河南理工大学 物理与电子信息学院，河南 焦作 454000
激光照明用荧光材料已成为固态照明领域的研究热点。随着相关研究的不断深入和细化，科研人员对于荧光材料的认知也在不断提升。然而，现有激光照明用荧光材料的设计和研究思路在很大程度上仍受到wLED产业的影响，在材料器件化的过程中会存在种种问题。本文旨在从工程应用角度出发，探讨激光照明用荧光材料应具备的核心特性。首先简述荧光材料应用于激光照明和大功率wLED场景下的区别；其次指出一些现有荧光材料设计和表征中存在的误区；再次归纳荧光材料在面向激光照明应用时的设计规则及其机理；然后，介绍一些商用荧光材料的设计和封装方案，并探讨几种潜力较好的材料设计和制备方案；最后，展望相关研究的发展趋势。
激光照明 固态照明 荧光材料 laser lighting solid-state lighting phosphor
1 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 沈阳理工大学自动化与电气工程学院，辽宁沈阳110159
针对现有多模光纤数字扫描成像方法, 形成扫描聚焦光斑计算量大、速度慢的问题, 提出了一种基于自适应并行坐标(Adaptive Parallel Coordinate, APC)算法的单根多模光纤数字扫描成像方法, 通过控制多模光纤输入端的光场, 在单根多模光纤出射端实现光斑的聚焦和扫描。建立了单根多模光纤数字扫描成像数学模型; 采用自适应并行坐标算法对空间光调制器(Spatial Light Modulator, SLM)加载相位进行优化, 有效缩短了扫描聚焦光斑的形成时间, 提高了成像速度。实际生成30×30个聚焦光斑, 对50 μm×50 μm范围的分辨率板进行扫描成像。实验证明, 该方法实现了单根多模光纤对距离光纤端面60 μm处平面内的目标成像, 分辨率达到2.46 μm。
自适应并行坐标算法 多模光纤 数字扫描成像 空间光调制器 adaptive parallel coordinate algorithm multi-mode fiber digital scanning imaging spatial light modulator 红外与激光工程
2017, 46(4): 422002
Author Affiliations
Abstract
Instrument Science and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
In this study, an improved phase-shifting diffraction interferometer for measuring the surface topography of a microsphere is developed. A common diode-pumped solid state laser is used as the light source to facilitate apparatus realization, and a new polarized optical arrangement is designed to filter the bias light for phase-shifting control. A pinhole diffraction self-calibration method is proposed to eliminate systematic errors introduced by optical elements. The system has an adjustable signal contrast and is suitable for testing the surface with low reflectivity. Finally, a spherical ruby probe of a coordinate measuring machine is used as an example tested by the new phase-shifting diffraction interferometer system and the WYKO scanning white light interferometer for experimental comparison. The measured region presents consistent overall topography features, and the resulting peak-to-valley value of 84.43 nm and RMS value of 18.41 nm are achieved. The average roughness coincides with the manufacturer’s specification value.
120.5050 Phase measurement 120.3180 Interferometry 120.6650 Surface measurements, figure 220.4830 Systems design 260.5430 Polarization Chinese Optics Letters
2016, 14(7): 071202
哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院,黑龙江 哈尔滨 150001
为实现微球形貌检测中子孔径数据的快速、准确拼接,给出基于点衍射干涉原理的微球形貌检测模型,分析了干涉场横向分辨率的分布规律,提出基于映射图像匹配的子孔径拼接方法。通过形貌数据的等尺度变换,实现横向分辨率均匀化,并将三维点云数据进行降维处理,映射生成二维图像,从而将形貌数据的旋转关系转化为图像坐标的平移关系,再通过图像匹配算法对特征点进行匹配,得出子孔径坐标系间的对应关系,从而实现拼接。最后通过仿真实验验证了该方法的可行性和有效性。
干涉测量 微球 形貌检测 子孔径拼接 图像匹配 interferometry microsphere profile inspection sub-aperture stitching image matching 红外与激光工程
2016, 45(8): 0824005
哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院, 哈尔滨 150001
