采用AOTF技术的红外光谱仪的设计

介绍了采用AOTF技术的红外光谱仪的总体结构。讨论了单色系统和光谱接收系统的光学设计问题,以及单片机控制下的DDS频率 波长扫描电路和光谱信号相关检测电路。概述了PC机控制系统的组成和设计考虑。     

基于声光可调谐滤光器的显微光谱成像技术

为了解决传统声光可调谐滤光器(AOTF)成像模糊的缺点,设计了一种新的AOTF。该器件通过在传统的AOTF的出射孔后面放置一个自行设计的等边色散棱镜来实现对衍射光的色散展宽进行补偿,明显地提高了成像的对比度和空间分辨率。将此器件附加在传统光学显微镜上,获得了一种新型的光谱显微成像仪器。其光谱分辨率在575nm波长处为4.2nm、成像空间分辨率为2μm、图像采集速度为毫秒量级。为基于AOTF的光谱成像技术在生物医学等领域的更广泛的应用奠定了基础。     

AOTF成像光谱仪声光晶体光谱传递函数的研究

基于AOTF的成像光谱仪是集图像、光谱及偏振信息为一体的新型探测仪器,仪器的光谱传递函数是衡量仪器性能的一项重要指标。介绍了单AOTF型和双AOTF型成像光谱仪的工作原理,利用光学域光谱透过函数,推导了以波数Δv表示的单、双型AOTF光谱传递函数,在工作波段为400 nm~900 nm内,计算对比了单、双AOTF型光谱传递函数,并对影响双AOTF型光谱传递函数的因素进行了仿真分析,最后对仪器参数的选取进行了分析和讨论。结果表明:在入射光极角30°, 声光互作用长度5 mm工作波段下,当双AOTF型成像光谱仪工作中心波长相等时,相比同一工作中心波长时的单AOTF型成像光谱仪,光谱传递函数提高了68%;当工作中心波长不相等时,双AOTF型光谱传递函数并不绝对优于单AOTF型,存在临界值。     

大视场声光可调谐滤波器成像光谱仪光学设计

为了在15视场角范围内获得工作谱段范围在400 nm~ 900 nm声光可调谐滤波器(AOTF)成像光谱仪系统的二维空间信息以及一维光谱信息,设计了一种应用于AOTF 成像光谱仪的光学系统。介绍AOTF的工作原理,根据AOTF 成像光谱仪总体方案,对前置系统及后置成像系统进行了设计。设计中前置系统采用倒置的伽利略望远镜结构,后置成像系统采用改进的库克三片式结构。最终完成了一个焦距为19.311 mm,F数为12.3,在34 lp/ mm 的空间频率下各视场调制传递函数( MTF) 均值大于0.5的光学系统。     

用于冷原子干涉仪激光时序控制的DDS跳频系统设计与实现

为了满足冷原子干涉实验对时序控制的需求,设计并实现了一个基于LABVIEW软件的激光时序控制DDS系统,其工作过程为通过设计的LABVIEW上位机软件输入需要产生的频率和频率间隔时间,ARM芯片根据LABVIEW软件发送来的控制信息实现对射频信号芯片的控制,CPLD芯片用来控制射频信号之间的时间间隔,最后DDS芯片产生与控制信息相对应的射频信号。与目前同类装置相比,系统实现了跳频时间和频率更加精确和工作稳定性更好。经过系统的调试分析以及性能测试,DDS跳频系统能够满足原子干涉仪激光时序控制需求。通过测试DDS装置,DDS装置能够输出准确输出射频频率值,并且射频频率时间间隔能精确到微秒。DDS装置可以有效控制冷原子干涉仪的激光时序,在探询时间为120毫秒且重复率为2.2赫兹的情况下,冷原子重力仪的重力测量灵敏度达到 。     

宽谱段一体化AOTF成像光谱仪光学系统设计

声光可调谐滤波器(AOTF)成像光谱仪能够同时获取图像、光谱及偏振信息,已成功应用于航天、农业、林业、医学及食品安全等领域,具有较好的发展前景。光学系统是AOTF成像光谱仪获取信息的关键部件之一。为此,研究国内外常见的AOTF成像光谱仪光学系统,介绍AOTF的工作原理及光谱仪的总体设计方案,计算全系统的前置、准直及成像等子系统光学设计参数,完成共口径光学系统的仿真设计。前置光学系统采用自由曲面离轴三反结构,与准直系统的光曈匹配,准直及成像系统为光阑前置的离轴三反系统。仿真设计结果表明,在工作谱段为0.4～5.0μm、焦距为125 mm、F数5和视场角为5.3°的情况下,系统的MTF值分别在谱段0.4～1.0μm、1.0～3.0μm和3.0～5.0μm下均接近于衍射极限且大于0.57,畸变小于5%,成像质量良好。     

