1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心，上海 201800
2 上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，中国-俄罗斯“一带一路”激光科学联合实验室，上海 201800
4 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
扫描白光干涉术是目前最精确的表面形貌测量技术之一，被广泛应用于工业与科研领域。从发明至今的三十余年间，在精密光学、半导体、汽车及航天等先进制造领域的需求牵引下，该技术不断取得新的进展与突破。本文从技术应用、方法和算法创新、系统设计、理论模型、校准与误差补偿等方面，总结了过去二十年扫描白光干涉技术的重要进展，对该领域进一步发展提出了展望。
测量 白光干涉术 表面形貌 计量学 光学成像 干涉显微术 先进制造 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312005
1 武汉第二船舶设计研究所, 湖北 武汉 430064
2 中国计量科学研究院, 北京 100013
K荧光辐射装置可填补国内超大型测量面积核辐射探测器计量检定需求, 该装置具通量高、 能量点多、 单色性好、 有成本低、 即开即用等优势。 其原理是X射线光机发射出的X射线轰击辐射体材料产生多种特征X射线即荧光射线, 在荧光射线出射路径上加入次级过滤器吸收掉多余的射线以提高荧光纯度, 辐射体以及次级过滤器的材料厚度值与荧光产额、 纯度直接相关。 通过MC(Monte Carlo)程序计算荧光装置各项指标参数结果, 指导后期试验装置的建立和研究, MCNP5(Monte Carlo N Particle Transport Code)软件模拟Cs2SO4辐射体数据表明: 荧光装置具有良好的屏蔽和准直的效果, 荧光以辐射体中心垂直面呈对称逐渐减小分布; 荧光产额随着辐射体厚度的增加逐渐增大, 但存在相对饱和厚度值, 即辐射体达到一定厚度值以后, 荧光产额不再随辐射体厚度的增加而增大, 而是趋于饱和状态; 为获取单一能量荧光辐射场, 在荧光出射束方向增加次级过滤器TeO2材料, 其吸收L, Kβ射线会远远大于Kα射线, 以达到消除L, Kβ射线保留Kα射线目的, 形成单能的参考辐射场; 在距离辐射体中心30 cm处, 通过多组数据表明, 次级过滤厚度为0.035 cm时, 荧光纯度94.521%为最大且荧光产额最高; 荧光纯度随着次级过滤器材料的厚度增加呈现先增加后逐渐减小的趋势; 使用LEHGe探测器实际测量获取K荧光辐射装置能谱数据, 通过ROOT程序对测量能谱数据处理和分析, 拟合出Kα1和Kα2能量点的峰位道址误差小于0.005%, 测量分析出其能量值与理论值偏差分别为0.19%, 0.23%, 测量结果与实际理论能量值相符。 测量结果可验证MCNP5程序计算出的次级过滤器材料具有良好吸收效果且实现了单能荧光参考辐射场。
荧光装置 荧光纯度 能谱测量 MCNP5 Root Fluorescence device Fluorescence purity Energy spectrum measurement MCNP5 ROOT 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3595
为提高无人直升机的姿态控制能力, 针对fal函数拐点处不平滑易引起系统抖振、误差较大时系统增益较大等问题, 提出一种改进fal函数, 改写非线性误差反馈律, 并重新应用于自抗扰控制中得到改进ADRC算法。基于已建立的无人直升机动力学模型, 通过Matlab/Simulink进行姿态角跟踪以及在白噪声和阶跃干扰下的抗干扰仿真。仿真结果表明, 改进fal函数在拐点处具有更好的平滑性, 基于改进fal函数的ADRC在无人直升机姿态角跟踪中依旧具有良好的响应速度和超调性, 抗干扰能力较传统ADRC更好。
动力学模型 改进fal函数 自抗扰控制 姿态控制 dynamics model improved fal function Active Disturbance Rejection Control (ADRC) attitude control
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
随着工业的不断发展,单光子激光测距凭借其探测距离远和探测灵敏度高等特点在测绘领域扮演着不可或缺的角色。本文介绍了单光子激光测距的关键技术、单光子探测器以及着重介绍了单光子激光测距技术应用领域的研究进展,并对未来单光子激光测距的发展进行了总结和展望。
成像系统 单光子测距 单光子探测器 时间相关光子计数技术 飞行时间法 雪崩二极管 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011020
南京理工大学机械工程学院, 江苏南京 210094
