基于量子级联激光器的Pump-Probe光路球晶雕刻实验

利用2台中红外量子级联激光器(QCL)组成的泵浦探测(pump-probe)光路通过红外共振吸收对高分子球晶进行选择性熔融进而实现球晶雕刻.当QCL激光频率和分子基团振动频率相同时,会发生共振吸收,产生强烈的热效应,诱导样品快速熔融;QCL激光具有高偏振性,优先诱导振动方向和红外激光偏振方向一致的基团发生共振吸收,因此可以实现选择性熔融;高分子球晶中有沿着各个方向的分子链并且取向方向确定,可以通过pump球晶不同部位来验证球晶雕刻的可行性.一台激光器(pump)对应分子链中基团的强吸收峰,共振加热诱导晶体熔融;另一台激光器(probe)对应分子特征基团(构象)的吸收峰,追踪结构变化;pump光可以选择性定点熔融,pump和probe 2束光均能在线追踪样品熔融程度,是该检测方法的突出优点.选用聚丁烯-1(iPB-1)为研究对象,实验结果显示,球晶熔融程度随基团振动方向与pump光偏振方向夹角的增大而减弱,证明了利用QCL在球晶尺度上进行雕刻是可行的,为原位在线研究快速熔融过程提供了新的研究途径,为定点调控晶型转变及晶体聚集态结构形态提供了思路.

场站空间甲烷逸散泄漏激光遥测光路匹配研究

基于计算流体力学(CFD)对非合作目标条件下甲烷遥测路径进行分析,结合一维视线积分浓度表征模型,开展不同风速、不同泄漏位置工况下甲烷逸散数值模拟研究,探究不同扫描方案下,甲烷视线积分浓度值变化规律,获得油气场站激光检测最优方案,与实际检测路径进行光路匹配。研究结果表明:在不同泄漏位置与不同风速条件下,光路水平距离为5 m的扫描方案能够实现油气场站泄漏气体的快速扫描与报警;随着泄漏位置与检测器水平距离增大,风速增强,光路水平距离为5 m的扫描方案在报警时间方面比其他方案优越性更明显。

制氢厂房氢泄漏激光检测光路布置优化研究

氢气扩散能力强、燃烧速度快、可燃范围广的特点使其泄漏易发生爆炸事故。对比基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的激光传感器布置方式,以降低对氢泄漏的检测时间,获得最佳光路布置间距和角度。利用数值模拟研究了氢气在制氢厂房内的泄漏逸散规律,通过光学仿真确定了激光传感器的最短布置距离,分析了相邻光路间距及光路投影角度两种因素对氢泄漏检测的影响,得到了检测时间短、经济成本相对较低的布置方式。结果表明:相邻光路间距为0.4 m、光路与地面夹角为45°时,检测氢气泄漏时间优于其他方式并且所需激光传感器数量最少。

一种双视场电视/激光测距接收共光路一体化机设计

设计了一款双视场电视与激光测距接收共光路一体化机。根据应用需求,首先对CMOS、雪崩管器件选型;其次对光学、机械、电气部分进行设计,采用共用前物镜组,并利用镀有光谱分光膜的分光镜以及中继镜组,实现电视双视场与激光接收的共光路光学系统设计,电视大视场用于搜索目标,电视小视场用于跟踪目标,激光测距接收单元用于接收激光回波;然后采用主镜筒与整机壳体一体化设计,并以整体铸造方式进行加工,提高一体机整体结构强度;最后采用双H桥电机启动芯片并联设计,提高运行额定电流,并根据限位开关检测结果,实现电机对传动部件的精准限位控制。对设计结果进行分析,结果表明:设计的一体机大/小视场像质良好、像面稳定,激光测距接收单元工作状态良好。

反射镜式光电系统光路内嵌复合轴稳定误差分析

为满足各类装备平台对反射镜式光电系统光路内嵌复合轴高精度稳定的需求,针对实际研制中各类误差源相互耦合难以控制的难题,文中基于反射镜式光电系统光路内嵌复合轴稳定的原理,从理论上分析了快速反射镜角度与瞄准线角度关系线性化、陀螺和快速反射镜安装正交性误差以及快速反射镜测角精度对系统瞄准线稳定误差的影响,建立了瞄准线稳定误差与上述影响因素之间量化数学模型,并根据量化模型开展了计算仿真实验。仿真结果表明,在瞄准线稳定误差要求为2μrad级别时,快速反射镜角度与瞄准线偏转角度关系不能采用简化的线性化处理,陀螺安装误差应小于0.005 mrad,快速反射镜的安装误差应小于0.003 mrad,快速反射镜的测角精度应达到0.001 mrad。在实际应用中,在保证快速反射镜测角精度的基础上,应对陀螺和快速反射镜安装误差进行校准补偿,确保陀螺和快速反射镜安装误差产生的瞄准线稳定误差绝对值之和小于瞄准线稳定精度要求。

用分光计测三棱镜折射率光路图的MATLAB动画演示

建立了三棱镜光路图的数学模型,应用MATLAB绘制光路图,检验了模型的正确性.随着三棱镜的旋转,直观地演示了分光计中光路图和偏向角的变化过程,指出了最小偏向角.

