双波长偏振控制超表面透镜的设计

随着现代光学的快速发展，光学元件在光学系统中成为了不可或缺的部分，因此超表面逐渐成为研究热点。超表面是由亚波长散射体阵列组成的纳米结构，由于其结构简单、厚度薄、易于集成、利用率高等优点被广泛应用。在可见光690 nm和近红外光880 nm处采用传播相位设计了偏振复用的透射型超表面透镜。该超表面透镜将x线偏振光的透镜设计与y线偏振光的透镜设计进行组合，实现了在同一超表面下2种波长不同偏振状态的3种超表面透镜，分别是f₁=f₂=7 000 nm的共轴共焦超表面透镜和f₁=f₂=7 000 nm,x_d=±4 000 nm的离轴超表面透镜以及f₁=7 000 nm,f₂=10 000 nm的共轴不同焦超表面透镜。这3种超表面透镜不仅具有高的数值孔径(0.8),而且半峰全宽接近衍射极限，具有良好的聚焦能力，并且其在空间利用率上也得到了提高。这种紧凑、高数值孔径以及空间利用率高的双波长偏振复用的超表面设计为聚焦透镜的发展提供了有效的解决方法，并且...     

超精密加工表面特性的功率谱密度表征与分析

为了了解加工方法和参数对加工表面特性PSD表征结果的影响规律,采用功率谱密度方法(PSD)对超精密磨削加工表面进行了表征与分析.应用Dimension 3100原子力显微镜对超精密加工表面进行测量,得到三维微观形貌和数据,以空间波长为横坐标,功率谱密度为纵坐标输出PSD图像,简单直观地分析了加工表面空间波长分布及不同波长在表面所占的比重,对比分析了加工方法和参数对PSD表征结果特征的影响.实验结果表明,超精密加工表面PSD图像的主导频率、波长分布特点以及各波长的PSD值大小等参数不仅可以同时体现横向尺寸及高度尺寸特性,而且能够得到表面误差的空间频率分布和方向特性信息.     

用于窄带滤光片的离子辅助沉积硅膜层的性能

为了简化窄带光学滤波器的结构,需要寻求更高折射率的膜层材料.采用宽束冷阴极离子源的离子束辅助沉积工艺实验,分析了工艺参数与硅膜层折射率之间的关系,获得了对波长1550 nm折射率在3.45~3.46之间、消光系数小于10-6的硅膜层.使用实验得到的硅膜层和二氧化硅组合,设计了有71层膜层、信道间隔为200GHz的光学滤波器,峰值插入损耗0.18 dB,0.5 dB处的波长带宽为0.86 nm,0.25 dB处的波长带宽为1.91 nm,通带波纹系数ξ=0.12 dB,满足国际通信联盟(ITU)对密集波分复用系统(DWDM)用窄带滤波器的要求.     

基于Si纳米线AWG的超紧凑单纤三向滤波器设计

采用绝缘层上Si(SOI)纳米线阵列波导光栅(AWG)结构设计了超紧凑光纤到户(FTTH)单纤三向滤波器。二维时域有限差分(2D-FDTD)模拟输出光场表明,3个波长光信号输出光场清晰,实现了1490 nm和1550nm下行波长的解复用和1310 nm波长的上传复用功能;进一步的输出功率模拟表明,当各波长信号输入功率为1 mW时,1490 nm端口输出功率为0.49 mW,1550 nm端口输出功率为0.49 mW,1310 nm上传信号功率为0.55 mW,相应的插入损耗分别约为-3.1、-3.1和-2.6 dB。各端口的串扰光功率可被抑制到-25.2 dBm以下,相应的串扰小于-22.6 dB。采用电子束(EB)光刻结合诱导耦合等离子干法(ICP-RIE)刻蚀,制备出了Si纳米线单纤三向滤波器,经红外CCD成像观察到器件具有3个波长的分波功能。     

