1 北京信息科技大学 光电测试技术与仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
微创手术软体操作臂是微创外科和机器人领域的科学前沿和研究热点，对提升微创手术水平至关重要。现有视觉、电子和光电等传感方法尚未解决软体操作臂的状态测量问题，以直线型布设在软体操作臂中的光纤传感器，在柔性操作臂伸展和弯曲等运动时存在易断裂和可重复性差等问题，未能实现手术操作臂的闭环控制，限制了其手术应用。为此，提出了一种基于螺旋型光纤传感的软体操作臂状态测量方法，并对其传感特性进行了研究。不同于直线布设光纤的传感方法，螺旋型布设光纤的传感方法可以实现可伸缩软体操作臂的测量，防止光纤在软体操作臂中的错位，满足可伸缩弯曲软体操作臂的测量需求。通过理论分析气动驱动软体操作臂伸缩和弯曲的运动特性，利用光纤上刻写的布拉格光栅传感点，建立软体操作臂中螺旋型光纤光栅的传感模型，推导出光纤光栅中心波长漂移量和软体操作臂弯曲曲率之间的关系。最后，为了验证螺旋型光纤光栅在软体操作臂中的传感性能，对其传感灵敏度和稳定性等进行了实验测试。实验结果表明：提出的螺旋型光纤传感方法可实现操作臂伸长10%、弯曲角度达到180°时的状态测量，且操作臂理论弯曲角度和光纤传感的误差最大为9%，传感灵敏度可达12.55 pm/(°)，满足软体操作臂伸缩和各向弯曲操作时的测量需求。
光纤传感 可伸缩螺旋型 软体操作臂 状态测量 optical fiber sensing stretchable helical structure soft manipulator state measurement 红外与激光工程
2020, 49(11): 20200276
1 郑州大学，物理工程学院，河南 郑州 450001
2 中国农业大学，食品科学与营养工程学院，北京 100083
生命体中大部分生物分子都具有手性。生物分子的手性构象与等离激元纳米晶的局域表面等离激元共振(LSPR)通过偶极子-偶极子耦合作用，在其LSPR的位置会诱导出一个新的圆二色吸收光谱，具有这种光学活性的等离激元纳米晶称为手性等离激元纳米晶。手性等离激元纳米晶的光学响应信号的稳定性和可重复性都比较高，广泛应用在生物传感、化学传感、圆偏振器、光催化、癌症治疗等领域。手性等离激元纳米晶的制备技术一直是该领域的研究热点。然而，通过将手性分子直接吸附在等离激元纳米晶表面的方式所诱导的手性光学响应信号非常弱，故本综述聚焦于手性等离激元纳米晶的其他制备技术，包括通过手性分子或者软模板组装技术获得手性等离激元超结构；湿化学法将手性分子嵌入到单个纳米晶当中制备出核-壳型手性等离激元纳米晶，或者将手性分子的手性构象传递到无机纳米材料的结构当中制备出单个螺旋型手性等离激元纳米晶等。基于目前对手性等离激元纳米晶的最新研究进展，对其纳米制备技术作了进一步的总结和展望。
手性等离激元纳米晶 分子/软模板组装 核-壳型手性等离激元纳米晶 螺旋型手性等离激元纳米晶 手性光学活性 Chiral plasmonic nanocrystals Molecular/soft template assembly Core-shell chiral plasmonic nanocrystals Helical chiral plasmonic nanocrystals Chiroptical activity
1 太原科技大学应用科学学院物理系, 山西 太原 030024
2 华东师范大学精密光谱学国家重点实验室, 上海 200062
