奚邦朝 1,2,3,4杨佳羽 1,2,3,4黄绍磊 1,2,3,4戴皓正 1,2,3,4[ ... ]张东旭 1,2,3,4,*
1 厦门大学公共卫生学院，福建 厦门 361102
2 分子疫苗学和分子诊断学国家重点实验室（厦门大学），福建 厦门 361102
3 国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心（厦门大学），福建 厦门 361102
4 国家药品监督管理局传染性疾病检测技术研究与评价重点实验室，福建 厦门 361102
随着医学检验对核酸检测技术要求的不断提高，现场检测（POCT）已经成为该领域的研究重点和难点。为了规避目前使用的POCT核酸检测仪器的缺点，构建了一种直轴型多通道光学检测系统，兼顾实现了多通道核酸实时荧光检测与即地即检。首先，基于正交式几何关系搭建了光路；然后，设计了一种新的直轴型多通道集成与切换装置以实现多个荧光检测通道的实时切换；最后，通过仿真验证了光路设计的有效性，并将本系统集成于自主设计的聚合酶链式反应装置上，以新型冠状病毒标准品进行了实时荧光检测实验。实验结果显示：本系统的变异系数最小可达0.02%；通道分辨率最低可达0.49 ，且没有通道串扰。同时，拥有良好的现场检测能力，可以配合仪器完成“样本进、结果出”的现场检测，为核酸POCT的多通道实时荧光检测提供了一种新思路。
医用光学与生物技术 核酸现场检测 光路设计 多通道光学检测 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1722001
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室， 上海 200093
为了提高高端探测器的利用率与增强拉曼光谱仪同时对不同物质检测的适用性，将多个波长激发的拉曼光谱仪集成设计成为一个光谱仪，将具有重要的应用价值。提出了一种基于CT结构双波长（532nm和785nm）激发的双通道拉曼光谱仪设计方法。所采用的这种设计方法基于探测器的工作特点为实现双光路结构同时工作创造了条件，从而最大程度的增加了光谱测量范围，同时该方法也实现了对探测器的有效感光面像元的充分利用并且最大程度地实现了高光谱分辨率。优化结果表明对于532nm的激发波长，分辨率为5cm-1、光谱范围达到80~4200cm-1；对于785nm的激发波长，分辨率为3cm-1、光谱范围达到200~2300cm-1。
双激发波长 双光路光谱仪 拉曼光谱仪 集成设计 光谱仪光路设计 dual excitation wavelength dual optical path spectrometer raman spectrometer integration design spectrometer light path design
南京理工大学 电子工程与光电技术学院，南京 210094
为了解决波像差检测中红外检测装置成本过高的问题，提出了一种单探测器红外菲索干涉仪光路设计方法，实现干涉图和对点成像共享同一近红外探测器与系统全部光学元件的货架商品化。基于菲索干涉原理，依据工作波长1 310 nm的近红外光纤激光器和12.8 mm×10.24 mm靶面的近红外探测器选型，结合20 mm口径的测量孔径需求，确立了干涉成像光路的垂轴放大率为1/2，对点成像光路的视场角为±1.2°。结合激光器0.14的数值孔径，确定准直光路的光圈数（F数）需大于3.54。首先计算准直光路、干涉成像光路和对点成像光路的共轭关系确定成像元件的基本参数，选择以索雷博在近红外波段的胶合透镜作为光学元件，考虑单镜组校正像差能力较差的情况，采用双透镜组的方式构建了准直镜和成像镜。然后通过分光镜和反射镜构成折叠光路结构，利用分光镜对光束的分束与合束，以及在对点光路中合理选择中继镜，实现干涉成像光路和对点成像光路对单探测器的共享。最终设计的干涉仪有效口径为20 mm，测量重复性优于/100，在保证波像差检测精度与口径的要求同时有力地控制了研制的成本。
光学设计 单探测器菲索型干涉仪 光路设计 近红外 经济成本 Optical design Single detector Fizeau interferometer Optical path design Near infrared Economic cost 强激光与粒子束
2021, 33(8): 084002
西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121
随着光谱技术的发展，多光谱相机在农业、医疗、机器视觉、遥感探测等领域都得到了广泛的应用。提出一款小型化四通道可见光波段的多光谱相机，尺寸为107 mm×110 mm×74 mm，质量1 043 g，适合搭载在小型化无人机上进行遥感探测。相机系统采用棱镜分光光路设计方案，避免光程差和光轴偏移；设计开发的四通道可见光多光谱相机，采用一个FPGA控制器同时驱动4个图像传感器，实现4个通道像素级同步采集，曝光完全一致。实验结果显示：在红、绿、蓝3个特定波段及全波段相机可实时输出图像，既可输出某个特定波段图像(60 fps)，也可同时输出4个波段图像（15 fps），有利于多波段图像同步采集，以及多光谱图像融合的研究。
