追忆王威琪院士

王威琪院士离开我们已经一年多了,但他的奕奕神采和音容笑貌,不时浮现在我的眼前。王院士和我是复旦大学物理系的先后同学。他勤奋好学、为人谦逊,学习上刻苦钻研、成绩优异,生活上勤俭节约、吃苦耐劳。在那个追求梦想、热血沸腾的青春岁月里,我们一起参加活动,一起分享快乐、承担痛苦。在彼此的交往中,我们相互帮助、相互鼓励、共同成长,建立了难以忘怀的深厚友谊。我们曾在风华正茂的青春年华里并肩作战,在追逐梦想的路上一起走过了一段不平凡的路程。如今他离我们而去,让我倍感悲痛。

电磁场与微波课程“TAKES”教学方法的研究

电磁场与微波是通信工程、电子信息和电气等专业学生的必修课。该课程具有抽象程度高、不易理解和公式复杂等特点。为此提出了一种“TAKES”教学方法,从技术(T)、应用(A)等引入相关知识点(K),进行课程实验(E)与仿真(S),巩固知识点(K);引导学生进行电磁场方面的应用(A)与技术(T)的研究。通过这样的循环,激发学生的学习兴趣,拓展课程知识,对学生科研能力和创新能力的培养具有重要意义。

眼镜镜片尖边轮廓的五轴数控加工

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合眼镜片加工标准的OMA文件中的球坐标数据进行坐标及格式转换等处理。基于NURBS曲线拟合算法,实现刀路轨迹的连续性并保证拟合曲线的精度。设计和建立一种控制刀轴矢量平滑变化的刀轴驱动约束方法,依靠曲线驱动刀轴及镜片曲面法向量约束刀轴使刀头平滑进给,并将刀轨文件经过后处理转换为NC文件。最后,对加工后的镜片进行误差测量,结果表明,通过点云数据拟合刀路曲线的方法提高了加工面的精确度和光滑性,有效缩减了加工流程,提高了加工效率。

我国仪器仪表与测量控制科技的发展

从战略高度,深刻全面地论述了仪器仪表与测量控制在当今社会的重要地位和作用、我国仪器仪表与测量控制的基本概况以及今后发展的趋势和特点,特别指出我国工业自动化仪表与控制系统以及科学仪器未来发展的关注点。同时,阐述了我国仪器仪表与测量控制近年来的重大进展,指明了我国仪器仪表与测量控制自主创新发展的方向。

亚波长微纳光学的前沿研究(一)

材料与结构在微纳米尺度展现了许多不同于宏观尺度的新特征,微纳加工技术已经成为当前科学研究与工业开发的热门领域之一。笔者简要介绍了负折射材料和黑硅这两种微纳光学材料的制备及其特性,展示了微纳光学材料在新技术中的广阔前景和科技创新中的重要作用。

亚波长微纳光学的前沿研究(二)

结合薄膜光学、导波光学和衍射光学制备的亚波长微纳结构器件,具备制作新型功能光学元件的潜力,是当今光学领域备受关注的研究热点。笔者介绍了亚波长导模共振结构应用于可调谐滤波器、彩色图像再现,及其周期性孔阵列结构制备的可调谐滤波器。这些研究展示了微纳米尺度的光学结构不同于宏观尺度的新特征,及其在新技术的广阔前景和科技创新中的重要作用。

30km分布光纤温度传感器的空间分辨率研究

分布光纤温度传感器是一种比较新型的传感器系统,它可以实时测量空间温度场的分布。空间分辨率是分布光纤温度传感器的一个重要参数。在30km分布光纤温度传感器系统的研制过程中,对系统的空间分辨率进行了优化设计。入射激光脉冲的宽度决定了系统空间分辨率的上限。光电接收系统和电系统的带宽也会影响系统的空间分辨率。电系统的带宽必须和激光脉冲的宽度相匹配。系统的空间分辨率既可以直接测量,也可以通过测量光纤末端菲涅尔反射的半宽度来间接测量。经过优化设计,在30km的系统中,空间分辨率达到了3m。

CCD紫外敏感Lumogen薄膜制备与光谱表征

传统的CCD和CMOS成像传感器对紫外区域响应比较弱,这是因为多晶硅栅对紫外光有强的吸收能力,从而阻碍了紫外光进入CCD沟道。为了提高探测器对紫外辐射的敏感性,可行的一种办法是在器件上镀一层可以将紫外光转化为可见光的变频膜。采用真空蒸发法制备了有机Lumogen薄膜,并用发光官能团分析、椭圆偏振技术研究了Lumogen薄膜的发光原理与光学常数。分析与实验结果表明:Lumogen可连续光致发光原因是其分子具有四类双键结构;椭圆偏振法测得该Lumogen薄膜折射率在1.3左右,说明该膜具有增透效果。同时,通过测量Lumogen薄膜的透射光谱、吸收光谱、光致发光发射谱和激发谱,表征了Lumogen薄膜的光谱性质,发现Lumogen薄膜在可见波段(>470nm)有较好的透过性,用紫外光激发会产生较强的黄绿光(中心波长位于523nm),且激发光谱宽(240～490nm)。结论表明Lumogen薄膜的发射光谱能够与CCD等传统硅基成像器件的响应光谱匹配,是一种符合实际要求的紫外敏感薄膜。

