期刊基本信息
创刊:
1981年 • 半月刊
名称:
光学学报
英文:
Acta Optica Sinica
主管单位:
中国科协
主办单位:
中国科学院上海光机所
中国光学学会
中国光学学会
出版单位:
中国激光杂志社
主编:
龚旗煌
执行主编:
赵建林
副主编:
邵建达 刘文清 华灯鑫 张旭苹 刘辉
ISSN:
0253-2239
刊号:
CN 31-1252/O4
电话:
021-69916837
邮箱:
地址:
上海市嘉定区清河路390号
邮编:
201800
定价:
150元/期
本期栏目 2007, 27(1)
光学学报 第27卷 第1期
采用一种特殊的二次光栅用于激光波前测量, 它对非零级衍射光束具有不同的聚焦效应, 其光栅线为圆弧型而非直线。导出了在会聚光束情况下的两平面成像在单一像平面上的距离关系, 实验上实现了二次光栅用于会聚光束的波前测量, 测量得到会聚光束具有较大的散焦(-2.93λ)和球差(1.34λ), 与该透镜引起波前的离焦像差理论理想值(-2.695λ)基本符合。该技术可以实现波前的高空间分辨力和高精度实时测量, 大大减少光学元件数量, 降低装置成本。由于大功率激光束的不稳定性, 其波前变化非常快, 所以该方法的实时性非常适合于这种波前变化的测量。
衍射与光栅 二次光栅 波前测量 泽尼克系数 随着相位编解码器关键技术的突破, 精确分析相位编码光码分多址(OCDMA)系统误码率性能显得十分必要。为了精确分析相位编码光码分多址系统误码率性能, 提出了一种基于判决变量的矩母函数和鞍点近似的非高斯近似方法, 该方法能够精确考虑多址干扰、散粒噪声、热噪声各自的统计特性和相互间的非加性关系。比较了高斯近似、精确计算和文中所提出方法在分析相位编码系统误码率时的计算精度和复杂度, 结果证明该分析方法具有分析精度高、计算复杂度低的优点。
光通信 光码分多址 非高斯近似法 矩母函数 鞍点近似 激光诱导周期性纳米微结构在多种材料包括电介质、半导体、金属和聚合物中观察到。研究了800 nm和400 nm飞秒激光垂直聚焦于6H SiC晶体表面制备纳米微结构。实验观察到800 nm和400 nm线偏光照射样品表面分别得到周期为150 nm和80 nm的干涉条纹, 800 nm圆偏振激光单独照射样品表面得到粒径约100 nm的纳米颗粒。偏振相互垂直的800 nm和400 nm激光同时照射晶体得到粒径约100 nm的纳米颗粒阵列, 该纳米阵列的方向随400 nm激光强度增加而向400 nm偏振方向偏转。利用二次谐波的观点对以上纳米结构的形成给出了解释。
光学材料 飞秒激光 SiC晶体 纳米阵列 周期结构 采用溶液燃烧法在600 ℃成功合成了(BaxMg)2/(x+1)Al10O17: Eu2+(0.6≤x≤1.2)蓝色荧光粉, 着重研究了基质阳离子Ba/Mg比值的变化对其晶体结构及发光特性的影响。结果表明, 合成的产物为纯相, 且随Ba/Mg比值的增加, 样品的晶格参量逐渐增加; 当Ba/Mg比增加时, 发射光谱的强度明显增强, 至Ba/Mg为0.9时达到最大值, 然后随Ba/Mg比继续增大, 发射光谱的强度反而下降; Ba/Mg比值减少, 导致基质的晶场增强和电子云膨胀效应的发生, 致使Eu2+发射主峰向长波方向移动。Eu2+的掺杂浓度对样品的发光性能有显著的影响, 随Eu2+浓度增大, 发光中心增多, Eu2+离子间相互作用增强, 能量传递加快, 发光强度逐渐增大, 并达到一个最大值。此后, 随Eu2+的浓度进一步增加, Eu2+之间的能量传递速率将超过发射速率, 呈现浓度猝灭特性。
