无基底焦平面阵列结构优化设计及性能分析

基于光学读出非制冷红外成像技术,本文作者提出并成功设计制作了无基底焦平面阵列结构(Focal Plane Array,FPA),不仅简化了制作工艺,而且大幅提升了成像性能。但由于其为单层膜结构,固有频率值低,可能会引起热机械振动噪声(NETDTM),导致噪声等效温度差(NETD)上升。为解决这一问题,本文提出两种改进的加强梁结构,借助有限元简化模型和激光位移传感器,通过数值模拟和实验验证,证实这两种结构可以大幅度提高FPA固有频率值(分别从74Hz提升至835Hz和404Hz),NETDTM降低约两个数量级,从而实现了对FPA的优化设计。     

Electron Beam Lithographic Pixelated Micropolarizer Array for Real-Time Phase Measurement

Pixelated micropolarizer arrays （PMAs） have recently been used as key components to achieve real-time phase measurement. PMA fabrication by electron beam lithography and inductively coupled plasma-reactive ion etching is proposed in this work. A 320 × 240 aluminum PMA with 7.4 μm pitch is successfully fabricated by the proposed technique. The period of the grating is 140nm, and the polarization directions of each of the 2 × 2 units are 0°, 45°, 90°, and 135°. The scanning electron microscopy and optical microscopy results show that the PMA has a good surface characteristic and polarization performances. When the PMA is applied to phase-shifting interferometry, four fringe patterns of different polarization directions are obtained from only one single frame image, and then the object wave phase is calculated in real time.     

光绘:自由开源的数字散斑图像生成和评价软件

生成数字散斑图像以及对应的变形图像是数字图像相关研究的基础,然而至今仍然缺乏功能齐全、操作简单、界面友好的专业散斑生成和分析软件;研究者需要自行实现相关算法,不仅费时耗力,也增加了出错的可能性。本文发布了一款自由开源的数字散斑图像生成和评价软件:《光绘》。该软件具有散斑图生成、变形图生成、散斑质量评价和散斑图案推荐等功能:可以生成椭圆、多边形和高斯散斑;可以渲染平移、拉伸/压缩、旋转、正弦、高斯和剪切带等变形模式的变形图;可以计算散斑占空比、散斑尺寸、系统误差和随机误差等关键散斑质量评价参数;可以根据工况生成矢量格式的推荐散斑图案。本文提出向后映射初值快速估计算法和散斑图预渲染技术实现了变形图的实时渲染显示,并使用积分图像技术大幅提升了灰度梯度平方和的计算效率。该软件不仅可用于数字图像相关的学术研究和工程应用,也可服务于实验力学的教学工作,具有广阔的应用前景。     

空间散斑场捕获大量吸光性颗粒及其红外显微观测

光镊技术被广泛应用于捕获和操纵微纳米尺寸颗粒,主要包括捕获水中透明性颗粒和空气中吸光性颗粒两种类型.本文用激光束照射毛玻璃散射片,透射光经透镜会聚后在透镜的像平面附近产生了主观散斑场.该散斑场为空间分布,包含大量的亮斑和暗斑.大量由亮斑包围的暗斑如同一个个空间能量陷阱,被用来捕获大量的吸光性墨粉颗粒,被捕获颗粒的尺寸约2—8μm,密度约1—2 g/cm3.采用红外显微镜拍摄到空间散斑场捕获颗粒的红外像,红外图像显示被捕获颗粒吸光后温度升高,证实了空间散斑场捕获吸光性颗粒的机理为光泳力原理.     

固溶处理对Al-Cu合金中Portevin-Le Chatelier效应空域行为的影响

研究了在定加载速率拉伸条件下，固溶处理对Al-Cu合金材料中PLC(Portevin-Le Chatelier)效应空域行为的影响.在较低拉伸速率时，变形初期PLC变形带在试件宽度方向中央附近某点处“成核”.随着变形的继续，出现多带共存的现象.且带宽较小，带与拉伸轴向的夹角较大.在较大拉伸速率条件下，PLC变形带先连续传播，再随机出现. 关键词： PLC效应 动态应变时效 固溶处理     

Al-Mg合金中析出强化相对Portevin-LeChatelier效应的影响

Portevin-Le Chatelier(PLC)效应作为广泛存在于各种合金材料中的重要塑性失稳现象一直受到研究者的广泛关注.本文对镁原子质量百分含量分别为2.5%和5%的两种铝合金-国标LF2和LF5铝合金进行宏观拉伸实验和透射电子显微镜观察实验.通过宏观和微观实验结果的对比分析表明,由于LF5合金中作为溶质的Mg原子的含量相对于LF2合金成倍增加导致析出相颗粒数量也成倍增加,进而引起PLC效应在强度和加工硬化时间的倍增,这些对应关系表明Al-Mg合金中析出相颗粒是产生并影响PLC效应的重要因素.实验结果显示虽然析出相颗粒数量在多方面影响PLC效应,但是对其飞行时间的影响却微乎其微.     

Conformational Transition of Poly （Acrylic Acid） Detected by Microcantilever Sensing

Poly （acrylic acid） （PAA） chains are grafted on one side of a microcantilever by the self-assembled method and the deflections of the microcantilever are detected as a function of medium pH from 3 to 11. It is found that when the pH varies, the microcantilever deflects because of the changing surface stress. By analysing the electrostatic repulsive effect, the surface stress change is related to the conformation transition of PAA from a collapse state to a swelling state. This method offers the interaction information among the polymer chains during the conformational transition and affords an alternative way to study conformational change of polymers.     

利用激光散斑相关的非接触式随机振动特性测量

所发展的测量随机振动的方法,是测量由物体表面一个点漫射形成的散斑场的相关统计特性.根据激光散斑运动规律,这个相关统计特性实时地反映该点的位移或转角的时间历程.由所记录的相关信息,通过频谱分析,可以得到运动的频城特性参数,这种方式是非接触式光测方法,对物体无任何附加质量的影响.本文以铜梁和钢梁为例.测量了冲击力作用下,梁的动态响应和频谱.     

光学读出室温物体红外成像

光学读出式红外成像系统是近年来提出的一种新型红外成像技术,它是基于探测双材料微悬臂梁吸收红外辐射后的变形。本文采用了谱平面刀口滤波方法,将双材料(SiNx/Au)微梁阵列接收热像后的转角变形转化为像平面上微梁阵列的像所对应的光强变化,并设计制作了无基底单层膜结构微梁阵列(100×100pixels,微梁尺寸200×200μm2,厚2μm)。用该阵列在光学读出系统中,获得了室温下人体的热图像。该系统在室温时(300K)噪声等效温度差(NETD)达到0.2K。     

光学读出非制冷红外成像的最新进展

针对以前红外成像中红外图像的噪声等效温度差（NETD）较大和空间分辨率不高的问题，本文在制作工艺改善的基础上，设计了一个单元尺寸分别是50μm×50μm和60μm×60μm的红外焦平面阵列（FPA），它是由0．5μm厚的SiNX和0．2μm厚的Au构成的双材料微悬臂梁阵列构成。微梁单元倾斜角的变化利用在谱平面刀口滤波的光学方法测量。FPA是利用基于体硅的表面微加工工艺制作的，利用制作的FPA的60μm×60μm单元区域和12bit CCD，得到了室温物体的热像。讨论了60μm×60μm单元区域的性能，给出了NETD在100mK左右。和以前的工作相比，红外图像的温度分辨率和空间分辨率都得到了明显改善。