陶瓷片作换能器，利用激光光声技术测量经外光窗材料光学吸收系数的原理和方法，并用这种方法测量了几种红外光窗料的吸收系数，实验表明；激光光声法比激光量热法简单快捷，数据可靠，这在光窗片的生产测试中有其实用价值。     

飞秒激光细胞显微操作系统的实验研究

飞秒激光作用于生物组织时几乎不伤及周围区域，因而具有投高的空间分辨率和时间分辨率。目前，光镊已成为捕获和操纵微米尺度微粒和生物细胞的有效手段。鉴于飞秒激光脉冲的独特优势以及光镊在生物学领域广泛的应用前景，我们曾提出建立飞秒激光细胞显微手术系统，并对以飞秒激光脉冲作为光源的光学势阱的稳定性进行了详细的理论分析。     

机载激光测深后向散射光雷达方程

根据《海水中光束传播唯象模型》和水下辐射度反射率定律，将海水中任一深度的激光束，分为准直光部分和非准直光（散射）部分，并分别计算机载光学接收系统接收到的准直部分和非准直部分的后向散射功率，建立了机载激光测深系统后向散射光雷达方程。通过对该雷达方程的分析，得到了当海水深度以衰减长度的个数表示时，机载激光测深系统接收到的海水后向散射光功率最大值点对应的水深与海水的单粒子反照率有关，而与海水的衰减系数无关的结论，以此可测定海水散射系数、吸收系数。文中也分析了系统视场角对后向散射包络的影响，阐述了后向散射包络以有效衰减系数指数衰减，而不是以光束衰减系数指数衰减。     

一种用于海洋要素反演的机载SAR多普勒中心偏移计算方法

多普勒中心偏移是合成孔径雷达(SAR)反演海面风场、海表流场的重要参数。该文针对机载正侧视提出一种多普勒中心偏移计算方法,分别利用载机运动状态数据和海洋探测回波数据计算多普勒中心频率,再作差求解多普勒中心偏移,并在多普勒谱分析中加入小波分析去除噪声的影响来提高计算精度。以CDOP经验模型计算结果作为比对真值,机载SAR飞行探测试验结果表明,9组探测数据多普勒中心偏移计算误差的绝对值均小于2 Hz,均方根误差为1.4 Hz,满足海洋环境要素反演的精度要求。实验表明高精度的平台运动状态数据和探测回波数据是多普勒中心偏移海洋应用的关键。      

用于条纹像距离提取的迭代加权质心方法

条纹阵列探测激光雷达具有测距精度高、作用距离远、探测景深宽和数据更新率高等显著优点,已被广泛应用于地形测绘、海岸带监测、城市三维重构、森林生态研究等领域中。传统的信号鉴别方法在回波信号距离提取过程中存在一定的局限性,影响了条纹阵列探测激光雷达的距离分辨能力和目标识别能力。针对这一问题在处理条纹图像时引入了一种迭代加权质心算法,讨论了该算法在质心定位中的独特优越性,结合条纹阵列探测激光雷达的信号分布特征确定了该算法中关键参数的选取。利用该算法在1.4 km的作用距离下获得了具有清晰边界特征的目标距离像,有效抑制了距离提取过程中产生的边界模糊效应,显著提升了系统的细节分辨能力,相比于传统的质心算法,测距精度提高了17%。     

激光定域晶化技术制备纳米硅的研究

利用相移光栅模板使KrF准分子激光形成强度周期分布的激光束,定域晶化a-Si∶H(4nm)/a-SiNx∶H(10nm)多层膜中的超薄a-Si∶H层,成功地制备出了三维有序分布的nc-Si阵列。原子力显微镜(AFM)、微区喇曼光谱、剖面透射电子显微镜(X-TEM)及高分辨电子显微镜(HREM)技术分析揭示了晶化后薄膜中形成了横向周期与移相光栅周期相同、纵向周期与a-Si∶H/a-SiNx∶H多层膜周期(14nm)相等的nc-Si阵列。     

Method for taking into account the shift parameter in the deconvolution of the depth composition distribution of semiconductor structures from SIMS depth profiles

A method for solving the direct and inverse problems of depth profiling in secondary-ion mass spectrometry is suggested. The advantages of solving the incorrect inverse problem in Fourier space with regularization by the Tikhonov method are discussed. Upon the reconstruction of element-concentration profiles, special attention is given to their shift as a feature of the SIMS resolution function. Consideration of the shift is achieved by joint solution of the direct and inverse problems of depth profiling. Examples of the operation of the deconvolution algorithm for both simulated and experimental profiles are given. It is shown that use of the proposed deconvolution algorithm makes it possible to increase the informativity and improve the depth resolution of the method. The suggested method for taking into account the shift enables us to avoid regular error in determining the position of thin layers near the surface.     

