双光子3D打印超表面光器件研究进展

超表面是一种周期性亚波长人工结构薄层，其与入射电磁波共振耦合所引入的相位突变打破了传统光学对空间光程累计的依赖，表现出独特的电磁学特性。过去10年来，超表面以其优于传统光学元件的超薄厚度、超短调制距离和超高分辨率光波操纵能力受到研究者们的广泛关注。并且作为超材料的二维对应物，超表面更易于被制造和集成到器件中，可以工作在微波到可见光波长范围内。常用于超表面的制造工艺包括紫外光刻、电子束光刻、聚焦离子束光刻和纳米压印等，但超表面的大规模应用仍面临加工精度与大面积、大规模制造和加工成本之间的矛盾。基于飞秒脉冲激光和双光子聚合反应的双光子三维(3D)打印技术可以实现高精度、复杂3D模型和无掩膜的一步制造，具有加工便捷和灵活的优点，以及大面积制造的潜力，被广泛应用于超表面结构研究与制备。文章对基于双光子3D打印技术制备的超表面光器件的近期研究工作进行了综述。文章首先概述了超表面的概念、优势及加工方法，然后介绍了双光子3D打印技术的原理、发展历程和工艺优势，随后分类综述和讨论了表面等离激元超表面、超透镜、超表面纳米显示与图像处理和与光纤端面集成超表面的近期研究工作，最后对基于双光子3D打印技术的超...     

基于碳化硅3D打印的遥感相机主承力结构设计与验证

3D打印快速成型技术不断趋于成熟，其应用范围越来越广泛。碳化硅材料具有较高的弹性模量、比刚度及较好的稳定性等物理性质。为了使遥感相机主承力结构突破传统工艺和设计思路的限制，在提高轻量化程度的同时获得更好的力、热稳定性，使用碳化硅作为原材料，采用3D打印的制造方式研制主承力结构。首先介绍了碳化硅3D打印技术的优势和特点；之后，根据技术特点梳理了主承力结构的设计方法；然后依据设计方法开展了结构设计、仿真以及优化工作；最终，主承力结构外包络为400 mm×370 mm×430 mm，一阶频率为639.9 Hz，质量仅为4.2 kg，与传统方案相比减重41.6%，具有良好的力、热稳定性，满足使用要求。经过力学试验验证，符合设计预期。     

基于光学纳米结构的物理型信息安全技术

信息安全对人类社会极为重要，关系到个人和各类组织的财产与安全，因此一直以来受到人们的极大关注。其中，物理型信息安全技术因其物理载体和实现原理的多样性和隐匿性而具有极高的安全性。当前，通过引入特征尺寸小、功能丰富的光学纳米结构，物理型信息安全技术借助纳米尺度光场调控的新方法和新实践，在信息容量、安全性和功能性等方面都得到了极大提升。为厘清该领域的发展脉络与方向，本文将回顾近年来基于光学纳米结构的物理型信息安全技术的新发展，介绍该技术的基本原理、实现方法与优势特点，重点阐述其中的基于表面结构色图像、全息和轨道角动量的信息安全技术。此类信息安全技术不仅对于军用、民用机密信息防护具有重要意义，而且在商标防伪和身份认证等领域也有着巨大的应用潜能。     

光聚合微纳3D打印技术的发展现状与趋势

光聚合微纳3D打印作为一种微纳尺度的增材制造技术,在高精度、复杂三维微纳结构的制造方面具有显著优势,已被广泛应用于微机电系统、微纳光子器件、微流体器件、生物工程领域。本文首先介绍了光聚合微纳3D打印技术的光物理/光化学原理,重点对所涉及的各种类型的打印工艺及其应用领域进行综述;然后讨论了一些前沿性的微纳3D打印方法,通过回顾和比较这些最新的技术,阐明了打印分辨率与打印效率之间的关系,以及串行扫描、并行扫描、面投影和体投影的打印模式对微纳3D打印性能的影响;最后对微纳3D打印技术进行全面总结与概述,并对其未来的发展趋势和应用前景予以展望。     