自由运动秀丽隐杆线虫双光路观测系统

为了解决自由运动秀丽隐杆线虫观测系统存在的视场单一、运动数据受环境影响等问题,设计了自由运动线虫双光路观测系统。该系统融合了显微成像模块和大视场成像模块,能够同时获取线虫的显微图像和培养皿图像,并通过切换荧光模块满足线虫荧光图像的获取需求。系统将显微成像模块直接装载在XYZ三轴位移平台上,可以有效避免线虫受震动影响引发的逃逸反应。最后,使用系统对USAF1951分辨率板和不同品系的线虫进行成像。实验结果显示,显微成像模块的分辨率小于2.19μm,实现了对线虫的细胞级成像,系统获取的明场显微图像清晰显示了线虫的器官组织分布和细胞轮廓,荧光图像能够清晰显示不同荧光蛋白的分布情况。大视场成像模块照度均匀、成像清晰,通过形态学算法处理图像可以采集线虫种群行为运动数据。综上所述,该系统满足不同线虫观测需求,具备较好的稳定性和数据准确性,显著提高了线虫实验的灵活性,并为不同尺度下线虫观测信息整合提供了基础。

光路传输质量智能预测技术

针对传统基于数理模型的光路传输质量(QoT)预测方法难以同时满足高精度和低计算复杂度需求的问题,介绍了单光路、多光路、跨拓扑光路3种光路QoT智能预测技术。这些技术依托于机器学习模型,力求实现端到端光路QoT的精确预测,并可有效应对以下挑战:其一,面对物理层参数的多样性,如何选择适合的机器学习模型和输入特征;其二,如何有效捕捉光路间错综复杂的关系;其三,如何在少样本情况下实现网络模型的训练和持续优化。最后,对未来的光路QoT预测技术发展方向进行了展望。

光纤陀螺光路热致零漂误差机理与抑制方法

光纤陀螺(FOG)作为一种高精度角速度传感器,在惯性导航、定位定向和姿态控制中扮演着至关重要的角色。然而,光纤陀螺光路热致零漂误差是限制陀螺精度提升的关键因素之一。通过分析Shupe效应、Mohr效应及交扰效应,解释了热致零漂误差的产生机理;从内因(几何对称性和物理对称性)和外因(环境影响和物理场激励)两方面归纳了影响零漂误差的不同因素;进一步讨论了对内因和外因的关键因素(如光路的应变和温度分布)检测的布里渊光时域分析(BOTDA)技术、光频域反射(OFDR)技术以及拉曼光时域反射(ROTDR)技术的研究现状;最后介绍了光纤环绕制工艺的优化、特种光纤的应用、尾纤长度的调整以及温度补偿技术等多种抑制热致零漂误差的措施和方法。上述研究为恶劣环境下导航级光纤陀螺测量精度和环境适应性的进一步提升奠定了基础。

折叠光路结构头戴显示器的光学设计

为了满足虚拟现实头戴显示器大视场、大出瞳和高成像质量且结构轻小化等要求,采用逆向光路设计方法,对折叠光路pancake结构展开研究;采用两片透镜进行设计,进行了理论分析和软件仿真,对设计的光学系统进行了公差分析。结果表明,全视场角为96°、出瞳直径为10 mm、出瞳距离为14.94 mm时,在奈奎斯特频率(20.83 lp/mm)处调制传递函数(MTF)大于0.2,最大畸变为-26.5%,最大垂轴色差为13.84μm;此结构具有更高的MTF值、更小的垂轴色差和弥散斑均方根半径,像差平衡合理。该研究为折叠光路结构的头戴显示器提供了参考。

基于ZEMAX的柚果内部品质光谱无损检测光路仿真与试验

[目的]解决柚果Citrus maxima在无损检测中采集的光谱信息较弱、柚果内部品质检测不准确的问题。[方法]采用ZEMAX软件对光谱无损检测光路进行光学仿真,并搭建实物装置进行测试与验证。为进一步验证该光路对柚果内部品质的无损检测效果,采集400~1 100 nm波段132个柚果光谱数据,理化测定其可溶性固形物含量并进行训练建模和测试验证。[结果]最优光路参数为:灯珠数量为7、柚果与光源间距为2 cm,探测器与柚果间距为0.5 cm。通过Savitzky-Golay (SG)平滑和标准正态变换(Standard normal variate,SNV)预处理,竞争自适应重加权采样(Competitive adaptive reweighted sampling,CARS)特征选择,建立柚果糖度偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)预测模型,训练集R2和RMSE分别为0.81和0.85,测试集R2和RMSE分别为0.81和0.89。[结论]本研究得到的柚果光谱无损检测光路参数可用于柚果内部品质的无损检测,检测效果较好,也为其他大尺寸水果内部无损检测提供了参考。

