基于拉盖尔-高斯光束的螺旋干涉模式研究

为提高粒子操控的灵活性和精度,一种基于拉盖尔-高斯光束的可控螺旋干涉模式被提出。通过理论分析两束拉盖尔-高斯光束同轴叠加光场,给出了不同参数的变化对干涉光场强度分布的影响。通过仿真模拟,研究参数变化对场强结构的调控作用。结果表明,通过改变两束拉盖尔-高斯光束的拓扑电荷数可以实现干涉模式光场强度极大值的数量和分布的动态调整,增加了对粒子操控的灵活性和可控性,为提高光束微粒操控的精度的提升提供了可能。     

螺旋相位调制双曲余弦高斯光束的梯度力研究

光梯度力在光镊技术中起着非常重要的作用。数值模拟了螺旋相位调制双曲余弦高斯光束在焦平面上光梯度力的变化。研究结果表明:双曲余弦高斯光束的偏心参数、螺旋相位的拓扑数可以显著地调节光梯度力分布,并且会出现一些新奇的光梯度力分布,如构成圆环形光陷阱、矩形光陷阱、阵列光陷阱等;另外,对于不同数值孔径、不同拓扑数,光梯度力随双曲余弦高斯光束的偏心参数的演化规律也显著不同。     

基于FFT相位判别的旋进旋涡流量计抗流体脉动干扰方法

提出了利用 FFT相位判别来消除流场脉动干扰对旋进旋涡流量计测量影响的方法。研究了流体脉动对旋进旋涡流量计旋进旋涡效应特性的影响。在流量计实验装置上对 5 0 m m口径旋进旋涡流量计进行了实验研究。实验表明 :流体脉动干扰压力与旋进旋涡效应的脉动压力间存在线性迭加关系以及流场脉动干扰使旋进旋涡流量计传感器输出产生主频移动现象。数值实验表明了本方法的有效性。     

基于光学衍射神经网络的拉盖尔–高斯光束识别

拉盖尔–高斯（Laguerre-Gaussian,LG）光束除了轨道角动量（orbital angular momentum,OAM）维度外,还拥有径向量子数$ p $,因此LG光束可以为光通信和光计算等应用提供更多的物理自由度。但目前常见的干涉、衍射机制的LG光束模式探测方法在受到大气湍流的干扰时,识别准确率会明显下降,从而限制了其实际应用。提出了一种基于衍射神经网络（diffractive neural network,DNN）的LG光束识别方式,实现了$ p $在$ 1～3 $范围内的识别。即使在强湍流强度,衍射距离为5 m的情况下,该识别方式的识别准确率依然能达到95%以上。该DNN方法能够为准确识别LG光束模式提供有效途径,在大容量OAM通信、高维量子信息处理等方面均具有潜在应用价值。     

高斯涡旋光束通过像散透镜后的相位奇异特性

光场相位奇异特性研究在奇点光学研究领域中具有非常重要的意义。本文运用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式推导出高斯涡旋光束通过像散透镜后的光场分布表达式,并研究了它在几何焦平面上的相位奇异特性。结果表明,高斯涡旋光束通过像散透镜后在几何焦平面上存在相位奇点,相位奇点受到透镜的像散系数、光束束腰宽度和涡旋离轴量等参数的影响。在一定条件下,几何焦平面上出现直刃型位错线或光涡旋。当像散系数为0时,光涡旋出现在y轴上。当像散系数不为0,而涡旋离轴量为0时,会出现直刃型位错线或光涡旋,且各自的位置都非常稳定。当像散系数、涡旋离轴量或束腰宽度改变时,光涡旋会发生移动。这对光学元器件的设计和涡旋光束相位奇点的控制有一定的参考价值。     

基于相位计算全息的完美涡旋光产生和调控方法

空间光调制器模拟锥透镜法是目前最为广泛使用的产生完美涡旋光的方法,但是该方法无法调控光束环宽,为了解决这个问题,提出了使用傅里叶空间相位计算全息法产生、调控完美涡旋光。通过理论分析和实验测量证明,改变编码相位可以实时调控完美涡旋光的光环半径、环宽和拓扑荷数。该方法光路简单,产生的光束质量高,且光路只需进行一次调整,操作简便。另外,该方法还具有通用性强的优点,可用于产生各类变形完美涡旋光。实验产生了不同参数的椭圆形完美涡旋光,实验测量结果与理论结果吻合得很好。因此,傅里叶空间相位计算全息法是一种简便、通用、实用性更强的完美涡旋光产生、调控方法。     

三次相位调制参数对艾里光束的影响

从理论角度与实验角度研究了三次相位调制参数对艾里光束的影响。理论上分析说明三次相位对应的频谱为艾里光束,并引入三次相位调制参数a3以表征相位变化速率。实验上通过设定不同的三次相位调制参数,观察其对艾里光束的影响。结果表明,三次相位调制参数可以影响艾里光束的光瓣尺寸、光瓣间距以及能量分布等,并确定a3最佳值在2~4之间。     

基于SPR传感的空间相位调制蛋白质芯片检测方法

无标记蛋白质芯片检测可成为蛋白质组学研究的重要技术平台.将空间相位调制与SPR传感结合,使发生SPR时引起的反射光的相位变化转化为干涉条纹的位置变化,通过分析干涉条纹的位置变化即可获得反射光的相位变化,从而解析出相关生物信息.在构建了空间调制SPR相位检测实验装置的基础上,进行了生理盐水浓度测定以及兔IgG和羊抗兔IgG相互作用检测实验.实验结果表明,NaCI溶液分辨率至少为3×10-5RIU,检测的动态范围达到1.33～1.37,兔IgG与羊抗兔IgG相互作用时引起相位变化12°.这些实验结果表明,该方法适合蛋白质微芯片的检测.     

