衍射复眼望远镜系统光学特性分析

衍射复眼望远镜是将衍射物镜和按生物复眼结构排列的目镜组结合在一起的新型空间光学成像系统。文中首先介绍了该系统的结构特点,根据衍射物镜的衍射效率计算公式,在ASAP软件中对设计波长下的子目镜系统进行了分析,证明该系统视场角可扩展至±2°;对非设计波长λF下系统的成像信噪比进行详细分析,其中0通道子目镜中心和边缘视场信噪比分别为57.19dB、47.2dB,其它通道相应信噪比均有所下降。在物镜、目镜分离情况下,对非成像光源、由机械结构产生的二次杂光进行了分析。综合分析表明,系统在±2°范围内可成清晰图像,且图像中心信噪比高于边缘。最后,通过实验分别对中心和边缘子目镜系统成像,证实了上述分析结果的正确性。

计算全息法测量长焦透镜面形和焦距

为了同时对长焦透镜的面形和焦距进行高精度检测,提出在Zygo干涉仪的球面光路中加入一个二元衍射元件作为检测件的计算全息法。首先对计算全息法检测长焦透镜的面形和焦距进行了理论推导,并给出焦距误差公式。在Zemax中使用在平面基底上制作的二元衍射元件对一个长焦透镜的面形和焦距进行了模拟检测,其中对该长焦透镜面形的干涉检测PV值为0.0034λ,对焦距的检测精度为-0.11%。最后详细分析了两类误差对检测结果的影响,其中光学元件的位置误差影响不超过0.1λ;二元衍射元件的制造误差影响约0.01λ,在具体制造过程中,其径向位置误差和台阶误差可分别在2μm和5nm之内。在综合考虑各项误差的情况下,该方法的检测精度仍然可控制在2λ/25之内。

一种基于非均匀目标的空间相机平场定标方法

平场定标是空间相机研制过程中必不可少的定标项目。目前,普遍使用均匀照明目标进行空间相机的平场定标,而该方法由于依赖于目标的均匀性,其应用存在一些缺陷。提出了一种基于非均匀目标的平场定标方法,摆脱了对目标均匀性的依赖,具有实际应用价值。首先,基于多幅非均匀目标图像像元灰度的相关性,建立了相机像面响应度分布计算模型;采用最小二乘迭代法对该模型进行了求解,并编写程序进行仿真验证,验证结果表明,在图像信噪比高于25dB的情况下该方法定标精度优于0.5%;最后,根据该方法的特点,给出了实际定标试验的操作流程。

基于电容分割的光子计数成像探测器读出阳极优化设计及仿真

本文提出了一种基于电荷电容分割位置分辨原理的光子位置读出阳极,能够大幅提高该类探测器的空间分辨率和光子计数率。首先,介绍了影响现有光子计数成像探测器成像性能的关键因素,分析了采用电容分割位置分辨方法的优势;其次,对电荷电容分割原理展开了理论推导,分析了光子位置与阳极读出信号变化的空间位置的相关性;再次,在理论推导的基础上,分析了电容分割读出阳极相关物理参数对其空间位置分辨能力的影响;然后,提出了电容分割位置分辨阳极的优化设计原则,并设计了一种新型的基于电容分割的二维光子位置读出阳极。最后,利用有限元仿真工具COMSOL建立了该电容阳极的模型,进行了位置分辨原理仿真,并评估了空间分辨的准确性。仿真结果表明:阳极的位置分辨误差小于50μm,中心区域的位置分辨误差小于5μm,阳极的位置分辨性能优良。

微时代大学物理实验教学模式探索

微课是按照课程标准及教学实践要求,以教学视频为载体,围绕某一个知识点或教学环节进行教学设计而开展的教学活动。其形式灵活,短小精湛,不受课堂教学的限制,是近些年新兴的一种教学方式。针对大学物理实验教学过程中存在的一些问题,本文阐述了如何利用微课教学模式来解决这些问题,探索了如何将微课与大学物理实验教学相结合,以提高教学效果和培养学生科学实验能力和素质。

一种MCP光子计数位置灵敏探测器图像采集系统

光子计数位置灵敏探测器在光子、粒子成像领域应用广泛,而图像采集系统是其重要组成部分。在介绍光子计数位置灵敏探测器的工作原理的基础上,分析了实现计数成像功能的软硬件需求,并设计了一套满足该需求的软硬件平台;依据该设计搭建了图像采集系统的硬件平台并采用LabVIEW编写了图像采集软件;最后进行成像实验验证了该套图像采集系统的性能。实验结果显示,基于该图像采集系统光子计数位置灵敏探测器能够将空间频率为7.14lp/mm的目标分开,表明该图像采集系统实现了其预期功能。

基于等倾干涉原理测液体折射率

在传统迈克尔逊干涉仪的基础上,设计安装了一个带有石英窗口的盛液槽和一套三维可调悬臂动镜组件,利用等倾干涉原理,测量了水和不同质量分数葡萄糖溶液的折射率。结果表明,该仪器在保证测量准确度的前提下,测量精度高,操作简单,易于调节,便于维护,并且应用广泛。该实验既可以在实验教学中作为一个基于迈克尔逊干涉仪测量气体和液体折射率的扩展实验,也可以应用于实际生产测量。