高速激光光斑检测系统的设计与实现

为了实现激光通信系统对信标光的捕获、跟踪与瞄准,采用嵌入式图像处理技术设计了基于现场可编程门阵列器件的高速激光光斑检测系统,对分辨率为300pixel300pixel、帧频1000Hz序列图像中的激光光斑目标进行了提取操作。采用1维滤波算子构造方位滤波器进行图像预处理,同时便于硬件实现,滤波后经阈值分割、形态学开运算与连通域分析,最后提取了激光光斑的形心位置信息。结果表明,所设计系统能够对包含激光光斑目标的高帧频图像进行实时处理。目标形心提取频率可以满足激光通信系统在动态链路建立方面的要求。     

基于古斯-汉欣效应的激光束精密平移的研究

为了精密控制激光光束的平行移动,利用双面金属包覆波导结构在导波共振激发时对古斯-汉欣(Goos-Hänchen)位移的增强效应,采用光学非线性晶体材料作为波导的导波层,通过在波导中两层金属膜间加入控制电压,改变波导参量,实现反射光侧向位移的电调谐,得到了720μm范围内的光束平移电控,控制精度可达25nm。结果表明,实验结果和理论模拟吻合较好。预计本工作对光学微加工领域应用具有积极而广泛的意义。     

Comparative study of depth and lateral distributions of electron excitation between scanning ion and scanning electron microscopes

In order to study the contrast difference between scanning ion microscopes (SIM) and scanning electron microscopes (SEM), the depth and lateral distributions of secondary electrons escaped from surfaces of 17 metals with atomic numbers, Z2, of 4-79 were calculated for bombardment with 30 keV Ga ions and for 10 keV electrons. For both projectiles, the excitation depth generally decreased with increasing Z2, while showing the same periodic change as the secondary-electron yield. However, an opposite trend in Z2 dependence between the Ga ion and electron bombardments was calculated with the lateral distribution of secondary electrons escaped from the surface. Except for low Z2 metals, the lateral distribution, which is much narrower for 30 keV Ga ions than for 10 keV electrons, indicates that the spatial resolution of the secondary-electron images is better for SIM than for SEM, if zero-sized probe beams are assumed. Furthermore, the present calculation reveals important effects of electron excitation by recoiled material atoms and reflected electrons on the lateral distribution, as well as the secondary-electron yield, for the Ga ion and electron bombardments, respectively.     

相控阵超声成像补偿聚焦技术

针对相控阵成像中因为聚焦深度唯一且不能改变而导致成像失真问题,提出改进方法,提高相控阵检测成像质量。在用单个换能器单元轮流发射声波,全孔径单元接收的收发超声方式得到基础数据组的基础上,在数据处理中重构出发射聚焦和接收聚焦。提出在重构过程中运用动态聚焦补偿技术,使各个深度都聚焦。该文给出重构发射和接收聚焦点及动态聚焦补偿的理论基础,补偿点的计算方法,补偿电路的具体实现。从仿真结果可看出成像效果比传统单点聚焦相控阵有显著提高。提出的相控阵动态深度补偿技术改善了成像质量,物理实现电路简单且具有实用价值。     

Digital image reconstruction of microwave holograms

A system capable of recording the Fourier hologram of a reflecting target at various microwave frequencies is described. The assembly consists of a swept frequencyX-band interferometer circuit that illuminates a given target and a detector that scans a large square receiving area. The system is supervised by a microprocessor which controls the scanning operation, data acquisition, and storage of the resulting holograms. Image reconstruction is accomplished by discrete Fourier inversion of the data, and the output format uses computer graphics. The system's performance is evaluated by the analysis of various metallic objects. The lateral resolution is determined by the operating wavelength, linear dimensions of the recording area, and the range of the target, and for the conditions of the experiment is approximately one wavelength. Adequate depth resolution is obtained by combining multifrequency holograms measured in a range from 8 to 12 GHz, thereby achieving a depth resolution of 4 cm. Some potential applications are demonstrated. These include the measurement of target shape and displacement using convolution and subtraction techniques.