多孔氧化铝薄膜的纳米结构和光谱特性研究

利用阳极氧化的方法制备出几种表面结构和尺度不同的多孔氧化铝薄膜,用原子力显微镜扫描获得了这些薄膜表面的纳米结构图像,并采用光谱仪测定了它们的反射光谱。实验表明,平均孔径为26和39 nm的多孔氧化铝薄膜表面具有独特的反射光谱,在500至1 000 nm波长范围内呈周期性地密集峰—谷分布,峰—谷的密集度或数量取决于薄膜表面纳米结构的尺度。讨论了纳米结构尺度与反射光谱之间的相互关系,并给出了适当的解释。     

基于OSLO的无限远像距消色差显微物镜的设计

共焦激光扫描显微镜对物镜有高分辨率、易于实现纵向扫描的要求,为此设计了高分辨率6片式无限远像距显微物镜.它的前置物镜与辅助物镜之间具有一段平行光路,因此容易实现轴向扫描.根据使用要求总体计算该物镜的外形尺寸,以像差理论为基础选择6片式的消色差物镜初始结构,用专业光学设计软件OSLO对物镜和辅助物镜进行设计和像质分析.设计结果显示,独特的6片式结构的20×物镜分辨率达到了800 lp/mm,符合共焦显微镜的使用要求.     

KBA显微镜成像系统的成像模拟及X光成像实验的研究

KBA显微镜是一种非轴对称、非共轴的掠入射成像系统。其结构复杂,调节精度要求很高,在实际成像实验操作中难以掌握其成像特性。利用光学设计软件模拟其成像,对系统的调节和成像分析提供有益的参考。利用光学设计软件ZEMAX模拟了KBA显微镜对点源的成像过程,给出了KBA显微镜成像系统的焦深约为1 mm,景深为50 mm左右。并且由模拟可知,掠入射角对成像的影响很大。对像素尺寸约10μm的探测设备,模拟得出KBA成像系统的空间分辨力上限为3μm左右。基于星光Ⅱ装置对周期为20μm的网格靶成像,获得了KBA显微镜较为清晰的X光图像。该项工作为进一步开展掠入射成像系统的研究奠定了基础。     

对物体沿散斑片纵向移动二次曝光全息干涉条纹的诠释

从光学几何关系出发,推导了在平行光照明、物体沿散斑片纵向方向微小移动情况下的一种全息干涉条纹的解释方法.该方法可以根据任一瞬间的条纹间距测量物体的位移,并适用于实时全息监测的定量分析,对全息干涉计量术提供有效的条纹解释方法和物体位移的计算方法.     

二步法大景深反射全息图

以开拓反射全息图的景深表达能力为目的,从反射全息图的共轭物像关系出发,利用反射全息图的均匀介质耦合波理论和布拉格条件,对其白光再现像模糊作了具体的分析和讨论,得到色模糊和线模糊的表达式.指出反射全息图上不同各点对任意白光再现像点的色模糊和线迷糊的影响均存在差异,给出反射全息图白光再现像的景深表达式.实验利用二步法制作了一张景深为83 cm的反射全息图,与大景深彩虹全息图再现像相比,其再现像的立体感更加强烈.理论分析和实验结果表明,光源的再现角度和观察距离对反射全息图的再现像景深大小影响显著.在再现光垂直于反射全息图平面照明情况下,反射全息图具有最好的景深表达能力.     

高分辨率蓝光光学显微测量系统

本系统用波长为405nm的超亮度蓝色发光二极管作为光学显微镜的照明光源，结合CCD图像传感技术和图像采集技术，实现了对显微图像的实时观察和存取的计算机化。观察到的DVD盘片的清晰显微图像表明，其光学分辨率优于400nm。运用自编的图像分析软件对采集到的CD RW光盘图像进行分析和标定，测定其道间距为1.6μm。因此，本系统在显微观测领域，特别是对观测和分析接近普通光学显微镜分辨极限尺寸的微结构，有重要的实用价值。     

大学物理实验选修课的探讨

本文介绍了开设大学物理实验选修课的内容、时间安排及具体实施方案,对开好该课程具有一定的参考价值。     

利用单幅同轴菲涅耳数字全息图重构物光波面

在数字全息研究中,为了充分利用CCD器件有限的卒间带宽积,常采用同轴全息记录.然而用同轴全息图再现时,再现物光波和共轭物光波是混在一起无法分开的.有效消除同轴全息图再现光波场中的共轭像是数字全息应用中的一项关键技术.基于菲涅耳衍射运算和逆运算,提出一种用同轴数字全息图重构物光波面的迭代算法.该方法利用同轴全息图再现时,再现物光波和共轭物光波衍射特性的不同来剔除共轭物光波成分,从而将再现物光波成分有效分离出,实现单幅同轴全息图的物光波面数值重构.计算机模拟实验证明了该方法简单易行.     

Analysis of detection limit to time-resolved coherent anti-Stokes Raman scattering nanoscopy

In the implementation of CARS nanoscopy, signal strength decreases with focal volume size decreasing. A crucial problem that remains to be solved is whether the reduced signal generated in the suppressed focal volume can be detected. Here reported is a theoretical analysis of detection limit （DL） to time-resolved CARS （T-CARS） nanoscopy based on our proposed additional probe-beam-induced phonon depletion （APIPD） method for the low concentration samples. In order to acquire a detailed shot-noise limited signal-to-noise （SNR） and the involved parameters to evaluate DL, the T-CARS process is described with full quantum theory to estimate the extreme power density levels of the pump and Stokes beams determined by saturation behavior of coherent phonons, which are both actually on the order of ~ 109 W/cm2. When the pump and Stokes intensities reach such values and the total intensity of the excitation beams arrives at a maximum tolerable by most biological samples in a certain suppressed focal volume （40-nm suppressed focal scale in APIPD method）, the DL correspondingly varies with exposure time, for example, DL values are 103 and 102 when exposure times are 20 ms and 200 ms respectively.     

棱镜-光栅-棱镜分光模块整体化设计及衍射特性分析

PGP模块是超光谱成像仪中重要分光器件。为了能够在制作前有效预测PGP整个系统的衍射效率分布及其衍射特性,提出了PGP整体化设计方法。从体位相全息光栅设计角度出发,结合棱镜与光栅各项参数的制约关系,编制了计算PGP整体衍射效率的分析软件,综合考察了棱镜与光栅各项参数对PGP模块衍射特性的影响,讨论了光栅布拉格波长的漂移特性,据此设计了一种用于成像光谱仪的宽波段高衍射效率PGP分光模块。模拟结果表明：棱镜1材料的色散系数越小,PGP的光谱带宽越窄;光栅布拉格波长的漂移增大了PGP模块和光栅的光谱带宽,带宽增大使光栅的角度选择性随之增大,拓宽了棱镜1材料的选择要求;棱镜1顶角、光栅的胶层厚度和相对介电常数调制度等参数是影响PGP衍射效率分布的重要因素,制作时需要精确控制。利用此方法设计的PGP分光模块在400～1 000 nm波段范围内衍射效率不低于50%,并给出具体设计参数,这对PGP制作具有一定的参考价值。