光子晶体负折射效应在糖溶液浓度检测中的应用

探讨了光子晶体负折射效应在糖溶液浓度检测中的应用,在软件中使用时域有限差分法对光在光子晶体中的传播进行了模拟实验。模拟显示:糖溶液的浓度变化与输出功率变化接近线性关系,而线性相关程度受介质柱半径常数的影响。进行了多组参数比对与优化,最终获得了线性度最高的输出功率与糖溶液浓度的对应关系。基于这个对应关系,提出了基于光子晶体负折射效应的糖溶液浓度检测方法并设计了相应的糖溶液浓度检测器。实验结果表明:基于光子晶体的糖溶液浓度检测器具有结构简单、测量精度高、响应速度快、易于与激光器件集成且不受外界电磁环境影响等优点。

基于动态光散射信号分形的颗粒测量技术研究

颗粒的动态光散射信号具有分形特征 ,通过对其特征值的分析 ,可以得到颗粒粒径信息。采用 10 0 nm、2 0 0 nm、5 0 0 nm和 10 0 0 nm4种亚微米粒径范围的标准聚苯乙烯乳胶颗粒样品 ,分别求取了它们的动态光散射信号的分形维数。实验结果表明 ,颗粒粒径越小 ,对应的动态散射光分形维数越大 ;粒径越大 ,分形维数越小。从而证明了用分形维数表征颗粒粒径的可行性。与相关方法相比 ,分形方法具有所需的采样数据少、计算简便。

基于线阵CCD的光谱仪定标研究

光谱仪是一种基本光谱检测和分析仪器,以线阵CCD为探测核心是设备微型化的重要手段,CCD各光敏像元输出信号与待测光谱波长及光谱辐射通量之间对应关系成为定标的主要内容。研究了常规线性拟合方法,应用校准结果测量发现有时误差较大,利用低压汞灯特征谱线为基准,采用最小二乘法曲线拟合完成波长定标,计算出拟合曲线的3阶校正参数;利用辐射标准灯完成光谱辐射定标,解决了光束经过光学系统传输损耗及线阵CCD光谱响应灵敏度测量的困难,并对定标方案进行了数学推导证明。对大量实验数据进行分析表明,该定标方法是切实可行的,并成功应用到微型光谱仪器的生产过程。

双荧光标记生物芯片激光共聚焦检测系统

基于激光共聚焦检测原理,构建了针对荧光标记生物芯片的检测系统,对用Cy3或Cy5标记蛋白点样的玻片进行了扫描检测,并对采集的荧光数据信号进行了图像重建。针对实际荧光信号可能较微弱并存在较大动态范围的情况,采用形态学方法对图像进行滤波、增强处理,显著增强了图像质量。提出了标定系统信噪比和灵敏度的公式,并据此对检测实验结果进行了详细的分析计算,最终标定此激光共聚焦生物芯片检测系统的灵敏度约为0.1 fluo/μm2。

正方形空气孔光子晶体光纤特性分析

为了同时获得高双折射和色散平坦特性的光子晶体光纤,本文提出了一种包层以椭圆空气孔为纤芯,四周环绕正方形空气孔的光子晶体光纤结构。基于不同纤芯椭圆率、不同纤芯填充材料,对所提光子晶体光纤结构的双折射、色散、非线性等性能进行了讨论。结果表明,在波长1.55μm处,当纤芯椭圆率不同,填充材料相同时,最大双折射值为0.37,最大非线性系数值277.76 W^(-1)×km^(-1);当纤芯填充材料不同,椭圆率相同时,最大双折射值为0.34,最大非线性系数值为307 W^(-1)×km^(-1)。在波段1.26μm^1.8μm范围,色散呈现出近零色散平坦特性,变化范围不超过±12.5ps/(nm×km),带宽0.6μm。

基于聚合物分散液晶全息光栅的可调增益均衡器

从理论和实验两方面分析研究了聚合物分散液晶全息光栅在632.8nm光波的入射下的衍射谱特性和电压可调特性,实验结果与耦合波理论的计算结果具有很好的一致性,从实验上验证了用耦合波理论来描述聚合物分散液晶全息光栅的衍射特性是恰当的.并且提出了利用聚合物分散液晶全息光栅对掺饵光纤放大器增益谱进行平坦化的方法,利用聚合物分散液晶全息光栅的电压可调特性可实现动态增益均衡.运用该方法,可使掺饵光纤放大器在C波段1530～1560 nm内,温度在0℃～65℃范围内变化,掺饵光纤放大器自发辐射谱的不平坦度从3.3dB降到0.2dBp-p(峰-峰值).

