1 长江大学物理与光电工程学院, 湖北 荆州 434023
2 中南大学物理与电子学院, 湖南 长沙 410083
基于Thue-Morse非周期数学序列设计了一种新型衍射光子学元件——Thue-Morse多焦点涡旋透镜。与菲涅耳涡旋透镜相比,该类型透镜沿轴向具有多个聚焦涡旋且对称位置处的聚焦涡旋具有同等强度。理论与实验证明,Thue-Morse涡旋透镜具有独特的光学性质。该类型透镜可以产生涡旋光束阵列,实现多平面金属微粒、低折射率介质微粒等的束缚,在微纳光学领域具有潜在的应用价值。
衍射 Thue-Morse涡旋透镜 Thue-Morse序列 衍射特性 衍射光学元件 光学学报
2018, 38(11): 1105001
1 中南大学物理与电子学院, 湖南 长沙 410083
2 长江大学物理与光电工程学院, 湖北 荆州 434023
3 中南大学超微结构与超快过程湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410083
斐波那契波带片(FiZP)在焦平面上有两个不同的主焦点且具有独特的自恢复特性,因此FiZP光束能够在不同平面同时捕获微粒,同时对微粒实现焦平面上的自由移动。仿真分析了FiZP的构成与轴向强度,利用液晶空间光调制器、倒置光学显微镜以及光学元件组合搭建实验平台,对微粒进行三维捕获。实验验证了FiZP光束具有三维光学捕获特性,并可用于构建三维光镊,实现复杂的捕获功能。
光电子学 三维光镊 斐波那契波带片(FiZP) 自恢复特性 双焦点 光学学报
2017, 37(10): 1035001
1 中南大学 物理与电子学院, 湖南 长沙 410083
2 中南大学 物理与电子学院 超微超快过程湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410083
基于核(金属)/壳(介质)微球的单光束梯度阱模型, 计算了外面包覆较厚聚苯乙烯的铜微球在聚焦光场中的轴向散射力、梯度力以及合力, 分析了表面被高度氧化的铜微球的轴向捕获力。不同于纯金属米氏粒子, 外层包覆较厚介质材料的金属粒子在聚焦光场中容易被捕获但不能被捕获在聚焦光束的高强度区域。光学微操作实验显示: 高度氧化的铜微球能被聚焦的高斯光束捕获并可以在平面内移动。理论和实验结果便于研究核壳结构金属微粒的光学特性, 进一步拓展了光镊技术的应用范围。
单光束梯度阱 微球 光学捕获 single-beam gradient trap microsphere optical trapping 红外与激光工程
2016, 45(6): 0621002
1 中南大学物理与电子学院, 湖南 长沙 410083
2 中南大学超微结构与超快过程湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410083
实验验证了一种利用幂指数相位涡旋光束（PEPV）操控微粒的方法。该方法基于幂指数相位涡旋光束理论，产生不同拓扑荷数与方位角幂指数大于1的涡旋光场的相位全息图，并将该全息片经计算机输入到空间光调制器(SLM)上用于调制入射激光光束。利用透镜对被调制光束进行傅里叶变换，利用光阑在频域对衍射光斑进行筛选和过滤，并利用倒置高倍光学显微镜将光束成像于载物台样品上。利用该幂指数相位涡旋光束对微米级粒子实现了定向光学输运。研究结果表明，该光束在粒子的定向输送与收集方面有独特的功能，将进一步拓展光学涡旋光束的实际应用范围。
光学设计 光学涡旋 衍射 空间光调制器 全息光镊 光学学报
2014, 34(11): 1109001
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 天津市森特尔新技术有限公司， 天津 30019
基于国内惯性约束聚变实验精密化需求，开展了可见光CCD机械快门特性研究的分解实验，定量表征了机械快门的时间特性，不仅为物理实验参数设置提供了依据，也对信号强度不确定度的定量分析提供了基准数据。另外根据物理实验的实时控制需求，设计开发了一套机械快门状态检测系统，它能及时快速反馈快门运转情况，提高了实验的可靠性。
科学级CCD 机械快门 电子学特性 状态检测系统 scientific CCD mechanical shutter electric properties real-time checking system 强激光与粒子束
2012, 24(10): 2360
1 中南大学物理科学与技术学院, 湖南 长沙 410083
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
在惯性约束聚变（ICF）实验研究中，科学级CCD常和光谱仪、条纹相机等诊断设备组合进行冲击波等物理过程的时间、空间方面的诊断研究。非线性作为CCD一个非常重要的性能参数，在实验的后处理过程中有着相当重要的作用，实验分别采取固定曝光时间，改变光源的出射功率密度、固定光源的输出功率密度和改变CCD的曝光时间两种方案对TEK 512×512DB CCD 的非线性特性进行测试，计算得到两种实验方案下该CCD的非线性度分别为0.595%和0.508%，并通过对各种因素的评估得到第一种标定方案为最佳，为科学级CCD的性能参数自动测试平台的建立提供参考。
测量 科学级CCD 条纹相机 非线性
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川, 绵阳 621900
2 中南大学物理科学与技术学院, 湖南 长沙 410083
暗电流在科学级电荷耦合器件(CCD)长时间曝光测试实验中是主要的噪声之一。实验测试了暗电流信号平均计数随曝光时间的变化关系，并经过计算得出-10 ℃和-20 ℃下暗电流分别为2.43 ADU/(s·pixel)和0.4854 ADU/(s·pixel),同时测试了暗电流随CCD制冷温度的变化特性，结果显示暗电流随温度类似指数函数形式变化。由于CCD机械快门的时间响应特性对科学级光学CCD的短时曝光计数的影响比较大，实验测试了CCD平均计数和曝光时间的关系，得出实验所用的TEK 512 pixel×512 pixel DB CCD的机械快门在18 ms时能够完全打开。
光学器件 科学级电荷耦合器件 机械快门 暗电流 时间响应
