直梁结构光栅光调制器的机电特性分析与实验

介绍了直梁光栅光调制器的结构和原理,建立了器件的机电模型．利用能量法和卡式第二定理分析并得到器件的弹性系数;通过静电力与机械回复力的平衡,得到器件的驱动电压．结合器件的实际参数值,计算得到器件的工作电压为10．71V,吸合电压为11．46V．实验测得器件的实际工作电压为10．5V,吸合电压为12．2V,实验结果与理论分析基本一致．在1kHz脉冲电压的驱动下,器件响应的上升时间和下降时间分别为46．59μs和44．77μs;器件的响应频率约为5kHz．结果表明,加工的直梁光栅光调制器具有较低的驱动电压和较高的响应频率,能够满足微投影显示的要求．     

声光调制器模型辨识及光功率控制系统设计

保证激光直写系统中曝光光功率的稳定和连续可调对所制作的二元器件的性能具有重要意义。利用MABLAB工具对声光调制器的数学模型进行辨识，得到声光调制器的传递函数。并借助于MABLAB的SIMULINK工具箱，设计出控制系统的仿真模型，得到实用的控制系统。实验结果表明AR模型很好地反映了声光调制器的特性，所设计的控制系统响应速度快，控制精度高。     

反射镜平动式光栅光调制器光学分析与仿真

提出一种基于MEMS的光栅光调制器,可用于投影显示等相关领域。介绍了其结构、工作原理及其加工流程,对器件进行傅里叶光学分析。分析得出,器件单像素在±1级对比度和光学衍射效率最大值分别为1225和51.4%,形成阵列后理论上最大值分别为无穷大和81%。采用Coventor软件进行光学仿真,得到器件实际情况下衍射花样,器件由于残余应力以及器件下拉时静电力作用产生翘曲变形,光学性能有所降低。     

光栅分振幅光偏振测量系统的研制

使用一个既能产生反射光衍射又能产生透射光衍射的特殊金属光栅作为分光器,研制一种新颖的高速光波偏振态测量系统。它没有使用转动光学部件或调制器,而是将金属光栅产生的四条1级衍射光的光强线性地转换为电信号,通过定标方法得到系统的非奇异的仪器矩阵,然后通过线性运算得到入射光的待测Stokes矢量。该系统结构紧凑、安装方便,可用作实时偏振测量术和椭偏测量术中的偏振态探测器。     

测控仪器用基于FPGA的多路光栅信号采集卡的设计

介绍了一种适用于测控仪器基于FPGA芯片的多路光栅采集卡的设计,主要论述了多路光栅采集卡的功能、结构组成和主要模块的设计等内容。     

光栅光调制器阵列翘曲问题分析

提出了一种新颖的面向大屏幕高清晰度显示的光栅光调制器（GIN）阵列．它利用光衍射原理对入射光进行调制．GIN是在硅片上分层构造的器件,采用以铝膜工艺为主的表面微加工工艺．在研制过程中器件翘曲成为制约器件性能的关键问题．从残余应力分析入手,分析了产生残余应力的原理,并提出使用单金属膜并控制工艺参数的改进方案．另外,采用“减薄梁”的工艺,使大部分应力释放在刚性较弱的支撑梁上．加工结果印证了理论分析和仿真,最终器件获得了较为平坦的表面．     

一种高密度光栅结构光编码方法

针对光栅结构光传感器三维测量过程中光条识别问题,提出一种新的金字塔子光栅投射法结构光编码方法。该方法把高密度光栅逐级细分为若干个可容易识别的子光栅,用空间二分编码方法分别对每个子光栅进行编码,并详细介绍了确定光条点码值的方法。把该编码方法应用于光栅结构光传感器中,实现了维纳斯雕像的三维测量,并给出了三维重建结果。结果表明,该编码方法误码率仅为0.75%,特别适用于物体三维轮廓致密测量。     