为实现惯性约束聚变实验中核心部件球形靶丸表面形貌的高精度、高效率、无遗漏检测，建立了基于子孔径拼接和衍射干涉技术相结合的靶丸形貌测量装置，给出了测量的基本原理及系统单孔径横向分辨率的计算方法，并对靶丸旋转扫描时子孔径的排布进行了划分。针对点云数据横向间隔过大导致匹配算法迭代收敛速度缓慢，甚至不收敛的问题，提出以虚拟的极小半径代替实际曲率半径，将点云进行横向压缩的方法，在保持形貌特征不变的同时提高算法的匹配速度和准确性。最后，对直径1 mm的镀金球靶进行了实际测量，得到拼接后相对形貌误差峰谷值和均方根值分别为1.332λ和0.479λ的检测结果，可以同时获得表面形貌的整体起伏特征，以及局部的形貌细节。
移相衍射干涉测量 靶丸 表面形貌 子孔径拼接 phase-shifting diffraction interferometry target surface topography sub-aperture stitching 强激光与粒子束
2016, 28(2): 022006
哈尔滨工业大学仪器科学与技术, 黑龙江 哈尔滨 150001
聚焦光斑光强与光纤出射端总光强的比值(光斑聚焦效率)直接影响基于液晶空间光调制器(SLM)的单光纤数字扫描采样的信噪比。采用顺序坐标上升优化算法控制多模光纤输入端光场分布，实现多模光纤出射端光斑聚焦，通过理论和实验证明了归一化目标函数值与光斑聚焦效率的和近似为常数。为了提高光斑聚焦效率，必须尽可能降低归一化目标函数值。分析了多模光纤出射端总光强对归一化目标函数收敛性的影响，通过仿真和实验证明随着多模光纤出射端总光强的增大，归一化目标函数收敛速度变慢，光斑聚焦效率变差。
光纤光学 多模光纤 液晶空间光调制器 单光纤数字扫描 目标函数 顺序坐标上升算法
Author Affiliations
Abstract
Instrument Science and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
We propose an adaptive parallel coordinate (APC) algorithm for quickly forming a series of focused spots at a multimode fiber (MMF) output by controlling the MMF input field with a spatial light modulator (SLM). Only passing over the SLM once, we can obtain SLM reflectance to form focused spots on different positions. Compared with the transmission matrix method, our APC does not require iterations and massive calculations. The APC does not require as much access device time as the adaptive sequential coordinate ascent (SCA) algorithm. The experiment results demonstrate that the time taken to form 100 spots with our APC is 1/54th the time with the SCA.
140.3510 Lasers, fiber 060.2350 Fiber optics imaging 110.2350 Fiber optics imaging 180.5810 Scanning microscopy Chinese Optics Letters
2015, 13(7): 071404
哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对微球移相干涉测量中系统校准差及离焦引入的线性移相误差对相位信息提取产生的影响及特点，在分析了常用移相算法应用缺陷的基础上，构造了新的五帧算法。该算法对线性移相误差的响应特性与Hariharan算法十分接近，且符号相反。通过两种算法的互补修正，使得相位解算误差理论上较之Hariharan 算法降低了两个数量级，大幅提高了定步长移相算法的线性误差抑制能力，且避免出现类似任意步长算法奇异相位解的异常情况，运算更为简洁。最后通过测量实验验证了提出的误差互补修正相位提取方法的可行性和有效性。
干涉测量 微球 相位提取 互补修正
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院自动化研究所 精密感知与控制中心, 北京 100190
3 哈尔滨工业大学 光电测控技术与装备研究所, 哈尔滨 150001
根据美国NIF点火基准靶REV4.0要求, 对半腔套装工艺进行了具体的参数分析, 确定了半黑腔与冷冻罩的铝套筒过盈配合公差带等关键参数, 制定了装配系统技术指标, 设计了系统方案, 研制了实验样机。该样机具有12个电控台, 重复定位精度达到0.3 μm和0.01°, 并配备激光测头和6轴微力传感器, 对靶件姿态与套装过程中的受力情况进行检测, 可完成半黑腔套入与入射孔衬垫装配两道工序。利用该样机对模拟靶件进行了装配实验, 半黑腔与铝套筒同轴度为8 μm, 轴向与径向夹角优于0.5°, 验证了装配工艺与系统功能的有效性。
惯性约束聚变 点火靶 半腔套装 半自动装配系统 ICF fusion ignition hohlraum assembly precision robotic system 强激光与粒子束
2014, 26(2): 022018
1 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院， 哈尔滨 150001
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
针对光学元件损伤图像中损伤区域的高精度检测问题，对内全反射照明下光学元件损伤图像的处理技术进行了研究。根据在线检测图像中损伤区域中心峰值的信号强度高于局部背景的信号强度这一特点，利用高斯滤波器生成待检测图像的局部信号强度比图像，实现了对损伤区域的低漏检率自动定位; 根据CCD的成像原理，利用辐射标定的方法建立起损伤区域的尺寸与其在图像中总灰度的关系方程，实现了损伤区域的亚像素高精度尺寸测量。实验结果表明，与传统的光学元件损伤图像处理算法相比，本文提出的算法在保持低漏检率的同时大大提高了损伤区域的测量精度。
图像处理 局部信号强度比 辐射标定 全内反射照明 images progressing local signal intensity ratio exposure calibration total internal reflection edge illumination
