微透镜阵列衍射效应对夏克一哈特曼波前探测器的影响分析

微透镜阵列的衍射效应会影响夏克—哈特曼波前探测器的探测精度。本文根据惠更斯-菲涅耳衍射理论建立二维微透镜阵列衍射模型,模拟分析使用理想平行光入射微透镜阵列时在焦平面产生的二维衍射光斑阵列。然后,通过计算衍射光斑偏移一个像素的过程中质心的误差,确定最大质心计算误差。接着,利用模式法进行波前重构,获得波前探测误差。仿真结果显示:在偏移0.21和0.79个像素,即波面偏转0.03°和0.13°时,衍射导致的波前误差最大为0.125λ。最后,实验验证了该误差计算方法的有效性。该研究结果可为夏克一哈特曼波前探测器的设计提供理论依据。

大气湍流对高分辨率遥感卫星定位精度的影响分析

本文重点研究相机口径、大气湍流强度和卫星轨高对高分辨率遥感卫星定位精度的影响。首先,基于Kolmogorov湍流理论建立对地观测大气湍流模型和湍流模拟方法;然后,仿真分析了相机口径、卫星轨道高度和大气相干长度对卫星定位精度的影响规律,推导出湍流波前倾斜与相机口径、卫星轨道高度和大气相干长度的普适公式;最后,基于该普适公式,得出卫星对地观测时抖动量的理论计算公式。本论文的研究可为后续高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供大气湍流影响的理论依据。

无源液晶光学器件的低成本驱动电路设计

为了实现多路无源液晶光学器件的驱动,设计开发了低成本、低复杂度及幅频可调的多路驱动电路。首先,为了便于控制液晶器件,在PC机和驱动板之间采用USB数据传输方式进行控制信号的传输。其次,驱动板卡采用母板加多子板模式,每个子板可输出32路驱动信号,其可依据实际需求灵活选取子板数目,从而降低成本。母板与子板均采用STM32作为主控芯片,子板通过SPI接口与母板进行数据传输。每个子板通过2个SPI接口将数据分组分发给DAC芯片,每个DAC芯片可控制16路数模转换,最终实现192路模拟信号的输出。最后,进行制板和测试。结果显示,输出模拟电压与灰度值符合线性比例关系,其绝对误差在0.010 V左右,符合10 bit、1024级电压灰度值调制精度。该驱动板卡可以实现多路驱动信号的输出,满足多路无源液晶光学器件驱动控制的需求。

基于溶致液晶制备SERS基底的拉曼光谱一致性研究

在拉曼光谱测量中,表面增强拉曼散射(SERS)基底的微纳结构表面覆盖度对光谱一致性影响严重。为此,本文重点研究表面覆盖度对光谱的影响规律,并给出消除表面覆盖度影响的方法。首先利用溶致液晶软模板制备SERS基底,并分析表面覆盖度和拉曼光谱强度的关系,得到经验公式。然后基于该关系公式,以测量光谱平均强度对应的表面覆盖度作为基准覆盖度,将所有的测量光谱强度都归集到该基准覆盖度下,从而消除表面覆盖度对光谱强度的影响。最后,验证该方法在不同SERS基底和同一基底不同测量光斑大小下的有效性。拟合及实验结果表明:拉曼光谱强度和表面覆盖度呈指数变化关系;表面覆盖度法可以将不同基底的拉曼光谱变异系数减小到约6%、不同测量光斑下基底的一致性均提升约2倍以上,且基底的光谱变异系数随光斑的增大线性减小。总之,表面覆盖度法可以显著提升SERS基底的拉曼光谱一致性,从而实现各种物质成分的定量、可靠检测,极大促进SERS基底在多个检测领域的应用。

基于哈特曼探测器的光波相位三维显示方法

相位是描述光波状态的重要参数,但却无法直接观察。本文基于哈特曼探测器的波前快速探测功能,研究了光波相位三维显示的方法,并研制出相位三维显示系统。首先,利用Zemax软件对系统的光源、准直透镜等光学参数进行优化设计;然后,基于模式法波前重构理论,根据探测的Zernike多项式离焦量和像散项系数,实现了对3个不同类型镜片的相位三维显示,并给出相应屈光度的测量方法;最后,实验验证了光波相位的三维显示和屈光度测量的有效性,-2.00 D的近视镜测量值为-2.07 D,1.00 D的远视镜测量值为0.91 D,0.50 D的散光镜测量值为0.56 D。实验结果表明,此系统能够较准确地测量屈光矫正镜的屈光度,并实现相位的三维显示。本文设计的基于哈特曼探测器的相位三维显示方法具有更好的环境适应能力,便于研究者直观观测光的相位分布。

SPGD算法高精度静态像差校正方法

随机并行梯度下降(SPGD)算法广泛应用于光学系统静态像差校正,其性能指标对校正效果影响较大。由于传统的环围能量(EE)校正精度低、平均半径(MR)稳定性差,提出性能指标组合法,以实现静态像差的高精度、稳定校正。所提方法将EE与MR性能指标相结合进行像差校正,首先以EE作为性能指标对畸变图像进行校正,待能量集中于环围区域后,利用MR性能指标继续进行校正,直至能量分布均匀,校正终止。首先进行了校正仿真,结果显示:相比于EE和MR方法,性能指标组合法对静态像差的校正精度高、稳定性好。搭建实验光路,验证了所提方法的有效性。模拟和实验结果均表明,采用性能指标组合法可以获得高的校正精度且校正稳定。该方法可以应用于光学系统静态像差的校正和消除,实现其接近衍射极限的光学性能。

Improvement of Raman spectrum uniformity of SERS substrate based on flat electrode

The distribution of metal nanoparticles on the surface of a surface enhancement Raman scattering(SERS)-active substrate plays a prominent part in not only the enhancement of Raman vibration signal,but also the spectrum uniformity.Here,a facile method to fabricate SERS substrates with excellent homogeneity and low cost was proposed,in which a lyotropic liquid crystal soft template was introduced for the coordinated growth of the silver nanoflowers in the process of electrochemistry deposition.Simulation was carried out to illustrate the dominated influence of the distance of electrodes on the deposited nanoparticle number.Two kinds of conductive materials,silver plate and indium tin oxide(ITO)glass,were chosen as the anode,while the cathode was fixed as ITO glass.The simulated conjecture on the effect of electrode flatness on the uniformity of deposited nanoparticles in silver is experimentally proved.More importantly,it was demonstrated that with a relatively smooth and flat ITO glass anode,a SERS substrate featuring higher spectrum uniformity could be achieved.This work is of great significance to the actual applications of the SERS substrate for quantitative detection with high sensitivity.