光学材料 燃烧合成 Ba/Mg比 晶格参量 发光特性 应用提拉法技术,采用BeO:Al2O3:MnO摩尔比为100:99.85:0.30的化学组分配比和二次化料过程,选用约60 ℃的固液界面温度梯度与1 mm/h生长速度等工艺参量,成功地生长出了Mn2+离子掺杂、无气泡、无云层和核心、尺寸约45 mm×80 mm的粉红色Mn2+:BeAl2O4晶体。测定了不同部位晶体的激发光谱与荧光光谱。沿着晶体生长方向,晶体颜色逐步变深。在Mn2+:BeAl2O4荧光谱中观测到发光中心为543 nm的荧光带,这归属于Mn2+的4T1(4G)→6A1(6S)能级跃迁所产生。在其激发光谱中观测到218 nm的激发峰,这归属于电子从Mn2+基态到导带的电荷转移跃迁所致。从Mn2+离子的绿色发射情况可以推断Mn2+处于晶体中四面体场中,它取代晶体中Be2+离子的格位。从不同部位晶体的激发峰强度与颜色变化可以得到Mn2+在BeAl2O4晶体中的有效分凝系数小于1。
光学材料 锰掺杂铝酸铍晶体 提拉法 Mn2+离子 光谱 报道了通过宏观测量偶氮聚合物光致异构效应, 及其引起的光学各向异性变化, 讨论了一种影响偶氮聚合物顺反异构效应的有效途径。在偶氮高分子聚合物中, 添加了不同浓度的Ag纳米粒子, 采用了波长为442 nm的He-Cd偏振激光为激发光源, 当Ag纳米粒子掺杂质量浓度为0.12 μg/ml的时候, 激发了薄膜样品中Ag纳米粒子的等离子体共振效应, 增强了粒子周围纳米尺度的电磁场强度, 相当程度上提高了偶氮聚合物光致异构的转换效率; 另外, 研究了不同的取代基同纳米Ag粒子的相互作用对光致异构效应的影响, 探讨了一种能够有效地控制光致异构效应的方法。
材料 偶氮苯聚合物 光致异构化 Ag纳米粒子 等离子体共振 将荧光光谱方法应用于具有三种颜色的白癜风皮肤特性的研究, 在对荧光测量以及皮肤组织病理检查的基础上, 建立了三色白癜风皮肤的光学模型, 分析了皮肤黑色素的含量与分布, 并进行了蒙特卡罗计算, 其结果与实测结果基本一致。研究表明:具有三种颜色的白癜风皮肤可作为一个较好的皮肤黑色素含量与分布的模型; 荧光光谱法可以探测到皮肤较深层(真皮层)的黑色素分布或其他组织光学特性; 所建立的白癜风皮肤的光学模型及建模方法, 所采用的光谱比率法等可以在皮肤光学的其他研究中应用。
医用光学与生物技术 三色白癜风 荧光光谱 黑色素含量分布 蒙特卡罗模拟 利用傅里叶变换红外光谱法研究了五种不同产地的黑木耳。结果显示, 它们的红外光谱主要由蛋白质、脂类化合物及多糖的振动吸收谱带组成。五个样品的傅里叶变红外光谱整体上十分相似, 因此分别选取1750~1500 cm-1和1200~1000 cm-1范围内的傅里叶变换红外光谱进行相关性分析。结果显示,不同产地的黑木耳在1750~1500 cm-1范围内相关性较好, 光谱的相关系数分布在0.895~0.994。五个样品在1200~1000 cm-1范围内的相关系数分布在0.441~0.981, 东北地区产的黑木耳与西南地区产的黑木耳的光谱图有明显区别。利用1200~1000 cm-1范围内的差异并结合其它吸收峰的特征可鉴别出不同产地的黑木耳。研究结果表明傅里叶变换红外光谱在鉴别菌类方面具有方便、快速等优点。
