基于微扫描镜的激光投影

利用微机械加工技术制造出一种新型微扫描镜,结合半导体激光器,可用于投影显示.激光器发出的光束被两个分别沿着X轴、Y轴扭转的镜面相继反射,扫描出二维图形.实验测得扫描镜在15 V电压,频率为扫描镜谐振频率2倍的方波信号驱动下,镜子的光学扫描角度达±12°.由于每个镜子都沿各自轴以简谐规律扭转,扫描所得投影为李萨如图形.通...     

基于李萨如扫描的微型激光投影显示技术

结合李萨如图像扫描和微机电系统(MEMS)二维谐振式扫描镜,提出一种新颖的投影显示方法。相比于传统的投影显示技术,该技术具有控制简单、能耗低、体积小及重量轻等优点。首先阐述了该投影显示技术中像素的定义与划分,然后从理论上分析了刷新率、分辨率和谐振频率之间的关系,以及选择谐振频率的约束条件,最后通过Matlab软件进行仿真验证,并使用研制出的扫描镜样件搭建了投影显示样机,成功投影出分辨率为260×180的图像,从而验证谐振频率选择约束的有效性以及该投影显示方法的可行性,为实际工程应用奠定基础。     

电磁驱动大尺寸MEMS扫描镜的研究

基于微机电系统工艺,设计并制作了一种电磁驱动大尺寸的二维扫描振镜.分析了两种不同的电磁驱动方式产生的力的大小,选择驱动力较大的双极子方式作为驱动.运用有限元法模拟了器件的谐振频率静态及动态响应,仿真结果与实际测得的结果一致.描述了振镜的工艺流程及封装方式,并制备了振镜.实验测得振镜在120mA静态电流驱动下,慢轴和快轴分别能达到的最大转角为±4.5°及±5°,慢轴及快轴的谐振频率分别为348Hz及660Hz,并得到在此谐振频率下的李萨如图形.将器件用于激光成像系统之中,使得散斑对比度下降到4.2%,激光成像质量得到很大提升.     

一种新型微机电系统扫描镜的谐振频率研究

在微光机电系统(MOEMS)技术的基础上,采用绝缘体上硅(SOI)的体硅加工工艺,设计并加工制作了一种新型的静电驱动的谐振式微机电系统(MEMS)扫描镜。介绍了其基本工作原理及结构设计特点;理论计算了圆形和方形两种结构的尺寸扫描镜的谐振频率,并利用ANSYS有限元软件进行仿真;设计并搭建了一个简单易操作的光学测试系统,对研制出的MEMS扫描镜(7.1mm×5.2mm)进行扫描角度测试。利用该器件参数激励的迟滞频率特性,对其谐振频率进行实际测量。同时,为验证其所测谐振频率的准确性,利用激光多普勒测振(LDV)系统对其进行测试。在工作电压10V,方形和圆形扫描镜的驱动频率分别为556Hz和596Hz时,机械扫描角度分别可达到约6°和5°,谐振频率分别约为300Hz和277Hz。并分析误差产生的原因及其结果。     

恒星光干涉仪主动镜偏转角的检测

采用激光干涉检测的方法,综合应用计算机控制、数字图像处理等技术对高精密仪器主动镜的偏转角进行了检测.设计了主动镜的光干涉CCD数字图像检测系统,推导出了干涉条纹与主动镜偏转角之间的对应数学关系式,对条纹图像进行了噪音分析和相应的预处理,在干涉条纹细化的基础上对每条干涉条纹采用最小二乘法进行直线拟合,得到条纹间的间距以及条纹的方向角,最终检测出主动镜X轴方向的偏转分辨率为0″.113,最大偏转角为56″.872,Y轴方向的偏转分辨率为0″.112,最大偏转角为49″.835,完成了主动镜偏转角的检测.     

