光栅衍射效率测试仪前置单色仪光学系统设计

光栅衍射效率是衡量光栅性能的重要参数,光栅衍射效率测试系统由光源,前置单色仪,测试用单色仪和探测器这四部分组成,前置单色仪主要是输出所需的单色光并在一定范围内连续可调,本文具体介绍前置单色仪的光学系统设计和模拟,其光学系统像面点列图和实际光线的追迹数据也已经给出。设计的结果保证了仪器光学系统的测量准确性。

基于MEMS技术的柔性多触点深部脑刺激电极研制

深部脑刺激可以有效治疗帕金森病、癫痫、抑郁等疾病。深部脑刺激电极是深部脑刺激系统中的重要组成部分,传统的四触点电极由于通道少,触点面积大,分辨率低,容易刺激不必要的区域从而引起副作用。为提高深部脑刺激的分辨率和精度,设计了一种具有24个触点的深部脑刺激电极,并利用微机电系统制作技术制作出柔性电极。该柔性电极基底材料为生物相容性良好的聚一氯对二甲苯(Parylene C),导电材料为金。电极触点和焊点均为285μm×1500μm,连接焊点和触点的连接线宽为50μm。初步电学测试表明,电极具有良好的低阻抗电学性能。使用多触点电极可减小触点尺寸,提高刺激的分辨率,改善脑刺激电极在临床中的治疗效果。

混沌光注入半导体激光器中极端事件的演变

基于相位共轭光反馈混沌激光系统(主激光器)产生的极端事件,研究了将其输出注入到一个自由运行的半导体激光器(从激光器)的演化情况.通过注入参数空间中极端事件相对数量的二维统计图分析注入参数对极端事件产生的影响,发现在主从激光器混沌输出高相关性参数区域,从激光器中的极端事件的相对数量趋向于一个接近主激光器中极端事件相对数量的稳定值;在某些特定的弱相关区域,从激光器中的极端事件的相对数量趋向于增加.研究结果证明了通过光注入控制极端事件的可能性,有利于优化混沌激光系统性能或拓展其应用场景.

2m超轻高精度SiC分块镜的设计

为探索大口径超轻高精度可展开光学系统的可行性,对5 m全口径空间可展开主镜的2 m离轴分块镜进行了研究。首先通过分析和比较,确定了分块镜的材料、轻量化结构型式和支撑点的位置;然后,通过有限元建模和分析,得到面密度小于40 kg/m2的超轻量化分块镜初始结构;最后,在分块镜3D板壳模型的基础上建立了带三个定位孔的3D实体模型。分析结果显示,分块镜在支撑条件下自重变形误差为7.93 nm RMS/46.9 nm PV,优于面形精度λ/50 RMS的要求,实现了超轻量化和高精度,且分块镜能承受发射状态下的力学环境。该研究为大口径超轻高精度可展开光学系统的工程应用提供了一种技术方案,具有工程实用价值。

体Bragg衍射器件在高功率激光中的应用

记录在光热敏微晶玻璃(PTR)中的体Bragg衍射器件具有高衍射效率、可选择的角度和波长选择特性以及高损伤阈值等优点,成为先进激光技术发展中的一种新兴器件。综述了目前各型体Bragg衍射器件在激光技术中的应用,主要包括角选择近场滤波技术、光谱合成技术、外腔半导体稳频技术以及啁啾脉冲压缩与展宽技术。详细地阐述和分析了这些方法的原理、特点、适用范围以及它们的研究现状。

高功率激光系统中近场滤波设计与理论模拟

基于经典耦合波理论,分析了透射型体Bragg光栅的衍射特性,建立了透射型体Bragg光栅的设计体系。采用带有调制的超高斯光束,对高功率激光系统的近场滤波进行了理论模拟,采用软化因子、近场调制度、近场对比度分析了输出光束的近场质量,采用功率谱密度函数分析了近场滤波对不同空间频率的滤除能力。研究结果表明,近场滤波对0.3～2.0mm-1的中、高频调制具有显著的滤除作用。