医用光学与生物技术 红外光谱学 黑木耳 鉴别 相关分析 提出了一种啁啾补偿群速色散的倍频方法, 通过向入射基频光引入合适的初始啁啾, 让其与色散相互作用, 以实现对基频光脉冲宽度的主动控制, 提高转换效率。研究结果表明, 这种方法能显著地提高倍频转换效率, 以氘含量12.6%(摩尔百分比)的KD*P晶体对脉宽30 fs, 中心波长为1.053 μm的宽带基频光的折返点匹配宽带二倍频过程为例, 当基频光转换极限位置处于晶体中心时, 能取得最佳的啁啾补偿效果, 转换效率可提高近22%。进一步研究了转换效率和转换带宽与晶体长度的关系。
非线性光学 二次谐波转换 群速色散 啁啾 脉冲展宽 基于动量守恒和光参变过程中的三波耦合波方程, 和负单轴非线性光学晶体CsLiB6O10的色散方程, 研究了在光参变效应中超短激光脉冲由于群速度色散引起的展宽和形变。数值模拟显示, 在超短脉冲波形为双曲正割形和无啁啾调制时, 高阶群速度色散引起的超短脉冲为50 fs时, 晶体长度为10 mm, 紫外光213 nm作为基波入射时的脉冲展宽是波长为532 nm绿光在同等条件下的1.6倍。脉冲展宽程度与入射波长和晶体长度有关, 波长越短和晶体长度越长则脉冲展宽和波形变化越严重,高阶色散引起的超短高斯脉冲展宽, 将破坏其波形对称性并引起旁瓣现象。
非线性光学 超短脉冲展宽 群速度色散 光参变效应 通过实验对向列相液晶中的非局域空间光孤子的传输进行了研究。理论上基于非线性的液晶孤子传输方程, 采用高斯形式的试探解, 得到了孤子传输的解析解, 以及对液晶中的非局域孤子和Snyder等提出的强非局域孤子模型的结果进行了比较。实验上, 观察了空间光孤子在向列相液晶中的传输, 找到了不同束宽下空间光孤子的临界功率。比如束宽为2 μm时临界功率为2.0 mW。观察了向列相液晶中空间光孤子的弛豫过程, 并注意到液晶分子的响应时间长达几秒钟, 液晶中的孤子形成速度较慢。
非线性光学 非局域非线性 空间孤子 向列相液晶 呼吸子 临界功率 强外加电场与大调制度在光折变效应的研究中已经得到了广泛应用。采用PDECOL算法, 严格求解光折变带输运方程, 得到外加电场时不同调制度下光折变晶体中随时间变化的空间电荷场、载流子浓度, 并讨论了外加电场对它们的影响。通过将物质方程与耦合波方程联立数值求解, 可得到光折变光栅形成过程中两波耦合增益系数以及光束条纹相位的变化。模拟结果表明, 在强外加电场作用下, 两束记录光之间的光强与相位耦合都得到了增强, 而原有的解析式忽视了强外加电场与大调制度对空间电荷场相位耦合的影响, 此时不再适用。同时发现折射率光栅与记录光束条纹均发生弯曲, 并不再保持平行。
非线性光学 体光栅 直线法 大调制度 强外加电场 报道了利用反射谱带宽调制和光强差分探测技术实现单一光纤光栅温变无补偿位移精确测量的新方法。设计了一种结构新颖的曲臂梁位移传感装置, 结合光波导理论与材料力学原理分析了光纤光栅在高斯应变作用下光栅反射谱侧向梯度展宽的成因, 理论推导了特殊结构梁在外力作用下光栅反射谱带宽/反射光强与压力之间的响应关系。光栅反射谱侧向梯度展宽的同时反射光强线性增加, 利用光强差分检测方法消除光源出光抖动的影响, 提高了位移测量精度。基于带宽调制的光纤光栅位移传感方法免受温度变化的影响, 在-10 ℃~80 ℃的温度变化范围内, 测量误差小于1.2%, 实现了单光纤光栅温变无补偿位移测量。