用圆外旋轮线图形测正弦波频率

利用示波器测正弦波频率常用的是李沙育图形法。用李沙育图形测频率只有当已知频率与被测频率相等时,荧光屏上才呈现圆或椭圆图形,而两者频率不等时,呈现的图形较复杂,需要在图形上数出X轴和Y轴方向上的切点或交点数,通过计算得出被测频率。而往往由于频率、相位等微小变化,使图形滚动,难以数清点数,给测量带来不便。     

THz干涉测量用于障碍物后振动传感的研究

为探索THz干涉技术用于障碍物后振动传感的可行性,采用工作波长214.58 μm （对应频率约1.4 THz）的CO2激光器泵浦气体太赫兹源搭建了一套基于迈克尔逊干涉仪结构的THz干涉测量装置,实验研究了薄纸板遮挡后敲击目标镜产生的微小振动,利用相位分析法和频谱分析法对振动干涉信号进行处理,得到了振动位移随时间的变化以及不同时段振动频率的分布情况,测得的峰峰值振幅最小为7.98 μm,最大为17.54 μm,振动峰值速度为2.7 mm/s,振动频率最小21 Hz,最大58 Hz.研究结果表明THz干涉测量技术能有效克服传统振动传感技术无法穿透障碍物的缺点,是一种简便有效的障碍物后振动传感的新型手段,预示了THz技术在振动检测相关领域的广阔应用前景.     

位相共轭镜耦合到染料激光器中的频移现象

本文建议了一个测量位相共轭镜耦合到染料激光器后,当波长自扫描时,BaTiO_3晶体内的运动光栅的多普勒频移的方法,实验结果表明,多普勒频移Δf<0.2Hz.进一步的分析显示,多普勒频移不能解释朝长波方向扫描的波长自扫描现象.     

平台间光束耦合传输与控制技术研究

介绍了平台间光路耦合传输系统的构成及光轴稳定控制的实现方法,开展了耦合校正系统和探测控制系统的设计,对校正系统进行了动态范围和模态仿真,优化设计后研制出光束耦合传输与控制系统。在对快反镜性能参数测试之后,开展了平台间光束耦合传输与控制实验,当振动台加载0 db振动谱且控制系统开环时,光轴X轴抖动10.9″@RSM,Y轴抖动102.3″@RSM,闭环时,光轴X轴抖动0.75″@RSM,Y轴抖动1.11″@RSM,通过频谱分析发现,快反镜光轴耦合系统闭环时对28 Hz以内光轴抖动具有较好地抑制作用,在系统开环残差较大的频率段2～6 Hz的抑制比为?40～?30 dB。实验结果表明,该光轴耦合控制系统对平台间光束传输过程中光束抖动具有较好地抑制和稳定效果。     

采用DDS的近场扫描光学显微镜探针-样品的纳米距离检测

近场扫描光学显微术中, 近场距离的检测和控制是需要解决的核心技术之一. 本文研究了基于DDS驱动的压电传感器, 在一个压电陶瓷片上, 电极被分成相同的两部分, 分别用于振动驱动和振幅检测. 近场扫描的光纤探针固定于此压电陶瓷片上. 振动驱动信号采用DDS, 在样品的远场时, 可以通过频率扫描得到误差在0.006 Hz以内的压电陶瓷片谐振频率驱动信号, 而当光纤探针处于样品的近场距离之内时, 压电陶瓷片的谐振频率偏离驱动信号频率, 振幅明显减小, 从而检测出近场距离. 高精度振动驱动源DDS和高灵敏度压电传感器的采用提高了检测灵敏度和工作稳定性.     

Characteristics of Gain-Guided Laser Diodes with Cylindrical-Mirror Cavity

We have developed highly reliable etched-mirror laser diodes using a dry etching method. The lasers without facet-coating have been operating stably over 2500 h under automatic-power control (APC) at a power of 3 mW/facet at 50°C. The gain-guided laser diodes with a cylindrical-mirror cavity (CMC) have coaxial mirrors and a fan-shaped stripe structure. By decreasing the curvature radius of the inner facet or increasing the stripe width of the inner facet, the beam waist parallel to the junction plane can be moved outside of the laser diode, while the beam waist perpendicular to the junction plane stops at the mirror facet. A particular CMC laser has a low astigmatism of 4.1 μm and a low relative intensity of noise (RIN) less than –134 dB/Hz at 4 mW under 0–1% optical feedback without high frequency current superposition.     

