新型多通道共焦激光诱导荧光检测系统

采用振镜与特殊设计的f-theta物镜构成光学扫描结构,设计出新型的可用于48通道的毛细管阵列电泳的共焦激光诱导荧光检测系统.根据新型系统的性能需求,分析其设计要求,确定系统结构布局,指导f-theta物镜的设计,并通过软件优化确定最终参数.利用理论分析与光学仿真软件,分析了振镜的离焦对系统荧光收集效率的影响,并定义了荧光收集效率不均匀度,用于度量系统在整个视场中荧光收集效率的非一致性.分析结果表明:离焦将造成荧光收集效率下降,并恶化收集效率的均匀度.最后,通过实验检验系统的荧光收集效率不均匀度.实验结果表明:实际系统满足设计要求.     

大视场大相对孔径瞄准物镜的设计

本文概述了大相对孔径物镜不同结构方案的优缺点，阐述了大视场、大相对孔径物镜设计的原则。论述了单透镜一三胶合透镜一单透镜这种新型结构的设计方法，并且列举了这种结构的设计结果．     

基于移动物镜中少数透镜的快速轴向扫描系统

近年来,神经细胞中快速荧光信号的随机三维成像成为研究的热点问题,对双光子荧光显微成像系统中轴向扫描速度提出了更高的要求。本文设计一种快速轴向扫描系统,通过电致位移驱动器件,驱动显微物镜中靠近样品端的聚焦透镜组,实现物镜前焦点在轴向的快速扫描。系统中由少数透镜组成的聚焦透镜组与主透镜组之间为近平行光路,适应大范围扫描;聚焦透镜组质量轻、驱动器负载小、扫描速度快。用ZEMAX软件对系统进行仿真分析,结果表明:当扫描深度从0～500 μm变化时系统MTF曲线变化很小。聚焦透镜组重量仅有0.1 g,以压电陶瓷作为位移驱动元件可达到千赫兹量级的扫描频率,能够满足神经功能成像的大范围和快速轴向扫描要求。     

2019中科院光学系列专项培训光学设计高级讲习班(第十六届)

正2019年10月13日-18日中科院上海光机所朱健强/研究员黄惠杰/研究员徐文东/研究员杨宝喜/高级工程师一、光机系统设计和光学加工光学系统的基本要求高斯光学初级像差理论光学系统的结构像质评价杂散光二、光学设计实例光学系统设计实例重点演示的光学系统包括单透镜、双胶合透镜、非球面单透镜、非球面双胶合透镜、多重结构激光缩束镜、实用的激光扩束镜、非球面检验光路、高倍显微物镜、双高斯照相物镜等。从高温镜头出发谈光学系统产品的设计以高温镜头作为产品设计实例,从具体的使用要求出发,讲解光学系统设计的一般步骤,包括     

利用波前调制技术提升光透明样品的双光子成像分辨率

组织光透明技术结合双光子显微成像(TPM)技术能够有效提升生物样品的显微成像深度,然而现有的光透明剂与常用显微物镜的浸润介质折射率并不匹配,会引入球差从而降低深层组织成像的荧光强度和分辨率。针对该问题分析了球差对TPM荧光强度和分辨率的影响,建立了由物镜特性(数值孔径和浸润介质)、聚焦深度和物体折射率等参数构成的球差补偿模型,进而指导空间光调制器进行球差补偿。对荧光小球仿体样品和光透明脑组织样品的双光子成像结果显示,该球差补偿方法能显著提升样品信号量和系统纵向分辨率。另外,该方法在校正过程中无需多次成像,操作简单且耗时短,对光透明剂和显微物镜无特殊要求,具有较强的通用性。     

用于光丝激光雷达收集系统的非球面环带菲涅耳透镜设计

为满足激光雷达收集系统对远距离荧光信号探测要求,提出了一种基于多软件协同循环优化各环带面形的非球面环带菲涅耳透镜设计方法,并进行了透镜面形误差分析及透镜样件性能测试。利用该方法设计了一个直径为300 mm、焦距为670 mm的高收集效率菲涅耳透镜,使用LightTools软件对设计的菲涅耳透镜进行了光学仿真,收集效率可达52.2%。仿真和实验结果均表明：在400～950 nm光谱范围内,设计的菲涅耳透镜减小了透镜球差和色差对收集系统的影响,具有较高的能量收集效率,提高了系统光能利用率,满足系统性能指标要求。     

胶合式全景环形透镜的设计

介绍了一种新的胶合式全景环形透镜(PAL),改善了全景环形透镜的设计自由度,使全景透镜承担部分校正色差的任务,简化后继透镜组的结构,减少杂散光生成,缩小长焦距全景环形透镜光学系统的体积,并扩大系统的视场.对全景环形透镜的色差和视场进行了理论分析,给出了选择新型全景环形透镜胶合玻璃材料的方法.设计了一个双片胶合式全景环形透镜及其后继转像透镜组,系统焦距为10.3mm,总长170 mm,孔径为f/3.7,PAL最大口径为70mm,光谱范围为0.486-0.656 μm(可见光谱).后继转像镜组由8片透镜构成,系统后焦距(BFL)为17 mm.实验结果证明系统像差校正良好.     