自制多变透镜立体光路演示仪

以“多变透镜立体光路演示仪”为例,详述自1.0版至4.0版的改进,并最终获得国家级奖项的过程。这一例证说明,自制教具的研发过程不是一帆风顺的,只有不断改进、不断创新,才能制成精品,并借此不断提高教学质量。

基于光束分析的高功率激光切割头光路优化

20mm碳钢亮面是万瓦切割能力验证的典型板材,采用超音速单层1.2孔径喷嘴,焦点在+12.5mm左右的离焦量,可以产生较好的切割效果,而此时激光切割头普遍存在喷嘴发烫,无法长期稳定切割的问题;通过对激光头进行光学软件模拟及光束分析仪实际测试,结果表明良好的切割效果不仅取决于聚焦光路长度,同时还与光路总长有密切关系;不同切割头内冷却及吸光装置不同,可能是光路相同情况下影响出射光束的主要原因。

共光路红外双波段小型化光学镜头分析与设计

针对中长波共光路小型化光学系统设计需求,建立了基于高斯光学与初级像差理论且尺寸受限下的二次成像结构光学指标分配模型。主镜因其边缘光线高度高和承担的光焦度小,其球差、色差和二级光谱是该系统像差的主要来源,为矫正二级光谱,可使用“-、+、-”结构形式的高、中、低相对色散材料的透镜组合作为主镜结构,此时主镜的残余像差较小,采用场镜降低中继镜组光线高度以及非球面矫正球差等方法平衡主镜残余像差。最后开展实例设计,对提出的小型化设计思想进行验证,设计了中波波长3.7~4.8μm、长波波长7.7~9.5μm的共光路双波红外小型光学系统,总长不大于135 mm,结构小巧紧凑,光学传函接近衍射极限,工作温度范围-40~60℃,且对温度不敏感。实现了基于二次成像结构光学指标分配模型的中长波共光路小型化光学系统分析及设计,满足中长波共光路小型化光学系统需求。

从形成视觉的“光路”上探究眼球的结构教学设计

“眼与视觉”是八年级生物学的一个重要内容。视觉的形成和眼球的结构有关,眼球的结构比较复杂,功能也不尽相同,对于初中生来说学习有一定的难度。本文旨在从探究光线经过眼球的路径上,指导学生认识眼球中与形成视觉有关的结构,帮助学生理解眼球的结构与视觉形成的关系。

例析光路控制背景下色散现象的三类问题

光路控制问题是高中物理光学部分中的一类重要问题,涉及对光路的分析和对不同频率光性质的考查.其中与色散现象有关的问题是光路控制问题中的一类典型问题,此类问题融合了光学板块的众多知识,需要学生综合运用作图和计算的方法解决.本文探究三类典型问题,以供读者参考.

双光路感烟探测器与多点同时报警装置的研究与应用——以Y市烟草商业为例

本文主要研究了蓝光红外光感烟探测器与多点同时报警装置的应用。通过设计一种新型的光感烟探测器,结合多点同时报警装置,实现对火灾发生区域的快速响应和有效预警。实验结果表明,该系统具有较高的准确性、可靠性和实用性,可为火灾报警提供有效的技术支撑。

星载激光雷达光路自动调整技术研究进展

大气探测激光雷达系统接收与发射光轴的空间平行与否直接影响探测数据的有效性,高精度光路自动调整系统是星载激光雷达实现可靠探测的保障条件之一.基于国际上现有的星载大气探测激光雷达,总结光路调整系统的研究现状、基本原理和常用方法,并从硬件结构和软件算法两方面对常用的回波信号强度法和光斑调整法进行了对比.回波信号强度法结构简单,但调整过程受大气和地表环境影响明显;光斑调整法可实现1μrad的高精度调整,但光路复杂、成本相对更高.总体而言,光路自动调整技术涉及多个学科和领域,结合各个学科的优势,设计出结构简单、高精度低成本的光路调整系统,是未来的发展方向.

可拆卸式拉曼光谱仪光路调节方法的改进及应用

光路调节是拉曼光谱教学实验中的重难点,用激发光绿光作为光路指示较为刺眼,强度不宜太高,而经过多次反射、透射后,光强会变弱,导致光路调节难以进行。经研究发现,在光路调节中以罗丹明B(RhB)水溶液的荧光信号为参照,使光路可见,更容易找到一级衍射光,信号清晰明显,可以帮助学生更快地掌握光路调试技巧。光路调节节省下来的时间可用于进行更多的应用尝试,如进行消毒洗手液检测,用以提高学生的实验兴趣。

基于共光路方式的光程倍增测量方法研究

针对大长度标准装置在测量过程中占地面积大、建设难度高等问题,研究一种基于共光路方式的光程倍增测量方法,通过将光路折叠,将大空间的室内长距离测量缩短至小空间内的短距离测量。实验模拟激光干涉仪在共光路方式中的检测过程,验证测量方法的可行性,实现光程的成倍增长,测量空间成倍缩短,该方法可广泛应用于激光测距类仪器的检测。