基于聚焦离子束注入的微纳加工技术研究

提出了聚焦离子束注入（focused ion beam implantation,FIBI）和聚焦离子束XeF2气体辅助刻蚀（gas assisted etching,GAE）相结合的微纳加工技术。通过扫描电镜观察FIBI横截面研究了聚焦离子束加工参数与离子注入深度的关系。当镓离子剂量大于1.4×1017ion/cm2时,聚焦离子束注入层中观察到均匀分布、直径10～15nm的纳米颗粒层。以此作为XeF2气体反应的掩膜,利用聚焦离子束XeF2气体辅助刻蚀（FIB-GAE）技术实现了多种微纳米级结构和器件加工,如纳米光栅、纳米电极和微正弦结构等。结果表明该方法灵活高效,很有发展前途。     

基于深度学习的糖尿病眼底病变检测研究

糖尿病不仅会增加视网膜血管疾病的风险,严重时甚至会发展成为糖尿病视网膜病变。糖尿病视网膜病变的4种典型病理特征是微动脉瘤、出血、硬性渗出物和软性渗出物。随着机器学习尤其是深度学习的发展,智能辅助诊断医疗已经成为一种趋势,智能辅助诊断的前提是可以定性定量地提取出相应的病变区域。提出了一种基于深度学习级联架构参数优化的眼底病变检测模型,该模型有效解决了眼底病变的多尺度和小目标问题,在DDR数据集上检测病变的综合测试精度达0.380,检测性能优于目前主流的检测网络。     

基于光楔阵列产生光学涡旋阵列的研究

在研究光楔衍射法产生单涡旋的基础上,基于长条形光楔阵列,提出了利用光束阵列衍射产生涡旋阵列的方法.该方法要求光束阵列在平行于光楔边缘方向上的光束间距等于光束直径的整数倍.利用超精密机床采用一体化加工法加工了光楔阵列元件,验证了该方法的可行性.利用空间光调制器快速灵活调整光束阵列的优点,搭建了借助空间光调制器加载达曼光栅衍射产生所需光束阵列的实验光学系统.针对光束阵列与光楔阵列的匹配问题,研究了达曼光栅掩模图基本单元对光束阵列的调控,获得了可调结构的光束阵列.实验产生了拓扑荷一致的光学涡旋阵列,与仿真结果相一致,证明所提方法的有效性.     

基于组合面型基准件的多参数测量方法

针对运动物体空间多维位姿检测过程繁琐、设备笨重及昂贵等问题,提出了一种可以完成运动体4个参数同时测量的光学非接触测量方法。该系统由旋转抛物面与平面构成的组合面型基准件和光学测头两部分组成。基于平面镜反射原理和组合面型基准件的面型特征,分别建立了运动轴的俯仰角、偏摆角和二维位移的角度测量模型,并完成了系统的精度评价与重复性实验。实验结果表明:该系统的测角精度为1.5,位移精度为1 m,为机床误差辨识打下了基础。     

基于波前传感法的立方相位板面形测量

针对立方相位板的曲面特征,基于波前传感方法设计了面形测量系统。提出了波前数据到曲面面形的映射模型,借助图像处理方法有效地提高了测量的动态范围,实现了较大曲率的立方相位板面形精度的超精密测量。仿真分析表明,该模型的转换精度同传统算法相比提高了2~3倍,测量的动态范围提高了4倍,且仍有提高空间。最后搭建的实验系统实现了实际立方相位板面形的测量,通过与Wyko白光干涉仪的测量数据对比,验证了测量的准确性。     

采用微刀具的菲涅耳器件超精密制造方法

菲涅耳器件是红外传感器等领域不可或缺的高性能光学元件.其高效和高精度的制造方法是目前研究的重点.文中借助单点金刚石切削技术实现菲涅耳器件加工,采用半圆头型刀具有效减小不可切削区域,并基于聚焦离子束微加工方法进行微刀具制备.对所提出方法的关键技术和制造工艺进行了详细论述.对不同应用领域的两类菲涅耳器件进行加工实验.并建立光学测试平台进行光学性能分析.实验结果表明:所提出的方法可满足菲涅耳器件的应用需求.     

圆锥曲面Fresnel透镜数值设计方法

Fresnel透镜是最常见的太阳能聚光镜之一,曲面Fresnel透镜通常比平面Fresnel透镜具有更加优越的性能。基于非成像光学理论,提出了一种新型曲面Fresnel透镜的设计方法。曲面Fresnel透镜采用圆锥曲面基底,在满足Fresnel透镜机械参数要求的前提下,实现Fresnel透镜第二工作面面型的求解。基于可加工性的要求,利用该方法设计了不同形状的曲面Fresnel透镜,通过光学仿真分析了曲面Fresnel透镜的结构参数对聚光镜会聚比、容忍角、光照均匀性的影响,并分析了超精密加工条件下,由于加工误差对光学效率的影响。该设计方法为参数化曲面Fresnel透镜的分析提供了一种新的途径。仿真结果表明,具有小深宽比的曲面Fresnel透镜具有更好的均匀性和更高的能量利用率。     

基于误差递减修正法的非球面超精密加工

误差滤波和分离技术是超精密加工中的关键技术之一。采用误差递减法修正加工路径,利用修正的高斯权函数对测量表面进行滤波处理,设计并完成了整个误差递减系统,实现非球面的超精密车削加工,并在很大程度上提高其表面精度(P-V值)。通过实验验证,利用该加工方法,提高了加工效率,可明显地提高非球面的表面精度,最终达到面形精度小于200nm。     

一种用于高速三维跟踪的小型可开窗复眼系统

为了实现对近景目标的高速三维跟踪,设计了一种小型仿生复眼系统,并将其与可开窗相机相结合。介绍了系统的结构与设计原则,提出了一种适用于多孔径系统的跟踪与探测策略。利用卡尔曼滤波器对图像传感器进行多路并行开窗,从而克服视场与空间分辨率对跟踪速度的制约,在较低代价的前提下实现了高速三维跟踪。采用蔡氏两步法对7子眼复眼镜头进行了统一标定,并建立了归一化多目探测模型,在实时跟踪的基础上实现了三维信息获取。为了验证系统的高速三维跟踪效果,在3 000f/s的帧频下,对一个以10r/s的角速度做匀速圆周运动的目标进行了实时跟踪,并重构出目标在距相机150mm处的三维运动轨迹。实验结果表明,系统能够有效实现对高速运动目标的实时跟踪与三维粗定位。分析了影响系统三维探测精度的因素以及提高精度的方法,为用于全景高速三维探测的复眼跟踪系统的研制奠定了基础。     

人眼实际观察状态下的自由曲面眼镜片的透射波前像差测量

基于人眼-镜片联合模型提出了一种实际观察状态下测量自由曲面镜片波前像差的方法,该方法不同于焦度计及现有的哈特曼-夏克波前像差传感器测量眼镜片后表面波前像差的方法。阐述了一种在实际观察状态下眼镜片顶球面上的波前像差测量方法的原理。基于该原理设计、研制了相应的测量装置,并使用该测量装置自动扫描测量得到眼镜片顶球面上的波前像差和配戴者屈光度参数。实验结果验证了该测量装量可以实现模拟实际观察状态下自由曲面镜片波前像差的测量,有助于评价自由曲面镜片的成像质量和加工质量,以及指导镜片的设计和优化。