一种基于集成扫描光栅微镜和改进型非对称式C-T结构的微型近红外光谱仪

近红外光谱分析技术在航空航天、生物医药、环境检测、食品安全等众多领域均有广泛应用。高性能、微型化、低成本近红外光谱仪是制约基于近红外连续光谱分析的微小型检测装备发展的主要瓶颈，是当前光谱仪发展的主要研究方向。提出了一种基于微光机电系统(Micro-optical electro-mechanical system, MOEMS)集成扫描光栅微镜和改进型非对称式切尼-特纳(Czerny-Turner, C-T)光学结构的微型近红外光谱仪系统结构，分析了光谱仪系统和集成扫描光栅微镜的工作原理，基于光栅相关参数和光谱仪性能指标要求确定了集成扫描光栅微镜最大扫描角度。分析了改进型非对称式C-T初始光学结构像差，基于ZEMAX光学设计平台完成了光谱仪光学系统的仿真和优化设计，确定了系统关键参数。仿真分析了平凸柱面透镜对改进型非对称式C-T光学结构系统分辨率、检测灵敏度等性能参数的影响。基于仿真优化结果，完成了微型近红外光谱仪机械结构设计、加工与装调，搭建实验平台完成了光谱仪相关性能参数测试。结果表明，设计的基于MOEMS集成扫描光栅微镜和改进型非对称式C-T光学结构的微型近红外光谱仪，采用重庆大...     

有限元法在光学工程中的若干应用

介绍了有限元法在光学机械结构件和光学件的设计中的应用。结合几个光学工程的设计实例，概括了有限元法在光学系统结构应力分析、形变分析和动态特性分析等方面的应用。     

细胞研究的光学显微成像

介绍了在细胞及亚细胞结构与功能研究中发挥至关重要作用的各种现代光学显微镜,包括近场显微镜、共焦扫描显微镜、双光子成像显微镜、图像恢复显微镜及时间相关单光子计数技术,着重描述了后两种系统的工作原理及先进功能。     

“神光Ⅲ”装置靶场结构设计

“神光Ⅲ”主机装置作为世界第三大ICF激光装置,其靶场具有光路排布复杂、物理诊断设备多和结构庞大、繁多及空间复杂等特点。如何满足靶场中数以百计的光学元件极为苛刻的微米级稳定性要求,合理设计结构空间布局保证具有百级洁净度要求光学元件的在线安装和更换,以及超大尺度铝制真空靶室、巨型钢结构光学平台一编组站等单元结构设计都是装置靶场系统结构设计的关键。我们采用靶场总体稳定性分析、三维设计及虚拟仿真技术、模块化、插件化等设计方法,完成了“神光Ⅲ”主机装置的靶场结构设计。     

亚微米分辨率Wolter显微镜的设计

受限于初始构型和光学加工能力,现有X射线成像诊断设备的最优空间分辨率被限制在3～5μm。提出一种基于开放式Wolter构型的亚微米分辨率X射线显微镜。详细介绍了显微镜的光学结构、设计方法和关键参数。提出一种适用于Rayleigh-Taylor不稳定性诊断的大视场、高分辨率X射线显微镜的光学设计方案。开展了基于光线追迹的构型验证、像质仿真和系统响应效率评价。显微镜设计工作能点为2.5 keV,有效视场为±0.35 mm,在全视场范围内空间分辨率优于1μm,几何集光立体角为3.73×10^-5 sr,峰值响应效率为1.52×10^-5 sr。     

偏光显微镜中偏振态的理论分析

为了更好地利用偏光显微镜检测光通过透明光学晶体材料后偏振态的变化,研究和鉴定晶体的光学特性,从介绍偏光显微镜的光学结构入手,分析了自然光通过偏光显微镜的几何光路,然后利用Stocks参量和Muller矩阵分析自然光通过偏光显微镜的偏振态变换,从理论上给出了出射光偏振态变化的原理,并利用计算机模拟了光强随各参数的变化曲线,分析了干涉图像形成的过程。对在实践中使用偏光显微镜测量晶体薄片的双折射率、延长符号、分析材料的光学特性以及观察材料的结构更具有指导性的意义。     

ICF用Kirkpatrick-Baez型显微镜光学设计

 提出了直接针对惯性约束聚变（ICF）诊断目标的X射线Kirkpatrick-Baez型显微镜的像差校正和光学设计方法。在校正掠入射细光束像散的基础上,推导了内爆压缩区全视场范围内的垂轴像差表达式,进而构建了系统的空间分辨率预测模型。基于对空间分辨率和集光立体角两个关键指标的分析,结合ICF的实验要求,得到了系统的初始结构参数确定原则和光学设计流程。实例表明,该方法克服了传统的轴上球差评价的不足,设计结果能够同时满足内爆压缩区的视场、分辨率和集光效率的要求。     