光波导位相调制技术产生多波长光源

用Matlab软件模拟分析了高频光波导电光位相调制器的输出光谱特性。结果表明,在一定频率的微波源作用下,单色光通过光波导位相调制器后会产生光频谱展宽,展宽光谱中包括中心波长及各阶光边波带。随位相调制深度加大,边波带数目增多,光谱展宽增大;位相调制深度为3.3时,10dB展宽光谱中含边波带数为8个。实验制作了光波长1．55μm、微波频率10GHz的铌酸锂电光波导位相调制器;输出光谱中可清楚观察到正负三阶等频率间隔的边波带,即可实现七路光源输出,由此提出并验证了光波导位相调制技术用作多波长光源的可能性。利用位相调制器的光频谱展开得到多波长光源,具有成本低．易实现、促进系统集成等优点,有良好的应用前景。     

基于雾屏和空间光调制器的全息三维显示

长期以来,人们为实现理想的显示效果已经付出了不懈的努力。传统的立体三维显示技术大多利用人眼的双目视差或者视觉暂留效应来表现出三维效果,它不会产生物理景深,因此缺乏真正的三维感。本文主要研究了一种真三维全息技术,采用雾屏来承接空间光调制器所衍射出来的全息三维图像。主要工作有:首先建立三维模型,然后生成三维模型各个视角的强度信息图和深度信息图,再由强度信息图和深度信息图生成全息图。接下来将全息图加载到空间光调制器上,将衍射出来的全息三维图像承载在雾屏上。     

结构光照明下的非相干自干涉数字全息成像

提出了一种采用结构光照明的迈克尔逊非相干数字全息成像系统,该系统利用空间光调制器SLM实现水平和竖直方向的余弦光栅照明模式,以提高成像系统的横向分辨率。利用MATLAB软件进行仿真成像和数值重建,得到了该系统下的高分辨率重建像,从理论上证明了这一方法可以有效提高非相干数字全息系统的分辨率。搭建了相应的非相干光自干涉数字全息成像系统,通过对USAF1951分辨率板进行成像,从实验上进一步验证了基于结构光照明的超分辨成像方法对该成像系统的适用性。     

FPGA图像采集系统研究与设计

设计了一种基于FPGA与DDR2SDRAM的图像采集显示系统,该系统采用Xilinx公司Spartan-6系列的FPGA作为主控芯片,利用高带宽数据、大容量的DDR2SDRAM存储器实时地对CMOS数字图像传感器OV7670图像数据进行缓存,最后图像数据通过TFT LCD液晶显示屏实时显示出来.实验结果表明,设计并实现的图像采集系统不仅运行稳定,而且图像显示效果较好.     

基于FT245BM的数据采集系统设计

针对某模型弹遥测系统数据的采集,提出了基于FT245BM的数据采集系统设计.该系统以FPGA为控制芯片,FT245BM为USB接口的收发控制芯片,实现了FPGA和上位机的数据通信,从而达到了数据的采集、上传和监测.     

光栅编码器在激光陀螺平台系统中的应用

针对激光陀螺平台系统中测角装置高精度、高稳定度与合适动态范围的技术要求,选用RENISHAW新型增量式圆光栅作为测角装置.采用FPGA芯片设计了光栅测角系统的信号处理电路,对光栅信号进行了时序同步、抗干扰数字滤波、倍频与鉴相,设计了计数电路及与上位机的通信接口.分析了误差产生的原因,并利用激光陀螺标定了测角装置的实际测量精度.实验结果表明,设计实现的测角装置测角分辨力为3",测量精度优于±8",动态角速率测量范围为O°/s～360°/s,测量结果准确,性能稳定.     

