1 长春理工大学 生命科学技术学院, 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
3 西安康本材料有限公司, 西安 710089
为了满足薄膜激光损伤阈值客观、准确、高精度测量的要求, 提出了损伤阈值标定技术。通过互换两个能量探测器位置的试验标定方法, 消除分光镜的分光误差和能量探测器的测量误差, 获得准确的辐照能量。再通过调整两个CCD位置获得相同光斑尺寸的测量方法标定被测样品表面与光斑面积测量面的等效, 并剔除激光光斑中非平顶部分, 获得准确的辐照光斑面积。最后采用最小二乘法对计算得到的能量密度及其对应的损伤几率进行拟合, 获得损伤阈值。通过对TiO2/SiO2高反射膜1064nm激光辐照测量实验, 得到23.0164J/cm2的薄膜激光损伤阈值。结果表明, 采用标定技术使薄膜激光损伤阈值的测量精度提高了9.26%, 满足高精度的测量要求。此研究有助于薄膜激光损伤阈值的准确标定。
薄膜 损伤阈值 标定 激光 拟合 thin films damage threshold calibration laser fitting
1 长春理工大学 纳米光子学与生物光子学国际联合研究中心，纳米光子学与生物光子学吉林省重点实验室理学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 生命科学技术学院，吉林 长春 130022
3 南乔治亚大学物理系，乔治亚州 斯泰茨伯勒 30460
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，OCT)是一种基于低相干光干涉原理，利用样品背散/反射光与参考光相干的非接触非侵入性的新型成像技术，可提供具有微米级分辨率的一维深度，二维截面层析和三维立体的实时扫描图像。OCT技术具有非接触、无损伤、图像分辨率高且操作简单、便携等优点，主要应用于生物医学成像和诊断领域，弥补了共聚焦显微镜成像穿透深度低和超声波成像分辨率低的不足。目前，OCT技术已作为诊断视网膜疾病的临床标准，而且OCT技术结合内窥镜技术已成为临床上心血管及肠胃疾病诊断的重要工具，同时也为肌肉骨骼疾病，乃至癌症早期诊断、手术指导及术后康复提供依据。为了拓宽OCT技术的应用范围、提高医疗检测水平，研究人员正致力于增加OCT系统在生物组织中的穿透深度、提高系统的分辨率和信噪比、优化系统综合性能等方面的研究。本文论述了OCT系统的原理、分类，以及其在不同生物医学领域的应用及最新进展。
光学相干层析成像 生物医学光学 近红外光 optical coherence tomography biomedical optics infrared
1 长春理工大学光电信息学院, 长春 130012
2 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
为了研究薄膜激光损伤机理及影响因素, 基于平顶光束辐照测量的原理, 采用1064nm的Nd∶YAG激光器, 对电子束热蒸发方式镀制的HfO2薄膜在重复频率激光作用下损伤的累积效应进行了理论分析和实验验证。运用损伤阈值的测量原理, 分析了1-on-1和S-on-1两种测量方式的特点, 并分别开展了测量实验。采用二分法查找辐照激光能量, 每个能量密度辐照20个测试点, 应用零几率损伤阈值和最小二乘法拟合确定测量结果。结果表明, 对同种薄膜, 1-on-1测量方式测得的损伤阈值为15.75J/cm2, S-on-1测量方式测得的损伤阈值为11.90J/cm2;从损伤阈值与损伤形貌两方面的对比表明, S-on-1测量方式体现了典型的累积效应。此结果对深入研究薄膜激光损伤的机理和影响因素具有重要意义。
薄膜 损伤阈值 测量方式 累积效应 二分查找 最小二乘法 thin films damage threshold measurement mode cumulative effect binary search least square method
1 长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
2 中国中车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 130000
针对位置敏感探测器(PSD)固有的非线性, 提出一种基于BP优化算法的PSD非线性校正方法。以传统的牛顿算法为基础, 推导了Levenberg-Marquardt算法, 即BP优化算法的相关原理。采用Matlab软件编程,网络采用具有2个中间隐层的结构形式, 2个隐层使用的神经元数分别为40和30,最大训练次数取500次, 利用sim函数计算并仿真网络输出, 网络输出误差均在0.001 mm之内, 其中最大误差不超过0.003 mm, 实现了对PSD非线性的校正。
PSD非线性 神经网络 BP优化算法 PSD nonlinear neural networks BP optimization algorithm
长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春 130012
为了满足瞄准镜体积小、重量轻的要求, 需要物镜采用摄远型结构。分析了摄远型透镜转像式物镜的光学特性与像差特点, 提出了摄远型镜组、正场镜和对称式转像镜组构成的结构型式。依据系统的成像特性, 推导了光焦度分配和外形尺寸计算公式。采用光学设计软件Zemax设计了摄远型透镜转像式物镜, 系统焦距为-100 mm, 入瞳直径为25 mm, 视场角为8°, 系统总长仅为99.92 mm。设计结果表明, 采用该方法设计的瞄准镜物镜在40 lp/mm处各个视场的调制传递函数均在0.2以上, 满足目视光学仪器的使用要求。
光学设计 瞄准镜 摄远物镜 场镜 转像透镜 optical design sighting telescope telephoto lens field lens relay lens
1 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130012
2 长春理工大学 光电信息学院， 长春 130012
为了满足快速、精确、定量地测量薄膜激光损伤阈值的要求，设计了平顶激光束诱导薄膜损伤阈值测量系统.介绍了损伤阈值测量的原理和方法，提出二分查找与顺序查找相结合的能量密度查找方式；根据分光镜的分光比及能量探测器示值求解辐照激光能量，用CCD成像法精密测量了作用在薄膜表面的激光光斑面积；基于小波变换法，通过图像处理精确识别了薄膜的损伤；建立能量密度与损伤几率坐标并进行最小二乘法拟合，对损伤阈值进行了标定.对45°高反射膜分别进行了高斯光束辐照和平顶光束辐照的测量实验，结果表明：高斯光束辐照测量的损伤阈值为9.95 J/cm2，平顶光束辐照测量的损伤阈值为13.98J/cm2，平顶光束诱导比高斯光束诱导的损伤阈值高40.5%.
