基于二氧化钛-介孔硅复合材料的光催化毒气过滤器

介绍了一种介孔硅与纳米二氧化钛的复合方法,制备了兼具高吸附性与高光催化活性的纳米二氧化钛-介孔硅复合材料.在此基础上,以365nm波长的紫外LED为光源、特制的半泄露聚合物光纤为导光介质制造了一种新型的光催化毒气过滤器.实验结果表明:当LED光功率为540mW,复合材料装填量为350g时,该过滤器对甲醛气体的吸附量大于3mg;当过滤器达吸附饱和后,输入甲醛气流量为2L/min、浓度为0.7mg/m~3,实时分解甲醛的速率达72μg/h,输出气体中甲醛浓度降至0.09mg/m~3,低于国家卫生标准中的室内甲醛浓度的安全阈值.纳米二氧化钛-介孔硅复合光催化剂的吸附特性为光催化分解提供了充分的反应时间,有利于提高光催化分解效率,可以长时间循环工作,有望用于家庭空气净化,甚至取代现有的活性炭过滤器,用在长效的防毒面具等装置中.     

基于荧光强度比值法可用于现场测量的低成本聚合物光纤温度传感器

基于荧光强度比值法,设计了一种使用两种荧光染料的光纤温度传感器.实验中,罗丹明B和罗丹明110分别为对温度敏感和对温度不敏感的荧光传感物质,利用聚合物光纤来传导激发光及接收荧光.由于两种染料的荧光谱峰相距60 nm,因此容易将二者对应的荧光谱分开.通过确定能代表两种染料的最优荧光光谱范围,获得具有良好线性度的温度-荧光强度标定曲线.实验研究了不同浓度的荧光染料对标定曲线的影响,当染料浓度为0.3 g/L时,可获得0.28℃的最小均方误差及0.0128/℃的灵敏度.此外,该传感器还具备一定的抗光源扰动和抗荧光染料漂白的能力.     

Round-trip imaging through scattering media based on optical transmission matrix

Traditional one-way imaging methods become invalid when a target object is completely hidden behind scattering media. In this case, it has been much more challenging, since the light wave is distorted twice.To solve this problem, we propose an imaging method, so-called round-trip imaging, based on the optical transmission matrix of the scattering medium. We show that the object can be recovered directly from the distorted output wave, where no scanning is required during the imaging process. We predict that this method might improve the imaging speed and have potential application for real-time imaging.     

全塑料光学生命探测仪关键技术研究

制作了单丝直径为250 μm、像素数为4096、长度为15 m的塑料光纤传像束. 研究表明: 原始图像经过该15 m长的光纤传像束后, 仍有25%保留, 完全可以满足图像目视观察或CCD图像采集的需要. 以此光纤传像束为核心部件, 分别设计、制作了目视式生命探测仪样机, 以及与CCD、图像采集卡、笔记本电脑一体化的智能型光学生命探测仪样机. 最后, 演示了该系统对被困人员搜救的有效性. 此系统不但可用于地震、矿难等场合被埋人员的搜索, 也可用于高压强电磁干扰环境、保密部门、易燃易爆等特殊场合的视频监视.     

聚合物中空环芯光纤中O AM模式传输的几何容差特性研究

基于全矢量有限元法,研究了聚合物中空环芯光纤结构的椭圆、偏芯、直径不均匀等几何形变对光纤中轨道角动量模式性能的影响;此外,还研究了在保持轨道角动量模式稳定传输的条件下,光纤结构所能承受的最大形变.结果表明椭圆和偏芯会引起轨道角动量模式在传输过程中发生奇偶模间的模式走离,导致轨道角动量模式纯度降低,进而导致模式串扰增大;数值计算结果表明,当椭圆度或偏心度小于1%时,模式纯度大于99.02%,串扰小于-20.08dB.光纤的直径不均匀仅对光纤中所能支持的轨道角动量模式数量造成影响,纤芯半径越大,光纤中所能传输的轨道角动量模式越多;直径不均匀度在-3%～10%内的光纤均可支持原有的26个轨道角动量模式.     

