用于内窥光学相干层析成像的小型化预标定Lissajous扫描光纤探头

基于非对称光纤悬臂结构的Lissaj ous扫描光纤探头可实现低电压驱动下的大范围扫描成像.本文研究了全封装的小型化预标定Liss ajous扫描光纤探头.通过优化设计与数值仿真,选择了能实现高填充率Liss ajous扫描的正交谐振频率,确定了非对称光纤悬臂的结构参数.全封装探头在5 mm工作距离处的焦点直径为25 μm,视场大小达到1.5 mm × 1.5 mm,总刚性长度和外径分别为35 mm和3.5 mm.研究了全封装探头扫描轨迹的稳定性、可重复性与扫描成像的旋转稳定性.结合实验室搭建的50 kHz扫频光学相干层析(OCT)系统,对硬币和生物组织进行高质量成像,验证了用于内窥OCT成像的小型化预标定Liss ajous扫描光纤探头具有良好的成像性能.     

小型化望远式激光共焦扫描显微内窥镜

研制了一种激光共焦扫描显微内窥镜,采用望远式显微内窥光学系统,同时实现长距离的图像中继传输、远心f-theta光学扫描和显微内窥成像功能.二维共焦扫描由双振镜实现,低噪音扫描控制信号由嵌入式系统产生.为实现便携式应用,激光共焦扫描显微内窥镜采用小型化设计方案.首先,体内的显微内窥成像光学系统,外径尺寸为8 mm,工作长度为250.3 mm,可通过标准腹腔镜手术孔进行体内显微内窥成像;其次,采用3 mm通光孔径的小尺寸平面反射镜实现体外共焦扫描,摆动频率为100 Hz,实现快速共焦扫描;最后,激光控制和荧光探测仅通过电缆和光纤与共焦扫描显微内窥镜前端连接,减小了显微内窥镜的前端尺寸和重量.通过实验验证,本系统的成像视场为φ 600 μm,光学分辨率为2.2 μm,可采用手持式或者其他方式工作,进行体内组织的共焦扫描成像,实现微创、在体的荧光显微内窥术.     

红外双波段共焦复合孔径光学系统设计

为满足光电成像装备多元、广域、远距离探测的需求,提出了双波段复合孔径光学系统的概念。采用主副孔径配合探测搜索的方式,其中主孔径用于远距离探测,副孔径用于大视场搜索,并分析主副孔径与中继系统拼接函数以推导复合孔径共焦面方程,从而保证不同波段图像采集的同步性和一致性。设计的红外双波段复合孔径光学系统成像波段为3.7～4.8μm和7.7～9.5μm,复合孔径系统由5个子眼（1个主子眼和4个副子眼）构成,主孔径焦距为200 mm、视场角均为±6°,副孔径焦距为50 mm、视场角均为±12°,主副孔径光轴夹角为6°,合并后的总视场为24°。相对于均一型复合孔径系统而言,该系统兼具了远距离探测与大视场搜索功能,主副孔径系统与中继接收系统成像质量良好,在-40～60℃温度范围内无热差影响。     

一种高效率主被动复合成像雷达分光系统设计

以小型化、高效率为目的,提出了利用全反射原理,采用复合棱镜结构,通过适当选配光学材料,实现在主被动复合成像雷达接收光学系统中对主、被动光束进行高效率分光的方案.根据技术指标要求完成了分光系统的设计,该系统可以对主动成像光波波长850 nm,全视场角3.5°,被动成像光波中心波长9.7 μm,全视场角6.9°的两束光进行高效率的分光,计算结果表明,对主被动光波分光效率的理论值都可以达到98%以上,该方案还兼具结构稳定,工艺简单,易于工程实现的优点.该设计方案,可以在主被动复合成像激光雷达接收系统中实现主被动共用孔径,从而实现系统的小型化.     

小型化望远式激光共焦扫描显微内窥镜

研制了一种激光共焦扫描显微内窥镜,采用望近式显微内窥光学系统,同时实现长距离的图像中继传输、远心f-theta光学扫描和显微内窥成像功能.二维共焦扫描由双振镜实现,低噪音扫描控制信号由嵌入式系统产生.为实现便携式应用,激光共焦扫描显微内窥镜采用小型化设计方案.首先,体内的显微内窥成像光学系统,外径尺寸为8 mm,工作长...     

