南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院，江苏 南京 210023
子孔径共相位作为光学综合孔径成像的关键技术之一，其成像相位调制的精度要求小于0.1λ(λ为入射光波长)。为满足高精度要求并兼顾大调节范围，利用压电陶瓷管内的填充透明液体构造液体光学调相器，通过压电效应在通光方向产生的微量电位移进行光学相位调节。实验使用波长为632.8 nm的迈克耳孙干涉仪装置，采用定线灰度化图像处理方法，在0～28.0 V电压下检测到调相器的调相范围为0～4π(外加电压为150.0 V时可拓展至0～20π)，调相精度达到λ/36，满足光学综合孔径子孔径相位调制的要求。
成像系统 图像处理 光学综合孔径 压电陶瓷管 液体调相器 干涉检测 中国激光
2022, 49(23): 2305001
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院, 江苏 南京 210023
2 南京邮电大学通信与信息工程学院, 江苏 南京 210023
设计并制备了一种基于金属有机骨架(MOF)的光纤传感器,该传感器包括通过在无芯光纤两端熔接单模光纤所构建的单模-无芯-单模结构,以及采用原位结晶技术在无芯光纤表面生长的ZIF-8纳米薄膜。光信号从单模光纤耦合进无芯光纤时会激发出多种高阶模式并形成多模干涉,干涉结果对无芯光纤周围折射率的变化异常敏感。利用ZIF-8材料的多孔性和对乙醇分子特异性吸附能力,吸附乙醇分子后的ZIF-8纳米薄膜因孔隙被填充,其折射率将发生变化,改变了无芯光纤中多模干涉条件,导致其透射谱线发生偏移,从而实现水溶液中微量乙醇的检测,实验结果表明传感器最低检测乙醇体积分数可达1%,灵敏度为1.3 nm·% -1。该传感器结构简单,易于制备,在水中微量有机分子检测方面具有一定的应用前景。
传感器 金属有机骨架 光纤传感 无芯光纤 多模干涉效应 光学学报
2021, 41(23): 2328002
南京邮电大学微流控光学技术研究中心，江苏 南京 210023
设计了一种基于介电润湿效应的叠加式液体透镜，分析其对含有曲率误差、倾斜误差和活塞误差的畸变波前的校正能力。采用COMSOL软件构建叠加式液体透镜模型，仿真模拟了不同电压组合下液体界面面型的变化情况，获得该叠加式液体透镜内双液体界面的变化范围；采用ZEMAX软件，借助点扩散函数变化，分析该透镜对波前任意点处曲率误差、倾斜误差和活塞误差的校正能力。结果表明：该叠加式液体透镜可以实现同时对不同类型畸变波前的校正，相应的峰谷值(PV)由校正前19.7853?下降到校正后0.18?，均方根值(RMS)由校正前5.6638?减小到校正后0.0355?，斯特列尔比(SR)由校正前的接近0值提高到0.962的较理想状态。
液体透镜 介电润湿 波前校正 斯特列尔比值 liquid lens electrowetting-on-dielectric wavefront correction Strehl ratio
南京邮电大学电子与光学工程学院微流控光学技术研究中心，江苏 南京 210023
为解决仿生复眼系统不能自适应变焦的问题，提出了一种基于介电润湿液体透镜曲面阵列的可变焦仿生复眼系统。分析系统结构对成像性能的影响，计算系统的自适应变焦能力及相应像平面可移动范围。结果表明：系统成像的视场角随着基底曲率的增大而增大。相比于非均匀透镜阵列，均匀透镜阵列可明显降低系统的离焦像差。适当减小子透镜单元尺寸，也可以达到降低边缘透镜离焦像差的目的。当物距或者接收器位置发生改变时，通过调整子透镜单元焦距降低系统的离焦像差。系统接收器可移动范围为1.9 mm~15 mm。
光学设计 介电润湿 复眼 液体透镜阵列 可变焦 optical design electrowetting-on-dielectric compound eye liquid lens array variable-focus
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院, 江苏 南京 210023
2 中国空间技术研究院北京空间机电研究所, 北京 100094