光纤光学 光纤光栅 位移传感 光纤传感 带宽调制 介绍了法布里珀罗干涉型光纤水听器的工作原理, 指出了工作点的选择依据及系统的实现方案。绘制了理想情况下光纤法布里珀罗干涉的谐振曲线。用光弹学理论分析了光纤的应力双折射问题和谐振腔内模式分裂问题。用模式分裂的原理解释了水听器的谐振曲线畸变现象, 提出了描述谐振曲线畸变的数学公式, 用MathCAD软件仿真了模式分裂后水听器的干涉过程并绘制了理论曲线。用实验方法测量并记录了模式简并及分裂条件下各种谐振曲线的形状, 通过实验照片与仿真曲线进行对比, 理论仿真与实验结果吻合,这说明用光纤模式分裂理论解释谐振曲线畸变现象是可行的。
光弹学 光纤水听器 应力双折射 谐振曲线 在考虑马赫曾德尔调制器(MZM)的消光比、双臂驱动不平衡度等非理想特性参量对其进行细致的理论建模的基础上, 建立了包括光源、双臂驱动马赫曾德尔调制器、光传输模块、光电探测器的基本光微波链路模型,并得到双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB)链路的全阶解析响应结果, 着重分析不同调制方式下马赫曾德尔调制器对光微波链路幅度和相位(延时)性能的影响。理论计算和数值仿真结果表明, 对双边带调制链路, 消光比和双臂驱动不平衡度影响链路的幅频特性而不影响相位特性, 对单边带调制链路, 二者同时影响链路的幅频和相频特性。理论模型和数值结果可为使用马赫曾德尔调制器的光微波系统如光纤无线电(RoF)和光控微波波束形成网络等提供定性和定量性能分析的基础。
光电子学 马赫曾德尔调制器 微波光子学 光微波 研究了高斯光束在外加空间调制电场的光折变晶体中的演化, 结果表明, 在不同的外加调制电场作用下高斯光束的光场分布会随着外电场变化而被调制。重点研究了同相位和反相位以及相位差为π/2的高斯光束在外加空间调制电场的光折变晶体中的相互作用, 在外加空间分布线性增加电场作用下出现了许多新的实用特性, 通过调整外加电场分布, 可以让两同相位相干光靠得更近而不发生融合, 也可以让两靠得很近的反相位光束可控偏转, 还可以控制相位差为π/2的两相干光束进行能量转移。这种连续变化的电场可以用阶梯分布的电场替代, 为工程实现提供了可能。
非线性光学 高斯光束 空间调制电场 演化 相互作用 为了用琼斯矢量更明确地表示双折射晶体入射光和折射光的偏振状态, 利用波法线椭球和物质方程, 将入射光和折射光的电场矢量均视为由o振动和e振动两个方向的分量叠加而成, 并将之投影到垂直于和平行于入射面的两个方向上。其中, 入射光和折射光电场分量之间的关系用菲涅耳方程中的透射系数表示。考虑到e光电场矢量与电位移矢量的差别, 对菲涅耳方程进行了一定的修正以满足e光的边界条件。最终给出了入射光和折射光电场矢量的琼斯矢量形式。并通过具体的数值计算说明, 菲涅耳方程修正前后e光的透射系数有一定的差别, 且e光的电场矢量和电位移矢量之间的分裂不可忽略。