光学元件表面缺陷的显微散射暗场成像及数字化评价系统

根据国际ISO10110-7的表面缺陷标准及惯性约束聚变(ICF)工程标准,提出了一种新颖的光学元件表面缺陷的光学显微散射成像及数字化评价系统,多束光纤冷光源呈环状分布并以一定角度斜入射到数毫米视场的被检表面,形成适合数字图像二值化处理的暗背景上的亮疵病图像。对X,Y两方向进行子孔径图像扫描成像,利用模板匹配原理对获得的子孔径图像进行拼接得到全孔径表面疵病图像信息。基于数学形态学建立了可用于大口径表面检测扫描的图像处理的模式识别软件体系,并应用二元光学制作了标准对比板,以获得疵病正确的评价依据。最终利用该变倍光学显微镜散射成像系统得到能分辨微米量级表面疵病的图像,其单个子孔径物方视场约为3 mm,对X,Y两方向进行5×5子孔径图像扫描成像,并给出了与标准比对的定量数据结果。实验结果表明,本系统完全可以实现光学元件表面缺陷的数字化评价。     

利用可变形镜进行像差校正研究

利用可变形镜对光学系统某一视场角像差进行单独动态校正．系统中使用可变形镜将全视场内某一特定视场角的像差校正到衍射极限水平,该区域在整个视场内动态高速地改变来对视场内任意区域进行高分辨率成像．利用这种技术可实现光学系统的小型化、轻型化,减小系统的体积,同时由于实现变分辨率成像,数据量大大减少,降低了数据传输对带宽的要求．     

利用可变形镜进行像差校正研究

利用可变形镜对光学系统某一视场角像差进行单独动态校正.系统中使用可变形镜将全视场内某一特定视场角的像差校正到衍射极限水平,该区域在整个视场内动态高速地改变来对视场内任意区域进行高分辨率成像.利用这种技术可实现光学系统的小型化、轻型化,减小系统的体积,同时由于实现变分辨率成像,数据量大大减少,降低了数据传输对带宽的要求.     

大视场Ritchey-Chretien光学系统的间接成像方法

Ritchey-Chretien(R-C)光学系统广泛应用于航空和航天等远距离探测领域,因其视场较小,所以通常采用附加光学元件的方法实现大视场成像,但这会导致结构复杂,不利于系统实现小型化和轻量化。鉴于此,提出一种R-C系统间接成像方法。首先分析系统的像差特性,接着基于波前像差理论和Zernike多项式构建波前模型,然后通过傅里叶变换建立PSF模型,最后结合反卷积算法处理图像。在仅采用主、次镜的情况下,可以实现R-C系统大视场成像。对焦距为1300 mm、全视场为0.9°和F数为4的R-C光学系统进行仿真模拟。模拟结果表明,所提方法的MTF在频率为40 cycle/mm处平均提升约为0.25,成像质量显著提升。     

基于相机阵列的新型牙科三维扫描仪

为解决传统牙科三维扫描仪扫描中的抖动问题,提出了一种基于相机阵列的新型牙科三维扫描仪。利用多个不同视场的相机可以直接单次照相获取目标的三维信息,避免了扫描过程中抖动带来的影响,提高系统实时性。由于牙齿尺寸较小,所以选择微透镜阵列代替大型相机阵列,在减小系统体积的同时可以更好地保证相机间光轴的平行度。实验结果显示,系统最终实现了单颗牙齿的视差和深度计算。系统结构简单,便于小型化和低成本口内牙齿三维测量设备的研制,进一步推进医学数据的数字化进程。     

扫描型长波红外连续变焦光学系统

基于斯特林制冷式4×288元光伏型碲镉汞二维探测器, 根据红外扫描成像系统原理, 设计了一个扫描型长波红外连续变焦光学系统。根据系统指标要求对光学指标进行分解计算及光学优化设计得到系统的光学参数和外形结构图, 并对扫描光学系统的冷反射进行分析优化。该光学系统采用三次成像的结构, 由变焦望远镜组、扫描摆镜、中继镜组、成像镜组4部分组成, 包含9片透镜和2片反射镜。为了降低校正色差成本, 系统使用了硫系玻璃镜片。光学仿真结果表明:系统在耐奎斯特频率处的全视场光学传递函数大于0.35, 全视场畸变小于2%。最后, 对系统进行了成像实验验证, 结果表明:该系统可以实现30.8~154 mm范围内连续变焦, 变焦过程中目标景物清晰, 细节分辨率高, 无冷反射现象出现, 该系统具有分辨率高、热灵敏度高、像质清晰等特点。     

High speed analogue autocorrelation for PIV transparency analysis using a ferroelectric liquid crystal spatial light modulator

This paper describes a novel automated high-speed optical autocorrelation system for particle image velocimetry (PIV) analysis. In this system, a bistable ferroelectric optically addressed spatial light modulator (BOASLM) is used for real time optical autocorrelation. Input data from a PIV transparency is scanned into the system by utilising two scanning mirrors and the output autocorrelation signals are detected with a two-dimensional scanning tracking system implemented by two acousto-optic modulators. This data extraction system is equivalent to a random access camera, which is used to track the autocorrelation signals from region to region in order to retrieve velocity data at the full frame rate of the BOASLM. The factors that influence the processing capacity of the optical system are discussed in detail and a critical comparison is made with digital analysis systems. A working prototype of an optical PIV analysis system is described and the measurement of 1296 velocity vectors from a PIV transparency in approximately five seconds is demonstrated.     