以冷却塔红外热像温控系统设计为目的,根据水电混合动力冷却塔的结构特性,基于冷却塔内热质交换平衡方程及 Merkel数学模型建立水电混合动力冷却塔热力计算理论模型。运用红外热成像技术建立逆流式冷却塔热力性能监测模型, 完成冷却塔的温控系统设计, 并分析冷却塔温控系统温控精度误差产生原因。通过使用手持式红外测温仪进行现场实验, 验证了热力计算模型的准确性和其应用于冷却塔温控系统设计的可行性。
红外热成像 热力计算理论模型 温控系统 infrared thermal image, theoretical model of therm
1 南京邮电大学 光电工程学院, 南京 210003 中国
2 路易斯安那大学, 拉斐特 美国
为实现低成本、长距离以及大容量的数据传输场景, 设计了一种无多进多出(MIMO)模分复用(MDM)带宽可调的双向光纤传输系统, 利用6模式选择光子灯笼(PL)分别作为模式复用/解复用器, 选取LP21和LP01 2个非简并模式作为正向传输信道, LP02模式和LP01模式作为反向传输信道, 同时通过光开关控制选择LP11的2个简并模式作为正反向传输信道, 从而实现12.5 km的双向带宽可调传输。该系统为低成本、长距离以及大容量的数据传输场景提供了解决方案。
光通信 模分复用 光子灯笼 多模光纤 光开关 optical communication mode division multiplexing photon lantern multimode fiber optical switch
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 天津理工大学功能晶体研究院, 天津 300384
3 天津理工大学天津市功能晶体材料重点实验室, 天津 300384
根据278 nm激光系统的技术要求,研制了一种倍频分离膜,用于二倍频激光和四倍频激光的分离。实验以牌号为JGS1的石英玻璃作为基底,结合激光损伤热效应机理及材料的本征吸收,选择金属铪和UV-SiO2作为薄膜材料。利用Macleod膜系设计软件分析电场强度分布随膜系周期的变化规律,依据薄膜设计理论和激光损伤场效应机理,完成了倍频分离膜的设计。采用X射线光电子能谱仪、分光光度计和ZYGO干涉仪表征了薄膜的化学成分、光学性能和表面粗糙度。对实验结果进行对比分析,优化薄膜的生长工艺,减小了外因吸收。测试结果表明,当入射角为45°时,278 nm波长处的透过率为98.82%,556 nm波长处的反射率为99.80%,在40°~50°宽入射角范围内,光谱性能均可达到技术指标,激光损伤阈值为12.53 J/cm 2,满足使用要求。
薄膜 倍频分离膜 热效应 场效应 激光损伤阈值 中国激光
2019, 46(12): 1203002
上海交通大学电子信息与电气工程学院,区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
尝试对两类典型的光纤端集成等离激元探测技术的发展进行回顾与梳理,并结合作者的科研实践对本领域未来工作的重点和潜在价值进行讨论。第一类技术是在光纤的端平面集成等离激元谐振传感结构,尤其是等离激元微腔。这种器件既能够插进微量样品通过dip-and-read方式进行生物分子传感,也能够伸入狭小的空间进行超声内窥探测。未来,如何在秉持方便、快速核心价值的基础上,解决复杂样品中低含量分子检测的难题,是这类器件进入医学诊断和食品检验应用领域的关键;而如何大幅提高表面等离激元谐振传感器对声信号的灵敏度,是实现具有重要应用价值的光纤表面等离激元谐振水听器阵列的关键。第二类技术是在锥形光纤尖端集成等离激元天线探针。结合各种扫描探针显微技术,这种器件提供了对等离激元天线的高精度动态调控能力,及通过等离激元热点与样品的强烈作用进行高分辨扫描成像的能力。未来,通过对天线探针和可测量物理量的创新研究,有望进一步扩展可表征物理和化学现象的范围,显著提升表征性能。
表面光学 等离激元微腔 等离激元天线 光纤集成 生物传感 水听器 扫描探针显微技术 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202404
由于长波红外及中波红外辐射受雾滴中水汽的影响明显，结合大气红外探测仪(Atmospheric Infrared Sounder, AIRS)的特征，利用快速辐射传输模式(Community Radiative Transfer Model, CRTM)分别模拟了两个波段的通道辐射信息。对下垫面辐射和模式上行辐射进行分析后发现：(1)为排除下垫面的干扰，将CRTM模式的底层上行辐射减去下垫面辐射，此时分离出的贴地面辐射值大小与海雾的强弱分布一致，因此可用于对海雾水平分布的监测。(2）模式上行辐射及其梯度随高度的变化反映了垂直方向上的海雾强度变化;通过对其进行分析可实现对海雾垂直结构的监测。(3）分别对中波红外和长波红外通道辐射进行模拟分析后发现，两者均可反映海雾的三维空间特性。
海雾 模拟 监测 水平分布 垂直结构 sea fog simulate monitor horizontal distribution vertical structure