基于模拟退火算法(SAA)提出了一种多目标优化合成孔径成像阵列的方案。根据合成孔径成像的调制传递函数(MTF)特性,设计了孔径阵列在多个方向上的频谱优化目标函数。以劣化后的Golay6结构作为初始阵列进行模拟计算,结果表明,SAA可以有效改善中频段MTF的平稳性,显著提高成像阵列的实际截止频率。当填充因子F=11.5%时,相比Golay6孔径阵列,优化后的孔径阵列在退火衰减参数α=0.97时的平均修正因子可达到8.61%。
激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1611001
南京邮电大学电子与光学工程学院微流控光学技术研究中心, 江苏 南京 210023
为了校正由活塞、倾斜和离焦而引起的波前误差,设计一种基于介电润湿效应的三液体透镜阵列。根据介电润湿的理论,构建介电润湿三液体透镜阵列模型,仿真模拟液体界面的面型随着电压的变化过程,并分析三液体透镜阵列对活塞误差、离焦误差和倾斜误差的波前补偿能力。仿真结果表明,三液体透镜阵列可以实现对不同类型波前误差的校正和补偿,峰谷值由补偿前的1.838λ减小到补偿后的0.285λ,方均根值由补偿前的0.424λ减小到补偿后的0.053λ,斯特列尔比由补偿前的0.161提高到补偿后的0.917。相关研究结果表明,三液体透镜阵列在无机械波前校正的领域中有着广阔的应用前景。
光学设计 三液体透镜 介电润湿 波前补偿 斯特列尔比值 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 212202
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院, 江苏 南京 210023
2 中国空间技术研究院北京空间机电研究所, 北京 100094
根据液体透镜稀疏孔径成像的特点,提出一种辐射状多子镜阵列结构;给出稀疏孔径成像的简化模型,通过多子镜结构的光瞳函数,得出调制传递函数的解析表达式;给出此多子镜阵列结构的具体分布形式,采用无量纲方法对结构参数进行约化;讨论2种辐射状多子镜阵列的结构情况,计算填充因子、冗余度、调制传递函数和其他特性参数;讨论参数扫描所表现的物理现象,并对比这2种阵列的结构特征和成像特性;对辐射状多子镜阵列结构和复合环形结构的特性指标进行比较。结果表明:在2种结构的平均调制传递函数以及调制传递函数中频特性值相接近的情况下,选择具有更大实际等效口径和实际截止频率以及更低冗余度的Ⅱ型结构;Ⅱ型结构在成像方面具有一定优势;由于基于液体透镜的多子镜阵列结构采用无量纲约化参数,因此结论普适于任意的包围圆尺寸;与复合环形结构相比,当填充因子相同时,辐射状多子镜结构有更大的实际截止频率和实际等效口径。
成像系统 调制传递函数 液体透镜阵列 稀疏孔径 光瞳函数
南京邮电大学电子与光学工程学院微流控光学技术研究中心, 江苏 南京 210023
为实现三维空间光束指向控制,提出了一种基于介电润湿效应的液体棱镜阵列系统。根据几何光学和介电润湿理论,推导并分析了光束转向角与液体棱镜单元的最大偏转角、介电润湿接触角、棱镜单元间距及液体折射率等因素之间的关系;通过COMSOL构建介电润湿液体棱镜阵列模型,仿真了电压控制下液体棱镜单元内双液体界面面型的变化过程,模拟再现了该液体棱镜阵列对光束指向的控制特性。结果表明,基于介电润湿技术的液体光学棱镜阵列在一定范围内可实现对光束指向的连续控制。通过选取特定的液体组合,饱和接触角降低到45°,棱镜单元的光束转向范围可提高到28°(-14°~14°)。当光轴间距r为6 mm时,液体棱镜阵列系统可以实现在28°圆锥区域内的连续控制,且圆锥顶点位于Z轴22.58 mm位置处。
光学设计 介电润湿效应 液体棱镜阵列 偏转角 圆锥 激光与光电子学进展
2019, 56(16): 162201
标准化是微流控系统的发展趋势, 很多器件需要精确的流量控制和传输。因此, 准确地表征和测量芯片功能模块的流体阻力具有重要的应用价值。提出了一种类比于惠斯通电桥测量不同流阻大小的器件, 该器件将一个芯片内的膜阀视为可变流阻器, 与待测器件并联。通过施加不同的压力, 控制膜阀的开口度, 保持桥平衡, 直接计算获得待测芯片的流阻大小。仿真计算发现, 其测量范围达到4个数量级, 误差控制在3%以内。结果表明, 微流控惠斯通电桥是测量流阻的有效方法, 可以根据不同的应用环境, 设计不同的尺寸和结构, 以满足特定需要。
微流体学 数值模拟 测量 惠斯通桥 流阻 microfluidics numerical simulation measurement Wheatstone bridge hydraulic resistance
