新型傅里叶变换光谱仪信号采集系统光学设计及仿真

将基于微光机电系统的微镜阵列与倾斜反射镜相结合,构建应用于中红外波段的微型化便携式傅里叶变换光谱仪.在阐述了该光谱仪工作原理的基础上,通过对微镜衍射特性分析,提出了信号采集系统光路设计要求,并结合ZEMAX软件进行了光学设计与仿真,结果表明:在2.5~3.5μm波长范围内,保证微镜选通列与非选通列间反射光互不干扰的情况下,本文所设计的信号采集系统可将80%以上的干涉信号会聚到5mm×5mm的单点探测器中.     

用于激光二极管抽运固体激光器热畸变补偿的微变形镜特性研究

在很多高功率的激光器中,由于热效应的缘故会导致激光器的光束质量大幅下降。为了改善激光光束的动态畸变,自适应光学是一种有效的方法。作为自适应光学系统的核心部件,设计了一种可用于大功率激光二极管抽运固体激光器(DPL)热畸变补偿的新型可变形反射镜,并且通过工艺流片实际制造出有效反射面积为30 mm×30 mm,拥有49个静电驱动单元的可变形反射镜。对该微机电系统(MEMS)微变形镜的变形特性进行了详细的理论分析和模拟研究,并和实际测量结果进行了比较,得到了满意的结果。为了实现闭环控制,对微变形反射镜的光学影响函数矩阵进行了全面测量,并用得到的电压矩阵对畸变激光光束的波前进行了校正。实验结果表明,微变形反射镜可以有效地改善激光光束质量。     

基于硅基微纳结构衬底的光操控-表面增强拉曼光谱方法研究

表面增强拉曼散射(SERS)增强基底的制备是实现SERS技术高灵敏度探测的关键因素,利用光操控技术制备金属纳米粒子聚集体是近来SERS领域研究的热点。利用飞秒激光湿法刻蚀技术,在硅片表面5 mm×5 mm范围内刻蚀横截面积(宽度×深度)为10μm×7μm, 30μm×12μm, 60μm×15μm, 70μm×19μm和90μm×21μm的狭槽线阵,制备截面积不同的微纳硅基衬底(SiMS)。应用光操控技术结合SERS方法,在金纳米溶胶中加入硅基衬底。并将激光对焦在衬底狭槽内,在光辐射压力的作用下,金纳米粒子沿光束的传播方向运动,聚集于微纳结构表面的狭槽内,形成金纳米粒子聚集体,促进"热点"效应,提高SERS探测的灵敏度,实现了在硅基微纳结构衬底上探测物的SERS增强。实验表明,利用光辐射压力和光梯度力的合力,金属纳米粒子能有效聚集在硅基微纳结构衬底表面的狭槽中,形成更多的"热点",从而可大幅提高SERS增强效果。以芘为探针分子,随着狭槽截面积的增加, SERS信号逐渐增强,狭槽截面积为70μm×19μm时达到最强,超过该截面积后,拉曼信号强度开始降低, SERS强度最高增强了约两个数量级,最低检测浓度为5.0×10~(-9) mol·L~(-1),在低浓度范围内(5.0×10~(-9)～1.0×10~(-7) mol·L~(-1)),芘位于588和1 234 cm~(-1)处特征峰强与浓度的关系曲线呈现较好的线性相关性,其拟合方程及线性相关系数分别为0.992和0.971。以截面积为70μm×19μm的微纳衬底进行了重复性实验,每完成一次实验,关掉激光器,待激光的作用消失,狭槽内聚集的金纳米粒子重新分散在溶液中,进行下一次实验。选取微纳衬底8个不同位置,每个位置重复三次实验,衬底不同位置芘的588和1 234 cm~(-1)两个特征峰峰强的相对标准偏差(RSD)分别为9.9%和2.0%,具有较好的重复性。与仅使用金纳米颗粒相比,该方法保留了金纳米颗粒重复性好的优势,同时具有更高的增强效应和衬底清洗后可重复使用的优点。研究表明,基于硅基微纳结构衬底的光操控-SERS方法,可极大地提高金纳米颗粒的SERS效应,在化学和生物学等领域的物质检测分析方面具有广阔的应用前景。     

