1 宁波大学 机械工程与力学学院 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室， 浙江宁波352
2 浙江大学 机械工程学院 浙江省先进制造技术重点实验室，浙江杭州31007
针对微操作与微装配任务对多维大范围精密定位运动的需求，采用粘滑驱动原理并结合压电柔顺机构设计二自由度、大行程、无耦合并联定位平台。利用桥式机构对内置压电驱动器进行位移放大，并与复合解耦结构配合构成二维柔顺驱动机构。交叉滚柱导轨则连接移动台与驱动机构，并通过预紧螺钉调整接触摩擦力，进而获得良好的粘滑运动特性。采用有限元法建立定位平台的静力学模型，并对位移放大倍数、应力和固有频率进行仿真分析。最后，搭建实验测试系统验证定位平台的输出性能。实验结果表明：在扫描驱动模式下，驱动电压为150 V时，平台x和y向的输出位移分别为63.84 μm和62.61 μm，耦合比为0.52%和0.59%，分辨率为6.5 nm和7.2 nm；在步进驱动模式下，驱动电压为120 V时，平台在x和y向的单步位移分别为47.31 μm和47.20 μm，耦合比为0.69%和0.73%，x正向、x反向、y正向和y反向的运动分辨率分别为0.49，0.47，0.47和0.42 μm，最大垂直负载为50 N，设计的压电粘滑定位平台满足所需性能要求。
压电驱动 桥式机构 粘滑运动 定位平台 piezoelectric actuation bridge mechanism stick-slip motion positioning platform
1 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室，南京航空航天大学航天学院，江苏 南京 211106
2 南京航空航天大学物理学院，江苏 南京 211106
3 南京医科大学江苏省口腔疾病研究重点实验室，南京医科大学附属口腔医院儿童口腔预防科，江苏 南京 211106
本文提出了一种基于谱域偏振敏感光学相干层析(SD-PSOCT)成像系统的局域偏振属性提取算法，并将其用于生物组织烧伤深度的定量测量。该SD-PSOCT系统采用全单模光纤器件，使用光纤型偏振控制器实现单偏振态入射样品，利用线性波数光谱仪实现偏振敏感探测，基于逐层迭代算法恢复局域偏振属性信息。测量了四分之一波片的相位延迟和光轴方位角，重建了不同程度烧伤牛腱组织的OCT强度图像、累积相位延迟层析图像、累积光轴方位角层析图像、局域相位延迟层析图像和局域光轴方位角层析图像。基于局域相位延迟层析图像定量测量了不同程度烧伤牛腱组织的烧伤深度，验证了该系统用于定量测量生物组织烧伤深度的可行性和临床应用潜力。
医用光学 偏振敏感探测 光学相干层析成像 局域偏振属性提取 烧伤深度测量 中国激光
2022, 49(24): 2407203
1 南京航空航天大学 理学院 应用物理系, 南京 211106
2 南京航空航天大学 空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室, 南京 211106
为了研究电控相位延迟对矢量涡旋光偏振态的影响规律, 采用半波液晶可变延迟器和液晶q波片搭建了电控矢量涡旋光的全斯托克斯偏振测试实验装置, 进行了电控矢量涡旋光的斯托克斯参量传输特性的Muller矩阵分析和实验验证。通过对输入偏振光进行连续相位调控, 获得了其通过调谐q波片后的输出光束偏振态演变规律。结果表明, 电控相位延迟会改变角向和径向偏振光的局域偏振椭偏度, 且随电压变化呈线性关系, 同时偏振态演变会影响矢量涡旋光的输出光强。 此研究对于探索电控矢量涡旋光的偏振转换有着重要的意义。
物理光学 偏振 矢量场 斯托克斯参量 液晶可变延迟器 q波片 physics optics polarization vectorial field Stokes parameters liquid crystal variable retarders q wave-plate
1 中国科学院声学研究所 海洋声学技术实验室, 北京 100190
2 北京海洋声学装备工程技术研究中心, 北京 100190
针对宽带宽波束换能器实现问题, 该文在已有换能器结构基础上提出了一种同轴对置结构实现水平径向360°的宽波束覆盖的新方法。采用有限元法对比分析了已有结构和两种对置结构换能器的发送电压响应(TVR)和指向性。结果显示, 当障板尺寸为100 mm×7 mm, 换能器和障板的对置距离为4 mm。12~19 kHz时, 新结构水平径向波束宽度为360°, 水平径向TVR＞138 dB,换能器实现了径向高TVR和宽工作带宽。
水声换能器 宽带 宽波束 全指向 声障板 underwater acoustic transducer broadband wide beam omnidirectional acoustic baffle
西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安 710048