双光栅快速扫描光学延迟线的色散补偿

光学相干层析成像(OCT)系统的纵向分辨力不仅与光源的带宽有关,而且与系统中两干涉臂间的色散匹配有关。如果色散没有得到精确匹配,将使光学相干层析成像系统的纵向分辨力达不到所预期的理论值。色散问题在超高分辨光学相干层析成像系统中尤为突出。提出了一种基于双光栅快速扫描光学延迟线(RSOD),用于光学相干层析成像系统的色散补偿。该方法中新增的光栅引入了光栅间距这一独立变量,其与常规单光栅快速扫描光学延迟线机构中的光栅离焦量一起,可使光学相干层析成像系统中的群速度色散(GVD)和三阶色散(TOD)同时得到补偿。分析了双光栅快速扫描光学延迟线的色散特性和色散调节原则,并提供了一个典型光学相干层析成像系统中的色散补偿实例。     

The effects of non-thermal atmospheric pressure plasma jet on cellular activity at SLA-treated titanium surfaces

Titanium (Ti) is a primary material used for dental implants, and the sandblasted, large-grit, and acid-etched (SLA) surface treatment is commonly used on titanium to promote early osseointegration. Despite their benefits, SLA-treated Ti surfaces are disadvantaged by their hydrophobic property, and much research has been performed to address this problem. In current study, we hypothesized the effects of a nitrogen-based non-thermal atmospheric pressure plasma jet (NTAPPJ) treatment on SLA-treated Ti would increase hydrophilicity and cellular activity. Samples with and without the NTAPPJ treatment were analyzed using a field emission scanning electron microscope, optical surface roughness system, X-ray photoelectron spectroscope, and water contact angle measuring system. MC3T3-E1 cells (murine osteoblastic cell line) attachments and proliferations were examined by the MTT and BrdU colorimetry assay. Cell immunofluorescent microscopic images were observed by a confocal laser scanning microscope for a morphological analysis. This study found that the nitrogen-based NTAPPJ treatment on SLA-treated Ti significantly increased the hydrophilicity and MC3T3-E1 cell attachments and proliferations. Hence, it was concluded that an additional procedure of nitrogen-based NTAPPJ treatment just prior to implantation of SLA-treated Ti into oral defect sites could improve the success of dental implant surgery.     

CG光学扫描全息术和FZP光学扫描全息术分辨率比较

本文通过计算机仿真对ＦＺＰ 光学扫描全息术和ＣＧ 光学扫描全息术的横向和纵向分辨率进行了比较。无论是ＦＺＰ 还是ＣＧ 光学扫描全息术,其系统的分辨率与它们的环数有关,当环数越多时,分辨率越高。对于同样大小的ＦＺＰ 和ＣＧ,ＣＧ 光学扫描全息系统的分辨率比ＦＺＰ 光学扫描全息系统的分辨率要好     

共口径双通道红外扫描成像光学系统

对双波段红外扫描成像光学系统进行了研究,结合三次成像技术和100%冷光栏效率技术,设计了一个共口径双通道红外扫描成像光学系统。该系统包括前端共用的双反射系统、分束镜、准直镜组、扫描镜和成像镜组。光波经过双反射系统在主镜之后被分束镜分成中波红外通道（3 m～5 m）和长波红外通道（10 m～12 m）,经准直镜组及成像镜组会聚探测器上,实现中波红外系统与长波红外系统共口径同步成像。设计结果表明,长波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.4以上,中波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.78以上,满足实际应用的要求。     

牙齿组织光学穿透深度有限元仿真分析

利用有限元方法对光在二维牙齿双层有限尺寸模型中传输的扩散方程进行求解,获取了光能在组织体内部的分布情况,并对牙釉质和牙本质在不同光学参量模型下的光学穿透深度进行仿真分析.结果发现,穿透深度随牙釉质散射系数的增大而减小,随牙本质的散射系数增大而增大.但牙釉质的穿透深度随散射系数的变化率（βe=0.007 97）要远远大于牙本质（βd=0.000 828）.采用Monte Carlo随机统计方法验证了本文有限元求解扩散方程的正确性.     

Multiplexed Optical Fiber Interferometric Sensor System by Synthesis of Optical Coherence Function with Phase Generated Carrier

A novel system for multiplexed optical fiber interferometric sensors is proposed applying the synthesis of optical coherence function with phase generated carriers. The ideal parameters of the laser diode frequency modulation for the phase generated carrier with the synthesis of the optical coherence function are discussed. A basic experimental setup including two interferometric sensors is constructed. The results show that the phase signal from the two sensors can successfully be demultiplexed by scanning the synthesized coherence peak.     

光学传递函数测量仪刀口和狭缝两种扫描方法比较分析

GC 2 11光学传递函数分析仪是北京理工大学光电工程系自行研制的一台能对折轴、潜望等复杂光学系统进行测量的大型精密测量仪。其测量采用了刀口扫描和狭缝扫描两种方式。但实际应用时 ,用刀口扫描方式得到的光学传递函数值总是小于理论值。通过分析计算 ,得出在相同条件下 ,刀口扫描法比狭缝扫描法抗干扰能力差的结论 ,弄清了长期以来刀口扫描测试数值偏小的问题。