分布式电极连续面型微变形反射镜力电耦合特性分析

 针对基于MEMS技术制造的连续面型薄膜微变形反射镜，从薄膜理论出发对其力电耦合变形特性进行理论分析，导出了镜面变形表达式。利用该式及响应频率表达式，定量分析了镜面相关尺寸参数对变形量的关系，为变形镜的结构设计提供了可靠的理论依据。结果表明，当镜面厚度为1 μm且与驱动电极间距20 μm时，对控制电压不超过120 V，响应频率大于50 kHz的应用场合，变形镜镜面半径应在2.1～13.8 mm之间进行选择。仿真结果显示，驱动电压较小时，镜面变形与驱动电压平方近似成线性关系。     

轻质碳化硅反射镜抛光过程镜面变形影响的研究

轻量化的碳化硅反射镜有自己独特的结构特点,加工中的变形与传统实体反射镜不同,对加工后的面形结果有独特的影响。对一直径为318mm的轻量化碳化硅反射镜进行了传统的研磨抛光,由于镜面变形对抛光结果带来了很大的影响,其面形误差的RMS值在0.048λ(λ=0.6328μma)左右就不再收敛。对抛光状态的镜体进行了有限元分析,探讨了减轻镜面变形对抛光结果影响的方法。采用计算机控制小磨头对该反射镜进行了确定性抛光,有效地降低了镜面形变的影响,使面形满足了精度的要求。     

制备集成微通道的表面增强拉曼基底

本文介绍一种集成微通道的表面增强拉曼基底。采用湿法刻蚀方法在硅片上形成微通道,然后电子束蒸发沉积金薄膜,最后在300℃温度下高真空退火30分钟,使微通道内形成均匀且高密度的金纳米颗粒结构。用场发射扫描电子显微镜(SEM)对基底表面进行表征发现:金膜厚度对基底的表面形貌影响很大,5nm厚的金膜在退火后形成了均匀的高密度的纳米颗粒结构,而10nm厚的金膜退火后没有得到高密度纳米颗粒结构。用10-6 M的罗丹明6G作为探测分子进行拉曼实验测试结果同样表明:5nm厚的金膜退火后形成高密度的金纳米颗粒显著地增强了R6G拉曼信号。同时,对比了宽度分别为25、60、110!m三种尺寸的微通道的基底表面形貌和拉曼增强效应,微通道尺寸对表面形貌和拉曼增强效应影响均很小。     

微通道板电子透射膜工艺的AES研究

用冷基底溅射方法和静电贴膜方法分别在微通道板表面制备了电子透射膜,采用俄歇电子能谱(AES)研究了两种工艺制备的微通道板电子透射膜的薄膜成分,微通道板电子透射膜工艺失败微通道板通道表面的成分和通道内壁的成分随深度的变化. 结果表明,冷基底溅射方法制膜工艺的失败对MCP造成了严重的碳污染,污染的MCP不可回收;静电贴膜方法制膜工艺的失败对MCP通道表面没有明显影响,MCP可回收利用.     

