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2012年中科院激光光学技术论文一览

发布日期:2019-11-09 09:28:32 | 编辑:互联网创业网| 阅读次数:
2012年中科院激光光学技术论文一览

  中国科学院光电技术研究所始建于1970年,是中国科学院在西南地区规模最大的研究所。建所以来,光电所在自适应光学、光束控制、微纳光学等领域取得了多项重大成就,先后取得包括国家科技进步特等奖在内的500余项科技成果,申请专利500余件,授权专利180余件,发表论文4200余篇。与此同时,广泛开展国内外学术交流与合作,多次承办国际先进光学制造和检测会议等国际学术交流活动。

  光电所主要研究领域及学科方向包括:光电跟踪测量、光束控制、自适应光学、天文目标光电观测与识别、先进光学制造、航空航天光电设备、微纳光学及微电子光学、生物医学光学等。

  光电所建有微细加工光学技术国家重点实验室、中国科学院光束控制重点实验室、中国科学院自适应光学重点实验室等9个创新研究室,以及中科院成都几何量及光电精密机械测试实验室;还建有精密机械制造、先进光学研制、轻量化镜坯研制、光学工程总体集成、质量检测等5个研制中心,以及制造保障中心、科技信息中心等2个技术保障中心。目前承担有国家863、973、自然科学基金、部委重大重点项目及企业委托开发项目研究,研究水平居国内领先或国际先进。

  以下是光电所2012年发表的激光光纤技术论文:

  1. 板条增益介质波前畸变诊断方法

  摘要:对波前重构算法中的区域法进行了改进,使其能够应用于板条增益介质的波前畸变诊断。利用该方法对47块Nd:YAG板条增益介质沿厚度方向波前畸变进行测量,指出镀膜和加工等环节对增益介质的波前畸变可能造成的影响。按照波前畸变峰谷(PV)值对测量结果进行了统计,结果表明:增益介质造成的静态波前畸变参差不齐,测量样本中静态畸变PV值最多可达5μm以上,且仅有4.1%的增益介质静态畸变PV值小于1μm。通过选取某些增益介质使之级联,测量其组合波前畸变,发现在系统中使用两块波面互补的增益介质有助于减小系统的静态波前畸变。

  作者: 雷翔,董理治,杨平,晏虎,刘文劲,王帅,许冰

  2. 双压电片变形镜像差校正能力

  摘要:利用实测影响函数,通过数值仿真分析了有效孔径、光束入射角度对于20单元双压电片变形镜像差校正能力的影响。仿真结果表明:有效孔径为16mm时,变形镜对于各阶像差的校正能力较好;而随着光束入射到变形镜角度的增大,变形镜对于像差的校正精度与校正幅度都会出现下降,但是如果能够将入射角控制在25°以内,入射角度对变形镜的像差校正能力影响不大。

  作者: 刘文劲,宁禹,董理治,晏虎,雷翔,杨平,许冰

  3. 压电式光纤相位调制器相移系数测试

  摘要:介绍了压电式光纤相位调制器的相移系数理论公式,提出了基于杨氏双缝干涉原理的相移系数测量方法。对测量方法的可行性进行分析,通过实验对测量方法进行了验证。实际研制了一个基于压电陶瓷环的光纤相位调制器件,实验测得的相移系数与理论分析结果基本一致。利用研制的压电式光纤相位调制器实现了两路准直光束之间的相位锁定,在远场实现了相干合成,干涉条纹可见度从3%提升至43%。

  作者: 罗文,耿超,李新阳

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  4. 基于二进制稳健独立基元特征的扩展目标快速检测

  摘 要:在某些扩展目标光电成像中,目标图像缺少局部细节,因此采用复杂的特征检测算法和高维特征描述符,但这种方法不仅存在特征描述区分度弱的问题,而且还存在资源占用多、运算速度慢以及难以实现实时处理的缺点。主解决此问题提出了用加速分段测试提取特征(FAsT)检测算法进行角点检测,用二进制稳健独立基元特征(BRIEF)描述符进行目标特征描述的新方法。同时,针对BRIEF描述符缺少方向判别,对目标姿态变化敏感的问题,提出了主方向约束机制,有效地提高了特征点识别的稳定性。将本方法与加速稳健性特征(suRF)和尺度恒定特征变化(SIFT)两种应用广泛的算法进行了比较,结果表明,本方法的运算速度分别达到了SURF的5倍和SIFT的17倍,且识别率与SURF相当,能在不降低特征识别率的基础上,实现目标的快速检测和稳定跟踪。

