基于数字微镜器件超像素法实现散射介质传输矩阵的自参考干涉测量

散射介质的传输矩阵系统描述了散射介质对输入与输出光场之间的变换关系,是研究与控制光在无序介质中传输特性的重要工具.本文使用数字微镜器件实现散射介质传输矩阵的自参考干涉测量,首先利用超像素法实现对入射光的复振幅调制获得同时包含参考光和信号光的复合场,进而基于四步相移法分别测量了散射介质在Hadamard基和轨道角动量(OAM)基下的传输矩阵.进一步,根据相位共轭原理实现了光透过散射介质后的单点聚焦、多点聚焦以及涡旋聚焦,验证了传输矩阵测量的准确性.该方法能够有效提高光场调制的自由度,实现散射介质传输矩阵的测量,对散射环境下的光学成像和光通信等具有潜在应用价值.     

基于DMD的光学衍射实验教学

研究各种形状衍射屏的衍射特性,有利于加强学生对光学衍射基本理论的理解.为此,开发了基于数字微镜阵列器件(Digital micromirror device, DMD)空间光调制器的新型光学衍射实验系统.采用DMD替代传统的加工衍射元件,用Paint, AutoCAD和Matlab等绘图软件生成单缝、多缝以及复杂形状的图形,并加载到DMD,以作为可擦写的数字化衍射屏.当准直激光均匀照射数字衍射屏并通过透镜,CMOS相机可在透镜后焦面实时观察各衍射屏的远场衍射图像,进而对夫琅禾费衍射特性进行观测和分析.该新型实验系统能够完成单缝、多缝衍射实验,并拓展至任意形状衍射屏的衍射实验.     

基于扩展卡尔曼滤波的吊钩姿态估计技术研究 

针对吊钩运动不定且易受大风、雾气等影响其作业效率问题,提出并实现基于MEMS传感器的吊钩姿态估计系统。建立吊钩三维空间运动模型,消除吊钩扭转影响;通过四元数的扩展卡尔曼滤波算法,对MEMS陀螺仪、加速度计与磁强计进行数据融合,解算得到吊钩三维姿态、摆角与摆向;采用基于视觉检测的吊钩空间姿态为参考基准,对起重机吊钩进行姿态估计验证。实验结果表明：该系统能有效融合MEMS传感器数据,获得高精度的吊钩姿态,实现姿态的实时检测。     

利用DMD获取高动态范围图像技术

高动态范围的图像可用于同时探测具有较大对比度的亮暗目标,利用数字微镜(DMD)获取高动态范围图像是目前最为先进的一种技术。本文在分析DMD工作原理的基础上,设计了一种像素级的高动态范围图像获取系统,该系统由光学系统、机械系统、DMD像素级调光算法及成像单元组成。光学系统采用二次成像光路,其中第一次成像物镜采用像方远心光路,第二次成像的转置镜头采用放大倍率近似1: 1的准对称结构,机械系统采用光学元件的包边设计和定心车工艺,达到秒级的光学装配精度;DMD像素级调光算法采用搜索单个微镜像素在图像帧周期间的控制权值实现,成像单元可同时兼顾科学级12 bit sCMOS和8 bit CCD,设计完成的原理样机验证了系统设计的正确性,其获取的图像动态范围可达140 dB以上,远高于传统摄像机78 dB的动态范围。     

Multiple Entropy Measures for Multi-particle Pure Quantum Statet

We propose to use a set of averaged entropies, the multiple entropy measures （MEMS）, to partially quantify quantum entanglement of multipartite quantum state. The MEMS is vector-like with m = [N/2] components： [S1, S2,..., Sm], and the i-th component Si is the geometric mean of i-qubits partial entropy of the system. The Si measures how strong an arbitrary i qubits from the system are correlated with the rest of the system. It satisfies the conditions for a good entanglement measure. We have analyzed the entanglement properties of the GHZ-state, the W-states, and cluster-states under MEMS.     

MEMS压电水听器和矢量水听器研究进展*

基于微电子机械系统制造技术的MEMS压电水听器和矢量水听器具有小型化、低功耗、低成本、易成阵、无源、噪音低等优点。对基于ZnO薄膜的MEMS水听器和矢量水听器进行了研究,测试结果表明,硅微压电水听器的灵敏度为-192 d B(ref.1 V/μPa),基本达到实用化的要求。MEMS压电矢量水听器等效声压灵敏度为-229.5 d B(ref.1 V/μPa),比同类型压阻式MEMS矢量水听器的灵敏度高17 d B,但还未达到实用化要求。为了进一步提高MEMS矢量水听器的灵敏度,设计了具有U形槽的压电复合悬臂梁结构和电极串联结构,采用具有更高压电系数的掺钒ZnO薄膜作为压电层,并对MEMS制备工艺进行了改进,有望显著提高MEMS矢量水听器的灵敏度。     

用于提取外周血DNA微流控样品预处理芯片的研制

基于固相萃取原理和微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)技术研制了一种多孔氧化硅微流控样品预处理芯片, 并利用具有大比表面积的多孔氧化硅作为提取DNA的固相载体, 从而大大提高了DNA的提取产率. 分析了影响DNA提取产率的因素, 改进了芯片制备工艺和DNA提取实验方案, 成功地提取了小鼠外周血DNA, 提取产率为24 ng/(μL全血), 达到商用试剂盒水平. 同时以该DNA作为PCR扩增模板, 扩增效果良好.     

反射相移对MEMS滤波器半峰全宽影响分析

以典型的基于MEMS的FP腔结构为例,用传输矩阵方法推导了考虑反射相移的半峰全宽的解析表达式.利用此解析表达式分别模拟了考虑反射相移的半峰全宽与干涉级次和FP腔两反射镜间距的关系,并将其与不考虑反射相移的半峰全宽进行了对比;同时将反射相移和反射率对半峰全宽的影响进行了比较分析.     

基于扫描振镜及数字微镜显示器控制的静态体三维显示系统

本文介绍了一种波长宽、响应快的静态体三维显示系统,包括显示介质、控制系统及激光系统三部分。实验中,选取具有双频上转换效应的NaYF4∶Er@NaGdF4∶Yb@NaYF4∶Er纳米晶溶液作为显示介质。控制系统选用1024×768的数字微镜显示器（DMD）及扫描振镜对红外激光进行投影,使用成像光学软件将立体图像的二维切片转换为DMD/扫描振镜的控制信号。激光系统选用1550 nm和850 nm的红外激光,用适当的光学元件调整光束和光路。最终在纳米晶的环己烷溶液中（1 mmol/mL）以30×1024×768的分辨率实现了绿色（532 nm）三维图像体的快速扫描,图像无闪烁、深度线索自然、可360°观看。该显示系统对材料性能要求不高,搭建方便,显示效果明显,为上转换材料在三维显示领域的初步研究及大尺寸体三维显示技术的探究提供了参考。