激光损伤阈值 薄膜 高斯光束 平顶光束 小波变换 二分查找 Laser induced damage threshold Film Gauss beam Flattop beam Wavelet transformation Binary search
为了满足军用瞄准镜使用中需要配备护眼罩和防毒面具等的要求，需要目镜光学系统的出瞳距离较长。分析了长出瞳距目镜的光学特性与像差特点，提出了正、正、负三镜组的结构型式。根据像差理论，采用解析法推导了光焦度分配公式。利用光学设计软件ZEMAX 设计了长出瞳距目镜，系统焦距为20 mm，出瞳直径为5 mm，视场角为40°，出瞳距离为40 mm，相对镜目距为2。设计结果表明，采用该方法设计的目镜在40 lp/mm 处各个视场的传递函数均在0.2 以上，满足目视光学仪器的使用要求。
光学设计 像差理论 目镜 出瞳距离 optical design aberration theory eyepiece exit pupil distance ZEMAX ZEMAX
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
报道了一台激光二极管(LD)侧面抽运Nd:YAG 腔内倍频与和频准连续355 nm紫外激光器。采用双头Q开关调制的LD侧面抽运Nd:YAG激光器，通过在腔内置入I类非临界相位匹配的三硼酸锂(LBO)晶体进行倍频获得532 nm波长准连续激光，置入两块II 类相位匹配的LBO 晶体对基频光和倍频光进行两次和频，从而获得了大功率准连续355 nm紫外激光输出。在注入电功率为939.6 W、重复频率为8 kHz 时，355 nm 激光最大输出功率为15.3 W，脉宽为90 ns，总转换效率为1.63%，其光束质量M2x,M2y分别为4.23和4.56，功率不稳定度为±2.7%。
激光器 全固态紫外激光器 声光调Q 和频 三硼酸锂晶体 激光与光电子学进展
2014, 51(8): 081401
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
对激光光束参数进行测量时，为了解决聚焦光学系统对不同波长激光焦平面位置不同的问题，简化测量步骤，降低测量误差，设计了宽波段超消色差聚焦光学系统。依据波色差理论，推导了超消色差设计的初始结构求解方程组。应用光学设计软件ZEMAX设计了工作波段为350~1100 nm的超消色差光学系统，焦距为250 mm，入瞳直径为25 mm。给出了设计结果的纵向像差曲线和焦移曲线，经分析表明，采用该方法设计的光学系统，在0.707孔径处不同波长光线的球差曲线基本相交于一点，实现了超消色差；工作波段内的焦移仅为38.2 μm，基本固定了焦平面的位置，满足了紫外至近红外波段激光光束参数的测量要求。
光学设计 超消色差 波色差 激光光束参数 中国激光
2014, 41(s1): s116004
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春130022
2 长春理工大学 理学院, 吉林 长春130022
报道了一台激光二极管(LD) 端面抽运Nd∶YVO4晶体腔内倍频和腔外和频相结合的声光调Q准连续355 nm 紫外激光器。采用LD端面抽运双侧翼键合YVO4基质的Nd∶YVO4晶体, 在腔内置入Ⅰ类相位匹配的LiB3O5(LBO) 晶体进行倍频实现1 064 nm和532 nm双波长准连续激光输出, 通过消色差透镜将双波长激光聚焦耦合到Ⅱ类相位匹配的LBO 晶体中进行和频, 并采用双向和频光路, 获得了高效率、高光束质量、高重复频率的准连续355 nm 紫外激光输出。在抽运功率为28.6 W、重复频率为20 kHz时, 355 nm激光最大输出功率4.2 W, 脉宽为20.6 ns, 光-光转换效率为14.7%, 激光器光束质量因子Mx2和My2分别为1.29和1.23。
全固态激光器 355 nm紫外激光器 端面抽运 声光调Q 和频 diode pumped lasers 355 nm ultraviolet laser end-pumped acousto-optic Q-switched sum frequency mixing
