用于荧光显微技术的多波长激光耦合系统

为了满足荧光显微镜技术对多波长单模耦合输出激光的需求,研究了400~680 nm内多波长激光耦合进单模光纤的技术,设计了三片式耦合透镜组很好地消除了不同波长耦合时的色差以提高耦合效率,同时考虑光纤耦合调试难度大的问题,设计了能快速简单完成耦合调节的耦合光纤部件结构以及耦合调试的方法,通过实验测试荧光成像常用的4种波段激光(405,488,561,638 nm),耦合效率均大于65%。实验结果达到了较高的光纤耦合水平,证明该多波长激光耦合器性能优异。同时,由于耦合器装调简单且成本低,本文的工作具有进一步商业化的价值,且为多波长单模耦合激光器国产化打下了坚实的基础。

高功率半导体巴条激光器的热特性分析

对采用5层叠焊的微通道无氧铜热沉冷却的巴条激光器进行了流体动力学(CFD)分析。建立了条宽10 mm、腔长1.5 mm巴条芯片的流固耦合共轭传热模型,得到了不同流量水冷下激光器的热阻和压力损失曲线。分析了300 m L/min水流时,激光器的温度分布和冷却水的流动性能。实验条件下,测试了该微通道热沉封装的808 nm巴条激光器的热阻和压力损失。数值计算和实验测试所得的结果一致,在300 m L/min水流下,巴条热阻为0.38℃/W,在温度不高于70℃时可满足连续模式下90 W的散热要求。

退火参数对p型GaAs欧姆接触性能的影响

采用磁控溅射的方法在P型GaAs衬底上沉积了Ti／Pt／Au金属薄膜，研究了退火工艺参数（温度和时间）对p-GaAs／Ti／Pt／Au欧姆接触性能的影响。结果表明：p-GaAs上制作的Ti／Pt／Au金属系统能在很短的退火时间（60S）内形成很好的欧姆接触。过分延长退火时间，并不能改善系统的欧姆接触性能。退火温度在400-450℃时均可得到较好的欧姆接触。当退火温度为420℃，退火时间为120S时，比接触电阻率达到最低，为1．41×10^-6Ω·cm2。

激光扫描共聚焦光谱系统设计

为提高激光扫描共聚焦显微镜光谱模块的分光性能,设计了双Amici棱镜光谱结构。根据棱镜色散特性,计算得到Amici棱镜和双Amici棱镜的线性与非线性数学模型,给出直视型棱镜结构参数。比较相同色散条件下Amici和双Amici棱镜结构,得到双Amici棱镜组能提供更好的色散线性度。在光谱波段400~700 nm,中心波长偏向角为0°,最大色散角为4°,光谱分辨率为5 nm的条件下,利用双Amici棱镜结构设计共光轴直视型分光系统。用双Amici棱镜结构和单棱镜对比,进行了光谱分布实验。实验结果表明,双Amici棱镜组的色散线性度明显优于单棱镜,大大改善了因棱镜非线性分光特性对荧光成像光谱分辨率的影响。同时,将双Amici棱镜结构设计进共聚焦光谱成像模块中,对牛肺动脉内皮细胞切片进行了三通道荧光成像,得到了高质量的多通道荧光图像。

大功率半导体激光器叠阵的光学性能

半导体激光器由于其光电转换效率高、亮度高、寿命长等特点,是用于抽运固体激光器的最佳选择。作为抽运源,要求半导体激光器具有很好的光学性能,主要包括出射光束的发散角和指向性。半导体激光器的发散角很大,要对其进行光束压缩整形并控制光束的指向性是一项很难的技术,对于多个半导体激光器组成的叠阵要保证其每一个巴条的光学性能良好更是不容易做到。从研究半导体激光器光束质量的控制着手,制作出一个带快轴准直的60个巴条的激光器叠阵,其峰值功率高达18kW,叠阵整体快轴发散角小于0.2°(3.5mrad),每个巴条的指向性在±0.15°(±2.6mrad)以内。

胚胎长时程培养在线监测系统设计与试验

在胚胎发育过程的研究中,胚胎各阶段的形态特征是评价其发育优劣的重要依据,用于指导胚胎体外培养体系的优化和改进。本文为胚胎长时程培养设计了一种基于“低倍搜寻、高倍观察”策略的在线监测系统。首先,针对胚胎在发育过程中体积不断增大的情况,本系统配置了4倍相差、10倍和20倍霍夫曼调制相衬三种光学模块,以满足不同视场的观察需求;通过光机系统匹配设计、误差控制和装调试验,保证了成像光学分辨率,并获得了胚胎的高对比度的浮雕立体成像效果;然后,通过低倍大视场进行识别定位,高倍小视场捕获细节,本系统实现了胚胎的在线跟踪监测;最后,开发并验证了一种基于图像轮廓面积和清晰度评价的胚胎识别定位算法。本文开发的体外胚胎培养在线监测系统能在不影响胚胎发育的前提下,跟踪记录发育过程的形态特征,为胚胎发育评估和体外培养体系的优化提供依据。