作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所 光电技术研发中心,北京00094
2 中国科学院大学 微电子学院,北京100049
为了实现对钞券表面涂层高速在线检测,研制了一种基于高速钞券质量检查机的实时近红外弱信号检测系统。首先,根据涂层材料的特性,采用近红外波段的发光二极管和光电二极管,研制了驱动和弱信号采集电路;然后,利用现场可编程门阵列和图形化虚拟仪器平台实现了数据的实时传输和处理;最后,提出了计算信号峰值强度的峰值标准差法并分析了该算法的实时性,进行了钞券表面涂层检测和算法实时模拟实验。实验结果表明,在钞券22 m/s的运行速度下,无论衬底是简单或复杂,未涂布钞券的信号均明显高于已涂布钞券的信号,分别差约为7 000,4 000,1 400,衬底图文越复杂,信号差越小。算法开始至结束的时间约为2~3 ms,远小于22 ms的钞券时间间隔,算法速度满足实时要求。本文研制的系统具有高速、实时、稳定的特点,可高效检测纸张表面的涂层有无,有望为涂层在线质量检测提供一种全新的方法。
涂层 弱信号采集 峰值检测 实时系统 coating weak signal acquisition peak detection real-time system 
光学 精密工程
2022, 30(24): 3116
作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所,北京 100094
2 中国科学院大学,北京 100049
纸币是国家发行并强制使用的货币符号,2019年中国人民银行发行的2019年版第五套人民币纸币,两面采用了抗脏污保护涂层,使纸币的整洁度明显改善。作为“国家名片”,在纸币生产过程中,对每一道工艺都有严格的质量控制,涂层是通过涂布机将涂布液转移、固化至纸币两面,由此称为涂布工艺。为了更加合理地控制涂布质量,生产中需要检测纸币涂层的厚度。针对该需求,文中建立了纸币图纹作为复杂衬底的涂层厚度光学漫反射模型,采用傅里叶近红外光谱仪和激光共聚焦显微系统对已涂布和未涂布的纸币进行识别并定量检测。文中首先根据涂层物质在近红外光谱可被有效识别的特点,对涂层的近红外吸收光谱数据提出了基于多元散射校正(MSC)与二阶导组合的分析方法,确定4 346.764 cm−1为特征波数。再根据反射率、粗糙度对涂层厚度的模型解耦,最后通过激光共聚焦显微系统检测了已涂布纸币的涂层变化,并将其与模型的厚度解耦结果关联,得出测量涂层厚度最小为3.807 μm,最大为12.738 μm。最终结果表明该检测方法对纸币生产中涂层质量控制具有重要的实践指导意义。
涂层厚度 近红外吸收光谱 多元散射校正 二阶导数光谱 激光共聚焦 coating thickness NIR absorbance spectroscopy multivariate scattering correction second-order derivative spectrum confocal laser scanning microscopy 
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220156
王梓 1,2石俊凯 1,*陈晓梅 1姜行健 1[ ... ]周维虎 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所 光电技术研发中心, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
测量技术正不断向着精密化、智能化、集成化的方向发展, 具有代表性的光谱共焦测量技术是在激光共焦显微技术的基础上发展而来, 利用色散原理和光谱仪解码分析实现高精度测量。光谱共焦测量技术可进行位移测量、三维重建、表面粗糙度检测和厚度检测, 具有无接触、高效率、在线测量等优点, 在精密测量中发挥着重要作用, 被广泛应用于微电子、工程材料、生物医学和航空航天等领域。近年来, 光谱共焦系统在光学系统结构、光学镜头设计、光源优化和数据处理算法等各个方面取得了重大进展。文章对光谱共焦测量技术进行综述, 论述了光谱共焦测量技术相较于其他测量方法的优势, 综述了光谱共焦技术的测量原理、发展历程与应用进展, 并对光谱共焦测量技术的发展趋势进行了展望。
光谱共焦显微术 激光共焦扫描显微术 微纳测量 精密测量 chromatic confocal microscopy laser scanning confocal microscopy micro-nano measurement precision measurement 
半导体光电
2022, 43(4): 752
李冠楠 1石俊凯 1,*陈晓梅 1高超 1,2[ ... ]周维虎 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所, 光电技术研发中心, 北京100094
2 中国科学院大学, 北京100049
3 中钞印刷技术研究院有限公司, 北京 100070
微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)具有小型化、高集成度的特点,随着MEMS结构深宽比的不断增大,对MEMS结构尺寸的测量提出更高的要求。过焦扫描光学显微技术(Through-focus Scanning Optical Microscopy,TSOM)是一种高精度无损的光学测量方法,通过采集一组离焦图并沿扫描方向截取TSOM图像,利用库匹配的方法从中提取待测结构的尺寸信息。该方法对于纳米级结构测量有着极高的灵敏度,然而对于微米级特征尺寸存在建库困难且易受环境干扰的问题。本文针对微米级MEMS沟槽结构,在传统的光学显微镜基础上进行改造,建立了TSOM光学系统采集离焦图像,利用图像特征提取方法生成TSOM特征向量集,结合机器学习的方法建立不同槽宽尺寸的回归预测模型,对微米级MEMS槽宽尺寸实现纳米级测量精度,单点重复性测量2 μm槽宽的相对标准差(Relative Standard Deviation,RSD)在1%左右,10 μm和30 μm槽宽RSD分别低于0.2%和0.35%,结果表明该方法对于微米级MEMS沟槽测量具有极高的应用前景。