随着社会经济的高速发展, 环境污染和生态破坏日益严重, 突发性环境污染时有发生。 利用光谱技术测量有害气体的浓度, 可以对空气进行实时监测。 在弱吸收条件下, 利用多次反射池可以增加有效光程, 从而提高吸收光谱的探测灵敏度。 基于Herriott型多光程池的结构, 提出了一种紧凑型多光程池。 该光学器件由多个圆环形凹面反射镜螺旋封闭构成, 入射光沿着环形镜的径向和轴向同时传播, 形成有规律的放射状分布, 光线在吸收池中的反射轨迹呈螺旋路径, 光斑呈螺旋形分布。 实现了入射光和出射光的分离, 从而增加了光路的可调空间。 由于吸收池中的反射次数与螺旋的圈数成正比, 可以根据实际需要选择合适的光程。 另外, 该反射池的主体是一个圆筒, 具有稳定的机械性能和一定的抗震性。 利用ABCD矩阵变换分析了系统的稳定性, 通过模拟发现光束通过透镜后, 焦点会聚在圆筒中心附近, 能使入射光斑在池中收敛, 并讨论了反射次数与螺旋圈数的关系。 还研究了在不同入射角条件下的旋光特性, 发现线偏振光的旋转角度与入射角度成正比。 当入射角相同时, 旋转角度随着反射次数的增加而增大。
Herriott多光程池 螺旋型 ABCD矩阵 旋光性 Herriott multipass cell Spiral type ABCD matrix Optical rotation 光谱学与光谱分析
2016, 36(4): 1051
空军工程大学等离子体动力学重点实验室, 陕西 西安 710038
ICP反应室或ICP质谱仪不同,ICP在用于衰减微波时,其腔体采用全密封石英结构,同时缺少静电屏蔽、金属衬底和磁场约束等条件,研究其内部电子密度等参数的分布对于等离子体局部隐身技术具有重要意义.利用光谱分析法,对两种典型ICP源(螺旋型和盘香型)在密闭石英立方体腔内H模式下稳定放电的电子密度分布展开了对比试验研究.使用Ar离子谱中476.45 nm谱线相对光谱强度变化研究了不同型ICP源的E—H模式跳变和功率耦合效率,通过非H谱线(Ar)的Stark展宽法,诊断了两种源的天线垂直平面上的二维电子密度分布.实验发现ICP在H模下的电子密度分布受交变磁场产生的趋肤电流影响较大,趋肤深度随着放电功率的增大而减小,同时主等离子体区域体积缩小、电子密度增加,在天线的垂直面上,螺旋型源ICP电子密度呈中心轴对称型分布,盘香型源ICP呈双峰型分布.功率耦合效率受源天线形状及其容性耦合效应影响较大,光谱相对强度显示螺旋型源的功率耦合效率低于盘香型源.通过该实验方法,可以在石英立方腔体内得到最高电子密度范围为1.4×1017～2.5×1017 m-3的螺旋型ICP源和范围1.8×1017～3.0×1017 m-3的盘香型ICP源.
等离子体隐身 盘香型 螺旋型 发射光谱 电子密度 Plasma stealth Spiral-type Planar-type ICP ICP Emission spectrum Electron density 光谱学与光谱分析
2015, 35(5): 1383
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院微电子所, 北京 100029
提出了一种计算螺旋型波带片聚焦特性的方法。从衍射积分理论出发对螺旋型波带片的聚集特性进行了理论计算，推导出了级数形式的解析解，获得了螺旋型波带片“空心”焦点的场强分布。利用螺旋型波带片的聚焦特性，对其成像进行了数值模拟和理论分析。理论分析表明螺旋型波带片的空间分辨率与其“空心”焦点的环宽有关。通过验证实验证明理论分析与实验测试一致，为螺旋型波带片成像理论和模拟计算提供了一种有效手段。
衍射 螺旋型波带片 聚焦特性 空间分辨率
中国科学技术大学 国家同步辐射实验室，安徽 合肥230029
对合肥国家同步辐射实验室(NSRL)引进、装备的螺旋型电磁波荡器进行了改造和性能研究，该螺旋型电磁波荡器被插入电子储存环的直线段，来产生高通量圆偏振相干光，提供一条真空紫外光束线，用于燃烧科学研究。基于NSRL改造后的光源参数，分析其同步辐射偏振特性，计算了该波荡器辐射出的总功率和功率密度分布，以及受其直接辐照的光束线前置环面镜的热载、温度场和由此导致的光学镜面面形误差。研究结果表明，在燃烧实验要求的光子能量范围内，聚焦镜在光束照射镜面内的热变形都不超过2 μm，最大面形误差约为1 μrad，能满足实验要求.