偏振双向衰减对光学成像系统像质影响的矢量平面波谱理论分析

偏振双向衰减(diattenuation)是指偏振元件引入的光场传播过程中表征电矢量的两个正交偏振态的振幅变化特性.在大部分有关偏振像差的讨论中,聚焦光场偏振态的振幅变化对其分布的影响较小而不被重视.但在一些大相对孔径光学系统中,对于分束器、光调制器等有复杂平面介质结构的低透过率光学元件而言,引入的偏振相关的振幅调制相对大得多.本文依据矢量平面波谱理论,建立了笛卡尔坐标系下的理想光学成像系统的矢量光学模型,验证了与德拜矢量衍射积分的一致性.在线偏振光入射的条件下,对在汇聚光路中使用的光学元件的偏振双向衰减特性对成像质量的影响进行理论研究.结果表明,在调制传递函数的低频率处(v0.2NA/λ),这种影响是可以忽略的;随着空间频率的增加,光学元件的偏振双向衰减特性对成像系统调制传递函数的影响逐渐变大.若要求调制传递函数的数值不低于衍射极限的90%,中频处(0.2NA/λv0.8NA/λ),s光和p光的透射/反射系数之比至少需要控制在[0.63,1.6]的范围内;而当v0.8NA/λ时,则需要控制在[0.9,1.11]的范围内.随着光学系统光轴与光学分界面法向的倾角增加,容差范围有所放宽.     

Eyewear-style three-dimensinal endoscope derived from microstructured polymer fiber with function of image transmission

A method of fabricating multi-core polymer image fiber is proposed. Image fiber preform is fabricated by stacking thousands of polymer fibers each with a 0.25-mm diameter orderly in a die by only one step. The preform is heated and stretched into image fiber with an outer diameter of 2 mm. Then a portable eyewear-style three-dimensional (3D) endoscope system is designed, fabricated, and characterized. This endoscopic system is composed of two graded index lenses, two pieces of 0.35-m length image guide fibers, and a pair of oculars. It shows good flexibility and portability, and can provide the depth information accordingly.     

一种基于DMD二值振幅调制的多模光纤出射光斑聚焦扫描技术

受限于空间光调制器(SLM)有限的刷新速率,现有的基于SLM的多模光纤(MMF)成像方法并不能满足对活体生物组织内窥成像的需求。考虑到数字微镜器件(DMD)的刷新速率比SLM高两个数量级,因此提出了一种基于DMD二值振幅调制的MMF出射光斑聚焦扫描技术。理论分析表明,MMF出射端任意聚焦区域内的总光强与DMD子区域的振幅调制系数之间存在二次函数关系,因此,通过DMD对MMF入射波前进行二值振幅调制,可实现对MMF出射光斑的聚焦和扫描。对于给定数目的可调制子区域,该二值振幅调制算法的调制次数是基于纯相位迭代优化算法的1/256,是基于三步移相最优相位算法的1/3。基于该技术实现了对长度为5 m、直径为105μm的MMF出射光斑在三维空间上的聚焦和扫描。研究表明,该技术具有调制速度快、算法可靠性高、聚焦点均匀性好等优点。     

部分负曲率太赫兹空芯波导研究

提出了一种新型部分负曲率反谐振空芯太赫兹波导,波导包层包括两部分,一部分由介质圆管组成,为纤芯提供部分负曲率边界;另一部分由多个矩形介质层组成,多介质层可用来降低限制损耗.此波导结构在增加反谐振层的同时不引入新的包层节点,易于实现太赫兹波的宽带低损耗传输.采用全矢量有限元法对波导进行了数值仿真,研究了其宽带低损耗特性.基于此,利用3D打印技术制备了所设计波导,使用太赫兹时域光谱系统对其传输特性进行测试.实验结果表明,该负曲率太赫兹波导在0.29～0.42THz的传输损耗低于10dB/m,与数值仿真结果吻合较好.     

Eyewear-style three-dimensional endoscope derived from microstructured polymer fiber with the function of image transmission

A method of fabricating multi-core polymer image fiber is proposed.Image fiber preform is fabricated by stacking thousands of polymer fibers each with a 0.25-mm diameter orderly in a die by only one step.The preform is heated and stretched into image fiber with an outer diameter of 2mm.Then a portable eyewear-style three-dimensional(3D) endoscope system is designed,fabricated,and characterized.This endoscopic system is composed of two graded index lenses,two pieces of 0.35-m length image guide fibers,and a pair of oculars.It shows good ?exibility and portability,and can provide the depth information accordingly.