涡旋光束经过散射介质产生散斑的理论和实验研究

研究了涡旋光束经过散射介质后形成的散斑特性 ．运用概率统计理论和光束传输理论,模 拟了不同拓扑电荷数的涡旋光束经过散射介质后形成的散斑,以及散射介质颗粒尺度对散斑 特性的影响。模拟结 果表明,随着涡旋光束拓扑电荷数的增大和散射介质颗粒尺度减小,形成 的散斑颗粒尺寸逐渐减小。实验上,利用螺旋相位板(SPP)产生涡旋光束,使其透过散射介 质后形成散斑。实验结果 表明,涡旋光束经过散射介质后,随着散射介质颗粒尺度减小,形成的散斑对比度逐渐增大 ;随着涡旋光束拓 扑电荷数的增大或散射介质颗粒的减小,所形成散斑的尺寸减小。实验结果与模拟结果 相吻合。     

混合光环晶格的实验研究

混合光环晶格是由束腰半径相同、拓扑电荷数分 别为整数和分数的两束拉盖尔-高斯(LG,Laguerre-Gaussian)涡旋光束共轴叠加 而成。本文理论模拟产生了混合光环晶格,包括混合亮环晶格和混合暗环晶格;基于共轭对 称延拓傅里叶 计算全息生成了混合光环晶格的全息图,并利用反射式空间光调制器(SLM),光电再现了高 质量的混合光环 晶格,实验结果与理论模拟一致。研究表明,混合光环晶格可以揭示拓扑电荷数的变化对 光环晶格的光束 分布影响,对深入理解复合涡旋光束提供了实验依据。     

650nm波长低功耗聚合物可变光衰减器的研制

为了有效改善基于无机材料的可变光衰减器(VO A)功耗大以及成本高的问题,设计并研制了一种基于有 机聚合物材料的低功耗马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型VOA器件。为保证器件的单模传输,优 化了波导的结构和横截面 尺寸,同时对加热电极的热场分布进行了模拟分析。最后,采用紫外光刻和湿法刻蚀等半导 体工艺,制备出功耗较低、响应速 度较快的VOA器件。在650nm工作波长下,测得器件的衰减为14.6dB,驱动功率仅为12.3mW,器件的上升时间为 240μs, 下降时间为200μs。实验结果表明,采用聚合物材料,并通过对器 件的结构参数进行优化,可研制出工作在可见光波段的低功耗VOA器件。     

Free and open‐source automated 3‐D microscope

Open‐source technology not only has facilitated the expansion of the greater research community, but by lowering costs it has encouraged innovation and customizable design. The field of automated microscopy has continued to be a challenge in accessibility due the expense and inflexible, noninterchangeable stages. This paper presents a low‐cost, open‐source microscope 3‐D stage. A RepRap 3‐D printer was converted to an optical microscope equipped with a customized, 3‐D printed holder for a USB microscope. Precision measurements were determined to have an average error of 10 μm at the maximum speed and 27 μm at the minimum recorded speed. Accuracy tests yielded an error of 0.15%. The machine is a true 3‐D stage and thus able to operate with USB microscopes or conventional desktop microscopes. It is larger than all commercial alternatives, and is thus capable of high‐depth images over unprecedented areas and complex geometries. The repeatability is below 2‐D microscope stages, but testing shows that it is adequate for the majority of scientific applications. The open‐source microscope stage costs less than 3–9% of the closest proprietary commercial stages. This extreme affordability vastly improves accessibility for 3‐D microscopy throughout the world.     

