显微动态散斑法测量压电陶瓷位移特征曲线

采用显微动态散斑相关法来测量压电陶瓷的压电位移特性并标定其线性区间。推导了透射相位衍射体在显微系统中的散斑光强互相关函数,并讨论了显微系统分辨率与放大倍率对测量微位移的影响。为在计算中避免散斑去相关的影响,采用了逐级位移相关叠加法。设计了显微散斑采集系统并测量了压电陶瓷的位移磁滞曲线。实验结果表明:使用放大倍率为100、数值孔径为1.25的显微物镜,在测量光路放大倍率为42.1时,测量位移的理论精度达到0.082;考虑衍射极限时,实际的极限位移分辨率为0.348μm。本测量系统满足压电陶瓷位移曲线测量及线性区间标定的要求;与其他方法相比较,该方法简化了测量光路,提高了运算速度,且对装配误差要求低。

利用介质超材料控制太赫兹波的振幅和相位

设计了基于介质高阻硅的超材料用于对太赫兹波的透射振幅和相位进行控制。这里组成超材料的基本结构单元为亚波长柱状硅,相比于基于金属的超材料,其损耗小,效率也更高。太赫兹入射到不同尺寸和旋向的柱状硅时,所透射的太赫兹波的振幅和相位也不同。通过设计不同空间位置处的柱状硅尺寸和旋向,就可以实现任意的振幅和相位分布,从而对透射波波前进行完全的控制。实验中,利用这种硅质微结构设计了三种不同的奇异光栅,其衍射级次和数目可任意控制。这种基于介质超材料的方法,设计简单,加工方便,在制作太赫兹波段低损耗的功能器件方面有着广泛的应用前景。

血管造影图像序列中冠状动脉的三维运动估计

提出了由两个角度的单面血管造影图像序列估计冠状动脉骨架树三维运动的算法。首先对冠状动脉造影图像序列进行二维预处理和二维运动估计。然后根据冠脉造影系统的透视投影模型得到两幅不同角度的造影图像之间的几何变换关系,以及空间点三维坐标的计算方法。最后,在对整个图像序列进行分析的过程中,将三维运动估计与重建结合起来,得到各骨架点的三维运动向量。采用临床得到的冠状动脉造影图像序列对算法进行了验证,并分析了误差源。

基于模糊聚类和C-V模型的水平集方法图像分割

提出一种基于水平集方法的MSCT冠状动脉分割模型。首先在CT数据中进行模糊聚类的预处理,提取聚类信息和隶属度矩阵;然后应用聚类信息指导水平集方法初始轮廓的选取,用C-V模型进行冠状动脉的提取,完成图像分割。实验结果表明,上述方法具有较高的分割精度,分割重叠率相比传统方法提高了11.82%,可用于临床辅助诊断冠状动脉性心脏病。

基于曲折线型介质超材料的宽带太赫兹四分之一波片

采用基于高阻硅的曲折线型(meander-line)介质超材料,设计了一种宽带的太赫兹四分之一波片,可以在较宽的频率范围内将入射的线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波出射。三维全波模拟显示,通过恰当地设计超材料微结构的几何尺寸,可以调节微结构的双折射特性,进而改变沿微结构两个正交方向偏振的太赫兹波的透射振幅和相位,使之振幅相近(约0.55),相位相差90°。实验上,通过离子束刻蚀硅的方法按照设计加工了一个样品,并利用太赫兹时域频谱系统进行了表征。实验结果和模拟结果吻合得很好,实现了带宽在1.07~1.41 THz范围内有效的四分之一波片,对应的归一化椭圆率高达0.99,证实了该设计的有效性。此外,还通过改变微结构的几何参数,进一步在模拟上设计了两个在其他太赫兹波段工作的四分之一波片,证明了该微结构的可调谐特性。

一种40Gbit/s光纤通信系统中的动态色度色散补偿技术

提出了一种用于40 Gbit/s单信道光纤通信系统的动态色度色散(CD)补偿方法。该方法通过检测线路中的色散值,以此作为反馈信号控制动态可调节色散补偿器(TCDC)实现系统的动态CD补偿。TCDC主要由2×2光开关、色散补偿光纤(DCF)和掺铒光纤放大器(EDFA)组成。设计中,增加光开关的数量可以提高色散补偿器件的补偿范围和精度;通过探测传输光信号某一频率(12 GHz)周围窄带范围内的电功率值可实现线路中CD的即时检测。系统的理论补偿量最大可达124 ps/nm。

激光二极管抽运Na,Yb共掺CaF_2晶体自调Q激光特性的研究

利用激光二极管(LD)抽运新型Na,Yb共掺CaF2(Na,Yb∶CaF2)晶体,获得了1.05μm的自调Q激光输出。利用透射率1%的耦合输出镜,得到最低激光输出的抽运阈值功率仅为70 mW。在透射率为2%的输出镜条件下,得到最大输出激光功率为390 mW,此时激光的斜度效率达到20%。实验详细记录了自调Q脉冲的周期和宽度随抽运功率的变化关系,随着抽运功率的增加,自调Q脉冲的周期和宽度呈指数衰减。同时,还采用单棱镜进行光谱调谐实验,获得了1036~1059 nm的自调Q激光调谐输出。

用于CARS激发源的全光纤窄线宽皮秒脉冲种子源的研究

进行了窄线宽、低重复频率和无色散管理的全光纤皮秒脉冲种子源的研究。数值仿真分析了腔内脉冲的演化过程,研究了腔长和光纤光栅带宽对脉冲稳定性和脉冲宽度的影响。搭建实验系统,对腔长和抽运功率的影响进行了实验研究,在腔长为24.1 m时,成功产生86 ps的稳定光脉冲,其线宽为0.04 nm,重复频率为4.3 MHz。当将此脉冲放大用于相干反射托克斯拉曼散射(CARS)光谱探测,理论光谱分辨率可达0.3 cm-1。

GRIN透镜对SDOCT系统中成像质量的影响分析

搭建基于光谱光学相干层析术(SDOCT,spectral domain optical coherence tomography)的内窥成像系统,分析SDOCT的理论分辨率和探测深度。根据近轴子午光线方程,利用矩阵法分析自聚焦GRIN(gradient index)透镜成像原理,设计适用于SDOCT扫描探头的GRIN透镜,聚焦距离为10mm,透镜长度为5.31mm,直径为1.8mm。通过光学传递函数(MTF)对比GRIN透镜和传统球面透镜对成像质量的影响。利用内窥成像系统对洋葱内外表皮样品进行成像,获得3.2mm×0.7mm的层析图像。实验结果表明,利用GRIN透镜聚焦光束时,SDOCT系统的横向分辨率可达8μm,成像质量得到提高。