MEMS 机器学习 过焦扫描光学显微法 微纳测量 MEMS machine learning TSOM micro-nano measuring 
中国光学
2022, 15(4): 703
作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所 光电技术研发中心, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
极紫外光刻掩模具有特殊的多层膜堆叠的反射式结构, 在工艺制造过程中极易产生缺陷, 引起多层膜结构变形, 从而对掩模反射场产生干扰。这种掩模缺陷是制约极紫外光刻技术发展的难题之一。建立了含有缺陷的极紫外掩模多层膜结构模型, 在此基础上采用时域有限差分(FDTD)法分析了缺陷尺寸和缺陷位置对掩模多层膜结构反射场分布的影响。结果表明, 多层膜结构反射场受干扰程度是缺陷的高度和宽度综合作用的结果, 并且与缺陷结构的平缓程度有关。反射场受干扰程度也与缺陷在多层膜结构内部的高度位置有关, 引起多层膜结构靠近底层变形的缺陷对反射场的影响较小, 而引起多层膜结构靠近顶层变形的缺陷对反射场有明显的干扰。
极紫外光刻掩模 相位缺陷 时域有限差分法 扰动分析 extreme ultraviolet mask phase defect FDTD method perturbation analysis 
半导体光电
2020, 41(2): 217
作者单位
摘要
1 中国科学院光电研究院 激光测量技术研究室, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
多波长掺铒光纤激光器在波分复用光学通信等领域具有广阔的应用前景, 引起了大量关注。为了满足不同场合的应用需求, 本文报道了一种结构紧凑、基于非线性放大光纤环镜的双波长连续运转掺铒光纤激光器。该激光器采用全保偏光纤结构。除了光纤外, 激光腔内只含有波分复用器、2×2光纤耦合器和光纤反射镜3个器件。非线性放大光纤环镜在腔内引入强度相关损耗, 当腔内损耗随着入射光强增加而增加时, 可以有效抑制腔内激光模式竞争。当强度相关损耗的抑制作用和激光模式竞争达到平衡时, 激光器即可实现稳定的多波长输出。在260 mW泵浦功率下, 激光器运转在双波长振荡状态, 输出波长分别为1 5605 nm和1 5632 nm, 边模抑制比达到468 dB。随着泵浦功率的提高, 激光器依次工作在单波长、双波长和三波长运转状态。该激光器结构简单, 操作方便, 具有很好的应用前景。
光纤激光器 双波长运转 强度相关损耗 模式竞争 非线性放大光纤环镜 fiber lasers dual-wavelength operation intensity-dependent loss mode competition nonlinear amplifying loop mirror 
中国光学
2019, 12(4): 810
高书苑 1,2,*黎尧 2纪荣祎 2石俊凯 2[ ... ]周维虎 1,2,4
作者单位
摘要
1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 中国科学院 光电研究院 激光测量技术研究室, 北京 100094
3 华中科技大学 光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
4 中国科学院大学, 北京100049
偏振调制测距方法中, 频率测量的稳定性是影响测距精度的关键因素。为提高偏振调制测距系统中频率测量精度, 提出一种双向扫频频率测量方法。分析了偏振调制测距原理及测频精度与测距精度的关系, 探讨了频率漂移量的影响因素和频率漂移规律, 证明调制深度和热致附加相位差是影响频率漂移的重要因素。利用正向扫频和反向扫频时频率漂移方向相反的特点, 提出频率漂移误差补偿方法, 可在低调制深度条件下补偿热致附加相位差引起的频率漂移。对距离为15.23 m的目标进行测量, 频率测量标准差从3.822 9×104 Hz减小到5.807 5×103 Hz, 测距误差从7.513 7 mm减小到0.866 7 mm, 验证了该方法的有效性。
测量 绝对测距 漂移误差 误差补偿 measurement absolute distance measurement drift error error compensation 
光学 精密工程
2019, 27(2): 279
作者单位
摘要
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 中国科学院光电研究院激光测量技术研究室, 北京 100094
3 中国科学院大学, 北京 100049
偏振调制测距方法利用往返调制偏振光传递待测距离相位信息,角反射器作为其合作目标,其对调制偏振光的偏振响应会影响系统性能。为研究该响应,提出调制偏振光的复信号描述方法,在测量系统的全局坐标系下,结合偏振传递参数获得反射调制偏振光的复信号表示。分析了正入射时未镀膜实心(BK7)和空心(Au膜层)角反射器对调制偏振光的偏振响应特性;比较三种常用金属膜层对调制偏振光的保偏性能,并分析角反射器姿态角对保偏特性的影响。计算结果表明:Ag膜层对调制偏振光的保偏性能优于Au膜层和Al膜层;全局坐标系下调制偏振光振幅比受偏摆角影响显著,相位延迟受俯仰角影响显著。研究结果可为偏振调制测距系统的优化设计提供理论指导。
测量 激光测距 偏振响应 调制偏振光 角反射器 
中国激光
2018, 45(12): 1204005