几何光学 双折射 琼斯矢量 电场矢量 菲涅耳方程 CIElab颜色空间坐标是氮化锆薄膜非常关键的技术指标, 而氮分压对氮化锆薄膜颜色坐标有较大的影响。应用中频反应磁控溅射技术沉积氮化锆薄膜, 通过对炉内分压强和氮化锆薄膜颜色的测量, 绘制了氮分压对CIE颜色坐标L*, a*, b*值的影响曲线。发现随炉内氮分压的增大, 薄膜颜色坐标a*, b*值呈环形曲线、L*值呈单调下降的变化趋势。并使用金属自由电子气模型对颜色变化趋势进行了理论分析。发现颜色坐标的变化是由于随氮分压增加, 自由电子浓度降低引起等离子体频率降低造成的。对薄膜的X射线衍射谱(XRD)以及电阻率测量结果的分析表明, 在氮分压较大时, 颜色坐标L*的明显下降变化是由于Zr3N4等的禁带宽度小于可见光谱的极限造成的。
薄膜光学 颜色 磁控溅射 金属自由电子气模型 在升级5 TW/40 fs钛宝石激光系统的过程中, 伴随10 fs种子源的使用, 提出并研制了一种新型的共心衍射无像差展宽器和全能量压缩器。该展宽器的最大特点是通过平面镜反射使光束入射时所形成的衍射点与展宽后的还原点均在凹面镜的球心(即共心结构), 凹面镜不存在其它同类方法中的成像问题, 展宽函数中不涉及凹面镜的焦距和离轴量。该展宽器可将亚10 fs的种子脉冲展宽到纳秒量级, 且具有无像差、高带宽、结构紧凑、调整精度高等优点, 适合100 TW级超快激光系统中脉冲展宽。
超快光学 啁啾脉冲放大(CPA) 展宽器 共心衍射 压缩器 色散补偿 针对4.48 nm类镍钽软X射线激光及其应用实验, 设计制备了工作于这一波长的近正入射多层膜高反射镜。选择Cr/C为制备4.48 nm高反射多层膜的材料对, 通过优化设计, 确定了多层膜的周期、周期数以及两种材料的厚度比。模拟了多层膜非理想界面对高反射多层膜性能的影响。采用直流磁控溅射方法在超光滑硅基片上实现了200周期Cr/C多层膜高反射镜的制备。利用X射线衍射仪测量了多层膜结构, 在德国Bessy Ⅱ同步辐射上测量了在工作波长处多层膜反射率, 测量的峰值反射率达7.5%。对衍射仪测量的掠入射反射曲线和同步辐射测量的反射率曲线分别进行拟合, 得到的粗糙度和厚度比的结果相近。测试结果表明, 所制备的Cr/C多层膜样品结构良好, 在指定工作波长处有较高的反射峰, 达到了设计要求。
X射线光学 软X射线 多层膜 磁控溅射 反射率 自由空间量子密钥分布系统是全球性量子保密通信的关键组成部分之一。因此研究湍流大气信道对量子密钥分布系统性能的影响就非常重要。使用光束近场传播和统计分析的方法定量分析了湍流大气信道对基于BB84协议的自由空间量子密钥分布系统的误码率的影响。数值计算结果表明, 大气衰减系数超过-3 dB/km时, 大气衰减对量子密钥分布系统的误码率影响很大; 在大气传输因子小于0.5的区域, 系统误码率比无湍流影响时的系统误码率高出一个数量级。
光通信 无线通信 误码率 光束近场传播 量子密钥分布 用低折射率的含氟共聚物为光致聚合物全息材料的成膜物, 以增加全息记录材料折射率的空间可调制程度。用溶液聚合法合成了低折射率的水溶性甲基丙烯酸2,2,3,3四氟丙酯甲基丙烯酸共聚物(折射率为1.441),以该共聚物为成膜物质, 丙烯酰胺为单体、亚甲基蓝为光敏染料、三乙醇胺为引发剂配制了光致聚合物薄膜; 经过对光致聚合物组成构成的优化, 在空间分辨力为1580 lp/mm时, 光致聚合物薄膜的灵敏度约为19 mJ/cm2, 衍射效率可达93%, 两者均优于以聚乙烯醇(PVA)为成膜物质的光致聚合物材料。