细胞内分子检测及成像技术研究

针对复杂生物学系统的研究和观测,指出对活体细胞内的分子及其相关事件,以高时空分辨率实现可视化、跟踪和定量处理,采用远场荧光成像是目前细胞内分子检测及成像的主要工具.在述评的基础上,介绍该课题组在活体细胞内分子检测及成像中的荧光显微成像和非标记检测技术的研究进展.围绕提高荧光显微成像分辨率,研究图像信息获取速率高的宽场成像方法,包括结构光照明和单分子定位显微.在结构光照明显微研究中,采用可编程的数字微镜器件代替需要精确移动的光栅对生物样品进行显微成像,获得了超分辨显微成像;在单分子定位显微成像研究中,搭建单分子定位显微成像系统,实测分辨率达到48nm,并获得了HeLa细胞突起中微丝束结构的纳米分辨图像;针对厚样品成像时存在的荧光串扰难题,提出利用双波长空间非相干光干涉照明,理论分析证明,其可实现厚度为35nm半高全宽的单一薄层的轴向选择性激发.在非标记检测成像技术方面,围绕相干反斯托克斯拉曼散射(coherentanti-Stokes Ramanscattering,CARS)方法中存在的问题展开研究.为获得完整的物质分子CARS光谱,利用飞秒激光脉冲泵浦PCF获得超连续谱激光输出同时作为泵浦光和斯托克斯光,实现超宽带时间分辨CARS光谱探测和显微成像技术;通过数值模拟获得优化超连续谱激光输出的时谱结构的实验条件,初步实现了满足实验所需的SC激光光源;通过调节探测光脉冲与SC激光脉冲之间的时间延迟实现时间分辨CARS,达到有效抑制非共振背景噪声,提高系统探测灵敏度的目的.利用超宽带时间分辨CARS光谱探测和显微成像技术,获得多种有机溶液在387～4092cm-1范围内,光谱分辨率达14cm-1的不同分子的CARS光谱信号;通过分析探讨实现超分辨CARS显微成像技术的途径,提出利用双探测光实现纳米分辨的方案.未来研究方向,在荧光显微方面,将结合双波长空间非相干光干涉照明和轴向纳米定位,实现完整细胞三维纳米分辨荧光成像,通过发展高量子效率的小分子荧光开关材料及高灵敏度高帧频的探测器,将单分子定位显微应用到活细胞三维纳米成像和分子追踪上;在非标记成像方面,将重点发展基于CARS原理的单分子检测和纳米成像方法,尤其是基于改进后的超连续谱的超宽带CARS光谱技术和纳米分辨的CARS显微技术.     

基于超表面实现波长选择性波前整形（英文）

精确的、与波长相关的相位调制在许多领域中是必不可少的,比如超分辨成像、全彩色全息、微纳加工以及光通讯。这一要求很难通过单一的传统光学元件实现,一般需要使用多个光学元件组合完成。本文提出一种可以实现波长选择性波前整形的超表面设计方法。具体来说,本文设计了一种超表面,它能够对785nm波长的光做涡旋相位调制,同时不影响590nm波长的光保持原有相位分布。本文通过干涉仪以及对应点扩散函数的测量来验证不同波长下的波前分布。与已提出的空间复用方式以及色散工程的方法相比,我们提出的设计方法更加直接,优化难度小,适用于需要波长选择性编码的光学系统。本文所提平面光学器件对于需要波长选择性编码的光学系统具有重要应用意义。     

级联M-Z型掺铒光纤放大器增益平坦滤波器的设计

针对掺铒光纤放大器（EDFA）增益不平坦对波分复用（WDM）系统传输质量的影响，将有限冲激响应（FIR）滤波器的设计方法引入到级联Mach Zehnder干涉仪型EDFA增益平坦滤波器的设计中.利用混合遗传梯度算法，计算了级联Mach Zehnder干涉仪EDFA增益平坦器中各个耦合器的系数.对于给定的任意形状的EDFA增益谱，设计的EDFA增益平坦滤波器在1530~1560nm波长内误差为±0.25dB，计算时间约为其他方法的1/3，证明了该方法不仅可以得到理想的结果，而且可提高设计效率.     