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Laser Measurement Technology, Academy of Opto-Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
In this Letter, we report on a novel architecture for a self-starting mode-locked figure-eight erbium-doped fiber laser using a loss-imbalanced nonlinear optical loop mirror (NOLM) with a bidirectional output coupler. An all-polarization-maintaining structure is adopted. A 2 × 2 optical coupler with a splitting ratio of 50:50 is used at the junction to form an NOLM. Another coupler with a splitting ratio of 10:90 is introduced at one end of the fiber loop. The 10:90 coupler plays two roles: power attenuator and bidirectional output coupler. This architecture can achieve both large modulation depth and good self-starting ability simultaneously. With this architecture, the self-starting mode-locking operation is achieved easily with pump power above the threshold. The clockwise and counter-clockwise mode-locked output powers are 10.1 and 10.3 mW, respectively, with the repetition rate of 3.63 MHz. The spectral bandwidths of the clockwise and counter-clockwise mode-locked output pulses are 7.4 and 2.9 nm, and the corresponding pulse widths of the direct outputs are 530.6 fs and 1.55 ps, respectively.
140.3510 Lasers, fiber 140.4050 Mode-locked lasers 
Chinese Optics Letters
2018, 16(12): 121404
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Laser Measurement Technology, Academy of Opto-Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A self-starting simple structured dual-wavelength passively mode-locked (ML) erbium-doped fiber (EDF) laser is proposed in this Letter. An all-fiber ring cavity is adopted and a transmission-type semiconductor saturable absorber is used as modelocker. In this laser, there are two gain humps located at the 1530 nm region and the 1550 nm region, respectively. Along with the length of EDF increasing, the intensity of the hump at 1530 nm region is gradually suppressed because of the re-absorption of emission by the ground state. With the proper length of EDF, the gain intensities of two regions are very close. When the pump power is above the ML threshold, the self-starting dual-wavelength ML operation is achieved easily without manual adjustment. The two spectral peaks with close intensities are located at 1532 and 1552 nm, respectively. The effect of intracavity dispersion on the output spectrum is also experimentally demonstrated.
140.4050 Mode-locked lasers 140.7090 Ultrafast lasers 
Chinese Optics Letters
2018, 16(3): 031404

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