基于蒙特卡罗模拟方法的光源用LED封装光学结构设计

为满足正在兴起的LED照明光源的设计优化要求,必须探索适合LED光学结构设计的有效方法。引进蒙特卡罗(Monte Carlo)随机模拟方法对常规形式发光二极管(LED)的光学封装结构进行模拟,得出了LED的光强分布,并进行实际测量,模拟结果与实验所得结果吻合较好,证明蒙特卡罗方法是进行LED光源光学结构设计的一种有效工具,可以以此作为LED光源的设计优化手段。重点探讨了此方法模拟中的随机数构造、优化;LED模型;仿真的计算机实现,仿真结果的验证;结构优化的思路等问题。     

布洛赫表面波效应及其传感应用

布洛赫表面波(BSW)技术是一种新型的基于全介质结构的光学传感技术,具有低光学损耗、大相位跳变以及高设计自由度,近年来得到了广泛的研究。不同的结构设计和检测方案被提出并得到验证,相关技术被证明可用于免标记的生物传感检测、气体传感检测、荧光检测等。从BSW技术的基本原理、传感器件、检测系统和方法方面,介绍了国内外BSW技术的研究进展。     

光机热集成分析在高光谱成像仪紫外镜头中的应用

温度变化会影响紫外镜头各镜面面形和镜片间隔的变化,采用了光机热集成分析方法研究温度对紫外镜头成像质量的影响。论述光机热集成分析的基本流程和关键技术,采用Zernike多项式作为结构分析与光学分析之间的接口工具,在紫外镜头光学系统设计和机械结构设计的基础上,建立了紫外镜头的热 结构分析模型,得到各镜面面形和镜片间隔的变化结果,并将结果耦合到光学设计软件中进行像质分析。分析结果表明,在镜头的工作范围内,镜头的调制传递函数在12 lp/mm处均在0.7左右,能满足高光谱成像光谱仪的使用要求,同时也为光谱仪最后整机分析提供了参考。     

GaN基白光LED可靠性研究与失效分析

针对LED样品检测中的样品短路失效、LED光源黑化、光通量下降和芯片表面通孔异常现象,采用金相切片、机械微操、静电测试等方式结合扫描电镜和能谱仪（EDS）等表征手段对失效机制进行了分析,揭示了LED失效原因。包括镀层银离子与杂质硫离子导致光源黑化;芯片抗静电电压低,部分样品发生静电击穿;失效芯片通孔下面的Ni-Sn共晶层存在大量空洞,使得复杂结构的芯片通孔应力不均,样品工作时芯片表面开裂破碎,从而导致PN结短路失效;封装胶中残存的杂质离子腐蚀芯片负电极导致电极脱落而出现漏电、光衰和死灯等现象。     

适用于激光聚变实验的短焦距高放大倍率Wolter显微镜设计

围绕内爆压缩及阻滞阶段相关物理实验的诊断需求,提出了一种满足阿贝正弦条件的短焦距高放大倍率Wolter-Ⅲ型X射线显微镜的光学设计。详细介绍了Wolter-Ⅲ型显微镜的结构特点和设计方法,与Wolter-Ⅰ型相比可以通过将主平面向靠近物点方向移动的方式减小系统焦距,从而获得更大的放大倍数,实现显微镜与探测器的像质匹配,提高诊断系统的空间分辨。由光线追迹可以得出,在±190 μm的视场范围内,空间分辨率优于3 μm;在±240 μm范围内分辨率优于5 μm;在±300 μm范围内分辨率优于8 μm,几何集光立体角约为5×10?6 sr。     

铁电极表面拉曼光谱的初步研究

本文成功地把表面 Raman光谱研究拓宽到重要的过渡金属之一的铁电极上。实验尝试了多种粗糙处理方法 ,如 :化学刻蚀、现场和非现场电化学氧化还原等法对铁电极表面进行处理 ,并首次获得吸附在粗糙铁电极上的吡啶分子的高质量表面拉曼光谱。经过比较发现表面拉曼光谱信噪比的提高与电极表面粗糙度有很大的关系 ,合适的表面粗糙度极有可能诱导出弱的表面增强拉曼散射效应     

共焦扫描光学显微镜的高分辨率

讨论了共焦扫描光学显微镜的高分辨率性质,指出共焦扫描显微镜由于采用点探测器,因而视场大大减小,信噪比大大提高,同时每幅图像逐点扫描形成,在光学系统信息能力不变的前提下,系统的空间域通带宽度增加和时域通带宽度减小。因而可成高分辨率的像,特别是其独特的深度分辨率特性使得可以实现光学断层扫描成像。给出了所研制的共焦扫描荧光显微镜所获得光学断层扫描图像     

