芦溪高压电瓷电气研究院有限公司, 萍乡 337200
电瓷材料的组成和结构是决定其性能的两个本质因素。本文系统研究了三种典型直流特高压(UHVDC)用工业氧化铝电瓷在组成、结构和力学性能方面存在的差异, 并分析了原因。结果表明, 与日本碍子株式会社(NGK)的瓷件相比, 国内两个厂家在瓷件配方中加入了更多的煅烧工业氧化铝、更少的钾长石和石英, 并且没有根据配方适当提高烧结温度, 因此国内两厂家瓷件表现出如下特点: 1)Al2O3质量含量分别为47.22%和45.24%, 比NGK高7.31%和5.33%, SiO2质量含量分别为46.32%和48.44%, 比NGK低7.09%和4.97%、K2O+Na2O总质量分别为3.21%和3.14%, 比NGK低0.41%和0.48%; 2)真气孔率分别为5.24%和4.18%, 比NGK低3.46%和4.52%, 内部气孔以5 μm以下的小气孔为主, 孔径普遍更小, 存在较多扁平、细长、裂纹状的异形气孔, 以及环绕颗粒周边的环状气孔和裂纹; 3)内部总晶相含量分别为48.10%和49.04%, 比NGK高近10%, 其中刚玉相高10%,石英相高4%,莫来石相少4%, 莫来石相更细更短、交联程度更低; 4)瓷件头部试条三点弯曲强度平均值分别为155和158 MPa, 比NGK高, 但是国内两厂家瓷件的强度分散性更大。
氧化铝 电瓷 直流特高压 组成 微观结构 力学性能 alumina insulator UHVDC composition microstructure mechanical property
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在配方和原料一定的情况下，高铝瓷的组成、结构与性能在很大程度上取决于烧成制度。本文系统研究了高铝瓷物相组成、微观结构和力学性能随烧成温度的变化，并分析了原因。结果表明，随着烧成温度从1 160 ℃升高到1 310 ℃，瓷件中发生熔解的刚玉和石英颗粒增加，内部刚玉相含量从3785%（质量分数，下同）下降到3502%，石英相含量从760%下降到194%，熔解的刚玉和部分石英以莫来石形式析出，瓷件内部莫来石含量从749%升高到1141%。随着烧成温度从1 160 ℃升高到1 280 ℃，瓷件内部玻璃相含量从4706%提高到5163%，瓷件真气孔率从1250%下降到559%，但是当烧成温度达到1 310 ℃时，瓷件过烧，内部真气孔率增加到699%。当烧成温度为1 160 ℃时，瓷件生烧，存在开口气孔，瓷件弯曲强度仅151 MPa；当烧成温度增加到1 190 ℃，弯曲强度达最大值181 MPa；随着烧成温度继续升高到1 310 ℃，瓷件内部总晶相含量从5294%下降到4837%，瓷件内部起弥散增强作用的晶相颗粒减少，瓷件强度从181 MPa逐渐降至158 MPa。这些研究结果对优化高铝瓷的配方、烧成制度及材料性能都有重要的参考意义。
高铝瓷 烧成温度 物相组成 微观结构 力学性能 弥散增强 high alumina porcelain sintering temperature phase composition microstructure mechanical property dispersion strengthening
高等学校实验教学承担着培养学生实践能力、创新能力和综合素质的重要任务。传统的实验教学模式在实验内容设置和安排上缺乏对学生自主研究、深度参与及提高综合能力的考虑,因而不利于学生个性和创新精神的养成。以《光电仪器电子学实验》课程为例提出了线上线下双反馈一体化的混合式实验教学模式。通过线上线下双反馈一体化的实验教学模式,可以形成一个发现问题、及时反馈、调整实验教学方案、跟踪评价并持续改进的闭环教育过程,有效提高学生学习的自主性、积极性,提高学习效果。
混合教学模式 电子学实验 实验教学 blended teaching electronics experiment learning effect
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System of Ministry of Education of China, School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Polarization aberration of hyper-numerical-aperture projection optics should be measured accurately in order to control it exactly and ensure favorable imaging performance. A hybrid calibration method combining the Fourier analysis method and the eigenvalue calibration method is proposed. A wide-view-angle Mueller polarimeter (WMP) is exemplified to demonstrate the capability of the proposed calibration method, which can calibrate the polarimeter and determine the error budget of polarizing elements in the polarimeter. In addition, an experimental setup and a WMP are developed in-house to implement the hybrid calibration method.