全息材料 光致聚合物 含氟共聚物 在输入面和频谱面上分别放置随机相位加密模板对图像数据进行加密是一种高密级的有效数据加密技术。在研究双随机相位数据加密技术的基础上, 结合数字全息技术和印刷技术的特点, 提出了一种新的双随机相位加密同轴相位全息标识(简称同轴相位全息标识)印刷防伪方法。理论分析证明了同轴相位全息标识方法能有效地恢复原始图像数据,仿真实验证明了该方法具有强抗随机干扰能力和抗位压缩性能。通过打印和扫描实验验证了同轴相位全息标识可以通过普通的数字印刷技术印制在证件等印刷品中作为防伪标识,印刷品中的同轴相位全息标识可以通过扫描输入计算机, 变换生成数字图像, 通过解密模板可从中恢复出原始图像数据。
全息术 加密技术 相位全息标识 印刷技术 数字图像处理自动图像聚焦算法的分析和比较下载:561次
图像聚焦判别函数的选择是自动图像测量中获取高质量图像的依据, 对几种用于自动图像聚焦判别的数字图像处理算法进行了较全面的性能比较, 定量分析了不同算法的计算速度、唯一性、准确性和灵敏度等。分析结果表明:梯度向量平方函数、拉普拉斯算法和二级梯度平方算法在单值性和灵敏度方面都较好; 罗伯特(Robert)梯度算法和梯度向量模方算法函数的稳定性比较好。以上的图像聚焦判别函数特性分析结果对于图像自动测量所需要的自动调焦控制具有指导意义。
数字图像处理 自动聚焦 自动图像测量 评价函数 聚焦函数 提出了一种基于数学形态学滤波的多分辨力图像融合。这种融合方法使用了形态学开闭运算构造了低通与高通滤波器, 将原始图像分解为4子带图像金字塔和4子带方向衬比度图像金字塔。然后利用方向衬比度和区域标准差进行图像融合得到融合的4子带图像金字塔, 最后应用子带图像重构得到融合图像。融合实验表明, 该方法优于传统的形态学金字塔图像融合, 衬比度金字塔图像融合和小波分解图像融合。
图像处理 图像融合 数学形态学 多分辨力 方向衬比度 4子带分解 根据干涉超光谱图像的特点, 提出了一种基于图像分类与曲线拟合的干涉超光谱图像数据分解算法, 结合内嵌比特平面编码技术实现干涉超光谱图像的压缩。与JPEG2000一样, 该算法实现了有损、无损压缩的兼容。将干涉超光谱图像数据分为主干涉区域与非主干涉区域两类, 针对主干涉区域提出了一种相似匹配算法, 而对非主干涉区域采用经验模式分解和二次曲线拟合方法进行数据分析, 两种分析算法结合起来能够有效地对谱线数据进行分解, 从而有利于取得更好的压缩效果。仿真结果表明, 提出的算法可以使无损压缩的输出码率降低0.2~0.4 bit/pixel,而近无损、限失真压缩的重建图像质量相应提高。
图像处理 图像压缩 经验模式分解 二次曲线拟合 相似匹配 用时域有限元差分的子域合成法(Synthetic subdomain method of FDTD)对大规模的光波导模拟, 把仿真的光波导划分成两个或多个区域, 在不影响仿真精度的条件下, 删除对仿真对象影响不大的区域, 并相应改变吸收边界条件进行时域有限元差分法数值模拟, 考查光的传播和损耗状况, 并与常规方法的运算结果相比较, 结果一致且不影响计算精度。与常规方法相比, 两段子域合成法所占内存约为前者的55%, 时间约为前者的60%, 三段子域合成法所占内存约为前者的31%, 时间约为前者的28%, 可见子域合成法比常规方法更有利于应用于大规模集成光波导的数值模拟仿真, 对节省硬件及时间资源具有实际意义, 提高工作效率。