  作者: 邓黎,王春鸿,饶长辉

  5. 腔内双压电变形镜光强分布优化

  摘要:报道了把20单元双压电变形镜作为闪光氪灯泵浦的Nd:YAG激光器的腔镜,优化激光器输出光束远场强度分布的实验结果。变形镜由随机并行梯度下降算法控制,以相机采集到的激光束远场环围能量作为算法的评价指标,控制双压电变形镜的面形向远场能量分布更加集中的方向变化。结果表明:系统在20s内将远场光斑中的多个亮斑校正为单个亮斑,峰值光强与优化前相比提高了5倍;在腔镜倾斜较大时,实验系统将激光器的输出功率由0.006~0.051W提升至0.330W,验证了实验系统的有效性。

  作者: 董理治,雷翔,刘文劲,杨平,晏虎,许冰

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  6. 阈值法对激光远场焦斑质量测量和计算的影响

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  7. CCD光电响应非线性特性对激光远场焦斑测量及光束质量计算的影响

  摘要:建立圆环形聚焦平面光束通过Kolmogorov湍流大气的远场传输模型,考虑实际CCD所存在的“死区”及非线性饱和效应等非线性光电响应特征,以中心遮拦比为0.5的圆环形聚焦光束为例,分别计算了其通过不同强度湍流大气传播至远场焦平面上的实际真实远场光强分布曲线和CCD测量远场光强分布曲线,并以峰值斯特雷尔比RS、光束质量因子β和环围能量比Ree三种参数作为评价远场光斑质量的指标,考察了死区大小以及光斑非线性饱和程度对实际远场光强分布的测量和光束质量评估的影响,对计算结果以及减小测量误差的解决途径进行了分析讨论。

  8. 基于衍射光栅的远场焦斑测量新方法

  摘要:提出一种基于一维线衍射光栅的焦斑重构和远场测量新方法,从理论上分析了新方法在拓展测量仪器动态范围、提取远场焦斑高频旁瓣信息的有效性及方法的适用条件。基于实验室现有的一套远场测量系统平台及自行设计的一维线衍射光栅,以远场环围能量(PIB)曲线作为检验新方法有效性的指标,通过数值仿真和实验相结合考察了新方法的有效性,并从准确测量远场焦斑质量的角度探讨了不同减阈值的去噪方式对焦斑重构结果的影响,对结果进行了分析讨论。

  9. 正交光楔激光远场焦斑测量方法

  摘要:为验证正交光楔激光远场焦斑测量方法在提取光斑高频组分、扩展CCD测量动态范围和减小光束质量测量误差等诸方面的有效性,以常用的光束质量因子作为衡量新方法有效性的指标,建立离焦光斑强度分布理论模型并搭建相应的实验平台进行实验验证。验证结果表明:新方法与传统远场测量方案相比,使实验所用CCD的测量动态范围拓展了约9倍,实际光斑远离中心主核区域的大量高频旁瓣分布特征从CCD背景噪声起伏中凸显出来,光束质量因子的测量平均相对误差也有约16%的精度改善。

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  10. 激光束远场能量集中度的评价指标探讨

  摘要:以常见的三种类型的激光束,即非稳腔产生的环形激光束、稳定腔产生的高斯光束以及多路高斯光束的相干合成光束作为研究和讨论的对象,针对涉及能量集中度的应用,分析了现有各种评价指标的优缺点和适用性,并对评价指标定义中若干关键问题进行了分析计算。结果表明,激光束的亮度或靶目标上光斑能量密度是评价激光系统效能发挥的重要评价参数,该评价指标不仅可以用于衡量同一激光系统的光束质量,也可以客观地评价不同激光系统间性能优劣。

