基于裸光纤探头的双点光子多普勒测速系统

全光纤光子多普勒速度测量(PDV)系统是一种新型的激光测速系统,可广泛用于冲击波、爆轰波以及其他短时高速运动物体的速度测量。多点测量可以获得靶面不同位置的速度,以测量靶面的形变。为提高测量的空间分辨率,提出使用裸光纤束为PDV系统的探头,并在实验上实现了空间分辨率为375μm的双点速度测量。裸光纤探头的间距较小,一个探头的测量结果可能受到另一个探头反射光的干扰。理论和实验的研究结果表明,当靶面各点速度相同时,测量结果不受干扰光的影响;当各点速度不同时,其测速误差不但与两被测点的速度差有关,还与传感光和干扰光的光强和相位有关。     

基于医用光子晶体光纤泵浦脉冲优选光学相干断层成像光源的研究

采用分步傅里叶方法模拟皮秒泵浦脉冲在正常色散医用光子晶体光纤中超连续谱的产生,研究泵浦脉冲中心波长、峰值功率、宽度和形状对超连续谱特性的影响,优选泵浦脉冲光源的参数用于光学相干断层成像,提高其纵向分辨率和成像质量。结果表明:对于泵浦中心波长为1.06μm、1.31μm和1.55μm的医用光子晶体光纤,在相同参数下,1.55μm泵浦脉冲产生的带宽较宽,1.31μm泵浦脉冲获得的纵向分辨率较小;对于1.55μm的医用光子晶体光纤,当选取的双曲正割型泵浦脉冲峰值功率为20.5 W,脉冲宽度为2 ps时,可获得的纵向分辨率为5.0μm,当选择峰值功率为18 W,脉冲宽度为0.5 ps时,可获得的纵向分辨率为3.7μm;超高斯型泵浦脉冲比高斯型、双曲正割型和啁啾高斯型泵浦脉冲更易获得较宽、较平坦的超连续谱光源。     

CHG-SRFEL光学速调管磁极间隙全闭环控制系统

 描述了CHG-SRFEL光学速调管磁极间隙全闭环控制系统的原理，给出了系统硬件结构和软件设计。可独立或同步调节光学速调管调制段、色散段及辐射段磁极间隙的大小，分辨率达到20μm，精度达到5μm。通过改进系统位置监测设备，可进一步提高分辨率及精度。系统已经在光学速调管磁场测量、垫补中使用，具有精度高、安全性高、操作方便等特点。     

基于亚像素扫描的超分辨技术在高分辨X射线显微镜中的应用

在不改变现有硬件条件的情况下,开展超分辨扫描重建方法,可以在不增加系统成本的基础上提高高分辨X射线显微镜的成像性能.设计了基于亚像素扫描的超分辨扫描模式,按照设计的调制方式进行亚像素位移的移动,采集多幅具有互补信息的低分辨率图像;然后基于系统的点扩散函数,对高分辨率图像进行复原;最后结合POCS超分辨重建算法重建出高分辨图像.实验结果表明,10倍光耦探测器下的衬度噪声比提高了20%左右,空间分辨力提高了0.2μm(约15%),细节分辨能力超过探测器像素尺寸1.35μm的限制,可以看到在低分辨率图像中看不到的细节.实验说明用超分辨技术提高高分辨X射线显微镜的分辨率是有意义的.     

宽谱段相移干涉多自由度采集系统设计与分析

为了满足现代工业领域中对复杂结构产品的高精度多自由度测量需求,构建了多自由度联合采集系统模型。建立了宽谱段相移干涉多自由度采集系统模型,并对系统中的光学部件进行了设计;以相移干涉技术为基础,提出了多自由度联合测量算法,并分析验证了所设计系统的合理性;根据仪器的物理和光学参数对算法进行了具体实现,基于Simulink的仿真试验结果表明:深度测量精度在μm级,测量范围在m级;光谱检测分辨率在nm级,测量带宽300 nm,覆盖整个可见光区域,光谱准确度为0.2 nm,误差率小于0.1%。该系统满足了现代工业精密测量中高深度分辨率、宽深度测量范围、高光谱准确度、高光谱分辨率的要求。     