周期性超表面的广色域结构色调制光谱分析

设计一种新的周期性超表面,基于介质层与吸收层的夹层式纳米柱结构表现出强烈的共振吸收效应,在可见光波段实现具有广色域、高饱和度、高分辨率优势的结构色。使用时域有限差分法(FDTD)模拟周期性纳米阵列在调节周期、介质层厚度时的光学响应,基于反射光谱建立从结构参数到显色特性的映射关系。结果表明,周期与介质层厚度的协同调节可生成更丰富的结构色,周期通过改变主波长显著影响结构色色相,介质层厚度优化光谱形状有助于实现高单色性颜色;该结构的光谱反射率高、半峰宽窄、主波长覆盖面广,色域扩大至156.8%的sRGB;经优化后实现的高质量RGB颜色,在±40°入射范围色相变化低于0.075π。该研究在显示成像、纳米印刷、高分辨打印等领域的应用具有重要价值。     

多功能桌面级3D打印机构造及实测

针对现有桌面级3D打印机成本高、打印速度慢、范围小且不能二次断点打印等缺陷,提出了新型多功能3D打印机系统实现方案,并分析了其应用优势。在机械结构上:采用了Delta并联臂机械结构,由框架、导轨、滑块、限位等组件构成。在控制硬件上:采用Arduino处理器,SD存储器,液晶显示器等元器件完成硬件控制实体;在控制软件上:采用RS232通信协议及开源3D打印软件,设计了低成本、多功能的3D打印软件系统。该方案设计的关键主要为上述结构、硬件的设计,及底层驱动和通信软件等。经实践验证:该3D打印机能克服成本高、打印慢、范围小、不能二次加工等缺陷,而能创新性地实现断点续打功能,且成本低,便于应用推广。     

基于虚拟仪器平台的双光子吸收测试系统仿真研究

双光子吸收材料的非线性光学性能在光限幅、3D微制造、高密度存储和双光子荧光显微镜等领域具有广泛的应用前景和潜在的实用价值。寻找具有大双光子吸收截面的材料已成为光学及其交叉学科中最诱人,最活跃的研究领域之一。目前用于双光子吸收效应测量的主要手段有Z-scan法,双光子诱导荧光法,双光子瞬态吸收光谱法等。由于Z-scan法具有光路简单、灵敏度高及可同时测量三阶非线性极化率实部及虚部等诸多优点,已在相关领域获得了大量应用。目前有关该技术的研究基本集中在实验测试方面,理论仿真相对较少。利用虚拟仪器平台对应用于双光子吸收测试的Z-scan实验进行了仿真研究,讨论了实验参数合理性选择及实验参数间的依赖规律。通过仿真分析,重点给出了光阑半径对实验结果的影响规律,同时对扫描曲线拐点位置的变化规律也进行了详细的讨论。     

三色光栅及其应用研究进展

三色光栅是一种特殊的空间光调制器。通过原理分析说明，三色光栅具有的多光谱的空域复用、频域分离的结构特点。介绍了它在以白光信息处理为基础的信息技术领域如彩色摄影、白光彩色相关识别、多通道光谱段摄影等方面的应用研究状况；指出基于三色光栅思想还可以构造出各种各样的多色光栅器件，具有更广泛的应用前景。     

透明材料飞秒激光三维微制备

利用飞秒激光对透明材料进行改性和加工，制备三维微结构和器件受到极大的关注。本文介绍了在透明材料内部或表面进行微制备的方法和应用，包括利用飞秒激光诱导的折射率变化来制作光波导、光栅和耦合器等；利用材料内部的微爆炸实现三维点存储和其它三维点阵结构等；通过界面的烧蚀过程进行打孔、切割和刻蚀等；利用双光子聚合制备微透镜、光子晶体和衍射光学元件等等。     

