以同心多尺度成像模式为基础, 结合人眼视网膜凹成像思想, 提出了一种宽视场与双分辨率成像组合的新型同心多尺度成像系统, 在广域视场范围内实现了对关注的感兴趣目标区域的高分辨动态注视。介绍了同心多尺度双分辨率成像系统的工作方式; 使用一个单透镜和一个双胶合透镜为初始结构, 结合二轴微机电系统(MEMS)扫描微镜组合形成光路; 利用ZEMAX光学设计软件, 优化设计了成像波段为0.486~0.656 μm, 在单个分通道视场内(30°)可对关注的小视场区域(6°)高分辨注视跟踪的子成像系统。 对成像系统的像质以及点列图、调制传递函数(MTF)曲线、场曲、畸变曲线进行了评价。结果表明设计的子成像系统在全视场内成像均匀, 接近衍射极限, 场曲和畸变较小, 最大场曲不超过06 mm, 最大畸变小于15%, 能够满足同心多尺度双分辨率成像系统对子成像系统性能的要求。

为了研制小体积、低成本、高分辨率的微型傅里叶变换红外光谱仪, 通过选择电热式微机电系统(MEMS)微镜作为迈克尔逊干涉仪动镜, 在满足了傅里叶光谱仪小型化、便携化的同时, 利用折叠双S型Bimorph驱动结构来实现双倍位移量以确保较高分辨率, 并将分束器外置来进行不同波段的灵活选择, 进而实现全光谱范围的应用。以1 310 nm激光作为参考光光源, 钨灯宽带光作为待测光源信号, 通过信号采集、滤波、插值、光谱恢复步骤完成原始信号采集到光谱信号复原的过程。测试结果表明: 电热式微镜的位移量可达到500 μm, 光谱理论分辨率1 nm, 光谱仪整机尺寸小至62 mm×62 mm×28 mm。测试基线噪声为0.000 04, 基线重复性为0.000 32, 吸光度重复性为0.000 48。性能指标能满足食品安全、药品检测、石油化工等领域的光谱检测应用。

免标记、实时、高灵敏的生物检测是分析生物领域重要的技术。利用光波导模式理论构建生物传感器模型，设计了基于MEMS微镜的小型化生物传感检测系统，测试并分析了MEMS微镜的动态响应特性。通过计算仿真，得到了灵敏度与波导厚度和有效折射率之间的关系。以TE 模式和TM 模式进行葡萄糖溶液检测，实验结果表明，溶液浓度与入射角间呈现出良好的线性关系，灵敏度可达到5 ng/mL，相比传统的免疫学检测方法具有较高灵敏度。该方法由于检测系统体积小、结构简单、无标记，可实现原位检测，避免了对蛋白质活性的破坏，是一种具有较大潜力的蛋白质无标记光学检测方法。