昆明理工大学理学院激光信息处理技术与应用重点实验室，云南 昆明 650500
基于轴锥镜和瑞利-索末菲矢量衍射理论，对无衍射光的产生及产生后的光场进行详细的理论分析。采用数值模拟对两束无衍射光的空间光场分布和轴上光强分布曲线进行仿真，基于锥镜加工工艺，对锥镜的锥角和第一、第二轴锥镜出射后的光束进行光场分析。结果表明：当第一轴锥镜的锥角小于第二轴锥镜时，出射光束在干涉重合区的光强为两部分光场的耦合叠加，并产生新的无衍射光束；反之，出射后的两束无衍射光不重合，继续保持各自的无衍射特性。其次，出射光束沿垂直于传输方向上的横截面上呈同心圆环分布，且同心圆环的半径随传输距离的改变而改变。从理论和模拟上均实现了两束无衍射光束的强度分布、光束分布及圆环环径的可调，这对无衍射光束应用于大尺度空间精密测量、粒子微操纵等领域具有重要的指导意义。
矢量衍射理论 双轴锥镜 无衍射光 圆环的半径 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0526001
北京信息科技大学 北京市传感器重点实验室, 北京 100101
该文给出了一种热振子式双轴微机电系统(MEMS)角速度陀螺的敏感机理。在给出双轴敏感原理、热振子的振动模态和陀螺效应的基础上, 对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明, 开机1.8 s后在敏感结构内形成了一个稳定的温度场; 当有角速度加载时, 热振子随着输入角速度而移动, 造成温度场偏移, 两个正交Y(X)方向上对称设置的两热线温差ΔTY(ΔTX)随着输入角速度ax(ay)的加大呈现线性增长, x、y轴平均温度灵敏度为121 mK/(°)/s; 根据输入-输出ωx-VYout和ωy-VXout特性曲线得到数学模型, 从而揭示了敏感机理, x、y轴平均灵敏度为0.091 mV/(°)/s, 平均非线性度为1.86%, 平均交叉耦合为2.3%。该文为优化结构奠定了实用理论基础。
热振子 微机械 陀螺效应 双轴 交叉耦合 敏感机理 数学模型 thermal oscillator micromechanics gyroscopic effect biaxial cross-coupling sensitive mechanism mathematical model
北京石油化工学院新材料与化工学院，北京 102617
研究双轴应变对单层CdZnTe半导体材料电子特性与光学性能的影响，可为制备光学性能优异的CdZnTe器件提供理论支持。本文采用Material Studio 软件构建单层CdZnTe模型，并在其(100)和(010)方向上施加应变。基于密度泛函理论的第一性原理模拟计算了单层双轴应变对单层CdZnTe带隙、载流子有效质量、迁移率和介电常数等性能的影响。结果表明，拉伸和压缩应变均能减小单层CdZnTe的带隙，且双轴应变可有效调控单层CdZnTe的载流子有效质量、迁移率和介电常数。与拉伸应变相比，相同大小的压缩应变对单层CdZnTe性能的调控更加明显。随施加双轴压缩应变的增大，单层CdZnTe的带隙值逐渐减小，CdZnTe半导体吸收光的波长范围得到提高，单层CdZnTe的载流子有效质量、迁移率总体呈下降趋势，介电常数实部逐渐下降，虚部逐渐上升，意味着单层CdZnTe的金属性增强，光学性能提高。
第一性原理 带隙 双轴应变 载流子有效质量 介电常数 CdZnTe CdZnTe first-principle band gap biaxial strain effective mass of carrier dielectric constant
当前基于视场分离技术的光学引伸计只能提高单个方向的应变测量精度，而在与之垂直方向上的测量精度不够高，即无法同时实现双向高精度应变测量，限制了其应用范围。因此，提出了一种双向视场分离技术，该技术由4个相同斜方棱镜旋转而成，并与远心镜头结合，设计了一种双向高精度光学引伸计。开展了不锈钢试样的循环加载实验来验证上述光学引伸计相较于普通光学引伸计的优越性。此外，还进行了不锈钢试件的4次单轴拉伸实验，该双向光学引伸计与电测法所测得的弹性模量和泊松比的最大误差分别为0.62%和2.86%，4次平均误差分别为0.41%和1.38%，表明该光学引伸计具有很高的应变测量精度。
光学引伸计 双向视场分离 数字图像相关 应变测量精度 弹性模量 泊松比 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1512003
东南大学 仪器科学与工程学院, 江苏 南京 210096
该文设计了一种具有高灵敏度、低交叉耦合的双轴谐振式微加速度计, 使用工型梁作为解耦梁, 通过微杠杆机构实现力的放大, 结构呈中心对称形式, 采用差分检测工作方式。通过仿真分析对结构进行优化并完成加速度计整体结构设计, 进而提高加速度计灵敏度, 降低交叉耦合。对加速度计结构进行模态分析、灵敏度分析、交叉耦合分析和谐响应分析, 结果表明, 在±20g量程范围内, x向标度因数为423.6 Hz/g, y向标度因数为421.8 Hz/g, x向交叉灵敏度为0.000 047%, y向交叉灵敏度为0.000 78%。仿真结果验证了所设计结构的可行性。
双轴加速度计 高灵敏度 交叉耦合 有限元仿真 结构设计 biaxial accelerometer high sensitivity cross coupling finite element simulation structure design
东南大学土木工程学院工程力学系，江苏 南京 210018