不同分辨率下气体样品傅里叶变换红外光谱的定量分析误差

通过分析牧场附近测量的大气FTIR光谱中NH3在4种分辨率(分别为1、2、4cm-1和8cm-1)下的浓度,系统研究了不同分辨率下气体样品FTIR光谱定量分析的误差。选择72个实测光谱作为研究对象,其中NH3的光程积分浓度(Path-integrated concentration,PIC)分布在40—1300(μmol/mol).m。分析了NH3的最大吸收峰和次大吸收峰的选取对定量的影响。结果表明:选用NH3的次大吸收峰的定量误差更小;在允许的误差范围内(本研究中设为5%),不需要制作校准曲线,通过选用多个浓度适当的参考光谱,直接应用Beer定律仍能实现气体样品的定量分析;并且分辨率越低,定量分析所需的参考光谱数目越多。本研究通过合理选用多个参考光谱,实现了不同分辨率下FTIR光谱的定量分析;既充分利用了Beer定律,又克服了吸光度-浓度在低分辨率下的非线性问题;为不同分辨率下气体样品FTIR光谱的定量分析提供了参考。     

面向冰盖剖面的高空间分辨率分布式光纤测温系统设计

针对现有冬季冰盖垂直剖面温度检测技术的不足,设计了一种具有高空间分辨率的分布式光纤测温系统,介绍了系统的测量原理和总体结构,提出使用反卷积校正算法,避免了因受系统有限带宽影响而导致的测温不准,从而提升空间分辨率。同时进行了相关测温实验。该算法可以在保证温度测量精度的前提下,将系统的空间分辨率从1.3 m提升至0.5 m。设计了一种具有垂直高分辨率的温度测量装置,可以精确检测冰盖内部垂直方向上的温度变化,实现对冰盖厚度的识别。     

用光学记录速度干涉仪测量自由面速度

 建立了一套光学记录速度干涉仪系统(ORVIS)，用于测量强激光产生的冲击波状态方程中的自由面速度。该光学记录速度干涉仪系统的时间分辨率为179 ps，可以测量自由面速度随时间变化的整个过程。在天光KrF高功率准分子激光装置上进行激光打靶实验，激光波长248.4 nm，脉冲宽度25 ns，最大输出能量158 J。在激光功率密度为6.24×10¹¹W·cm^-2的条件下，测得厚20 μm铁膜的自由面速度可达3.86 km/s；在激光功率密度为7.28×10¹¹W·cm^-2条件下，100 μm铝膜（靶前有100 μm的CH膜作为烧蚀层）的自由面速度可以达到2.87 km/s。     

1.66μm和1.55μm光源对长距离光纤拉曼温度传感器测量时间影响的理论对比

通过理论分析,在综合考虑长距离光纤拉曼温度传感器中各光学器件波长相关特性的基础上,比较了1.66 μm和1.55 μm光源对传感器测量时间的影响.计算结果表明,由于各光学器件在1.5 μm波段的高性能和最大允许入纤脉冲峰值功率的增加,采用1.66μm光源的光纤拉曼温度传感器,最高可获得约1.94倍的背向反斯托克斯信号.在相同空间分辨率和温度分辨率的情况下,测量时间可以降低约3/4.     

大粘度复合纳米材料面投影微立体光刻系统的分辨率研究

 基于数字微反射镜的动态掩膜面投影微立体光刻技术是一种基于快速原型制造思想的新型微细结构加工手段,其系统中常用树脂槽和涂覆装置使得其无法适用于粘度大的固化材料。为实现粘度大的复合纳米材料的固化制造,构建了新型的基于数字微反射镜技术的动态掩膜微立体光刻系统,该系统的加工横向分辨率由系统的光学分辨率与树脂特性共同决定。当单层树脂固化厚度超过临界值时,系统的横向分辨率将降低。根据实验中测量光学系统的分辨率以及树脂的工作曲线,得到本系统的最高横向分辨率可以达到14 μm。