基于辅助光学系统的KB显微镜瞄准方法

 研究了利用辅助可见光系统精确瞄准KB显微镜物点的方法。设计了工作能点8 keV的周期多层膜KB显微镜系统,通过光线追迹和X射线成像实验,得到5 μm空间分辨率所对应的视场和景深,进而计算出诊断实验对应的指向和景深要求。基于KB系统的物像关系和精度要求,设计了辅助的可见光成像系统,实现了可见光系统与X射线KB系统间的等效瞄准,利用耦合好的系统进行了瞄准和X射线成像实验。实验结果表明:辅助光路可以实现±20 μm的垂轴面和±300 μm的轴向定位精度,满足KB显微镜的瞄准要求。     

面向应用需求的遥感卫星载荷空间分辨率标准化研究

遥感应用需求是对地观测卫星载荷设计的出发点和落脚点,载荷的通用化、标准化、系列化是未来载荷发展的必然趋势。在对遥感应用需求分析的基础上,从应用部门关注的空间分辨率这一主要指标对遥感卫星载荷标准化进行了研究,提出了我国对地观测卫星载荷的空间分辨率设计标准,对促进遥感卫星载荷的大规模批量生产、节约设计成本具有重要意义。     

基于自由曲面的高倍率广角显微目镜设计

随着显微镜性能的不断提升,要求显微目镜具有更大的视场、放大倍率以及更好的成像质量.显微目镜由于孔径光阑外置,且焦距较短,其设计难点在于如何校正大视场带来的畸变与其他轴外像差,并在此基础上获得符合人眼观察要求的出瞳距离.本文分析了目镜光学系统存在的主要像差,特别是带有畸变的光学系统对成像所产生的影响.将自由曲面应用在显微目镜光学系统畸变校正中,设计出一款视场角达到60°(即±30°),放大倍率达到25×且全视场畸变小于5%的高倍率广角显微目镜.采用五片三组元式结构,其中自由曲面镜片采用塑料材料且关于XOZ与YOZ平面对称,实现了结构简单、易于加工且成本较低的高性能显微目镜设计.     

飞秒激光烧蚀0Cr18Ni9不锈钢精度的影响因素

为了研究影响飞秒激光烧蚀0Cr18Ni9不锈钢精度的因素,采用飞秒激光对0Cr18Ni9不锈钢进行了切割和打孔实验。利用光学显微镜、光学金相显微镜等设备,对不锈钢烧蚀区形貌和切缝显微组织进行检测,基于烧蚀过程中CCD实时采集到的不锈钢表面的激光光斑图样,采用COMSOL Multiphysic数值模拟软件,模拟了烧蚀过程中激光束的发散传播行为,并计算了光束发散角。结果表明:当激光重复频率为5kHz时,厚度为160μm的0Cr18Ni9不锈钢切缝和孔边缘被明显烧黑,切缝处晶粒明显长大,存在热影响区;烧蚀过程中,由飞秒激光超高功率密度所致的金属-空气混合等离子体使光束沿传播方向上发生散射,发散角在6°～10°之间。热影响区的存在和混合等离子体的行为是影响飞秒激光烧蚀0Cr18Ni9不锈钢精度的主要因素。     

高分辨显微镜纳米云纹方法的发展与应用

介绍了近年来发展的纳米云纹法及其新的应用。这些方法是基于原子力显微镜、扫描隧道显微镜和透射电子显微镜的原理提出来的。纳米云纹法能够对物体的微/纳观变形提供定量的分析。详述了这些方法的测量原理和实验技术,并进行了新的应用研究。实验结果论证了这些方法的可行性,并证实了这些方法具有纳米级的位移测量灵敏度。     

调焦方式对测绘相机主点位置的影响

考虑测绘相机调焦会影响相机的主点位置,从而改变相机的内方位元素,降低立体测绘精度,故本文分析了空间相机常用的3种调焦方式（镜组调焦、平面反射镜调焦、焦面调焦）对测绘相机主点位置的影响。简要介绍3种调焦方式的工作原理,研究了理想情况下3种调焦方式对主点位置的影响。在考虑系统装凋误差的情况下,建立了主点位置变化量与调焦量之间的数学模型,通过实例计算得出焦面调焦易满足测绘相机主点定位精度〈0．2pixel,是最适合的调焦方式。最后,以某一型号相机调焦机构为实验对象,对平面反射镜方式对主点的位置变化进行了实验量测,结果证明了提出的主点位置变化量理论计算公式的准确性和分析得到的不同调焦方式对主点位置影响的正确性,该公式可以用于指导测绘相机调焦方式的选择,以满足高精度测绘的需要。