为解决双视角三维视频引伸计在两个方向测量精度不一致的问题，同时避免使用多相机带来的相机同步和成本高问题的出现，提出了基于单相机四视角成像的三维双轴视频引伸计。在单相机前安装四棱镜，使用一个相机即可从4个视角观察待测区域，通过多视角强约束方程对变形前后的测点进行三维重构，并计算测点之间的线应变。为避免棱镜折射对成像的影响，使用窄带单色光进行照明。通过不锈钢拉伸实验验证了所提双轴视频引伸计的测量精度。实验结果表明，使用基于单相机四视角成像的三维双轴视频引伸计可以高精度地测量X方向和Y方向的线应变。对两个方向的线应变多幅图测量结果取平均去噪后得到的应变绝对误差均在30 μ以内。将测量的力学参数与应变片的测量结果对比，弹性模量的相对误差为0.56%，泊松比的相对误差为1.8%。
机器视觉 数字图像相关 四视角成像 视频引伸计 双轴应变 测量精度 光学学报
2022, 42(13): 1315001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春100
为了满足航空光电平台对可见/红外双波段两轴快速反射镜面形精度和动态性能的高要求，针对性地设计了轻量化平面反射镜和柔性结构。对快速反射镜结构的设计方法进行了归纳，明确了快速反射镜结构的设计要素，分析了装配误差的影响。设计了背部中心支撑轻量化反射镜，通过定位工装实现了电机高精度装配。基于十字型柔性轴承，实现了双轴柔性结构的设计。最后，对快速反射镜的面形精度和模态进行了仿真和实验测试。实验结果表明，平面反射镜的面形精度（RMS）优于0.017λ（λ=632.8 nm），快速反射镜闭环带宽优于200 Hz，X向和Y向的定位误差皆低于1.2 μrad。在满足高面形精度和高动态性能的基础上，该快速反射镜实现了小型化和模块化，能够在复杂的航空环境下稳定可靠地工作。
快速反射镜 双轴柔性支撑 面形精度 模态分析 fast steering mirror biaxial flexible support surface shape accuracy modal analysis 光学 精密工程
2022, 30(11): 1344
1 福建工程学院应用技术学院, 福建 福州 350118
2 福建工程学院信息科学与工程学院, 福建 福州 350118
3 福建工程学院微电子技术研究中心, 福建 福州 350118
采用形变势理论系统地研究了(001)、(110)、(111)晶面双轴张应变以及[001]、[110]、[111]晶向单轴张应变Ge1-xSnx导带结构。结果表明:在 (001)、(110)晶面施加双轴张应变以及[001]晶向施加单轴张应变时,直接带隙Γ能谷的下降速度快于间接带隙L能谷;在 (111)晶面施加双轴张应变以及[110] 、[111]晶向施加单轴张应变时,间接带隙L能谷的下降速度快于直接带隙Γ能谷。因此,可利用(001)、(110)晶面双轴张应变以及[001]晶向单轴张应变实现通过减小Sn的组分将Ge1-xSnx合金调控为直接带隙材料的目的。相关结论可为Ge1-xSnx合金的实验制备及器件仿真等提供关键参数和理论指导。
材料 Ge1-xSnx合金 双轴张应变 单轴张应变 能带工程 激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091602
Author Affiliations
Abstract
Purdue University, School of Electrical and Computer Engineering, Birck Nanotechnology Center, West Lafayette, Indiana, United States
We show that dielectric waveguides formed by materials with strong optical anisotropy support electromagnetic waves that combine the properties of propagating and evanescent fields. These “ghost waves” are created in tangent bifurcations that “annihilate” pairs of positive- and negative-index modes and represent the optical analogue of the “ghost orbits” in the quantum theory of nonintegrable dynamical systems. Ghost waves can be resonantly coupled to the incident evanescent field, which then grows exponentially through the anisotropic media—as in the case of negative index materials. As ghost waves are supported by transparent dielectric media, the proposed approach to electromagnetic field enhancement is free from the “curse” of material loss that is inherent to conventional negative index composites.
photonics, biaxial materials negative index of refraction nonlinear optics Advanced Photonics
2019, 1(4): 046003