柔性变焦镜的理论计算和设计

 设计了由压电陶瓷施压的柔性变焦镜的结构。根据弹性力学建立了相应的数学模型,采用有限元法计算了镜面受力的挠变形值。当柔性变焦镜最大挠度为9μm时,镜面的曲率半径从610mm变至590mm,此时采用环形筋条结构的反射镜镜面和理想球面的面形偏差PV值仅为1μm,面形相对偏差为0.3%。     

光学相关论题 自适应光学

O4392006032791分布式电极连续面型微变形反射镜力电耦合特性分析=Electro-mechanical coupled analysis of continuous-mem-brane bulk-micromachined silicon deformable mirror[刊,中]/刘彦(华中科技大学光电子工程系.湖北,武汉(430074)),陈海清…∥强激光与粒子束.—2006,18(1).—15-20针对基于MEMS技术制造的连续面型薄膜微变形反射镜,从薄膜理论出发对其力电耦合变形特性进行理论分析,导出了镜面变形表达式。利用该式及响应频率表达式,定量分析了镜面相关尺寸参数与变形量的关系。结果表明,当镜面厚度为1μm且与驱动电极间距20μm…     

基于离子束溅射大口径光学元件平坦化层均匀性研究

针对大口径光学元件溅射沉积膜厚不均匀的问题,采用离子束溅射平坦化层来改善光学元件表面粗糙度.利用膜厚检测仪测出光学元件沉积面上的中心区域以及各边缘区域的膜厚值,计算离子束在光学元件中心与边缘驻留时间比,并通过MATLAB拟合驻留时间分布规律,根据所得的数据进行逐级修正.实验结果表明,当驻留时间比优化为-26.6%时,可以实现在直径300～600mm大口径的光学元件上均匀镀膜,以熔石英表面上镀硅膜为例,溅射沉积6h,表面膜厚为212.4±0.3nm,薄膜均匀性达到0.4%.     

一种智能光网络中的亚毫秒光开关阵列

设计研制了一种亚毫秒级微机械光开关阵列.该阵列驱动电压为5V,开关时间小于750μs, 插入损耗在0.6 dB～0.8 dB之间,串扰<－70 dB.具有结构简单、成本低廉、可大规模集成的优点,能很好地解决智能光网络节点连接设备OADM快速信号转换和串扰问题.详细介绍了该光开关阵列实现原理,报告了器件性能测试,并应用FEA软件分析了开关单元中磁场和开关驱动过程.     

数字微镜器件(DMD)杂散光特性测试方法及装置

为了获得数字微镜器件(DMD)的真实光学特性,提出了微镜单元杂散光分布测试方法,并搭建实验装置对2×2阵列区域微镜单元的杂散光分布情况进行测试.提出了一种杂散光测试方法,并针对微镜单元尺寸小、配置方式灵活的特点,设计了汇聚光斑大小连续可调的照明系统以及可以对微镜单元清晰成像的成像系统.通过实验得到了2×2阵列区域微镜单...     

Current-controlled curvature of coated micromirrors

Precise control of micromirror curvature is critical in many optical microsystems. Micromirrors with current-controlled curvature are demonstrated. The working principle is that resistive heating changes the temperature of the micromirrors and thermal expansion induces a controlled curvature whose magnitude is determined by coating design. For example, for wide focal-length tuning, the radius of curvature of a gold-coated mirror was tuned from 2.5 to 8.2 mm over a current-induced temperature range from 22 degrees to 72 degrees C. For fine focal-length tuning, the radius of curvature of a dielectric-coated (SiO2/Y2O3 lambda/4 pairs) mirror was tuned from -0.68 to -0.64 mm over a current-induced temperature range from 22 to 84 degrees C. These results should be readily extendable to mirror flattening or real-time adaptive shape control.     

高脉冲重复频率调Q Tm,Ho:GdVO4激光器

报道了一个高效率连续波和调Q高重频两种运行方式的Tm,Ho:GdVO4激光器.Tm,Ho:GdVO4晶体尺寸4 mm×4 mm×7 mm,a轴通光,液氮制冷到100 K,由发射中心波长为793 nm的光纤耦合激光二极管端面泵浦.Tm,Ho:GdVO4激光连续波输出功率4.0 W,光光转换效率26%.声光调Q条件下输出平均高功率3.9 W,脉冲重复频率10 kHz,脉冲宽度50 ns. 通过减小声光Q开关的开启时间,激光脉冲宽度由50 ns减小至23 ns.在10 kHz重频下,测量最大脉冲能量0.39 mJ , 峰值功率7.8 kW.     

