提出了一种测量点阵全息图衍射效率的方法,搭建了光学系统。通过在系统光路中放置平面反射镜,巧妙地将正负一级衍射光与其他级次的衍射光分离开,使光电探测器只接收正负一级衍射光,并且这种测量方法不受被测点干涉条纹方向变化的影响;在激光器后面放置一个半透半反波片,用两个相同的光电探测器分别实时测量反射光和衍射光的功率,降低了由于激光器功率不稳定造成的测量误差,得到八种不同的点阵全息防伪标识的衍射效率的测量结果。

根据法拉第磁光效应和锁相基本原理,研究了经磁光调制后的偏振光通过旋光物质后的偏转情况,分析了透射光信号中的与调制频率相同的基频信号和二倍于调制频率的倍频信号。通过对基频幅值和倍频幅值进行比较,提出了一种测量旋光角度的计算方法,根据旋光角和磁偏角两者之间的关系,提出了一种用标准石英管来标定法拉第磁光效应中磁偏角大小的方法,并对其进行了实验研究,证明了这种测量方法的可行性。

针对往复隔板絮凝池廊道狭窄,水流拐弯处涡漩流场量测十分困难的问题,采用室内模拟、现场中试和数值模拟三种量测手段,对其流场进行了研究。采用粒子图像测速技术,建立了二维水流数学模型,得到不同边界条件对流场水力状况影响的流场粒子图像。由现场中试可知,改进后的絮凝池混凝效果明显好转,微小涡漩增多,可以达到高效混凝,并且模拟实验可与物模实验所得结果相互验证。

提出了一种基于激光差分探测技术的悬浮物质量浓度测量方法,用于测量烟雾、粉尘等空气悬浮颗粒的含量。利用悬浮颗粒对光的散射,可以在不影响悬浮物颗粒特性的前提下,对其实现实时在线监测。另外，借助于参考光与测试光的直接差分放大,可以消除激光能量起伏以及其他扰动对测量的干扰。通过对激光在悬浮物颗粒中传播时衰减原理的研究,获取悬浮物颗粒质量浓度与光强衰减的关系,搭建了一套激光差分探测悬浮物质量浓度的实验系统,进行烟雾质量浓度的实际测量,验证了该测量方法的可行性。

基于线结构光扫描测量和立体视觉测量相结合的三维检测方法——投影法,能够快速准确地实现光学元件面形的在线检测,通过对采集图片的图像预处理,区域立体匹配分析,曲线拟合及面形实验等算法还原被测光学元件面形模型。实验结果表明,将这种方法用于检测光学元件可以真实还原光学元件三维外貌特性,具有实际应用价值。

构建满足凹面光栅使用条件的精确检测系统来检测凹面光栅的分辨率,根据系统的光源带宽、狭缝宽度和探测器像素尺寸的理论分析,结合凹面光栅的像差分析,给出一种凹面光栅分辨率检测系统的检测方法。系统按照JB/T 8239.2—95《衍射光栅技术条件》的标准方法,定量分析出上述三个因素的影响量,并提出了合理的计算方法,从而在检测系统的测量值中得到了凹面光栅实际的分辨率值。通过实验验证,实际检测结果与理论分析结果相差0.001 0~0.003 7 nm,是一种能够真实反映凹面光栅分辨率的光学检测方法。

在傅里叶变换光谱仪(FTS)中,精确获取每个干涉信号采样点处的光程差是获取光谱图的关键。动镜速度的波动会对等时间采样造成采样误差,而当目标光源波长较短时无法直接利用传统方法进行等光程差采样。分析了速度波动误差对光谱的影响,并提出了一种基于拟合算法计算干涉信号每个采样点处光程差的方法,在动镜速度波动较大的情况下对可见光波段的干涉信号进行采样反演。实验结果表明,此方法准确度高,适用于各种傅里叶变换光谱仪。

研究了双曲余弦高斯涡旋光束不同振幅参量对光场分布的影响。在相同光涡旋的情况下改变振幅的大小,在焦平面上场强分布变化明显。涡旋光束的拓扑数对光束的聚焦特性存在明显影响,不同的拓扑数会引起聚焦区域光强分布变化,另外也产生一些新的多焦点阵列和多重菱形聚焦图案。

针对焊接工艺应用于高体积分数SiC/Al复合材料的不成熟性研究了焊接工艺应用于航天遥感器机身结构的的稳定性。根据光学设计公差分析结果和机身的结构形式,提出了通过运用经纬仪和三坐标测量机测量角量和线量的验证原理,论证了胶接工艺的可行性。对机身进行了热循环试验,标定了实验前后各测点的角度以及距离,对实验前后的数据进行了比较。结果表明,机身最大转角俯仰方向为2.1″,方位方向为2.3″,机身三个方向的最大距离变化分别为0.034 mm,0.044 mm,0.034 mm,焊接工艺应用于高体积分数SiC/Al复合材料,能够满足设计指标为转角小于5″,距离公差±0.05 mm的设计要求。