掺钕TeO_2-Al_2O_3-Cs_2O玻璃的Judd-Ofelt理论分析与光谱特性

采用高温熔融法制备了组分为80TeO2-10Al2O3-10Cs2O-xNd2O3(x=0,0.5,1.0)(mol%)的掺钕碲酸盐玻璃,测试了玻璃样品的折射率、吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命曲线.利用Judd-Ofelt理论计算得到光谱强度参数Ωλ(λ=2,4,6),Nd3+从4F3/2能级到4IJ(J=9/2、11/2、13/2、15/2)能级跃迁的荧光有效线宽Δλeff,4F3/2能级跃迁几率AJ,荧光分支比β,相应的荧光寿命τrad和量子效率η及受激发射截面σemi.在该碲酸盐体系中,Nd3+离子掺杂浓度为0.5mol%时,样品在1 060nm波长处的σemi·τmeas为6.21×10-24cm2·s,荧光有效线宽为31.4nm,量子效率达到89%.光谱特性对比分析结果表明,该掺钕碲酸盐玻璃是一种性能优良的固体激光材料.

超短脉冲激光经透射型体Bragg光栅的时域特性

利用Kogelnik耦合波理论对超短脉冲激光经透射型体Bragg光栅的时域衍射特性进行了研究,讨论了透射型体Bragg光栅的群延迟色散和光栅结构参数之间的关系,分析了群延迟色散和频谱剪切对衍射脉冲时域强度分布的影响.结果表明:当入射超短脉冲脉宽为100fs时,经透射型体Bragg光栅衍射后的脉冲展宽主要源自光栅对入射脉冲的频谱剪切,当入射超短脉冲脉宽为10fs时,衍射脉冲的展宽量不仅受频谱剪切的影响,而且与光栅的群延迟色散密切相关.

掺镱TeO_2-Al_2O_3-Cs_2O玻璃的光谱性质

采用熔融法制备了一种组分为80TeO2-10Al2O3-10Cs2O-xYb2O3(x=0～1.6)(mol%)的掺镱碲酸盐玻璃材料,测试了该玻璃材料的密度、热膨胀系数和折射率随波长的变化关系,分析了其吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命随Yb3+浓度的变化性质.利用McCumber理论计算了该玻璃系统中Yb3+离子从2F5/2到2F7/2能级跃迁的受激发射截面.实验表明:当Yb2O3掺杂量为1mol%时,Yb3+在1 004nm波长处的发射截面为1.06×10-20 cm2,荧光有效线宽为89.6nm,荧光寿命达到最大值为0.80ms.激光性能评价结果表明,该掺镱碲酸盐玻璃是实现超短脉冲激光的候选材料之一.

摩擦驱动压电微位移动力模型与Simulink仿真

基于光栅刻划机驱动机构(宏动--摩擦驱动、微动--压电陶瓷)建立驱动模型和动力学模型即二阶弹簧阻尼系统动力模型,通过对宏动部分与微动部分的位移输入,模拟其最终刻划刀具位移量,通过应用Matlab中Simulink部分对涉及的计算表达式进行求解,绘制刀具定位的相应仿真曲线。得到理论摩擦驱动和压电陶瓷组合(以下叫实验组合)位移曲线与常规组合(如滚珠丝杠、齿轮齿条等)运行曲线。得出实验组合位移规律性强、控制方便、能够达到设计的精度要求。

基于激光器阵列后处理的混沌熵源获取高品质随机数

本文提出采用可集成的激光器阵列后处理光反馈半导体激光器的输出,进而获得无时延特征的优质混沌熵源,进一步获取高速高品质随机数序列.方案中采用常规的8位模数转换采样量化和多位最低有效位异或提取处理,采用国际公认的随机数行业测试标准(NIST SP 800-22)来检验产生的序列.结果表明,通过激光器阵列后处理的混沌熵源所获取的随机数序列具有均匀的分布特性,散点图无明显图案,可以成功通过NIST SP 800-22的全部测试.另外,基于激光器阵列的可扩展性,本方案可以拓展为可实现同时产生多路并行的高速高品质随机数发生器.