多光谱相机 小型化 光路设计 同步采集 multi-spectral camera miniaturization optical path design synchronous acquisition
1 东北石油大学 土木建筑工程学院，黑龙江 大庆 163318
2 东北石油大学 电子科学学院，黑龙江 大庆 163318
3 杭州市特种设备检测研究院，浙江 杭州 310000
注多元热流体组分含量的在线检测对调控稠油采收率有重要影响。阐述了多元热流体原位检测的长光程光路设计，研究了光束发散角对检测系统接收效率的影响，定量分析了注气管道高温内壁的杂散辐射强度，利用蒙特卡洛光线追迹法验证了离轴接收系统杂光抑制结构的有效性。结果表明，反射镜镀膜为银膜，光学窗口材料为熔融石英，多次反射结构的最佳反射次数为42次，有效吸收光程为220 cm；系统接收效率随发射光束发散角增大而减小，当发散角控制在1.8 mrad内，光学接收效率大于40%；在杂光入射离轴角为5°时，系统PST仅为5.66×10-8，当离轴角大于10°时，PST维持在10-14数量级以下，可有效抑制高温注气内壁对系统信号接收的干扰。
多元热流体 光路设计 多次反射 杂散辐射抑制 multiple thermal fluids optical path design multiple reflections stray radiation suppression PST PST
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
光纤法布里-珀罗(F-P)传感器被广泛应用于航空发动机的检测中。偏振互相关解调法是最常用的F-P腔长解调方法。在偏振互相关解调系统中, 光学系统的轴向色差会引起零级干涉条纹的偏移和光强的减小, 从而降低解调精度并减小信号幅值, 因此分析了光学系统的轴向色差对解调的影响。为了减小光学系统的轴向色差对解调的影响, 设计了一种应用于偏振互相关解调仪的复消色差光学系统。该光学系统在光楔长度方向上的轴向色差为1.9×10-4 m-1, 最大光程差为0.021λ0(λ0为中心波长), 光程差远小于F-P腔长。对于特定的解调系统, 采用复消色差光路时, 零级干涉条纹的测量值偏移量为2.85 μm, 小于CCD像素宽度的一半, 并且CCD任意像素的光照度提高了3.75倍。
光纤光学 光路设计 复消色差 光纤法布里-珀罗传感器 中国激光
2017, 44(12): 1206005
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
在扫描干涉场曝光(SBIL)系统中, 曝光光斑尺寸对干涉条纹的拼接精度、光栅制作效率及干涉场质量有着十分重要的影响。为获取合理的曝光光斑尺寸, 基于高斯光束的传输规律及扫描拼接数学模型进行了数值模拟,讨论了曝光光斑尺寸对干涉条纹的非线性误差、刻线拼接误差和曝光对比度的影响。结果表明: 小尺寸曝光光斑比大尺寸曝光光斑更有利于控制干涉条纹的非线性误差; 由于存在周期测量误差, 小尺寸曝光光斑有利于减小拼接后的刻线误差并提高曝光对比度。针对SBIL系统设计了曝光光路, 并对所设计的光路进行了优化。对干涉场左右光斑形貌及干涉条纹相位的非线性误差进行了测量, 结果表明: 曝光光斑的束腰半径约为0.9 mm, 干涉条纹相位的非线性误差峰谷值为21.8 nm。
光栅 扫描干涉场曝光系统 高斯光束 光斑尺寸 光路设计
在星光制导的空间飞行器中, 为准确确定空间方位信息, 提高导航系统的精度, 对星跟踪器光学镜头设计提出很高的要求。针对精度要求, 设计了一种新型星跟踪器的光学镜头, 系统地阐述了星跟踪器的工作原理, 通过光学设计及相差分析, 使光学系统的畸变小于0.2％、轴向球差小于0.1,该设计满足用户对高精度天文导航系统的需求。
星跟踪器 远心光路设计 光学系统设计 ZEMAX优化 star tracker telecentric beam path design optical lens design ZEMAX optimization
1 闽江学院 电子系, 福州 350000
2 福建师范大学 物理系, 福州 350000
在光注入电子自旋包的不同位置进行时间分辨的泵浦-探测实验时,发现电子自旋信息的退化率不同.揭示了电子自旋扩散对准确测量电子自旋弛豫时间的影响, 获得了自旋输运动力学方程的解.对该解进行研究发现, 电子自旋扩散对电子自旋弛豫时间测量值的影响可以归结为两个含时间的因子, 其中一个因子与泵浦光斑中心和探测光斑中心的距离有关, 另一个因子与泵浦光斑尺寸有关.提出了自旋弛豫时间测量实验中消除扩散影响的条件：1)泵浦光斑和探测光斑中心重叠；2)泵浦光斑尺寸足够大.结果表明, 泵浦光斑尺寸越大, 探测光斑中心越接近于泵浦光斑的中心, 则扩散对自旋弛豫时间测量值所造成的影响就越小.
泵浦-探测光谱 电子自旋扩散 电子自旋弛豫时间测量 自旋弛豫实验光路设计 Pump-probe spectroscopy Spin diffusion of the electron Measurement of electron spin relaxation time Design of experiments to measure the electron spin
