可应用于CMOS彩色图像传感器的两层垂直层叠结构及其色彩特性的研究

基于两层垂直层叠结构的色彩传感器可同时对偏蓝波段和偏红波段进行感应,配合绿/品红滤波片,为彩色成像提供了可能,由于它完全兼容于标准CMOS工艺,可以作为一种新型的CMOS彩色图像传感器像素的感光功能器件.通过垂直层叠结构,配合两色滤波片,抽取不同深度的光生载流子,即可以得到相应波段的成像信息.通过仿真和实验得到了它的各通道响应曲线,提出了一种增强对了声稳健性的多个多项式回归的方法并得到色彩转换矩阵,把传感器的4通道响应转换为CIE XYZ三刺激值.同时在CIE L*A*B*空间中对器件传感得到的色彩和原始的色彩坐标进行了比对,对器件的色彩准确度进行了一个量化评估.结果表明在应用新转换方法,色彩误差大大优于常用的简单线性转换,其色彩效果甚至优于商用Bayer滤光片式彩色CCD.     

可见/近红外实时成像光谱仪控制系统设计

针对高光谱成像需求,设计了一套可见/近红外实时成像光谱仪.光谱仪基于声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)分光器件进行设计,光谱带宽为1.3μm,其中可见光相机工作在400～1000 nm波段,近红外相机工作在1000～1700 nm波段.光谱仪控制系统以现场可编程门阵列...     

频谱编码深度成像实验研究

频谱编码显微镜是用衍射光栅和光谱分析装置来获得显微图像.样品上不同的位置被不同的波长照明,通过对反射光光谱进行解码来得到空间信息.搭建了一个基于超连续光源和自制光谱仪的频谱编码显微成像系统,其横向分辨率为1.72±0.13μm(编码线方向)和1.26±0.08μm(垂直于编码线方向),测得不同横向位置处的轴向分辨率有差异.对离体猪肝组织不同部位进行了成像(可见血管、肝窦内皮细胞和肝细胞);对鸡心组织以10μm深度间隔进行成像,测得不同深度处结构信息不一样.结果表明,采用该频谱编码成像的方法能够进行高分辨的深度成像.     

基于光谱吸收靶标的成像光谱仪光谱定标方法研究

中心波长和带宽是影响成像光谱仪数据定量化应用水平的两个重要光谱性能参数。针对覆盖光谱范围较窄的可见光与近红外波段成像光谱仪,提出了一种利用人工光谱吸收靶标进行光谱定标的方法,论证和建立光谱吸收靶标光谱定标方法的数学模型。在同一环境下利用成像光谱仪和ASD光谱仪对地面光谱吸收靶标进行准同步光谱测量,并进行反射率计算,然后通过光谱匹配计算中心波长偏移量和带宽变化量。利用该方法对设计带宽为6 nm的可见光与近红外波段的成像光谱仪进行了地面定标实验。实验结果表明,该方法能够作为外场光谱定标的辅助手段,提高成像光谱仪的定量化应用水平。     

离体正常乳腺组织350～850 nm波段光谱特性

采用带有积分球附件的紫外/可见/近红外分光光度计测量了离体正常乳腺组织在350～850 nm光谱范围的反射率和透射率,运用反向倍加法得到了离体正常乳腺组织在相应光谱范围的光学参数,分析了正常乳腺组织的光学穿透深度随波长的变化情况。实验结果表明：350～850 nm波段正常乳腺组织的约化散射系数μ′_s大于吸收系数μ_a。μ′_s随着波长的增加而减小,即从350 nm波长值为9.731 mm-1～850 nm波长值为1.476 mm-1。μ_a从350 nm波长值为0.798 mm-1～850 nm波长值为0.102 mm-1,410 nm波长处存在一个吸收峰,其值为0.506 mm-1。光学穿透深度随着波长的增加而增大,从350 nm波长值为0.199 mm-1～850 nm波长值为1.439 mm。基于反向倍加法计算获得乳腺组织的光学参数,采用Monte Carlo模拟得到其相应光谱范围的反射率和透射率,并与实际测量值进行比较,二者的一致性较好。实验结果为乳腺组织的光活检及其光学治疗提供重要参考。     