基于少模光纤的轴对称偏振光束的产生

首先介绍了轴对称偏振光束的基本概念以及特性,然后以少模光纤为模式转换器,通过旋转偏振控制器上光纤挤压器的旋钮对光纤中间部分施加压力,同时配合旋转光纤挤压器,以实验的方式获得了不同模式的轴对称偏振光束。通过调节偏振控制器以及输入光束和光纤的离轴状态,分别得到了径向偏振TM01模式,角向偏振TE01模式,奇数混合偏振HEodd21模式,偶数混合偏振HEeven21模式,以及线偏振HE11模式五种光纤所激发的模式。同时,还通过干涉实验中叉形光栅结构证明了相位奇点的存在。     

基于正弦相位调制的光纤干涉位移测量系统研究

针对全光纤干涉仪工作距离短、测量范围小等问题,提出了一种基于正弦相位调制的全光纤干涉系统,在参考臂通过电光调制器引入的调制参考光,与探头接收到的目标反射光产生干涉。根据锁相放大原理从干涉信号中提取出正交分量后,首先建立由正交分量构成的观测模型,通过卡尔曼滤波对正交分量的幅值和偏置进行迭代估计和修正,降低由相位延迟、调制深度漂移、寄生干扰等导致的幅值漂移和附加偏置;然后利用反正切法对反射光与参考光之间的相位差进行解调。开展了模拟干涉信号的相位解算仿真模拟和位移测量实验。仿真和实验验证了该算法解算相位的有效性。结果表明,该位移测量系统的工作距离可达到20 cm,测量精度为10 nm。     

振幅调控双曲余弦高斯涡旋光束的聚焦特性

研究了双曲余弦高斯涡旋光束不同振幅参量对光场分布的影响。在相同光涡旋的情况下改变振幅的大小,在焦平面上场强分布变化明显。涡旋光束的拓扑数对光束的聚焦特性存在明显影响,不同的拓扑数会引起聚焦区域光强分布变化,另外也产生一些新的多焦点阵列和多重菱形聚焦图案。     

含三次位相元件照相物镜的设计

设计了一个光学/数字成像系统,该成像系统利用三次位相元件辅以数字图像处理技术,在保持系统光通量及分辨率不变的前提下,提高了光学系统焦深。进行了仿真实验,实验以传统的双高斯型照相物镜为光学系统模型,选取焦点及离焦-1.6λ(λ=550 nm)近似-6.4倍焦深两个成像位置。对比分析了传统光学系统及光学/数字系统的焦点位置调制传递函数(MTF)、离焦1.6λ处调制传递函数(MTF)及在瑞利判据±100倍焦深范围内的离焦传递函数。通过光学设计软件CODEV9.7新增图像模拟功能,得到了光学系统的模拟成像结果。利用自编图像处理程序,得到最终的成像结果。结果表明,该光学/数字成像系统确实能够有效扩大光学系统焦深6倍以上。     

圆环衍射效应下涡旋光束的光强变化

为了分析拓扑电荷数以及相干性对部分相干涡旋光束的影响,利用部分相干光的统一理论和惠更斯-菲涅耳衍射原理,推导出随机电磁涡旋光束在自由空间中传播时,尤其是部分相干涡旋光束经圆环衍射后光强的计算公式,研究了部分相干涡旋光束通过圆环后的夫琅和费衍射特性。通过理论分析与数值计算表明,部分相干涡旋光束经圆环衍射后的光强分布情况与入射光的相干度、入射光束的拓扑电荷数、衍射孔径的大小等因素有关。当入射光束的拓扑电荷数越大,相干长度越长,衍射孔径越小时,衍射光束的光强分布会更加清晰,衍射效果也更加明显。     

Imaging of soft and hard materials using a Boersch phase plate in a transmission electron microscope

Using two levels of electron beam lithography, vapor phase deposition techniques, and FIB etching, we have fabricated an electrostatic Boersch phase plate for contrast enhancement of weak phase objects in a transmission electron microscope. The phase plate has suitable dimensions for the imaging of small biological samples without compromising the high-resolution capabilities of the microscope. A micro-structured electrode allows for phase tuning of the unscattered electron beam, which enables the recording of contrast enhanced in-focus images and in-line holograms. We have demonstrated experimentally that our phase plate improves the contrast of carbon nanotubes while maintaining high-resolution imaging performance, which is demonstrated for the case of an AlGaAs heterostructure. The development opens a new way to study interfaces between soft and hard materials.     

Microscopic studies of the effect of laser irradiation parameters of photopolymer plate on the quality of flexographic printing plate produced by the digital method

The process of making of flexographic printing plate by the digital method proceeds in the following stages: back exposure, laser irradiation, main exposure, washing, post exposure, and finishing of the photopolymer plate. Laser irradiation is one of the basic technological stages, in which a negative of the reproduced image is created on the black layer of photopolymer plate. The article presents the results of studies of the effect laser irradiation parameters on the quality of flexographic printing plate produced by digital method. Stereoscopic optical microscope was used to determine the effect of laser power and rotation speed of the drum of digital imager in the laser irradiation of photopolymer plate on tonal value and precision of reproducing of halftone dots in various parts of multitonal halftone image reproduced on the printing plate. The results of the studies will enable to complement our knowledge on the effect of individual parameters of laser irradiation process on the quality of digital flexographic printing plates. Microsc. Res. Tech. 79:1007–1016, 2016. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.     

A study of the human hair structure with a Zernike phase contrast X-ray microscope

We have observed the internal structure of human hair shafts with a transmission Zernike phase contrast hard X‐ray microscope. Due to the high spatial resolution and the high contrast of the microscope, we could image scales, macrofibrils, medulla and melanin without staining. The structure of a black hair shaft is compared with that of a white one.