基于滤波反馈宽带平坦混沌信号的快速物理随机比特产生

本文提出并实验证明了一种利用具有单滤波器光反馈的半导体激光器产生带宽增强混沌信号的方案.为了获得高品质的混沌信号,方案中讨论了滤波器失谐频率和反馈功率等关键参数对混沌信号带宽和平坦度的影响.结果表明,通过选择合适的参数,可以获得带宽为24.4 GHz、平坦度为5.7 dB的混沌信号.将这种混沌信号作为熵源,采用8位模数转换采样量化和多位最低有效位异或提取处理实现了320 Gbit/s的随机比特生成并采用国际公认的随机数行业测试标准(NIST SP 800-22)来检验产生的序列,结果表明,通过单滤波器光反馈半导体激光器后处理的混沌熵源所获取的随机数序列具有均匀的分布特性,可以成功通过NIST SP 800-22的全部测试.

用于抽运铯蒸气激光器的半导体激光器波长稳定与线宽窄化研究

针对铯蒸气激光器对窄线宽与高稳定852nm半导体激光抽运源的要求,采用体布拉格(Bragg)光栅作为外腔输出镜,研究了体Bragg光栅衍射效率对外腔半导体激光器输出光谱特性的影响。研究结果表明,衍射效率为24%、32%与37%的体布拉格光栅均能够改善半导体激光器输出光谱特性;输出光束中心波长锁定在852nm附近、输出线宽约为0.26nm;外腔半导体激光器输出波长随抽运电流、温度的变化速率分别小于10.4pm/A、7.2pm/℃,优于自由运行半导体激光器;随着光栅衍射效率增加,全系统外腔效率从91%降低至86%。

压缩光谱成像空间编码的调制效应

空间光调制过程是空间编码压缩光谱成像方法中影响光谱成像数据保真度的重要环节。为拓展现有压缩光谱成像空间光调制的编码种类,揭示其与成像数据保真度的关联规律,针对压缩光谱成像中的编码调制效应展开研究。基于成像系统物理模型,拓展现有二值化编码振幅调制方法,开展非二值化连续型编码振幅调制研究,进而验证相位型调制方法的施用方法,以全波段图像均方根差作为评价成像数据保真度的参数,量化各类编码调制方法与成像数据保真度的关联。构建具有特定空间特征和谱线特征的仿真场景,实施压缩光谱成像仿真实验,比对六类空间编码调制效应下的成像效果,验证非二值化振幅编码调制的施用可行性及相位型空间光调制对提高此类成像方法数据保真度的有效性。

渐进多焦点镜片的逐点定向曲率补偿优化设计

提出一种利用逐点定向曲率补偿法对渐进多焦点镜片初始模型进行整体优化以减小周边散光区(俗称盲区)的优化设计方法。推导出自由曲面任意方向法曲率的计算公式、确定主曲率和主方向的方法,求出镜片初始模型上各点的曲率差和最大曲率方向、最小曲率方向,通过迭加由不同曲率、不同轴向微小柱面构成的自由曲面,来实现逐点定向曲率补偿,使镜片各点的曲率差适当减小,从而减小散光。给出具体优化步骤和一个优化设计实例,并进行实际加工制作与检测。对比优化前后的光焦度和散光度的面形分布图。结果表明,逐点定向曲率补偿法能有效减小渐进多焦点镜片初始模型的最大散光并明显扩大视远区清晰视觉范围。

基于光热敏折变玻璃的透射型体布拉格光栅角度选择性研究

采用Kogelnik耦合波理论讨论了透射型体布拉格光栅(TVBG)的角度选择特性;结合分波面双光束干涉法和两步热处理法在光热敏折变玻璃中制备了周期为1μm的TVBG,TVBG相对衍射效率可达91.1%;利用发散光束研究了TVBG的角度选择特性,验证了TVBG具有良好的角度选择特性,可以应用于角选择滤波,抑制中高频调制,提高激光的近场均匀性。