周裕鸿 1郑悠 1,*徐力 1喻平 1[ ... ]王卓远 1,*
作者单位
摘要
1 宁波工程学院 电信学院,宁波 315211
2 南方科技大学,深圳 518055
光的传播通常是互易的,传统的互易性光学器件面临光学衍射极限等问题,限制了其性能的进一步提升。非互易性光学器件能够实现光的单向可控传输,非互易拓扑光子态具有抗背向散射、免疫障碍物和缺陷等多种优异的物理性质,因而在光集成电路、非线性光学等多个领域具有潜在的应用价值。本文聚焦并回顾了非互易拓扑光子学的应用价值和研究进展,分别介绍了通过旋磁材料光子晶体、基于磁表面等离子激元、利用光学非线性效应和基于时间调制等不同的途径和手段实现非互易光子拓扑态的理论依据和研究进展,比较各自特点,并对其未来发展趋势和面临的关键问题进行了分析和展望。
非互易性 拓扑光子学 光子晶体 旋磁材料 磁表面等离子激元 非线性效应 Nonreciprocity Topological photonics Photonic crystal Gyromagnetic material Surface magneo-plasmons Nonlinear effect 
光子学报
2023, 52(8): 0826002
白杨 1赵开春 1,2,*尤政 1,2
作者单位
摘要
1 清华大学 精密仪器系, 北京00084
2 清华大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京100084
分焦平面偏振图像传感器的偏振主轴方向对后续使用斯托克斯矢量进行偏振参数解算的结果准确性有重要影响。为了标定该类型传感器,提出一种基于测量分焦平面偏振图像传感器中各偏振主轴方向像素输出平均值所拟合曲线相位差的方法,并对该方法进行了仿真与实际测试。控制照射到传感器表面的线偏振光,按照设定步长旋转若干周期,传感器同时拍摄图片。选定图片的感兴趣区域,并对该区域内同偏振主轴方向的像素值求平均,获得各偏振主轴方向像素平均值随旋转角度变化的序列。使用傅里叶级数拟合法对各序列进行拟合,获得像素输出值随旋转角度变化的表达式。选定一个偏振主轴方向为基准方向,其他偏振主轴方向为该方向表达式与基准方向表达式的相位差。实际测试结果表明:标定值与名义值相差不超过0.1°。该方法的标定精度高、可操作性好,能够较好地完成分焦平面偏振图像传感器偏振主轴方向的标定任务。
测试计量技术及仪器 分焦平面 偏振图像传感器 超像素 偏振主轴 measurement technology and instrument sub focal plane polarization image sensor super pixel polarization axis 
光学 精密工程
2022, 30(1): 31
作者单位
摘要
1 清华大学 精密仪器系, 北京100084
2 西昌卫星发射中心, 四川 西昌 615621
针对分布式遥感编队中的协同观测问题, 本文开展了多星协同姿态控制研究。首先建立了参考航天器由对日定向到对目标凝视观测的期望姿态, 设计了基于姿态、角速度偏差的比例-微分(PD)控制器, 证明了闭环系统的李雅普诺夫稳定性。在此基础上, 进一步建立了伴飞航天器的期望姿态, 为使观测目标在参考航天器、伴飞航天器像平面上的成像位置匹配, 以伴飞航天器、参考航天器的姿态之差为基础设计了伴飞航天器的PD控制器, 证明了系统的稳定性。最后, 对理论结果进行了仿真验证, 结果显示伴飞航天器、参考航天器的相对姿态控制误差小于0.01°, 精度满足分布式遥感多星协同观测的任务需求。
微小卫星 分布式遥感 协同观测 姿态控制 micro-nano satellite distributed remote sensing collaborative observation attitude control 
光学 精密工程
2019, 27(1): 58
韩勇 1赵开春 1,2尤政 1,2
作者单位
摘要
1 清华大学 精密仪器系, 北京 100084
2 清华大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
为了获取更快的偏振成像探测速率,本文对现有的机械旋转式偏振成像装置进行了改进,设计了连续旋转检偏器的成像方式,并改进图像处理过程,进一步提高了偏振成像速度。该装置克服了传统机械旋转式偏振成像装置体积大、成像速度慢、效率低的不足,利用电机带动检偏器快速匀速旋转,并与相机的曝光同步,能够快速便捷地实现偏振图像的获取。同时为了实现更高的偏振图像采集速率,对偏振图像采用了流水线式的处理方式,利用每相邻的3幅强度图解算得到偏振图像,使偏振图像与强度图像具有相同的成像速率。经过测试,该装置能够很好地完成偏振图像的采集,获取被测目标的偏振度和偏振角,在稳定工作状态下平均获取一幅偏振信息耗时0.033 s,且具有较好的工作稳定性。本文所做工作提升了机械旋转式偏振成像仪的工作效率,也为进一步提升机械式偏振成像仪的成像速度、实现对运动目标探测打下了基础。
偏振成像 偏振态 快速偏振光探测 图像处理 polarization imaging polarization state rapid polarized light detection image processing 
光学 精密工程
2018, 26(10): 2345
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices, and School of Optoelectronic Information, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China