螺旋型波荡器 前置聚焦镜 功率密度 热分析 面形误差 helical undulator premirror power density thermal analysis slope error 光学 精密工程
2011, 19(11): 2623
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
2 中国科学院 微电子研究所， 北京 100029
为了提高对等离子体内界面区域的诊断精度，研究了利用螺旋型波带片实现边缘增强成像的技术。制作了用于可见光波段的一阶螺旋型波带片，最外环宽度3 μm。利用螺旋型波带片对振幅式物体进行了边缘增强成像，实验获得了成像物体内边界区域的清晰图像，界面区域的成像强度得到很大增强。通过实验测量发现，当物距在菲涅耳衍射区域内时，螺旋型波带片也能够获取较好的成像质量，表明螺旋型波带片具有较大的视场角，能够对大尺度物体进行边缘成像。基于螺旋型波带片的边缘增强成像可以弥补传统成像方式对界面区域成像的不足，提高对等离子体内界面区域的诊断能力。
图像边缘增强 螺旋型波带片 径向希尔伯特变换 空间滤波 edge enhancement imaging spiral zone plate radial Hilbert transform spatial filtering
基于电流和磁扩散方程,讨论了螺旋型爆磁压缩脉冲发生器(MFCG) 中的电阻与磁通损耗问题,将相关的接触电阻模型、欧姆电阻的趋肤效应与邻近效应模型具体应用到2维爆轰磁流体力学程序MFCG-Ⅳ中,进一步完善了程序的物理功能。并选用美国德克萨斯理工大学简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器的实验结果对新增模块进行了考证,计算结果符合物理规律,且与实验测量吻合较好。
螺旋型爆磁压缩发生器 欧姆电阻 接触电阻 磁通损失 趋肤效应 邻近效应 helical magnetic flux compression generator ohmic resistance contact resistance flux loss skin effect neighboring interaction effect
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
2 中国科学院微电子研究所,北京 100029
研究了螺旋型波带片的成像特性。螺旋型波带片是一种新型成像元件,能够实现光学希尔伯特变换,获取边缘增强图像。采用快速傅里叶变换算法对螺旋型波带片的成像进行了数值模拟,分析了其成像特性并实验进行验证。通常螺旋型波带片作为空间滤波器要求物距满足夫琅禾费(Fraunhofer)衍射条件,理论计算表明在某些菲涅耳(Fresnel)衍射区域内螺旋型波带片仍可获得良好的成像效果,因此螺旋型波带片的实际视场比根据夫琅禾费衍射条件限定的视场要大。实验结果与数值模拟的吻合很好。因此利用快速傅里叶变换算法对螺旋型波带片成像质量模拟可以有效评估成像质量,对螺旋波带片显微镜的设计有重要的指导意义。
傅里叶光学 螺旋型波带片 希尔伯特变换 边缘增强 空间滤波
基于任意拉氏-欧拉方法的2维磁流体力学程序APMFCG被用于简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器动力学过程的模拟,给出了德克萨斯技术大学简单绕制的爆磁压缩发生器数值计算结果,输出电流和线圈电感的模拟结果与实验测量基本吻合.该程序也用于研究由于种子电流的不同所导致的欧姆电阻非线性效应对爆磁压缩过程的影响,实验结果证明了该程序计算的可靠性.
螺旋型爆磁压缩发生器 磁流体力学程序 电流放大 磁通损失 种子电流