主动光学薄镜支撑及驱动研究

随着光学遥感器分辨能力的不断提高和口径的不断增大,导致遥感器的重量越来越重,使得载体无法承受.针对此问题,提出了对薄反射镜进行主动支撑的方式,以解决口径大、重量重的问题.利用有限元分析和数学理论相结合的方法在对反射镜施加垂直镜面1g加速度(g=9.80665m/s2为重力加速度)和10℃的温升载荷情况下,对薄反射镜的位...     

扫描式超高速摄影中转镜镜面变形量的几何补偿

利用三维有限元计算技术,分析了从三面体到八面体铝合金转镜镜面变形规律.发现以四面体为界,三面体转镜镜面变形为向内凹进,五面体及以上转镜镜面则向外凸出.在对镜面变形定量分析基础上,提出了镜面变形的几何补偿方法,即采用柱面代替平直镜面,使镜面变形后的位置趋近于平直.结果表明,对镜面尺寸17.32 mm,轴向长度32.5 mm的三面体铝合金转镜,在5×104 rpm下,镜面最高点偏离平直镜面的最大值为0.468 μm,是平直镜面的1/9,与相同结构尺寸的铍转镜镜面变形量处于相同量级.说明铝合金转镜采用几何补偿方法,可以在扫描式摄影系统中代替铍转镜.     

射流式水冷镜结构优化设计

 分析了影响射流式水冷镜形变的各种因素,利用ANSYS有限元分析软件,对各项结构参数对镜体形变的影响进行了数值模拟,探索出射流式水冷镜结构设计的一般规律,得到了镜体结构的优化设计方案。数值结果表明：在镜体直径80 mm、镜面净吸收功率100 W、光斑直径25 mm、使用硅作为镜体材料的情况下,射流式水冷镜镜面最大形变可低至0.07 μm,明显优于其它类型的水冷镜。     

基于DMD微光刻的导光板模板的制作方法

提出了一种基于数字微反射镜(DMD)微光刻的导光模板的制作方法.导光板的网点单元图形由DMD输入,经过缩微光学成像系统缩微后,在光刻胶干板上逐单元网点曝光,再经过显影、微电铸得到导光板模板,在PC薄板材上用微纳米压印制成导光板,厚度仅为0.381 mm.采用自行研制的SVGwriting-DMD激光直写系统,图形的最小分辨率为2 μm,DMD微光刻法无需掩膜版,可实现不同形状、大小、微结构的单元网点图形及网点的排布,便于大幅面的导光板模板的制作.     

椭圆形平面镜的高精度面形重构技术

为了实现大口径椭圆形光学平面镜的高精度面形测量,提升大口径望远镜系统的像质,本文对椭圆形平面反射镜面形的绝对检测算法进行了研究。首先,对椭圆形镜面进行了多项式正交化拟合研究。接着,对绝对检测算法进行了理论研究,利用正交化绝对检测算法可以有效分离参考镜与待测镜的面形误差,从而实现待测椭圆形平面镜面的高精度面形重构。为了证明上述方法的实际检测精度,本文对250 mm×300 mm的椭圆形镜面进行了绝对检测模拟与检测实验。对参考镜面形精度不高的情况进行了仿真计算,实验中利用光阑在Zygo300 mm口径标准平面镜头中选取250 mm×300 mm椭圆形检测区域,采用150 mm口径Zygo干涉仪对上述椭圆形区域完成绝对检测,并基于上述正交化绝对检测算法对椭圆形平面镜实现了面形重构。实验结果表明,利用本文所述方法可以实现参考镜与椭圆形待测镜面的面形误差分离,绝对检测结果的残差图RMS(Root-mean square)值为0.29 nm,证明了本文所述方法的可行性。利用上述方法可以实现椭圆形平面反射镜的高精度面形重构。