面向小行星探测的可见-红外光谱成像光学系统

设计了一种用于小行星探测的宽波段可见-红外Offner型光谱成像光学系统。该系统的工作波段覆盖0.4～2.7μm,其可见-近红外(VNIR)通道(0.4～1.0μm)和短波红外(SWIR)通道(1.0～2.7μm)的F数分别为6和3。通过求解及优化初始结构,设计完成的光学系统点列图直径小于单个像元尺寸,且在Nyquist频率处的调制传递函数(MTF)值不小于0.51。为改善系统的光谱响应,满足宽波段成像的需求,系统中的凸面光栅被分成两个具有不同周期的区域,分别工作在VNIR通道和SWIR通道。根据光学设计结果,开展原理样机研制并进行性能测试。测试结果表明,研制得到的光学系统成像质量良好,满足设计指标要求。     

微球透镜对亚波长表面结构的显微成像研究

为了研究微球透镜对亚波长物体的成像特性,利用直径为3.4μm的二氧化硅微球透镜对刻录蓝光光碟的亚波长表面结构进行了显微成像实验,观察了不同排列方式和液体浸没深度下微球透镜的成像特性。实验结果表明:微球透镜在不同浸没深度下对亚波长表面结构具有放大作用,放大率为1.2~1.8倍,并且通过微球透镜的密排列,可以获得更大的视场;浸没液体深度增大时,图像的放大率减小,视场增大。基于时域有限差分的电场仿真表明,微球透镜可以将光场汇聚成半高全宽为260nm,纵向可持续几个微米的高强度光区域,引起强的背景散射,从而获得普通光学显微镜不能分辨的亚波长表面结构图像。     

高光谱技术的羊肉品种多波段识别研究

利用可见/近红外(400～1 000 nm)及近红外(900～1 700 nm)高光谱成像技术对宁夏地区滩寒杂交、盐池滩羊、小尾寒羊三个品种羊肉进行识别研究。针对不同波段光谱特点,分别优选出Baseline及SG卷积平滑光谱预处理方法,并运用连续投影算法(SPA)提取特征波长,结合线性判别分析(LDA)及径向基核函数支持向量机(RBFSVM)模型进行全波段及特征波长识别分析。结果表明不同波段高光谱对羊肉品种识别均获得较好效果,其中400～1 000 nm波段采用Baseline-Fullwave-RBFSVM及12个特征波长下准确率为100%与98.75%,900～1 700 nm波段采用Baseline-Fullwave-RBFSVM及7个特征波长下准确率为96.25%与87.80%;RBFSVM非线性分类准确率高于LDA线性判别结果,400～1 000 nm波段识别准确率优于900～1 700 nm波段,说明三种羊肉在色泽纹理上差异比成分含量显著,利用高光谱成像技术结合RBFSVM方法能够获得较优的羊肉品种识别效果。     

短波红外单波长滤光膜系模型设计

小型化的光谱探测设备有低载荷、低成本、高集成度等诸多应用优势。而滤光/分光模块是光谱探测设备的核心组件。本文利用亚波长金属孔阵模型设计出一种有别于传统滤光片的滤光组件,将对应的近红外波长的光进行选择性透过。一直以来基于超透射现象的亚波长金属孔阵滤光膜因上下介质的介电常数不同而产生两个强透射峰,难以实现单通道滤光,针对此缺陷设计了两层对称介质的双层玻璃透射形结构,在近红外波段成功实现了单波长透射的特性。通过时域有限差分法进行仿真运算,成功实现了1.25μm、1.40μm、1.55μm、1.70μm,透射率约45(±3)%四种窄带透射,半波峰宽度50nm的结果。并总结出结构参数的相应设计公式,在1～2μm波长近红外区可以实现任一波长的滤光调制,且透射率与频宽可调。     