用液芯变焦柱透镜精确测量液体折射率

加工制作了一种液芯变焦柱透镜,并利用这种柱透镜精确测量液体的折射率。在空心的柱透镜内注入待测液体,通过测量液芯透镜的焦距,根据焦距和折射率之间的关系,计算出液芯介质的折射率。此方法有效地提高了折射率测量的灵敏度,减小了测量系统的景深。选取20×显微物镜可实现液体折射率在1.3～1.642范围内的精确测量,单次测量误差小于0.0002。对透镜折射率灵敏度曲线以及测量系统景深曲线的分析表明,增加折射率灵敏度和测量系统的有效数值孔径,可以进一步提高测量的准确度。     

摘要

微光夜视仪光学物镜系统的设计何良芳 ,张泽男(浙江工业大学 ,浙江杭州 3 10 0 2 7)针对目前国内微光夜视仪光学物镜系统均采用球面物镜系统 ,因而导致体积 ,重量过大的情况 ,作者根据微光夜视仪物镜的像差 ,传函要求讨论了在微光夜视仪光学物镜系统中如何引入非球面透镜的设计 ,并给出了作者应某厂家要求设计的 1 微光夜视仪光学物镜系统的一种结构 (5片式 )。这种采用非球面透镜的微光夜视仪光学物镜系统与采用球面透镜的系统相比 ,体积与重量大大地减少 ,更能适应使用者的要求 ,而且成像质量也有了比较大的提高。分辨率对生物芯片荧光扫…     

激光显微血流计的光学与机械计设

系统简介激光显微血流计的后向光学系统如图1所示。1.5mW 内腔激光管1输出发散度约为1mrad 的激光束,经过屋脊五角棱镜2由大约三倍准直系统3准直,使激光束发散度降到三分之一毫弧度以下,45°反射镜4使激光束直接投射到垂直反射相位光栅5上,光栅5将激光衍射为等强度并具有固定相位差的±1级衍射光,衍射角β为14.66°,经过透镜6准直为相距32mm 互相平行的光束,两平行光束再由聚光镜8(f=51.74)会聚成约为直径15μm 的测量斑,当红血球经过此点即有散射光波被5倍物镜9接收,一部分经2.7倍(或4~(?))中继物镜     

飞秒激光背部湿刻石英玻璃微通道的研究

为了获得飞秒激光背部湿刻石英玻璃微通道的最佳参量,通过分别改变飞秒激光的功率、刻蚀速率和显微物镜的放大倍数进行了实验。采用超景深显微镜对加工样品进行观察和测量,并分析了微通道的形貌。结果表明,在飞秒激光功率为50mW、刻蚀速率为0.010mm/s、20×显微物镜聚焦的实验条件下,可以制备出深度为1466μm、深宽比为32的石英玻璃微通道。此研究对3维结构维纳制造技术有一定的应用价值。     

Simulation analysis and implementation of spectral dispersion system based on virtually imaged phased array

Virtually imaged phased array (VIPA) has the advantages of insensitive to polarization, simple structure and high in spectral resolution. Compared with commonly used dispersive devices, such as diffraction gratings or Fabry-Pérot (FP) interferometers, VIPA is self-aligned and has high transmission efficiency. In this paper, the dispersion mechanism of the VIPA is introduced in detail, the influence of incident angle and VIPA thickness on the dispersion performance near 532 nm is calculated and analyzed with MATLAB. According to the calculated results, the selected VIPA device has a thickness of 6 mm and an incident angle of 4°. The spectral dispersion system, in combination with corresponding optical devices, is designed and simulated with ZEMAX, then the experimental system was built. The spectral dispersion system based on VIPA, at a central wavelength of 532 nm, has the free spectral range of 15.08 GHz and the spectral resolution of 0.87 GHz. The system designed in this paper can be applied to high-resolution spectral detection such as Brillouin scattering, Raman scattering, laser fluorescence, laser-induced plasma and so on.     