Initiated by graphene, two-dimensional (2D) layered materials have attracted much attention owing to their novel layer-number-dependent physical and chemical properties. To fully utilize those properties, a fast and accurate determination of their layer number is the priority. Compared with conventional structural characterization tools, including atomic force microscopy, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy, the optical characterization methods such as optical contrast, Raman spectroscopy, photoluminescence, multiphoton imaging, and hyperspectral imaging have the distinctive advantages of a high-throughput and nondestructive examination. Here, taking the most studied 2D materials like graphene, MoS2, and black phosphorus as examples, we summarize the principles and applications of those optical characterization methods. The comparison of those methods may help us to select proper ones in a cost-effective way.
120.6200 Spectrometers and spectroscopic instrumentation 160.4760 Optical properties 180.5655 Raman microscopy 
Chinese Optics Letters
2018, 16(2): 020006
董恺琛 1,2,3,*娄帅 2姚杰 2,3吴军桥 2,3尤政 1
作者单位
摘要
1 清华大学 精密仪器系 精密测试技术及仪器国家重点实验室 北京市未来芯片技术高精尖创新中心, 北京 100084
2 美国加州大学 伯克利分校 材料科学与工程系, 伯克利 94720
3 美国劳伦斯伯克利国家实验室 材料科学部, 伯克利 94720
为了测量脉冲激光沉积法制备的小面积薄膜的残余应力, 并解决Stoney公式在特定情况下误差较大的问题, 本文提出了一种基于悬臂梁结构和数值计算的薄膜残余应力测量方法。该方法以初始曲率为零的原子力显微镜探针作为衬底梁, 在衬底梁上使用脉冲激光沉积方法沉积被测薄膜, 并记录衬底梁在薄膜沉积前后的翘曲形貌变化, 再结合薄膜厚度、衬底梁几何尺寸、所涉及材料的杨氏模量与泊松比等其他参数, 借助数值计算对实验数据进行分析, 得出被测薄膜的残余应力。使用该方法测出: 基于脉冲激光沉积法在高温环境下制备的二氧化钒薄膜的残余应力为-340 MPa, 与文献报道的结果相符。本文提出的基于悬臂梁结构和数值计算的薄膜残余应力测量方法具有适用范围广、准确度好、实验成本低的优点。
脉冲激光沉积 残余应力 二氧化钒 薄膜 悬臂梁 数值计算 pulsed laser deposition residual stress vanadium dioxide thin film cantilever numerical calculation 
光学 精密工程
2018, 26(1): 70
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Precision Instrument, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Tsinghua University, Beijing 100084, China
3 Department of Mechanical Engineering, University of California, Berkeley, CA 94720, USA
The star tracker, an optical attitude sensor with high accuracy, is widely used in satellites for attitude determination and control. However, it is susceptible to the sunlight and the earthlight for application on satellites in the sun-synchronous orbit. Therefore, the suppression of the sunlight and the earthlight is important for the star tracker. In this Letter, a vector model is proposed to describe the relationship among the Sun, the Earth, and the satellite body, and, based on the equations of the boundary curves, the vector areas free from the sunlight and the earthlight in the body coordinate system of the satellite are derived. Meanwhile, the installation orientation of the star tracker and the corresponding exclusion angle of the earthlight are optimized. The simulation results indicate that the optimization method for the installation orientation and the exclusion angle of the star tracker is accurate and effective.