谱线漂移对星载成像光谱仪辐射测量精度的影响

分析了谱线漂移在地面辐射定标、星上辐射定标和在轨对地观测等环节对成像光谱仪辐射测量的影响,建立了从实验室辐射定标到星上辐射定标再到在轨对地观测全过程的辐射传递模型,并通过仿真分析求解了成像光谱仪入瞳处辐射测量不确定与谱线漂移之间的关系。结果表明,谱线漂移导致的辐射测量误差与谱线漂移量和入瞳辐亮度的分布梯度成正比;光谱带宽偏差对测量精度的影响程度较中心波长误差高一个数量级。对于可见近红外(VNIR)波段平均光谱带宽10 nm、短波红外(SWIR)波段平均光谱带宽20 nm的典型成像光谱仪,要保证谱线漂移引起的辐射测量不确定度小于6%,实现成像光谱仪在轨观测时入瞳处的辐射测量绝对精度优于10%,可见近红外波段中心波长偏差应不大于2 nm,光谱带宽偏差应不大于0.1 nm,短波红外波段中心波长偏差应不大于3 nm,光谱带宽偏差应不大于0.1 nm。     

卷云短波反射特性的模拟计算研究

利用通用大气辐射传输(CART)软件模拟计算了0.4～2.5μm波段卷云大气反射率,分析了卷云大气的反射率随波长、光学厚度、有效尺度、卷云高度和地表类型变化情况,并模拟计算了0.55,1.38,2.75μm波段卷云大气反射率间关系。结果表明,可见光到近红外波段,卷云大气反射率随卷云光学厚度的增大而增大。可见光波段,卷云大气反射率随卷云粒子有效尺度变化很小;近红外波段,卷云大气的反射率随卷云粒子有效尺度增大而减小;近红外大气强吸收波段,卷云大气的反射率随卷云高度的增大而增大。大气窗口区卷云大气的反射率随地表类型的变化有显著的变化。通过0.55μm和2.75μm波段,1.38μm和2.75μm波段的卷云大气反射率间关系可以反演卷云光学厚度和有效尺度。     

Holographic imaging with a nanometer resolution using compact table-top EUV laser

Holographic 2D/3D imaging with nanometer resolution using short wavelength extreme ultraviolet (EUV) light is presented in this paper. Gabor’s holograms were recorded with a highly coherent table top EUV laser with different numerical apertures demonstrating ultimately a spatial resolution of 46+/−2 nm, comparable with the illumination wavelength, in 2D holographic imaging. Three dimensional images were obtained from a single high numerical aperture hologram recorded in a high resolution photoresist and numerically reconstructed at different image planes, allowing numerical optical sectioning with a lateral resolution ∼170 nm and depth resolution of 2.4 μm. The holograms were recorded in a high resolution photoresist and digitized with an atomic force microscope. To assess the spatial resolution of the numerical reconstructions of the holograms a correlation method was used. The algorithm allows for simultaneous estimation of the resolution and the feature size of the image under analysis.     

紧凑的新型Yb:GdYAB自倍频激光器

报道了一种新型自倍频晶体Yb∶Gd0.2Y0.75(BO3)4(Yb∶GdYAB)在二极管激光器端面抽运条件下的连续光激光运转。为了实现紧凑的新型全固态激光器的激光运转,设计了一个平平谐振腔,两个镜子的分开距离仅为1 cm,在这种腔结构下,得到了中心波长为1044 nm的基频激光输出,当吸收抽运功率为4.22 W时,基频激光的最大输出功率为1.38 W,相应功率曲线最大斜效率为54%。为获得有效的自倍频激光输出,换用了平凹腔进行了自倍频实验。自倍频光运转阈值仅为900 mW,在吸收抽运功率为3.9 W的条件下,得到144 mW的自倍频绿色激光输出,获得从二极管激光器到绿光的直接光-光转换效率为3.7%。实验结果表明Yb∶GdYAB作为一种新型的自倍频晶体,对于紧凑的1μm波段的基频光和自倍频可见光激光器都有着很大的应用潜力。     

铽-丙烯酸聚合物薄膜的制备和谱学性质

以键合方式制备了键合型稀土聚合物－铽－丙烯酸聚合物，通过三维荧光光谱确定了铽在丙烯酸聚合物中的最佳激发波长为306nm，最强发射波长为544nm，Tb-丙烯酸聚合物薄膜在306nm光激发下，产生Tb^3 的特征发射，归属于^5D4-^7FJ跃迁（J＝6，5，4，3）,其最大发射位于544nm，归属于Tb^3 的^5D4-^7F5跃迁，呈现强的绿色发射，说明丙烯酸的聚合没有影响Tb^3 的发光性质，而Tb^3 的参入也没有影响丙烯酸的透明性。通过发射光谱、激发光谱、中红外光谱、远红外光谱和拉曼光谱，研究了铽－丙烯酸聚合物薄膜的荧光性质和谱学性质。     