拉曼光谱的局域动态移动平均全自动基线校准算法

基线校准是极其重要的光谱预处理步骤,能够显著提高后续光谱分析算法的准确性。目前基线校准算法大多数都是手动或半自动的,手动基线校准算法完全依赖于用户的经验,个人主观因素会严重影响基线校准的准确性,半自动基线校准需要针对不同的拉曼光谱设置不同的优化参数,使用不便。提出了一种局域动态移动平均(LDMA)全自动基线校准算法,并且详细阐明了该算法的基本思想和具体算法步骤。该算法采用了改进移动平均算法(MMA)实现拉曼光谱峰的逐渐剥离,通过自动识别原始拉曼光谱的基线子区间来将整个拉曼光谱区间自动分割为多个拉曼峰子区间,从而实现了在每个拉曼峰子区间中动态改变MMA窗口半宽度和控制平滑迭代次数,最大程度地避免了基线校准过度和基线欠校准现象。无论对于凸形基线、指数形基线、反曲线形基线模拟拉曼光谱,还是真实物质的拉曼光谱,LDMA全自动基线校准算法都取得了很好的基线校准效果。

遗传算法在光栅面形优化设计中的应用

衍射效率高、偏振相关损耗低的衍射光栅是集成波分复用/解复用器件的一种核心元件,在光通信中具有很重要的应用价值,而一般面形的光栅很难达到此要求,为此需要在光栅衍射效率计算的基础上,利用遗传算法对光栅面形进行优化。采用二次函数来描述光栅面形,选取一定的原始样本,利用耦合波方法计算光栅的衍射效率;然后采用遗传算法中的各种算子对样本进行变换,计算变换后光栅面形的衍射效率,选择其中接近所确定条件的样本进行保留;再继续下一次变换和选择,直到满足设定的要求。通过优化最后得到衍射效率高、偏振相关损耗小的光栅面形,这些面形的光栅衍射效率达到90%以上,而相应的偏振相关损耗小于0.1 dB,已经达到光通信中的相应要求。在光栅面形设计中采用了遗传算法进行光栅面形优化为有特定要求光栅的制作提供了理论指导,可以节省一定的人力和物力。

亚波长光栅的衍射效率

本文使用矢量衍射理论—严格的耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率进行了数值计算,得到在不同光栅参数时亚波长光栅的衍射效率,对影响光栅衍射效率的各个光栅参数分别进行分析,讨论了光栅在光栅参数变化时的衍射特性,给出衍射效率随光栅各个参数的变化曲线。由结果可知亚波长光栅的衍射效率随光栅槽的深度以及光栅占空比有着规律性的变化,选取不同的光栅参数就可得到完全不同的衍射效率,这样就为设计出所需要的光栅滤波特性提供了制造依据。

大出瞳自由曲面头盔显示器光学系统的设计

头盔显示器系统由于自身对尺寸和重量有严格要求,采用自由曲面器件可以起到减少透镜片数,从而缩小系统尺寸、减轻重量等作用.针对目前单片式自由曲面棱镜解决方案存在的出瞳直径小,棱镜自由曲面光学面加工定位困难等问题,介绍了一种大出瞳自由曲面头盔显示器光学系统的设计方法,并给出了设计结果.设计方案采用了自由曲面棱镜和薄透镜的双片式结构,棱镜和薄透镜都各自含有一个平面光学面,有效降低了加工难度,同时薄透镜与显示器可以作为一个整体调整,不增加装调难度,采用0.61寸微型显示器,对角视场45°,出瞳直径达到了10 mm.

对动态光散射颗粒测量技术中几个问题的讨论

在分析国内外动态光散射颗粒测量技术研究动态的基础上,对在动态光散射颗粒测量技术中应用的新理论和新方法,通过增加自相关函数的拟合参数来克服热晕效应的影响,用单束光互相关方法提高信号的时间分辨率及测量浓悬浮颗粒时的改进装置等几个问题进行了讨论.

高成像质量Offner成像光谱仪的理论分析与研制

以双镜系统为基础构建了Offner成像光谱仪,并利用光程函数来获得一种Offner成像光谱仪的初始结构.通过光学设计软件Code V对该初始结构进行了仿真与优化,优化后的光谱仪具有高成像质量,其均方根点列图直径明显降低,调制传递函数曲线在子午像与弧矢像上都获得了好的成像效果.该研究免去了过于复杂的像差推导过程,并在宽光谱400~1 300nm条件下获得了具有高成像质量的Offner光谱仪结构,为光谱仪的搭建提供了理论基础.