LED功率的不断增大使其逐渐替代传统光源,并广泛用于各种照明光源。在某些室内照明以及道路照明设计中,通常需要借助LED透镜产生矩形光斑从而充分利用光能避免浪费。利用Light Tools软件设计了一种全内反射(total internal reflection,TIR)透镜与特定微型透镜阵列的组合透镜,设置TIR准直透镜透射曲面和全反射曲面为二次曲面,并对其进行准直优化。然后建立单个微型透镜,设置单个矩形微透镜长宽比分别为1∶1、3∶2和4∶3,并将其阵列化。通过改变微型透镜的尺寸以及球面曲率半径进行进一步优化,最后生成与微型透镜长宽比对应的均匀矩形光斑,从而满足不同矩形照明区域的照明需求。

设计了一款口径为30.48 cm高精度斐索激光干涉仪参考镜,其F数为0.82,参考面半径为224.99 mm。所设计的参考镜其透射波前峰谷值为0.095 λ,均方根值为0.028 λ,透射波前斜率最大值为11 μrad。理论分析了参考镜的回程误差对面形检测精度的影响,其最大值为0.29 nm。利用Zemax光学设计软件对参考镜进行了仿真分析,仿真与实验结果表明,该标准镜头可满足精度1 nm的元件面形检测需求。

在印刷工业中,人们通过测量网点面积、网点距离、网点角度这三个参数来实现印刷品质量的控制。由于传统测版仪在测量网点面积时是以光学测量为基础,将光强转换成光照密度值,再间接得到网点密度,其中存在一定的测量误差与计算误差,影响印品质量。因此在数字图像处理的基础上设计了基于Blackfin处理器的测版仪,图像识别式测版仪为直接测量,测量精度高、误差小,更利于控制印品质量,提高网点参数测量精度。

设计和试制了一种基于石英材料的开放式光波导环形谐振器,器件设计采用数值仿真计算结合BPM仿真的手段。结合商用石英波导的常规参数,设计取环行波导的传输损耗和定向耦合器的耦合损耗分别为0.1 dB/cm和0.1 dB,谐振谱共振锐度的设计值为16.7。器件制备采用PECVD技术结合FHD技术的工艺,样品测试采用了0.1 nm 带宽的DFB激光,观察到了明显的谐振谱。

采用NbC/Si材料组合设计多层膜Laue透镜,总膜厚为40 μm,利用衍射动力学理论分析多层膜Laue透镜对硬X射线的衍射效率及聚焦分辨率。通过两种方法提高多层膜Laue透镜的分辨率。第一种方式是减小膜层的最外层宽度,该方法要求结构必须是楔型结构,制备极其困难。第二种方法是使用多层膜Laue透镜的高级次,该方法在不增加制备难题的前提下能有效提高分辨率。通过使用多层膜Laue透镜的-3级次,对10 keV硬X射线获得了分辨率为6.72 nm,衍射效率为49.31%的聚焦光斑。

提出并验证了一种针对光波导功分器短缩化的新的设计方法。在BPM软件仿真运行的基础上,归纳了单位圆心角弯曲损耗与曲率半径之间关系的仿真实验公式,建立了光波导功分器各级Y分支之间的单调弧形连接模型,确定了光波导分路器的长度、总的弯曲损耗、单口弯曲损耗以及均匀性的计算公式。综合考虑光波导功分器各参数间关系,采用了遗传算法全局优化技术,设计了合理可行的评价函数。通过对1×8石英光波导功分器的验证表明,与现行同类产品相比,插入损耗和均匀性指标持平,有效长度缩短了3.5 mm以上。

设计一种紧凑型人眼安全激光器的结构装置,并用Zemax软件设计用于激光器发射和接收的光学系统。该装置结构简单,加工组装方便,成本低廉,能够实现批量生产,光学系统很好地控制了激光发散角,满足测距仪的性能要求。

概述了光学宽视场显微镜、共聚焦显微镜、超分辨率显微镜中所应用的现代显微成像技术,对各种传统和先进的显微成像原理进行了总结。光学宽视场显微镜最常用的显微技术有明场成像、暗场成像、相衬成像、偏光成像、微分干涉(DIC)成像、调制对比成像和荧光成像。相衬成像中根据不同的成像结构还有切趾相衬成像。微分干涉除了传统的偏振光照明还有圆偏振光照明(C-DIC)和专用于塑料的微分干涉(PlasDIC)。共聚焦显微镜随着计算机技术和制造技术的发展而有了巨大的发展。除了传统的共聚焦荧光显微镜以外,还有连续反斯托克斯拉曼散射(CARS)共聚焦、多光子共聚焦和白光共聚焦。超分辨率显微镜中主要介绍了受激辐射淬灭(STED)技术和紧随基态淬灭显微技术的单分子返回(GSDIM)技术。