利用光纤传像束的内窥镜物镜设计

光纤传像束用于内窥镜时,对内窥镜物镜的结构型式和成像质量提出了新的要求。在分析了其基本设计原则后,根据实际需求,选用反远距型物镜作为初始结构,利用Zemax软件优化设计了一个工作波段0.38~0.78 m,焦距0.921 mm,全视场100、相对孔径1/4的内窥镜物镜。镜头总长10.32 mm,满足像方远心要求,在38 lp/mm频率处MTF值在0.85以上,像质优良;同时,在Tracepro软件中建立了所设计物镜与光纤传像束结合后系统的模型,模拟的系统耦合效率约为96%且出射端照度均匀。结果表明:该物镜具有视场大、短焦距、结构合理、耦合效率高、像面照度均匀等特点,满足内窥镜要求。     

Schmidt结构的改进型龙虾眼光学透镜研究

龙虾眼光学是解决大视场高能射线聚焦的关键技术。从成像光学的视角考察了龙虾眼光学系统的成像原理,制作完成了基于Schmidt结构的改进型龙虾眼光学透镜原理样机,并对该系统在可见光波段的性能进行了测试。该龙虾眼透镜由厚度为300 m的抛光铝板作为反射工作面,反射面成扇形排布,并具有完全对称的球形结构;反射面间夹角由特殊加工的角间距27.6'的楔板保证。原理样机的有效焦距为65 mm,中心张角为17.4817.48,其在空间各个方向上的成像能力几乎相同,可以满足空间大视场探测系统的任务需求。     

基于CMOS图像识别的S08单片机嵌入式导航系统设计

以智能比赛小车为基础,设计了一套基于双S08单片机控制的智能小车导航系统,为小车的智能控制提供了导航数据.在该系统中,使用二块低成本的飞思卡尔S08单片机替代传统的S12系列的高端单片机,实现图像数据自动采集存储,通过双机协调工作解决一块单片机无法实现多线程处理事件的问题,实现智能小车图像信息自动高效采集.实验证明,系统能够稳定工作,可靠性高,同时也提出了一套低成本图像采集的方法.     

基于MEMS技术的PDMS电泳微芯片的研制

介绍了一种基于MEMS技术的PDM25电泳微芯片，该芯片主要由三部分组成：集成了高压电极的玻璃基底、PDMS薄膜以及刻有微流路的PDMS板。利用lift—off工艺，在玻璃基底上制作了为电泳分离提供高压的Pt电极。为了提高PDMS微芯片的密封效率，同时也为了保持微流路材料的一致性，通过挤压法首先在玻璃基底上形成了一层PDMS薄膜。电泳分离实验表明：在该微芯片上能够实现DNA片段的有效分离。     

Lens aberration effect on a laser-diode-to-single-mode-fibre coupler

The ball lens aberration effect has been analysed on a laser-diode-to-single-mode-fibre coupler. The analysis derived valuable relations between coupling efficiency and lens parameters of refractive index and focal length. Coupling efficiency of about 50% can be obtained for couplers which employ ball lenses with high refractive index.     

脉冲激光测距系统中非球面物镜的设计

简要介绍了脉冲激光测距的工作原理及其光电特性。并以总体设计所确定的初始结 构参数为基础,应用薄透镜系统的初级像差理论的P、W法实现非球面物镜的优化设计,给出了满足系统要求的非球面物镜的像差结果。     

长焦距大变倍比中波红外变焦距系统设计

为实现红外连续变焦距系统变倍比大、焦距长和系统结构简单的需求,在光学系统中引入衍射元件(DOE),设计了一套3.7～4.8μm波段折/衍混合连续变焦光学系统。该系统突破了传统折射式中波红外变焦系统难以同时满足变倍比大、焦距长、系统结构简单等要求的局限,其变倍比为20×,可在35～700mm焦距范围内连续变焦,仅包含6片透镜和2片平面反射镜。在空间频率17lp/mm处,系统在全焦距范围内调制传递函数MTF>0.5;变焦过程中系统弥散斑直径均方根值小于20μm,表明该系统成像质量良好。     

倒梯形双层金属光栅式偏振分束器

为获得高衍射效率、高消光比、宽带宽及大角度容差的光栅结构，提出了一种在近红外波长区域工作的倒梯形双层金属光栅结构的偏振分束器。该结构引入了一层高折射率介质层，并且将光栅区的光刻胶斜切成倒梯形结构，新的设计增大了光栅的透射效率和消光比。使用严格耦合波分析方法，模拟和优化了偏振分束器的结构参数。结果表明，横磁波及横电波在1 290~1 840 nm波长范围内的透射效率和反射效率分别超过97%和95%。透射和反射的最大消光比分别为33 dB和53 dB。在波长为1 550 nm，入射角为-40~40时，光栅的透射和反射消光比都大于22 dB，达到了高性能偏振分束器的要求。相较于双层金属矩形光栅，所提出的倒梯形双层金属结构表现出更高的透射性与反射性，同时具有更好的设计灵活性。