polarimetric imaging measurement calibration Chinese Optics Letters
2020, 18(8): 081202
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
高分辨率需求牵引极紫外光刻(EUVL)投影物镜向高数值孔径(NA)、自由曲面设计形式发展。传统的非球面EUVL物镜设计难以在高数值孔径下兼顾校正像差的需求, 往往造成遮拦, 破坏成像对比度。提出了一种高NA无遮拦自由曲面EUVL物镜设计方法。依据物镜形态参数判别引入自由曲面的最佳位置, 能够有效校正系统像差, 在不影响成像性能的情况下增大系统NA。应用该方法设计了一套高NA自由曲面EUVL投影物镜(PO)。与初始非球面物镜相比, 通过增加四面自由曲面, 将物镜数值孔径从0.3增大至0.35, 波像差均方根(RMS)值从1 nm减小至0.4 nm, 整个系统光路无遮拦。设计结果表明: 该方法有效提高了自由曲面EUVL物镜设计效率, 在不产生遮拦的情况下, 不但增大了系统NA且减小了系统波像差, 提高了物镜整体性能。
物镜系统设计 几何光学设计 自由曲面 极紫外 lens system design geometric optical design freeform surface extreme ultraviolet 红外与激光工程
2019, 48(8): 0814002
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Photoelectron Imaging Technology and System of the Ministry of Education, School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
We have proposed and developed a design method of a freeform surfaces (FFSs) based hyper-numerical-aperture deep ultraviolet (DUV) projection objective (PO) with low aberration. With an aspheric initial configuration, lens-form parameters were used to determine the best position to remove elements and insert FFSs. The designed FFSs PO reduced two elements without increasing the total thickness of the glass materials. Compared with aspheric initial configuration, the wavefront error of the FFSs PO decreased from 0.006λ to 0.005λ, the distortion reduced from 1 to 0.5 nm, and the aspheric departure decreased from 1.7 to 1.35 mm. The results show that the design method of the FFSs PO is efficient and has improved the imaging performance of PO. The design method of FFSs PO provides potential solutions for DUV lithography with low aberrations at 10–5 nm nodes.
080.2740 Geometric optical design 080.2468 First-order optics 120.4820 Optical systems Chinese Optics Letters
2018, 16(3): 030801
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
Mueller矩阵成像法可用于获取生物组织的微观结构信息, 在组织早期癌变的诊断中发挥着重要作用。采用不同的成像方式得到的结果往往具有很大的差异。为了保证Mueller矩阵成像法对组织癌变诊断结果的可靠性, 需要明确成像方式不同对检测结果的影响。建立了正常和癌变上皮组织散射模型, 利用Monte Carlo仿真法对比研究了癌变对上皮组织前向和后向散射特性的影响。仿真结果表明, 采用前向散射成像方式时, 去偏参量对组织状态的改变比较敏感, 但去偏参量随组织癌变的发展并非单调变化; 而采用后向散射成像方式时, 相位延迟参量随组织状态的改变有显著变化, 且相位延迟随组织癌变的发展单调减小。
生物光学 癌症 光散射 穆勒矩阵 biological optics cancer light scattering Mueller matrix
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
组织模型在组织成像机理及光学疾病诊断技术的研究和改进中发挥着重要作用。然而上皮组织细胞中不仅包含球形散射体, 往往还包含椭球形散射体。目前对包含椭球散射体的上皮组织模型的研究还鲜有报道。建立了上皮组织的球-旋转椭球散射模型, 利用Monte Carlo算法仿真分析了模型参数的变化对前向散射光强分布及穆勒矩阵极分解参量的影响。结果表明, 旋转椭球散射系数、体积和长短轴比的增大均会导致组织模型的去偏作用增强, 其中散射系数对去偏的影响最显著; 各向异性分布的旋转椭球具有相位延迟作用, 且相位延迟随椭球散射系数及长短轴比的增大而增大, 随椭球体积的增大而减小。该研究对早期癌变诊断技术的研究具有一定指导意义。
组织模型 光散射 穆勒矩阵 tissue model light scattering Mueller matrix Monte Carlo Monte Carlo 红外与激光工程
2018, 47(2): 0217004
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and Systems, Ministry of Education of China, School of Optoelectronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
A grating is an important element of a phase-shifting point diffraction interferometer, and the grating constant and duty cycle have a great impact on the interferometer, so the design of a grating becomes significant. In order to measure the projection objective with a numerical aperture of 0.2, we present a joint optimization method of a pinhole and grating based on scalar diffraction and the finite difference time domain method. The grating constant and the film thickness are selected, and the duty cycle of the grating is optimized. The results show that in the grating processing the material chromium is adopted, the thickness is 200 nm, and the grating constant is 15 μm. When the duty cycle is 55%, the interference fringe contrast is the greatest. The feasibility of the design result is further verified by experiment.
120.3180 Interferometry 120.4640 Optical instruments 260.1960 Diffraction theory Chinese Optics Letters
2017, 15(10): 101203
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
Mueller 矩阵成像偏振仪是测量材料和器件偏振特性的重要仪器，也是测量浸没光刻机偏振像差的检测仪器，该偏振仪由偏振态产生器和偏振态分析器组成。其组成中的λ/4 波片相位延迟量误差及其快轴方位角误差与偏振片透光轴的方位角误差是影响Mueller 矩阵成像偏振仪测量精度的主要误差源。通过对本课题组研制的Mueller 矩阵成像偏振仪中5 个主要误差因素进行标定和补偿，显著提高了其测量精度。利用傅里叶分析法获得各项傅里叶系数，并根据各个误差与傅里叶系数的关系，实现了这些误差的标定，即达到对Mueller 矩阵成像偏振仪误差标定的目的。根据标定出的误差大小对Mueller 矩阵成像偏振仪进行了补偿。实验结果表明，通过对器件参数误差标定和补偿，Mueller 矩阵成像偏振仪的测量精度由0.2015 提高到0.1051，提高了47.84%。最后用该Mueller 矩阵成像偏振仪对一个物镜系统的偏振像差进行了测量，重复测量精度达到了1.1%。
测量 Mueller 矩阵成像偏振仪 标定 旋转波片法 傅里叶分析法 激光与光电子学进展
2016, 53(2): 021202