针对目前临床上监测生命体征设备的不便携带、接触人体等问题实现了一种将红外热成像仪作为信息采集设备，通过分析人体面部血管模型及鼻孔位置温差变化得到心率值和呼吸信息的方法。首先对获取的热像图序列提取前景目标以缩短在整幅图像中进行人脸检测的时间，再利用各向异性扩散滤波法增强感兴趣区域内血管位置的对比度，并利用形态学处理获得人脸血管部位的灰度均值形成初始心率信号。最终通过趋势消除、小波阈值去噪方法去除时间序列中的趋势项和随机噪声获取最终的心率波形图和动态心率、呼吸值。与医院专用设备对比试验得出该方法可控制心率误差小于 4%，平均的均值误差为d＝0.718次/min。呼吸误差在 1次/min内，具有较高的准确性和鲁棒性，能够满足实际需求。
生命体征 热成像 人脸检测 小波阈值去噪 图像处理 非接触式检测 vital signs, thermal imaging, face detection, wave
1 南京航空航天大学 理学院, 南京 211106
2 南京航空航天大学 空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室, 南京 210016
为了实现电介质超表面的聚焦功能和对光场相位的调控, 采用几何相位调制原理设计微元结构及空间分布, 以SiO2为基底、亚波长TiO2椭圆柱的六边形晶胞为基本结构, 设计了一种相位突变呈抛物线梯度分布的聚焦超表面, 适用于480nm~580nm波段。基于此结构进行了理论分析和实验验证, 发现该结构对线偏振光聚焦, 其归一化后的半峰全宽约为428nm, 而对矢量光聚焦约为258nm, 获得了更出色的聚焦效果。研究了3阶和4阶Ince-Gaussian矢量光场通过该超表面后的聚焦特性, 得到了聚焦场能保持入射矢量光场的基本空间结构, 但中心结构信息会有损失的结果, 即Ince-Gaussian矢量涡旋光场由于涡旋相位的存在, 聚焦后会呈现破缺的空间结构。结果表明, 超表面结构和入射光场矢量结构之间的匹配程度是影响聚焦特性的重要因素。该研究为理解复杂矢量光场的超表面聚焦机理提供了参考。
衍射 超表面 几何相位 矢量光场 涡旋相位 diffraction metasurface geometric phase vector optical field Ince-Gaussian Ince-Gaussian vortex phase
1 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室, 江苏 南京 210016
2 南京航空航天大学理学院, 江苏 南京 211106
当前墨迹伪造造成的经济损失逐年增加,基于此,提出一种基于扫频光学相干层析(SSOCT)的墨迹鉴别方法。使用自主搭建的SSOCT成像系统采集墨迹样品背向反射光强随深度下降的数据,通过数据拟合获得墨迹层的衰减系数,用以区分同种颜色不同品牌墨水在白纸上书写的墨迹。实验测得百乐牌墨迹衰减系数范围为0.1333~0.1434,得力牌墨迹衰减系数范围为0.1501~0.1695,英雄牌墨迹衰减系数范围为0.1748~0.1892。重建了使用三种墨水书写的“OCT”字母的X-Y横截面图像,实现了墨迹的鉴别与区分,验证了方法的可行性。
测量 墨迹鉴别 扫频光学相干层析 衰减系数 阈值处理 中国激光
2020, 47(11): 1104007
1 南京航空航天大学航天学院, 江苏 南京 210016
2 南京航空航天大学理学院, 江苏 南京 210016
3 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室, 江苏 南京 210016
透过散射介质成像在很多领域都有重要应用。然而,目前关于针对三维运动物体的透过散射介质成像与追踪的研究却很少。提出一种透过散射层对运动三维物体进行单次曝光录像的方法。从散射层两个不同位置出射的散斑之间非相关且包含了双视角下的物体信息,在这两部分散斑的重叠区域进行探测,可实现三维成像。在曝光过程中绕光轴旋转相机,可探测到由一系列旋转不同角度后的瞬时散斑叠加而成的一张散斑图像。在满足散斑旋转去相关的条件下,这些瞬时散斑之间非相关。至此,对应不同时刻、不同视角的一系列瞬时散斑多路复用于一张散斑图像中。利用互相关解卷积成像法,通过依次旋转各个单视角下探测的点扩展函数,即可从这张散斑图像中重建出三维运动物体的视频信息。
成像系统 散斑成像 散斑非相关 三维成像 运动物体追踪成像 散斑多路复用 光学学报
2020, 40(22): 2211003
南京航空航天大学 理学院 应用物理系, 南京 211106
为了研究调控矢量激光场在表面处理中的应用, 基于Nd∶YAG脉冲调Q激光器, 搭建了矢量调控模块, 采用选取钛合金和单晶硅进行激光烧蚀打孔实验的方法, 对柱对称矢量激光的脉冲次数、光束的偏振态和拓扑荷数对激光表面处理的影响进行了系统研究。结果表明, 激光脉冲次数对孔的影响主要集中在孔深和孔径, 光束偏振态主要影响孔的圆度和光洁度, 拓扑荷数则影响孔底和孔周的光洁度。调控矢量激光作为一种特殊激光, 有望在优良材料加工和处理领域获得广泛应用。
激光技术 矢量光场 激光加工 表面处理 laser technique vectorial light field laser processing surface treatment