椭圆截面活性银纳米管表面等离激元受激辐射放大研究

基于有限元方法研究了内核包含活性介质的椭圆截面银纳米管的表面等离激元受激辐射放大（SPASER）特性. 研究发现,在电场偏振方向与椭圆长轴之间的夹角θ为0°时,当银纳米管活性内核的增益系数k增加到0.281 8,将在639.3 nm波长位置处产生表面等离激元（SP）偶极超共振;此时,在银纳米管表面可获得的表面增强拉曼因子可达到约2.56×1018,其足以满足单分子检测的要求. 在θ = 90°时,当k值增加到0.081 7,将在742.3 nm波长位置处发现SP偶极超共振. 此外,当θ = 0°时,银纳米管的SPASER增益阈值将随着银壳层厚度的减小而逐渐减小;当θ = 90°时,银纳米管的SPASER增益阈值将随着银壳层厚度的减小而逐渐增加. 当θ = 45°时,随着内核增益系数变大,将逐渐在两不同的临界波长位置观察到SPASER现象,因而具有较好的双频特性.     

一种MIMO-OFDM系统的导频设计及信道估计方法

针对多输入多输出正交频分复用系统,提出了一种利用空频分组码码字正交特性的导频设计方法,并提出了基于该导频的低复杂度信道估计算法. 推导了该信道估计方案的均方误差,并评估了复杂度计算公式. 计算机仿真验证了此算法可以以较低的复杂度获得近似最小均方误差（MMSE）信道估计算法的均方误差性能及误码率性能。     

LD端面抽运1.3μm双波长激光器研究

对双波长激光器的研究有助于改良通过差频方式产生的太赫兹辐射。太赫兹在医疗诊断、物理成像、环境监测等方面应用广泛,近年来成为国内外的研究热点。首先通过键合Nd：YAG晶体产生1319nm和1338nm双波长激光进行理论分析,并在此基础上开展了实验,获得了5.94W的双波长激光输出,激光斜效率19.8%,光束质量因子M 2=1.39。     

宽带平坦增益混合型光纤放大器的设计

针对密集波分复用系统各信道的在线平坦光放大这一光通信研究中的关键课题,提出了基于掺铒光纤放大器和分布式拉曼光纤放大器的混合结构光纤放大器,并进行了结构参数的优化设计。仿真结果表明,用所设计的混合结构光纤放大器获得了覆盖C+L光通信窗口1 530~1 630 nm信号的平坦增益和低噪声,在密集波分复用光通信系统中有重要应用价值。     

宽带平坦增益混合型光纤放大器的设计

针对密集波分复用系统各信道的在线平坦光放大这一光通信研究中的关键课题,提出了基于掺铒光纤放大器和分布式拉曼光纤放大器的混合结构光纤放大器,并进行了结构参数的优化设计。仿真结果表明,用所设计的混合结构光纤放大器获得了覆盖C+L光通信窗口1 530~1 630 nm信号的平坦增益和低噪声,在密集波分复用光通信系统中有重要应用价值。     

缸盖缺陷检测系统线阵相机现场标定方法

为检测某型号发动机缸盖表面缺陷,需获取缸盖表面的精确尺寸,本文设计了发动机缸盖表面视觉检测设备,应用该设备平台针对线阵相机中的镜头畸变提出了一种新的标定方法。首先,根据测量精度要求,设计缸盖视觉检测设备,利用高精度的设备平台确定线阵相机测量高度和成像角度;然后,通过建立的线阵相机成像的数学模型,忽略畸变情况下,在中心光轴处求得相面中心坐标,并利用最小二乘法求得相机内外参数;最后,考虑镜头畸变,建立畸变数学模型,利用最小误差法对镜头畸变参数标定。实验结果表明:该方法提高了相机的测量精度和稳定性,校正后图像的最大变形量不高于±0.25Pixel,测量平均误差为0.356%,可满足实际工程需要,具有较高的实用价值。     

应用NIR高光谱成像技术检测羊肉脂肪和蛋白质质量分数

采用近红外高光谱成像技术(900～1 700 nm)对羊肉脂肪和蛋白质质量分数进行预测.通过近红外高光谱对72个羊肉样本进行高光谱图像采集,获取的光谱数据经过多元散射校正进行光谱预处理.通过回归分析选取对应的特征波长,利用BP神经网络结合脂肪和蛋白质的实测值,建立预测模型并对模型进行验证.结果显示,羊肉脂肪和蛋白质的预测模型效果较好.其中,脂肪模型的相关系数R和预测均方根误差RMSEP分别为0.91和0.73;蛋白质模型的相关系数R和预测均方根误差RMSEP分别为0.87和1.19.该研究表明,利用近红外高光谱成像技术预测羊肉脂肪和蛋白质质量分数是可行的.     