水杨酸盐敏化BaF_2:Tb^(3+)纳米粒子中的Tb^(3+)离子发光（英文）

采用水热法制备了均匀、单分散的BaF_2: Tb^(3+)纳米粒子,并采用离子交换法制备了水杨酸钠敏化的BaF2∶Tb3+纳米粒子(SS-BaF_2: Tb^(3+))。系统地研究了样品的结构、形貌和光致发光性质。结果表明,监测Tb^(3+)离子在547 nm的~5D_4→~7F_5跃迁,SS-BaF_2: Tb^(3+)纳米粒子获得了从200 nm到385 nm波长范围宽的激发带;激发SS的π-π*电子跃迁吸收,由于SS到Tb3+的能量传递("天线效应"),SS-BaF_2: Tb^(3+)纳米粒子产生了增强的Tb^(3+)离子绿光发射;敏化纳米粒子中Tb^(3+)离子光致发光寿命比未敏化纳米粒子中Tb3+离子寿命长。

BaF2：Ce^3＋,Yb^3＋米颗粒的近红外发光性质研究

采用水热合成的方法制备了BaF2：Ce^3＋,Yb^3＋纳米颗粒，利用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE—SEM）、透射电子显微镜（TEM）、近红外漫反射光谱、光致发光光谱（PL）等测试分析技术对样品的结构、形貌、发光性质以及荧光动力学进行分析，结果表明，不同掺杂浓度的BaF2：Ce^3＋，Yb^3＋纳米粒子为结晶性良好的纯立方相结构，纳米颗粒均匀、单分散，平均粒径约50nto左右。BaF2：Ce^3＋，Yb^3＋纳米颗粒，激发Ce^3＋的5d能级在900-1050nm波长范围具有较强的近红外发射，此发射波长与硅太阳能电池的硅带隙相匹配；随着Yb^3＋离子浓度的增加Yb^3＋的近红外发射强度呈现先增加而后降低的趋势，能量传递效率和发光内量子效率增加，而ce斗的发射强度降低且寿命减少。

晶体硅太阳电池的材料优化

介绍了通过掺杂稀土离子实现太阳光波上下量子剪裁和采用微纳米结构硅基材料增强光电流密度的方法来增强有效光子;设计了具有量子增强效果的pin硅基结构,p层表面制作黑硅高吸光结构,i层制作为量子点结构;并简述了通过梯度掺杂制结扩大、增强内电场从而增强光伏效应的原因。

晶体硅光伏电池的材料优化

介绍了调制阳光频率实现太阳光波上下量子剪裁的两种方式:掺杂稀土离子和微纳米结构化硅基材料。以Lu2O3为基质,采用共沉淀法制备了Tb3+和Yb3+共掺的下转换粉末;以NaYF4为基质,采用热水法制备了Er、Yb和Tm共掺的上转换粉末。实验证明Lu2O3:Tb3+,Yb3+纳米粉末中,一个高能光子可剪裁成2个974nm的近红外光子。而NaYF4:Er3+,Yb3+,Tm3+共掺的上转换材料也有显著的上转换效果,仅用1 122nm激光照射0.25cm2实验硅光电池片可增加电池光电流密度0.06mA/cm2。设计了具有纳米结构的PIN。简述了通过梯度掺杂制结增强光伏效应的原因。

Compound diffractive telescope system:design,stray light analysis,and optical test

The compound diffractive telescope is a novel space optical system which combines the structure of compound eyes with diffractive optics and so it has a lighter weight, a wider field of view （FOV）, a lower cost as well as looser fabrication tolerance. In this paper, the design of a compound diffractive telescope composed of one primary lens and twenty-one eyepieces is introduced. Then the influence of diffraction orders on the performance of the system is analysed. A modified phase function model of diffractive optics is proposed to analyse the modulation transfer function （MTF） curves for 0° FOV, which provides a more accurate prediction of the performance of the system. In addition, an optimized mechanism is also proposed to suppress stray light. The star image and resolution tests show that the system can achieve diffraction limit imaging within ±2° of FOV and 4-4 mm of eccentricity. Finally, a series of pictures of an object are taken from different channels, and the splicing of pictures from adjacent FOVs is demonstrated. In summary, the designed system has been proved to have great potential applications.

利用功率谱密度评价离子束抛光光学元件表面粗糙度

利用功率谱密度(PSD)评价光学表面粗糙度具有传统评价手段(Ra)所不具备的优势。给出了功率谱密度的计算方法,以及抽样方向与一维PSD曲线的关系。在离子束抛光K9玻璃实验中引入PSD曲线,以评价抛光光学零件的光学表面粗糙度,结合PSD曲线与Ra值能够更全面的指导光学加工。

长焦透镜焦距及透射波前检测

提出了在球面光路中利用凹球面反射镜同时测量长焦透镜焦距和透射波前的干涉检测方法,分析了该检测方法的误差以及测量误差和调整误差对检测结果的影响,确定了在检测过程中所需控制的相对敏感自由度。结果表明,该检测方法可对F/#≥50的透镜进行检测,其焦距计算相对误差为0.2%,透射波前P-V值可达1/25λ。

光子计数位置灵敏探测器畸变多项式校正

采用多项式校正方法对光子计数位置灵敏探测器成像畸变进行校正。介绍光子计数位置灵敏探测器工作原理并分析其畸变产生原因;介绍多项式校正原理,并给出光子计数位置灵敏探测器畸变多项式校正流程;采用该方法对两种不同畸变程度的基于楔条形阳极该类探测器进行了畸变校正,校正后残余误差分别为2.5pixel和1.2pixel。实验结果表明,多项式校正法能够有效校正光子计数位置灵敏探测器成像畸变。