导波光学 时域有限元差分法 子域合成法 大规模仿真 集成光波导 在传统的基于波前探测的解卷积方法中, 由波前探测得到的点扩展函数被认为是精确的, 并用维纳滤波进行复原, 但是点扩展函数不可避免地存在误差, 所以最终的复原目标图像质量不佳。为了解决该难题, 提出了基于目标和点扩展函数联合估计的图像近视解卷积算法。它运用了点扩展函数和目标的先验信息, 对点扩展函数和目标进行了规整和进一步约束, 从而得到更优的恢复图像质量。对该方法的原理和实现过程进行了阐述, 并将其运用于室内点源目标数据中。实验结果证明, 与维纳滤波方法相比, 该方法使图像恢复的效果得到明显改善。
图像处理 图像复原 近视解卷积 联合估计 波前探测 提出了一种对水中物体进行光学投影式表面三维形貌测量的新方法。通常的测量方法都是假设摄像机和被测物体都处于空气中, 测量水中物体时, 由于光在空气、水分界面上发生折射, 投射到被测表面的光条纹图像发生扭曲, 从而给三角测量法带来误差。新方法可以精确测量出水中被测物表面的三维坐标并计算出物体的几何尺寸, 实验验证了该方法的有效性。考虑折射后, 该测量类似于在空气环境中的测量。采用的极线约束及亚像素技术, 提高了测量精度和速度。
光学测量 三维形貌 水中物体 折射 极线约束 亚像素 提出了一种用于测量微机电系统(MEMS)器件瞬时速度、位移的测量系统。采用激光差动多普勒技术, 检测谐振器在平面内的振动, 测量垂直于系统测量光轴方向的振动速度。并在差动多普勒测量光路的基础上加入了CCD 监测光路, 实时观察被测器件调整过程和振动情况。通过处理电路从光学系统输出的高频信号中提取多普勒信号, 利用Labview和Matlab软件对采集的多普勒信号进行时频分析, 得到被测器件的运动参量。通过对测点的微定位, 对MEMS器件进行整平面的扫描, 得到器件振动的瞬时速度场, 为进一步对MEMS器件的高阶谱振动分析及扭转分析提供了一定的基础和必要的支持。
光学测量 动态测试 差动多普勒 微机电系统 时频分析 三维相位展开算法将基于空间的相位展开算法拓展到时间轴上, 包含了一维时间和二维空间信息, 适合于运动测试。通过建立一维时间相位展开算法的数学模型, 分析了该算法运动测试的基本原理, 讨论了在精密测试中的使用方法和适用范围, 并对微谐振器的微结构进行运动测试。实验表明, 算法在相位展开中引入时间信息, 不仅消除了形变测量中需选取静止点为相位参考点或参考平面的限制, 还可以同时测量物体表面某点纳米级的离面运动曲线和表面形变。
光学测量 运动测试 相位展开算法 三维形貌测量 频闪成像 在干涉检验过程中, 被检元件的面形误差检测精度受到干涉仪系统结构的影响, 从而降低测量结果的可靠性。为了得到较高的检测精度, 必须对检测系统进行分析, 建立测量误差和系统结构的关联度。根据菲涅耳衍射近似理论, 就菲佐干涉仪中的准直镜和标准镜面形误差对透过检测的影响进行了研究。通过对波前相位传递情况的分析, 得出波前误差和系统结构参量的相关性, 去除空腔系统误差, 优化结构参量, 并建立准直镜误差容限表达式。经计算得出, 当被检面形变误差为0.2λ时, 测试误差可以达到0.02λ, 而对准直镜的面形误差要求只需0.8λ。
光学测量 菲佐干涉仪 相位分布 波前误差 系统误差 菲涅耳衍射近似 报道了利用光纤布拉格光栅反射波谱带宽展宽技术实现温度补偿的压强传感新方案。结合平面圆形膜片应变调谐的特点, 采用膜盒式结构, 将光纤光栅中心对准平面圆形膜片零应变半径并沿径向粘贴, 利用反射波谱带宽对应变敏感而对温度不敏感的特性解调压强, 成功地实现了温度补偿的压强传感测量。基于光谱分析仪0.05 nm的光谱分辨力, 实验测得带宽随压强响应灵敏度为0.34 nm/MPa, 压强精度为±0.15 MPa, 压强测量范围为0~7.5 MPa。实验结果与理论分析基本一致。