小型光纤光谱仪的研制

通过ZEMAX光路优化设计,采用CPLD和USB接口技术以实现CCD高速驱动和数据传输。该系统使用光纤束进行导光、平面衍射光栅对采集到的光分光后,由线阵CCD进行光电转换;并利用相关双采样技术,获得相应光强分布数据,再利用最小二乘法对光谱仪进行标定。研究结果表明该光谱仪波长准确度优于1nm,波长重复误差小于0．2nm。     

应用在OFDM-MIMO系统的低复杂度时域导频方案

提出了一种应用在正交频分复用多天线系统的时域导频方案.该方案能获得较高精度的均方估计性能,导频与有用数据无干扰,且计算复杂度低,多天线场景下,信道估计的性能不受传输天线个数的影响.相比最小二乘估计,该方案只需要对接收信号进行简单的线性相关运算,配合特定的系统参数,能获得较大的信噪比增益;相比线性最小均方误差估计,其仅利用了信道长度信息,性能渐近最优,能获得估计性能与复杂度的折中.     

眼前节光学相干层析系统的设计及实验研究

基于低相干干涉原理及迈克尔逊干涉仪的光学相干层析(OCT)技术,利用中心波长为1310nm的宽带低相干光源(SLED)及傅里叶域快速扫描光学延迟线(RSOD),设计和研制了眼前节OCT系统和探头。系统成像深度大于9mm。对其扫描模式进行分析,矫正所获得的眼前节OCT图像。     

基于MMSE-T的合成孔径雷达图像超分辨率重建

针对雷达目标图像,提出一种基于阈值最小均方误差（MMSE-T）的超分辨率重建方法,并对其性能进行了分析、比较和评估.介绍和分析了雷达成像模型及常用的超分辨方法.以及MMSE-T改进算法及其具体实现方法.以MSTAR合成孔径雷达（SAR）实测图像为例,给出其超分辨结果,同时基于输出信噪比（SNR）指标,对其性能进行了比较与评估.实验表明：MMSE-T超分辨率方法在无须事先已知原始场景先验知识的情况下,可实现对原始场景的准确重建,同时具有较好的噪声抑制作用,可用于高分辨率一维距离像、合成孔径雷达、逆合成孔径雷达及实波束成像等雷达图像目标信息的开发.     

可调谐掺铥双包层光纤激光器实验研究

利用785 nm激光二极管作为泵浦源,对长度为4.5 m,纤芯直径为20μm,内包层截面为D形的掺铥双包层光纤进行可调谐实验研究.通过使用闪耀光栅作为选频元件,利用后向Littrow结构,获得波长在2μm附近最大105 nm范围内的可调谐输出,且在可调谐范围内,各激光光谱线宽均约2.2 nm.结果表明,可调谐波长范围除与光纤荧光谱有关外,还与闪耀光栅特性参数直接相关.     

Delaunay三角剖分插值用于超分辨成像

微变焦超分辨成像在插值重建方面比较困难,目前基于最小二乘估计的频域模型和空域模型也都存在一些局限性。为了兼顾超分辨成像的实时性和精确性,该文在图像重建过程中,借鉴Delaunay三角剖分的数学概念,采用随机增量算法,定义了基于Delaunay三角剖分的插值算法。该算法可以提高分辨率,降低运算量。仿真实验结果表明,该算法在图像重建的时间和均方误差方面,均优于共轭梯度最小二乘法,其中基于Delaunay三角剖分的三次方插值算法的优越性更为突出。