江西科技学院 人工智能学院，江西 南昌 330098
为了解决在敏感环境中位置测试容易受到干扰的问题，提出了一种基于反射式光纤传感防盗系统。该系统采用T型光纤探头作为无源传感探头，反射配件安装于安防外壳表面，通过实时测试位置偏移量提供安防预警。探测模块通过预先测试最佳反射位置的方式，将光纤探头与反射配件固定于安防位置上。在获取激光回波信号的基础上，计算了关于位置的场强分布函数。在标定实验中，测试位置由0递增至5.0 mm，响应光功率最大值为18.76 μW，方差最大值0.124。当超过3.0 mm后的曲线单调性良好，符合系统设计要求。在不同干扰类型对比实验中，分别对比了湿度、温度、振动对系统测试结果的影响程度。实验结果显示，干扰项的光功率波动无论是线性还是非线性的，其波动范围小于4 μW，而真实人为打开条件下，其波动程度大于18 μW。与此同时，系统反演计算的位移偏移量也发生显著改变，相比干扰项的位移偏差均值大8倍以上。系统具有传感端无源、灵敏度高、实时性好等优势，可有效应用于敏感环境中的安防监测。
光纤传感 反射结构 安防监测 敏感环境 optical fiber sensing reflective structure security monitoring sensitive environment 红外与激光工程
2022, 51(10): 20220068
1 上海大学材料科学与工程学院，上海 200072
2 上海银玛标识股份有限公司，上海 201601
为在包装铝材表面得到高灰度二维码，本团队使用纳秒脉激光对铝合金表面进行标记试验，探究了激光标记工艺对灰度的影响以及灰度变化的原因。采用CCD工业相机、紫外-可见光分光光度计、扫描电子显微镜和能谱分析仪对两种激光标记工艺（直接低速标记以及先高速再低速标记）标记前后的样本表面进行了灰度和光谱反射率测定以及微观形貌观察与分析。结果发现：各样本的灰度与光谱反射率变化存在一致的对应关系；采用第二种激光标记工艺得到的样本表面的灰度值达到了92%，反射率降为10%~17%；产生灰度变化的原因是激光诱导铝合金表面形成了富有微米级沟孔并吸附有很多纳米球状颗粒及絮状物的抗反射结构。
激光技术 激光标记 铝合金 纳秒激光 高灰度 抗反射结构 激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2114003
1 华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 广东省科学院半导体研究所, 广东 广州 510651
为了有效地收集半导体发光二极管大范围的出射光以实现光能的高效利用,设计一款基于全内反射结构的多个自由曲面准直透镜,该透镜的初始结构是根据Snell定律和能量守恒定律等光学原理的算法设计而成。将该透镜的初始结构导入Creo软件中并进行360°旋转以得到3D实体模型,将其转入TracePro光学软件中进行蒙特卡洛光线追迹的模拟,在距离接收板20 m处接收到一个圆形光斑。对该透镜模型进行法矢修正,优化后的透镜经过模拟仿真,透射能力高达182 cd/lm,光束角为±1.621°。将优化后的透镜与传统的全内反射结构透镜进行对比,经验证发现优化后的透镜对窄光束的调控能力更好。
光学设计 全内反射结构 自由曲面 准直透镜
电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川 成都 610054
采用离子注入剥离法转移制备了43°Y-切铌酸锂(LiNbO3,LN)单晶压电薄膜材料, 以SiO2/Mo作为声反射结构制备了固态声反射型薄膜体声波器件。谐振器工作频率约为3 GHz, LN薄膜等效机电耦合系数达到14.15%。对谐振器的频率温度特性进行了表征, 结果表明, 尽管LN单晶的频率温度系数为(-70~-90)×10-6/℃, 但由于声反射结构中包含有正温度系数的SiO2层, 谐振器的频率温度系数降至-18×10-6/℃, 这表明固态声反射结构能够有效抑制单晶LN薄膜的温漂, 获得低频率温度系数的谐振器器件。
体声波谐振器 离子注入剥离法 铌酸锂单晶薄膜 固态声反射结构 机电耦合系数 频率温度系数 bulk acoustic resonator ion implantation stripping method lithium niobate single crystal film solid state acoustic reflection structure electromechanical coupling coefficient frequency temperature coefficient
1 华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉430074
2 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400700
仿生蛾眼是一种具有抗反增透效果的微纳米结构, 该结构采用化学沉银方法制作了随机分布的双面仿生蛾眼抗反射纳米结构透镜, 平均透射率在97%以上。分析了相同参数组合条件下周期蛾眼结构和随机蛾眼结构的透射率情况, 得出在设计波段内, 随机蛾眼结构透射率优于周期结构的结论。采用蛾眼透镜进行相关参数的计算, 利用CODE V平台设计了一款全蛾眼成像镜头。该蛾眼系统焦距为25.5 mm, F数为5, 视场角13°, 光谱范围400～700 nm。经过成像对比试验显示, 蛾眼镜头相比常规镀膜镜头而言, 对鬼像、边缘眩光等杂散光具有很好的抑制作用。