120.4640 Optical instruments 120.6085 Space instrumentation 280.4788 Optical sensing and sensors 
Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 081201
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
2 Electrical Engineering Division, Department of Engineering, University of Cambridge, 9JJ Thomson Ave, Cambridge CB3 0FA, UK
3 State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Collaborative Innovation Center for Micro/Nano Fabrication, Device and System; Department of Precision Instrument, Tsinghua University, Beijing 100029, China
Wavelength-dependent birefringence and dielectric anisotropy, two major optical properties of the nematic liquid crystal materials used in phase-only liquid crystal on silicon (LCOS) devices, are measured as a function of operating temperatures. The dynamic phase modulation depth and threshold voltage of these phase-only LCOS devices are also measured in the corresponding temperature range and compared with theoretical predictions. The results show that the dynamic response time can be reduced significantly by an appropriate increase of device operative temperature, while the necessary device elements, such as phase modulation depth and threshold voltage, can be maintained at the same time.
160.3710 Liquid crystals 230.0230 Optical devices 070.6120 Spatial light modulators 
Chinese Optics Letters
2016, 14(11): 111601
作者单位
摘要
江西理工大学 冶金与化学工程学院, 江西 赣州 341000
采用溶胶-凝胶法制备了纯的和Mg2+-Ni2+掺杂的LaFeO3, 并对它们在近红外波段的发射率进行了研究和比较。结果表明, 34%(摩尔分数)的Mg2+和23%(摩尔分数)的Ni2+掺杂的LaFeO3即LaMg0.34Ni0.23Fe0.43O3在0.2~2 μm波段的红外发射率达到了0.966, 远高于未掺杂LaFeO3的0.446。Mg2+-Ni2+共掺杂能够显著提高LaFeO3在近红外波段的发射率的原因在于Mg2+、Ni2+进入铁酸镧的晶格中取代Fe3+, 引入了杂质能级, 氧空位浓度增加, 提高了杂质能级吸收以及氧空位吸收, 掺杂引起的晶格畸变使得晶格振动吸收增强; 此外, 电子在Fe3+和Fe4+之间的极化跃迁, 也增强了化合物在相应光谱区域的吸收性能。
钙钛矿 铁酸镧 掺杂 吸收率 红外发射率 perovskite lanthanum ferrite doping absorptivity infrared emissivity 
发光学报
2016, 37(11): 1316
作者单位
摘要
清华大学 精密仪器系 精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京 100084
基于滑模变结构算法研究了小卫星微动量轮的精确控制。在系统整体控制框架的基础上,对微动量轮动力学模型进行了分析;结合理想模型引入纹波电压、摩擦系数不确定性、扰动力矩等干扰因素,完善了微动量轮动力学模型。设计了等效滑模变结构控制算法,并对控制率参数进行了仿真优化。通过MATLAB仿真,对比分析了滑模变结构控制和常规PI控制在转速控制和力矩控制两种模式下的特性。最后,实验设计了微动量轮样机。仿真结果表明: 基于滑模变结构控制的微动量轮转速控制精度达到±0.5 r/min,从0加速到2 000 r/min的时间为18 s,均明显优于PI控制。实验结果表明: 利用滑模变结构控制的微动量轮转速控制精度达到±0.9 r/min,从0加速到2 000 r/min的时间为26 s。上述结果显示: 利用滑模变结构控制算法可以有效克服微动量轮控制中的干扰因素,提高转速控制精度和输出力矩稳定度,缩短转速变化响应时间。
小卫星 姿态控制 微动量轮 滑模控制 仿真计算 样机实验 micro-satellite attitude control micro-momentum wheel sliding mode control simulation and calculation prototype experiment 
光学 精密工程
2015, 23(9): 2553

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