一种新型谐振式微机电系统扫描镜及其利萨如图形显示

研制了一种基于微光机电系统(MOEMS)技术的新型谐振式扫描镜,该扫描镜采用绝缘体上硅(SOI)加工工艺,静电梳齿驱动,利用工艺中残余应力的释放产生垂直梳齿偏差,作为启动电极。针对该器件的机电性能,设计并搭建了一套光学系统测试其性能。结果表明,该器件具有加工工艺简单、低成本、低电压和大的扫描角度等优点。此外,将所制造的两个扫描镜进行合理组合,搭建了利萨如图形的显示装置,显示图案与Matlab软件仿真结果基本一致。     

预失真半导体激光列阵技术

相干半导体激光列阵体积小、重量轻,输出能量密度高,非常适于用作对光源尺寸要求苛刻的航天激光光源。为避免随航天器在轨运行的半导体列阵经受变化梯度剧烈的恒星、行星、空间低温热沉的交替加热和冷却的影响,以便能够正常工作,采用潜望式结构设计,将列阵置于舱内,列阵向航天器外输出激光必须经由舱外输出反射镜完成。然而,舱外输出反射镜受周围热环境影响和列阵输出激光束照射,会产生随机热变形,导致输出舱外的激光能量发散;并且,舱外输出反射镜面热变形导致镜面法向偏转,使得输出光束产生较大的指向偏转误差,这极大地降低了能够作用于目标之上的激光束的能量密度,严重恶化输出舱外的光束质量。通过理论推导结合ANSYS有限元分析软件和相关实验,在研究清楚相干半导体激光列阵作为航天激光源的构造、其光场与周围热环境共同作用于舱外输出反射镜的规律与特点后,给出了航天预失真半导体激光列阵激光源技术,通过回波法适时测量舱外输出反射镜引起的波前畸变,处理器配合D/A和高压放大器,驱动驱动器,使舱内添加的反射镜预失真成形,适时使列阵输出产生预失真波前畸变,以抵消舱外输出反射镜的热变形对输出舱外的激光束的影响。相关系统运行实验结果显示,此技术使半导体激光列阵能够适应宇航环境,向舱外输出保障质量的激光束。     

基于二维MEMS器件的微型投影技术

利用微机电器件的二维偏转特性，以激光二极管为光源，通过二者结合来实现激光扫描微机电器件的投影系统。和传统微型投影技术相比，基于微机电器件的微型投影显示系统具有尺寸小、能耗低、图像对比度高等优点。根据元器件特性，对激光光束进行准直、汇聚、匀化处理，并借助二维微机电器件的反射偏转特性设计了物镜后扫描系统，再对扫描方法、像素排列等进行优化分析。设计结果显示:系统像面尺寸为104 mm×59 mm，包含80%能量时单像素点几何半径在186 μm以内，系统分辨率可以达到558×314 pixel，刷新率为30 Hz。设计的投影系统可用在车载平视显示系统等小型投影系统中，也可为类似设计提供参考。     

Liquid-cooled ceramic Nd:YAG split-disk amplifier for high-average-power laser

A liquid-cooled ceramic Nd:YAG split-disk laser amplifier has been designed for a high-average-power laser system. The maximum average output power of 17.1 W (1.71 J at 10 Hz) and the beam size of far-field pattern with 1.5 times diffraction limit was obtained. The combination of liquid cooling for disk laser material and wavefront compensation with a phase conjugation mirror was demonstrated. The wavefront degradation by liquid cooling was observed and measured with Michelson interferometer and far-field patterns.     

Biochip fluorescence detection system with spatial and spectral separation

A novel optical arrangement for fluorescence detection that employs spatial separation as well as spectral filter to increase the signal to noise ratio is proposed. Using a prism and two mirrors, the elliptical laser beam of a laser diode, as an excitation light, is homogenized and the transmitted excitation light is separated from the fluorescence not to reach the collecting optics. Uncooled CCD can capture the fluorescence image of up to 40 fluorescently-labeled protein patterns without scanning or mechanical translation. This paper presents the simulation, construction and measurement results of the developed optical system. The measurements show that the combination of prism and mirrors converts the excitation light from the laser diode to uniform illumination on the specimen, and provides the separation between excitation and fluorescence light to give high signal to noise ratio. It is also possible to assay various protein concentrations ranging from 1000 to 10 ng/ml reliably. We believe that the proposed fluorescence detection system can be used to build a commercially valuable, low cost, hand-held or miniature fast detection device for point-of-care applications.     

A simple method for boosting the beam quality of commercial DPL

A simple method for boosting the beam quality of a commercial laser diode pumped laser (DPL) is put forward. By keeping one of the mirrors unchanged and the moving the other mirror a proper distance away from the laser rod, high beam quality laser output is realized.