  作者: 贺元兴,李新阳

  11. 三路矩形光束相干合成波像差与光束质量

  摘要:根据相干合成的原理,建立了三路矩形光束相干合成的数学仿真模型,根据数学模型编写了仿真程序;模拟计算了1~21阶泽尼克像差下,单路矩形光束和三路矩形拼接光束的波像差与光束质量β因子关系的拟合系数;建立了波像差与β因子关系的计算表达式。分析了影响拟合系数的因素,结果表明:拟合系数总体上随着泽尼克像差系数增大而增加。比较了单路矩形光束与三路矩形拼接光束拟合系数的相似点和不同点,并分析了造成拟合系数不同的原因。

  作者: 谭毅,李新阳

  12. 点源目标质心探测中单个盲元线性插值补偿算法选取

  摘要:自适应光学系统中应用哈特曼波前传感器对点源目标进行质心探测时,光电探测器上子孔径区域内存在的盲元会引入一定的附加质心探测误差,为了减小质心误差,需要选取合适的盲元补偿算法获得相对合理的补偿值。推导了哈特曼波前传感器子孔径内单个盲元补偿后造成的附加质心探测误差。利用仿真统计了各种利用盲元邻域正常像素进行线性插值的单个盲元补偿算法对点源目标质心探测误差的影响。提出了单个盲元邻域像素线性插值补偿算法选取的若干准则,指出选用盲元上下左右4邻域像素的均值进行补偿造成的平均质心误差最小,而选用盲元左右两个像素平均补偿算法可以在补偿误差较小的情况下简化运算。实验结果与仿真结果相符合。

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  13. 光斑区域内存在单个盲元条件下点源目标质心探测误差分析

  摘要:在哈特曼波前传感器点源目标探测质心算法中,除信号光子噪声、读出噪声和背景光噪声等误差源之外,图像传感器上存在的盲元也会对质心的探测精度造成一定的影响。系统地推导了哈特曼传感器子孔径光斑区域内存在单个盲元条件下各种误差源对点源目标质心探测误差影响的数学表达式,进一步分析了盲元和光斑质心间相对距离、光斑等效高斯宽度等因素对盲元存在所引入的质心偏移误差的影响,指出当相对距离约等于光斑高斯宽度时质心偏移误差达到最大值。实验结果与仿真和理论推导结果相符。

  作者: 王少白,王春鸿,饶长辉

  14. 光阵列相干合成相位误差的探测与自适应校正研究

  摘要:介绍了一种用于探测和校正激光阵列相位噪声的新方法。新方法基于探测光强极值算法(DBPIP),既能用于平移相位差(Piston)的探测也能用于倾斜相位差(Tilt)的探测。从理论上分析了新方法的原理,并搭建了基于能动分块反射镜的两路激光阵列相干合成实验系统加以验证。结果表明,闭环后平移相位差的均方根(RMS)值可控制在λ/19以内,光束倾斜范围控制在25μrad(约0.5倍衍射极限角)以内。实验验证了新方法用于探测平移相位差和倾斜相位差的有效性,而且新方法能满足相干合成所要求的控制精度。

  作者: 王晓华,郑轶,沈锋,饶长辉

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  15. 37单元双压电片变形镜板条激光光束净化

  摘要:为了校正板条激光器输出光束波前像差,改善输出光束质量,提出了基于37单元双压电片变形镜的板条激光光束净化系统。采用柱面反射式单向扩束器使主振荡功率放大结构板条激光器输出光束尺寸与37单元双压电片变形镜有效口径相匹配,利用随机并行梯度下降算法控制双压电片变形镜面形,进行波前像差闭环校正,校正后光束远场归一化桶中功率提高到净化前的2~3倍。