双波段共孔径相机光学系统设计

双波段共孔径相机可兼顾近红外和可见光两者优势,即能保证丰富色彩信息的获取,也可充分利用近红外探测较好的穿雾和高灵敏度弱光探测能力。设计了工作波段为450 nm~650 nm和750 nm~900 nm的双波段共孔径相机,其视场角为35°×20°,F数为1.5,采用全球面复杂化双高斯结构。设计结果表明:MTF>0.4(@50 lp /mm),系统弥散斑 < 10 μm,畸变 < 3%,可满足指标要求。     

基于复合腔的波长可调谐连续橙红色激光器

设计并研制了一种基于复合腔结构的波长可调谐、瓦级连续输出的橙红色激光器.该激光器是由半导体激光侧泵Nd∶GdVO_4晶体产生p-偏振1 062.9nm基频光的谐振腔和使用周期性极化晶体MgO∶PPLN(三个极化周期为29.0μm、29.8μm和30.8μm)的单共振光学参量振荡器组成.在两个谐振腔的重叠区域,利用Ⅱ类临界相位匹配KTP晶体对s-偏振信号光与p-偏振1 062.9nm基频光进行腔内和频.通过对MgO∶PPLN晶体进行三个不同极化周期的调谐和30℃~200℃范围内的温度调谐,在三个波段(613.4~619.2nm@29.0μm、620.2~628.9nm@29.8μm和634.4~649.1nm@30.8μm)获得了波长可调谐的橙红色激光连续输出,并在相应波段(3 980.0~3 758.5nm@29.0μm、3 714.2~3 438.3nm@29.8μm和3 278.0~2 940.2nm@30.8μm)获得了波长可调谐的中红外闲频光的连续输出.在30℃最低调谐温度,通过改变晶体的极化周期,在613.4nm、620.2nm和634.4nm处测得最大连续输出功率分别为1.52 W、2.21 W和3.03 W,对应的三束闲频光最大连续输出功率分别为2.36 W@3 980.0nm、3.17 W@3 714.2nm和4.13 W@3 278.0nm.     

噻吩基联苯乙烯蓝色发光材料的合成与发光性能

设计并合成了新型含噻吩基团的联苯乙烯类蓝色有机电致发光材料4,4′-双(2-苯基-2-(2-噻吩)乙烯基)-1,1′-联苯(TPVBi),通过红外、核磁共振、元素分析对其结构进行了表征。利用紫外可见吸收光谱、荧光光谱和循环伏安法等研究了其HOMO、LUMO能级及发光性能。TPVBi溶液的荧光发射峰值波长为451nm,薄膜的荧光光谱最大发射波长为464nm。循环伏安测得其氧化峰电位为1.227V。TPVBi的HOMO能级为-5.55eV,LUMO能级为-2.67eV。以TPVBi作为发光层制作了结构为ITO/CuPc(10nm)/NPB(30nm)/TPVBi(35nm)/TPBi(35nm)/Al(100nm)的有机发光二极管器件,并研究了该器件的电致发光性能。该器件在电压为19.5V时,达到最大亮度1782.3cd/m2,在电流密度为15.69mA/cm2时,最大电流效率为1.73cd/A;器件的发光CIE色坐标为x=0.25,y=0.40。     

Generation of broadly tunable sub-30-fs infrared pulses by four-wave optical parametric amplification

We report on the generation of sub-30-fs near-IR light pulses by means of broadband four-wave parametric amplification in fused silica. This is achieved by frequency downconversion of visible broadband pulses provided by a commercial blue-pumped beta-barium borate crystal-based noncollinear optical parametric amplifier. The proposed method produces the IR idler pulses with energy up to ～20 μJ and tunable in wavelength from 1 to 1.5 μm. The shortest pulse duration is 17.6 fs, measured at 1.2 μm.     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。