基于FPGA的DDS设计方法

介绍了一种基于FPGA的DDS设计方法,结合DDS的原理,给出了具体设计程序以及仿真波形。基于FPGA的DDS与传统的专业DDS芯片相比具有电路简单、输出波形调整灵活以及性价比高等特点。     

基于AOTF成像光谱精密测量技术的研究

声光可调滤波器(AOTF)作为光谱成像的一种新型分光元件,在运用其进行成像光谱时,一般选择入射光垂直于AOTF入射面时所对应的衍射中心波长为CCD的光谱测量波长。但在实际测量中,空间目标不同位置的光线总是以不同的角度进入到AOTF,这样就导致了CCD实际测量的光谱和以光垂直入射时所对应的光谱为测量光谱相比出现误差,影响了光谱的测量精度。采用的成像光谱系统的特点是目标光线经前置光学系统、AOTF和成像透镜后,聚焦成像于透镜的焦平面上,实现了目标光在整个系统的一次成像。此一次成像与传统的二次成像相比,能够有效的提高光能利用率和成像质量。由于AOTF的视场角为±3°,所以通过对AOTF视场角范围内衍射中心波长随入射角度变化的实际规律进行了分析研究,并对衍射波长随入射角度变化的实际测量值进行了拟合修正,得到了修正方程。实验结果表明用修正后的方程进行光谱测量,其相对误差值可以减小一个数量级。此方法可为今后提高AOTF成像光谱测量精度奠定基础。     

宽带光学参变啁啾脉冲放大系统的色散控制

在设计宽带光学参变啁啾脉冲放大系统时,对色散源进行了理论分析和讨论。对光学参变啁啾脉冲放大系统的色散量以及各个过程中的高阶色散对脉冲时域和频域特性的影响进行了计算。结果表明展宽器引入了非常大的色散,放大器中信号光相位变化产生的色散较大,参量晶体本身引入的色散相对较小可以忽略不计。输出脉冲宽度主要受二阶色散影响,而三阶和四阶色散主要影响脉冲的波形和信噪比,对频域影响很小。     

基于3PEMs和AOTF的光谱偏振成像系统及光谱修正

基于弹光调制器和声光可调谐滤波器(AOTF)的新型光谱偏振成像系统部件多,AOTF入射角小,同一幅图中光谱分布不均。为此提出了一种前置光学系统由凸透镜、凹透镜和凸透镜构成的光学系统,压缩被测目标视场角,使其满足AOTF视场角要求,并将目标平行入射光变为平行光入射进AOTF,以便光谱修正。不同位置的目标以不同入射角依次进入光学系统和AOTF,在CCD上的成像位置也不同。AOTF的衍射光中心波长与入射角有关,可通过拟合测得衍射波长与入射角的关系,进而得到CCD像元与中心波长的关系,并对光谱修正方法进行了详细分析。实验结果表明,修正后的光谱测量误差比普通的AOTF光谱成像平均降低一个数量级,且成像清晰,提高了光谱偏振成像系统的光谱测量精度。     

采用直接数字频率合成器混频信号的高频功率源设计

 提取直接数字频率合成器芯片AD9850输出的混频信号作为系统的频率源,介绍了高频功率源的结构和原理。系统的工作频率范围为(96±1) MHz,最大输出功率为10 kW。驱动级采用MOSFET晶体管功率放大模块,末级采用高频真空四极管4CW10000B。四极管采用阴地电路,工作在甲乙类。高频功率源采用压控可变衰减器进行幅度调制,为满足系统的频率和幅值稳定度要求,功率源采用带温度补偿的晶体振荡器,并让四极管工作在过压状态。在应用Ziegler-Nichols法整定控制器的PID参数时,为实现控制系统的在线自整定,系统采用了继电反馈法,由极限周期和增益得出PID参数。     

直接数字式频率合成器单粒子效应实验研究

在直接数字式频率合成器(DDS)单粒子效应失效现象的基础上,研制了具备寄存器读写、功耗电流测试和输出效应波形捕获功能的DDS辐射效应在线测试系统,开展了DDS单粒子效应实验研究。结果表明,单粒子效应会导致DDS输出波形扰动,波形功能中断,功耗电流陡然增大。分析认为:DDS内部PLL模块发生单粒子瞬态和单粒子翻转,是引发波形扰动的主要原因;内置DAC的主要功能寄存器翻转引发了输出波形功能中断;电流增大是单粒子闭锁引起的。本项研究为国产DDS器件的加固和考核提供了一定的参考。     

高场核磁共振波谱仪频率合成器设计

提出了一种基于锁相环(Phase-locked Loop, PLL)与直接数字合成(Direct Digital Synthesis, DSS)等技术相结合的高场核磁共振波谱仪频率合成器设计方案．该系统以单片机为控制器完成算法运行、参数配置和CAN 总线通信功能,运用PLL 技术和DDS 技术相结合的频率合成方案,通过两次混频,使频率粗调和细调灵活可控,实现宽带低噪声频率输出．将该频率合成器用于自主研制开发的核磁共振波谱仪上进行实验验证,测试得到的线形和灵敏度均达到指标要求,结果证明该设计方案具有可行性．     