用于太空望远镜的大口径薄膜菲涅尔衍射元件

为了满足空间衍射成像系统对大口径、轻量化衍射元件的需求,设计制作了直径为400mm的聚酰亚胺(PI)薄膜菲涅尔衍射元件。通过紫外光刻、离子束刻蚀等微细加工方法在石英基底上制作衍射图形,然后将衍射图形复制到PI薄膜上得到菲涅尔衍射型薄膜元件。结合有限元法探究了薄膜复制过程中热应力的变化规律及降低热应力的方法,分析了影响薄膜衍射效率的因素及薄膜制作误差、温度变化对薄膜成像的影响,最终实现了大面积薄膜与基底的分离,并通过局部氧气等离子体轰击提高了薄膜衍射效率的均匀性。经测试,薄膜菲涅尔衍射元件的厚度约为20μm,在波长633nm处的实际衍射效率平均值为33.14%,达到了理论效率的81.83%,衍射效率的均方根值RMS=0.01。实验结果表明,通过紫外光刻、离子束刻蚀和薄膜复制的方法可以得到大口径、高衍射效率的薄膜菲涅尔衍射元件。     

光学信息论中最大熵光学图像恢复的实现

给出了基于光学信息论的最大熵光学图像恢复的实现方法 ,该实现方法在多种图像恢复的处理过程中有明显的实用效果 ,其实现过程也具有较强的实用价值     

液晶-变形镜自适应光学系统的数据采集与处理软件设计

为了提高自适应光学系统科研人员的工作效率,满足自适应光学系统向高低阶多波前校正器的发展需求,本文研究了一套自适应光学系统控制软件设计方法,以适应实验设备的不断更新换代,避免实验过程中软件不断更新修改所带来的问题。本文首先从功能和性能两方面分析了实验对软件系统的需求,提出基础层、功能层及表示层3层的软件架构体系,采用共享内存和临界区对象相结合的软件开发方法,确保自适应光学系统的实时性与准确性,避免资源冲突和浪费;采用Windows API事件实现多线程之间同步协调控制。基于上述思想开发了液晶-变形镜混合的高低阶自适应光学系统控制软件,可在0.6ms内完成波前采集、波前计算、控制信号计算和各设备间的同步协调控制。最后,使用该软件进行自适应光学校正:仅变形镜和倾斜镜校正后峰峰值由3.38μm降为0.95μm,均方根误差由0.66μm降为0.12μm;液晶校正器、变形镜和倾斜镜同时校正后峰峰值为0.44μm,均方根误差为0.02μm,计算总延迟为0.378ms。由实验结果可知,本文设计的软件可以实现自适应光学系统的实时校正,在保证校正精度的同时具有方便修改、功能齐全及模块化的优势,为后续自适应光学实验提供保障。     

PMP系统中一种新的相位-高度映射算法

在相位测量轮廓术(PMP)系统中,由光路可逆原理将投影仪当成另一台摄像机看待.研究了空间点在摄像机和投影仪上投影关系,得到投影仪无畸变时PMP系统的相位-高度影射关系;再将它展开成多项式,使参数标定变得方便.进一步研究了投影仪存在镜头畸变时,相位畸变量与相位的关系;最后得到考虑镜头畸变的PMP系统相位-高度映射算法及其多项式表达式.通过计算机仿真表明,在通常的镜头畸变情况下采用4阶多项式表达的新算法最大绝对误差达到士1.0369×10-3 mm,标准偏差达到7.832×10-4 mm.最后在实际系统中进行了验证,实验中虽然由于测量误差的影响,测量标准偏差仍然可以达到0.0425mm.     

有限尺寸平行电极的边缘电场效应

电场分布是影响集成电光器件特性的主要因素.本文研究了有限尺寸平行电极的电场分布,得到了其电荷分布密度、电容、电场强度的数学解析式,并分析了边缘电场效应,在此基础上得到了在集成电光器件中相邻光通道互不干扰所需的平行电极对的间隔距离.最后以单晶1×4光开关为例给出了当电极板长度为5mm、宽度为2mm、电极板间距为2mm时,离开电极板边缘3mm处的电场强度就已经降到电极板中心处的5%左右,引起的信道串扰约为0.25%,可忽略不计.     

复杂密度场测量中的莫尔层析重建技术

将一种新的莫尔层析重建算法应用于复杂流场测量.该算法由莫尔偏折原理和网格重建技术推导得出,直接使用光线偏折角进行修正迭代,适用于有限角采样和包含遮挡物等非完全数据条件下的层析重建.应用该算法,对火箭燃气射流场和高超音速流场的莫尔偏折图进行了处理和计算,重建出流场截面的密度分布,并对重建结果进行了分析.