面向机械振动信号采集的无线传感器网络节点设计

针对现有无线传感器网络节点的不足和机械振动信号采集的需求,设计了一种可实现机械振动信号采集和片上处理的无线传感器网络节点。该节点采用MEMS加速度传感器拾取振动信号,以低功耗FPGA芯片为控制核心,采用了可编程片上系统技术,将数据采集、存储、处理和传输等控制功能模块集成到单个FPGA芯片中。本文着重介绍了节点数据采集、存储和传输部分的硬件电路和控制逻辑设计,对比实验表明该节点能有效采集和监测机械振动信号。     

基于FPGA的应力应变测试系统设计

在某些应变测试系统中,既要求体积小,功耗低,还要求实现实时显示,这样系统就必须具有较高的数据传输速度和更加灵活的通道选择及采样方式,本文介绍了用FPGA硬件实现上述要求的方法.用FPGA来实现主控逻辑模块.FPGA经过一系列的逻辑和时钟运算,按照用户的设置要求将命令逻辑解串并发送到单片机及模拟电路.单片机采集到的数据保存到FPGA内部的FIFO里,当达到FIFO余度值时,计算机取走采集到的数据进行显示和存储.实验结果表明,系统工作稳定,控制方便,能得到可靠的实验数据.     

Two-dimensional grating light modulator for projection display

A novel two-dimensional (2D) phase grating light modulator for projection display is proposed. It consists of an upper moveable grating, a bottom mirror, and four supporting posts between them. After the driving voltage is applied to the modulator, the upper grating will move down, which induces a phase difference and, therefore, leads to a controlled variation of its diffraction pattern. Optical characteristics of the modulator and the modulator array are analyzed with Fourier optics theory. The analysis shows the incident light will be switched from its zero order diffraction fringe to the first order diffraction fringe when the phase difference between the moveable grating and the bottom mirror changes from 2 pi to pi. The diffraction pattern of the light modulator array is the coherent superposition of all single modulators. A 16 x 16 modulator array is fabricated by surface micromachining technology. The test result shows that the device works well when it is actuated by a voltage with a 1 kHz frequency and 10V amplitude. Both theoretical analysis and experiment results indicate that the 2D phase grating light modulator has potential application in a projection display system.     

高分辨率多屏平动体积显示系统

描述了一种基于多屏平动扫描的高分辨率体积显示系统及其原理样机。通过 DMD向多个圆周平动的成像屏投射二维图像序列,借助人眼视觉暂留效应,此动态刷新的二维图像序列被感知为一个具有物理景深的三维图像。其光学投影模块保证了投影仪与成像屏之间的光程不变,从而构建了清晰稳定的成像空间;采用 FPGA设计高速数据通道,带宽达到了 18.75 Gbps,使得每个三维体积帧包含 512个二维图像切片,总体素超过 4亿,刷新频率达到 12 Hz。成功研制了原理样机,达到了预期的三维显示效果。     

MPEG-2 视频编码器的硬件实现方法

目的 探讨一个实现数据压缩的脱机系统。方法 利用单芯片MPEG－2,借助FPGA技术对输入／输出数据进行必要的处理。结果 最终实现数据压缩的脱机系统。结论 MPEG－2图像编码是通信系统中最有效的编码方法,借助FPGA用单芯片实现MPEG－2编码已成为可能。     

Efficient coupling into polymer waveguides by gratings

Investigations of highly efficient grating couplers for polymer slab and strip waveguides fabricated by electron-beam lithography are reported. A maximum input efficiency of 67% is achieved. The electron-beam direct-writing technique allows one to replicate the original gratings into polymer substrates by embossing. An all-polymeric optical chip with efficient grating couplers is demonstrated. Waveguide grating couplers with blazed profile and variable grating depth are investigated. Thus, the intensity distribution of the outcoupled light is matched to a Gaussian-like profile. A focusing blazed grating that couples the light with an efficiency of 42% into a polymer strip waveguide is reported. A curvature correction of the grating lines allows one to improve the focusing properties.     

基于FPGA的可重新配置片上导航计算机设计

采用Virtex-4 FPGA芯片设计了片上组合导航计算机系统.该导航计算机使用FPGA内嵌的PowerPC硬核处理器进行导航运算,在FPGA逻辑中集成IP核来实现控制、接口通信和部分运算的硬件加速,提高了系统集成度.此外,该系统还可以通过硬件编程对FPGA逻辑进行重新配置,使该导航计算机在不同应用场合满足对接口、功能的要求.