夹心式压电换能器的谐振频率跟踪方案设计

分析了夹心式压电换能器的阻抗特性,讨论了基于相位方式的现有跟踪方案的不足,提出了一种新的频率跟踪方案,介绍了实现该方案的电路系统。该方案的特点是:采用先扫频后跟踪的策略,解决了频率范围设定难的问题;增加解锁控制,使得系统在死锁或误跟踪时自动回到频率搜索状态;采用直接数字合成器(DDS)作为频率调整和信号产生的器件,实现了全数字系统,调整方便,精度高;采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)做相位比较和DDS控制,使频率跟踪速度快,并且跟踪精度和速度均可控制。     

High Loading Efficiency and Controlled Release of Bioactive Immunotherapeutic Proteins Using Vaterite Nanoparticles

Nanoparticles may limit off-tumor/on-target ubiquitous activation of signaling by protein-based drugs. However, many challenges still exist in the design of a nanoparticle for protein delivery. In this study, conditions to establish vaterite nanoparticles as a pH-sensitive drug delivery system (DDS) for encapsulated protein drugs are comprehensively evaluated. Low coprecipitation pH of vaterite and protein prevents protein denaturation and yields high loading efficiency. Unprotected vaterite recrystallizes in aqueous solutions within 3 h to calcite and releases the loaded protein completely, but surface-modified particles with carboxyl groups containing polymers prove stable for more than 5 months. Notably, modification of vaterite with sulfonated polymers increases the loading of cationic proteins by a multiple. A system is developed for vaterite exposure to (pH) conditions under body-like-flow rates, with the dissolution of vaterite and simultaneous release of active proteins at tumor microenvironmental pH reaching up to 80% and only 20% at physiological pH within 2 h. Importantly, the immunomodulatory protein tumor necrosis factor preserves its native structure and fully retains functional activity in vitro after release from the particles. In conclusion, the studies described here provide a framework for the development of vaterite-based DDS as a carrier for bioactive protein-based therapeutics.     

On the generation of nanograins in pure copper through uniaxial single compression

Attempts at generating nanograins through uniaxial single compression were made by deforming copper samples at 298 K and 77 K. At 298 K, dynamically-deformed samples (DDS) become softer, in contrast to quasi-statically deformed samples (QDS), which show a hardness close to the saturation value. The microstructure of DDS is characterised by deformation twins and equiaxed micron-sized grains, and the observed softening is due to the occurrence of recrystallisation (RX). At a reduced temperature of 77 K, nanograins are generated in DDS, whereas QDS show forest dislocations and twins. The generation of nanograins, which evolve through rotational DRX, is associated with the formation of shear bands with an amorphous structure. Compared with twinning, it appears that amorphisation plays a more pronounced role in high strain rate deformation at reduced temperatures (77 K). The hardness of DDS, obtained from compression at 77 K, exceeds the saturation value by 16%, whereas that of QDS corresponds approximately to saturation.     

The Influence of the Dipole-Dipole Interactions on the Phonon Induction

It is shown that the none quilibrium state of the dipole-dipole reservoir in paramagnetic and paraelectric systems can stimulate the generation of the coherent spontaneous radiation essentially. At the same time the uncoherent spontaneous radiation and coherent induced (in the Einstein sense) radiation canN′t be amplified in this conditions essentially. Moreover the electromagnetic and acoustic maser-effects and uncoherent apontaneous radiation completely disappear in the limit case of enough small absolute values of the dipole-dipole system (DDS) temperature. The nuclear polarization is also absent at enough low absolute electron-nuclear and nuclear-nuclear DDS temperatures. All of these consequences follow from the obvious trace property of the product of n-particle density matrix operators and operators of observable quantities constituted from m-particle operators: this trace is identically equal to zero if m > n (all n or m particles are different).     

新型溶胶-凝胶二氧化硅微孔增透膜的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为前驱体,二甲基二乙氧基硅烷为造孔剂,采用溶胶凝胶技术在酸催化条件下制备了二氧化硅溶胶;采用提拉法在K9玻璃基片上双面镀膜,经500 ℃热处理,制备得到一种新型单层微孔二氧化硅增透膜。通过改变造孔剂加入量,膜层峰值透过率可达到99.7％,而硬度仍保持在2H以上,同时具有良好的耐摩擦性及粘附性。加速腐蚀实验表明,膜层的环境稳定性是常规膜层的10倍以上。由于该新型增透膜兼具高透过率、良好的机械性能以及很强的环境稳定性,因而在改善太阳能玻璃增透性能方面有极大的应用价值。