自适应光学在双光子显微成像技术中的应用

光学显微镜是生物医学研究必不可少的工具，其中双光子显微成像技术具有大深度三维显微成像功能，被认为是深层生物组织研究的首选工具。但是，在双光子成像系统使用过程中，光学系统的装配偏差、光学元件不理想以及生物样品的不均匀性都会在成像过程中引入像差，从而降低成像质量。通过在双光子显微成像系统中引入自适应光学技术，可实现对像差的有效校正，从而提高成像的分辨率、深度和视场。介绍了双光子显微成像中的像差来源和特点，概述了自适应光学技术中不同的探测和校正方法，综述了近年来自适应光学技术在双光子显微成像中不同的应用成果，最后对自适应光学在双光子显微成像中的发展进行了展望。     

FDTD 结合支持向量机反演各向异性材料电磁参数

本文首先介绍了太赫兹波导和3D打印技术的发展现状。3D打印作为一项新兴的技术,以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料通过逐层打印的方法构造实体,打破了传统THz波导技术的局限性。本文介绍的3D打印THz波导利用聚合树脂作为打印材料,打印完成的THz波导在其传输通路上镀500nm的金,金的厚度足以支持THz传播。利用这种方法可以打印出直波导、三维弯曲面、三维Y劈和U型波导等多种结构。3D打印THz波导除传输损耗略高外,其传输模式及其特性与传统的金属波导基本一致,这种额外的传输损耗归咎于商业3D打印机的精度。     

基于 3D 打印的THz 波导成型技术研究进展

本文首先介绍了太赫兹波导和3D 打印技术的发展现状。3D 打印作为一项新兴的技术,以数字模型文件为基础, 运用粉末状金属或塑料等可粘合材料通过逐层打印的方法构造实体,打破了传统THz 波导技术的局限性。本文介绍的3D 打印THz 波导利用聚合树脂作为打印材料,打印完成的THz 波导在其传输通路上镀500nm 的金,金的厚度足以支持THz 传播。利用这种方法可以打印出直波导、三维弯曲面、三维Y 劈和U 型波导等多种结构。3D 打印THz 波导除传输损耗 略高外,其传输模式及其特性与传统的金属波导基本一致,这种额外的传输损耗归咎于商业3D 打印机的精度。     

3D打印技术在电子设备行业的应用

3D打印是最近几年开始流行的,以成形速度快为特点的打印新技术,最基本的组成元件,就是数字模型,能够按照实物本身的特点和结构,进行分层次的打印,最终形成实际产品,这项技术涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个学科领域。在电子设备行业中,3D打印技术也得到了广泛的应用,文章将对3D打印技术进行简单介绍,并对3D技术在电子设备行业中所发挥的作用和应用进行简单探讨。     

3D真的来了吗?——三维结构光传感器漫谈

三维成像与传感技术作为感知真实三维世界的重要信息获取手段,为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、检测、识别等方面提供了数据基础。近年来,计算机视觉和光电成像技术的发展以及消费电子与个人身份验证对3D传感技术日益增长的需求促进了三维成像与传感技术的蓬勃式发展。2D摄像头向3D传感器的转变也将成为继黑白到彩色、低分辨率到高分辨率、静态图像到动态影像后的"第四次影像革命"。《红外与激光工程》本期策划组织的"光学三维成像与传感"专题,共包含高水平稿件20篇,其中综述论文15篇,研究论文5篇。这些论文系统介绍了光学三维成像传感领域热点专题的研究进展与最新动态,主题全面涵盖了当前三维光学成像领域的前沿研究方向:结构光三维成像、条纹投影轮廓术、干涉测量技术、相位测量偏折术、三维立体显示技术(全息显示、集成光场显示等)、三维成像传感技术与计算成像相关交叉领域(如三维鬼成像)等。而此文作为本期专栏的引子,概括性地综述了典型的三维传感技术,并着重介绍了三维结构光传感器技术的发展现状、关键技术、典型应用;讨论了其现存问题、并展望了其未来发展方向,以求抛砖引玉。     