光传感 光纤光栅 温度补偿压强传感测量 啁啾效应 带宽 平面圆形膜片 为研究波段内和波段外组合激光对光导型光电探测器的辐照效应, 实验采用532 nm(波段内)和1319 nm(波段外)双光束组合连续激光辐照光导型CdS光电探测器, 分别改变两束激光的辐照功率, 得到探测器的电压响应曲线。实验结果表明, 光电探测器对波段内和波段外激光都有响应, 但在激光开始和停止辐照瞬间探测器对两束激光的响应电压刚好相反。探测器对波段外激光的电压响应随线性工作区间内的波段内激光功率升高而增大; 随着波段内激光趋于饱和, 对波段外激光的响应电压近似指数级下降。分析认为, 光电探测器对波段外激光的响应为光激发热载流子效应, 是由自由载流子吸收激光能量产生带内跃迁引起的; 波段内激光辐照影响探测器对波段外激光的吸收系数。
光导型CdS光电探测器 激光辐照效应 波段内激光 波段外激光 光激发热载流子 基于液相外延工艺, 实现了一种结构新颖的单片式被动调Q微片激光器。采用了在激光介质Nd3+:YAG表面直接液相外延生长一层具有饱和吸收特性的Cr4+:YAG膜的微谐振腔的结构, 由于是同质外延生长过程, 能够确保饱和吸收体与增益介质间(Nd3+:YAG/Cr4+:YAG)良好的界面特性。采用光纤耦合激光二极管, 在激光二极管输出为1 W的抽运条件下, 实现了峰值功率近千瓦、稳定重复频率在4 kHz以上、脉宽1.8 ns、TEM00单横模式、波长1.064 μm的调Q脉冲序列输出。在对新型单片式微激光器的性能报道的基础上, 阐述了外延单片式结构及其相应工艺的潜在优势。
激光器 微片激光器 液相外延 单片式 被动调Q 通过CO2激光器熔融不同直径的熔锥光纤以得到相应直径的石英玻璃微球, 利用此微球和熔锥光纤, 构造了球微腔耦合系统。实验中利用光腰直径为3.1 μm的熔锥光纤与直径为143.1 μm的石英玻璃微球进行耦合, 通过最大分辨力为1 pm的可调谐半导体激光器对该耦合系统进行光谱扫描, 发现石英玻璃微球的吸收光谱中出现分立的结构共振峰。利用光学微球腔理论讨论了石英玻璃微球吸收光谱中的结构共振, 并用米氏散射理论公式对一阶TE模共振峰的位置以及它们的间隔进行了计算, 共振峰位置实验结果与理论结果的误差仅为0.03%, 表明实验与计算结果相符。
激光器 回廊模 微球 结构共振 为了把量热法应用于远场激光强度时空分布测量, 研究了基于热像仪靶面温度测量反演入射激光强度时空分布的重构理论。针对背光面两种不同边界条件(对流-辐射热流边界和恒定温度边界)推导出了由靶面温度分布反演激光束时空分布的重构表达式。获得的分析表达式对广泛的材料具有适用性。通过引入广义参量F0=α/L2, 分别就F01和F01情况给出了重构近似表达式, 并对满足F01条件的回推算法进行了数值模拟验证。数值结果表明, 两种背光面边界条件下回推得到的激光束时空分布与原始激光束达到了很好的一致, 但存在一与靶材傅里叶数相关的最小起始回推时间τ0。成果可用于强激光远场参量测量设备的研制。
激光物理 激光强度时空分布 温度分布 重构算法