蛾眼抗反射结构 微纳加工 光学设计 杂散光抑制 moth-eye anti-reflective structure micro-nano fabrication optical design stray light suppression 红外与激光工程
2019, 48(1): 0118004
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
同轴两反结构作为空间激光通信光学天线时常存在接收视场小、发射效率低等缺点。同时, 因中心遮拦造成的能量损失, 也会大大降低通信系统的瞄准和捕获概率。针对此缺陷, 提出采用离轴两反天线结构并引入自由曲面设计以提高通信系统的性能。由初级像差理论推导得出离轴两反系统的初始结构, 并采用Zernike多项式自由曲面面形, 增加系统设计自由度, 提高系统平衡像差的能力。给出入瞳口径与焦距相同的同轴两反和离轴两反系统的设计实例, 并比较二者的光学传递函数MTF、点列图、衍射包围圆能量、波前误差等。结果表明: 离轴两反自由曲面天线的像质明显优于同轴两反天线, 因而该种天线结构的使用可提升空间激光通信系统的整体性能。
空间激光通信 光学天线 离轴两镜反射结构 自由曲面 space laser communication optical antenna off-axis two-mirror reflective structure freeform surface 红外与激光工程
2017, 46(12): 1222003
1 全球能源互联网研究院, 北京 102209
2 电子科技大学 通信与信息工程学院, 成都 611731
对降低铌酸锂(LN)电光调制器的半波电压进行了研究, 探索了利用反射结构实现低半波电压的原理。通过退火质子交换工艺在x切LN晶片上制作了反射结构的LN电光调制器。测试表明, 这种反射结构的LN电光调制器在保持器件长度不变的条件下可以降低半波电压。
铌酸锂 电光调制器 退火质子交换 半波电压 反射结构 lithium niobate electro-optic modulators annealed proton-exchanged half-wave voltage reflection structure
1 长春理工大学光电工程学院， 吉林 长春 130022
2 华中光电技术研究所武汉光电国家实验室， 湖北 武汉 430223
采用严格耦合波分析方法研究了长波红外波段锗基底的圆柱形周期阵列仿生蛾眼抗反射微结构的衍射特性，并进行理论分析和模拟仿真验证。重点分析了周期、深度、占空比和整体面型轮廓等参数对微结构抗反射特性的影响，得出具有较好抗反射效果的结构组合参数。采用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术在锗基底上制备该亚波长周期微结构。通过热场发射扫描电子显微镜对微结构表面形貌进行表征，并应用红外成像光谱仪在长波红外波段分别对双面抛光锗片、单面微结构和双面微结构进行测试对比，结果显示在8~12 μm范围内双面微结构的反射率小于8%，基本达到设计要求。
光学设计 抗反射结构 亚波长微结构 严格耦合波分析 反应离子刻蚀技术
1 苏州大学物理与光电·能源学部江苏省先进光学制造技术重点实验室教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
2 中国科学院等离子体物理研究所，安徽 合肥 230031
针对EAST托卡马克等离子体中波红外与可见光集成诊断系统进行了设计。系统采用独特的光路形式，使成像指标满足的同时，尽量避免光学元件受到辐射和污染；通过采用分色方式，实现中波红外与可见光两路同口径、同视场成像，提高了观测效率。最终设计完成了通光口径3 mm，视场58°×47°的广角红外与可见等离子成像系统。装调后对各项指标测试结果表明，系统性能达到设计要求。通过对EAST托卡马克装置的放电过程成像实验表明，系统红外与可见两路实现了广角、清晰等离子成像。
中波红外与可见光诊断 托卡马克装置 等离子体成像 折反射结构 middle infrared and visible diagnostic Tokamak device plasma imaging catadioptric structure 红外与激光工程
2015, 44(12): 3656
苏州大学 物理与光电 ? 能源学部，江苏省先进光学制造技术重点实验室，教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
针对EAST 托卡马克等离子体可见光成像系统进行了设计。考虑等离子体成像性能要求和使用环境的特殊性，采用独特的光路形式，在满足光学指标前提下，减小了光学元件受到的辐射和污染。最终设计完成了通光口径2.5 mm，焦距6 mm，视场60°×50°，波段380 ~780 nm 的广角高速可见光等离子成像系统，并对杂光进行分析，采取了有效的抑制措施。装调后对各项指标测试结果表明，系统性能达到设计要求。通过对EAST 托卡马克装置的放电过程成像实验表明，系统实现了高速、广角、清晰的等离子成像。
托卡马克装置 等离子体成像 可见光诊断 折反射结构 Tokamak facility plasma imaging visible diagnosis catadioptric structure