基于3D打印技术的微电子器件制造

传统微电子加工工艺存在着诸多限制,尤其是无法实现具有复杂三维(3D)结构的微电子器件的加工。首先,简述3D打印的工艺流程,并详细介绍了用于微电子器件制造的三种典型3D打印技术。随后,从刚性电子器件、柔性电子器件和半导体器件角度出发,重点阐述了3D打印技术在微电子器件制造中的研究现状。最后,总结了3D打印技术在制造微电子器件中存在的主要问题,并讨论了基于3D打印技术的微电子器件制造的未来发展方向。未来微电子器件的加工将会向着体积小、重量轻、可靠性高和工作速度快等方向发展,可任意形状成型的3D打印技术的迅速崛起可为研究人员提供更多的思路,可推动交通运输、邮电通信、生物医疗、文化教育以及消费类电子产品等众多领域的发展。     

3D打印技术在计算机硬件组装与维护课程中的应用

<正>随着3D打印技术的发展和普及，其在教育领域的应用引起广泛关注。通过引入3D打印技术，可以获得更加实践性和直观的学习体验，并培养创新、合作和问题解决能力。在课堂中，可以通过3D打印技术设计和制作物品模型，加深对物理、数学、工程等学科知识的理解和应用。3D打印技术在教育领域有着广阔的前景和潜力，可以提供更加实践性、创新性和多样性的学习体验，促进其综合能力的发展和提高。随着互联网的普及和移动网络的崛起，计算机及计算机应用技术已经深入到人类社会的科学研究、工作学习、日常生活等方方面面，     

利用深度学习扩展双光子成像视场

双光子成像技术已被广泛应用于活体肿瘤成像、神经功能成像以及大脑疾病研究等领域，但双光子成像视场较小（视场直径一般在1 mm以内），限制了其进一步应用。虽然通过特殊的光学设计或者自适应光学技术能够有效增大视场，但复杂的光路设计、高昂的器件成本以及繁琐的操作过程限制了这些技术的推广。提出了一种利用深度学习技术替代自适应光学技术扩展双光子成像视场的新思路，在低成本（无须特殊物镜，无须相位补偿装置）、易操作的前提下实现了大视场双光子成像。设计了一种适用于光学显微系统中扩展双光子成像视场的nBRAnet网络框架，为使该网络框架可以更好地利用特征图信息，在该框架中引入残差模块和空间注意力机制，同时去除了数据归一化处理，以增加图像对比度信息。实验结果表明：所提深度学习方法可以有效地代替自适应光学技术，增强扩展视场中的精细结构特征，并恢复扩展视场的成像分辨率和信噪比，使双光子成像视场直径扩展到3.46 mm，峰值信噪比超过27 dB。深度学习方法具有成本低、操作简单、图像增强效果显著等特点，有望为跨区域脑成像或全脑成像提供一种经济实用的方案。     

希腊科学家首次用三光子聚合制成三维结构

希腊科学家声称，他们首次用三光子聚合（3PP）制成三维结构。已制成的构件具有500nm的分辨率。Maria Farsari及其同事日前正在改进他们的光学设备，并希望用此法制造实用器件。用发射800nm的掺钛篮宝石激光器制作分辨率为200nm及以下结构的双光子聚合已有广泛报道。     

绿带翠凤蝶中微纳结构的光学特性及其传感应用

通过变角度光谱系统测量了绿带翠凤蝶闪亮后翅中微纳结构的光谱,并建立了多层膜反射结构模型来解释蝴蝶翅膀的结构色产生机理。通过测量绿带翠凤蝶后翅微结构中的圆二向色性光谱,研究了其光学偏振特性。基于结构色的特点,设计并实现了利用蝴蝶翅膀对溶液折射率的传感实验,结果表明随着折射率的增大,反射光谱谱线发生红移。相关的研究结果为理解自然界中微结构材料的偏振和传感应用提供了基础。     

3D打印技术在个性化创意设计中的运用

在3D打印技术的不断发展成熟下,3D打印技术被广泛的应用在个性化创意设计领域,能够在快速时间内将二维信息转化为三维立体信息,对促进个性化创意设计发展意义重大.为此,文章在阐述3D打印技术在个性化创意设计应有优势的基础上,以吉祥物"乒乓"为例,具体分析3D打印技术在个性化创意设计中的应用.