  作者: 晏虎,雷翔,刘文劲,王帅,高源,董理治,杨平,许冰

  16. 倾斜相差对光纤激光相干合成的影响与模拟校正

  摘要:选取不同路数和不同填充因子的合成光束模型,模拟并分析了倾斜相差对相干合成的影响.介绍了倾斜校正的关键器件——自适应光纤光源准直器。在主振荡功率放大器结构的光纤激光相干合成系统中,模拟了随机并行梯度下降(SPGD)算法校正七路激光阵列间时变倾斜相差的动态过程,分析了不同倾斜相差幅值和频率对校正能力的影响。实验表明,要提高相干合成的效果,必须校正倾斜相差;而SPGD算法校正倾斜相差的能力随着倾斜相差幅值和频率的增加而降低.文章为在实际大气环境中实现多路高功率光纤激光的相干合成提供了参考.

  作者: 耿超;李新阳;张小军;饶长辉

  17. 一种数字光栅无掩模光刻对准方法

  摘要:针对数字微反射镜装置(DMD)无掩模光刻系统,提出并研究了一种数字光栅无掩模光刻对准方法,将硅片的微位移放大显示在数字光栅与硅片物理光栅叠加产生的叠栅条纹中。建立了基于DMD的数字光栅无掩模光刻对准模型,设计了对准标记以及具体的实现方案,并对模型进行了数值仿真和初步的实验验证。结果表明,采用频率可变、图像干净、具有良好周期性结构的数字光栅代替传统的真实掩模光栅,真正实现了零掩模成本;并且采用变频率数字光栅可以扩大测量范围,减小位移测量误差。最终可以实现深亚微米的对准精度,满足目前无掩模光刻对准精度的要求。

  作者: 唐路路,胡松,徐峰,唐燕,陈铭勇,朱江平

  18. 一种适用于数字微镜无掩模光刻的图形拼接方法

  摘要:针对数字投影光刻技术大面积图形曝光的需求,提出了一种基于灰度模板调制的图形拼接方法,包括图形分割、模板设计、子图形灰度调制、子图形曝光4个步骤。图形曝光前,需要将曝光图形分割为多帧大小为1024pixel×768pixel的多个子图形,然后每个子图形与对应模板相乘,实现曝光子图形的预处理。基于数字微镜(DMD)对灰度图形的调制原理,设计了可行的边界灰度调制模板。给出了图形分割的基本方法以及模板设计的原则。计算机仿真实验展示了图形拼接的过程。实验结果表明,该方法能较好地解决大面积图形曝光存在的拼接问题,改善了图形刻蚀的质量。

  作者: 朱江平,胡松,于军胜,陈铭勇,何渝,刘旗

  19. 光子筛成像技术研究进展

  摘要:光子筛是一种新型的纳米成像元件,具有高分辨、质量轻、体积小及易复制的优点,对于成像系统轻量化以及极短波谱区成像具有重要意义。根据解决的具体问题对国内外光子筛研究成果进行分类,从成像对比度的增加、衍射效率的提高、宽光谱成像和高数值孔径光子筛设计等方面详细介绍了光子筛的发展现状,并针对这四方面研究内容分析了目前尚需解决的技术问题。这些问题仍然是今后光子筛研究的主要方向。指出光子筛实用化面临的其他客观存在的问题,并展望了光子筛在天文望远镜、显微镜和光刻等领域的应用前景。

  20. 光子筛透镜组合的折衍混合消色差系统设计

  摘要:光子筛作为一种衍射光学元件,具有较大的色散,不适用于宽光谱成像。光子筛的焦距随着入射波长的增大而减小,而正的折射透镜焦距随着入射波长的增大而增大。应用了折衍混合方法进行光子筛消色差的设计。该设计利用二者相反的色散特性,在光子筛的一侧紧密放置一平凸透镜,从而实现光子筛的消色差设计。并针对可见光光谱进行了设计,分析表明该方法能够实现消色差,且具有一定校正二级光谱的能力,消色差波长与中心波长处焦距相对误差为0.33%,成像光谱带宽为20 nm。与普通单个光子筛相比,该方法有效拓宽了光子筛的成像光谱范围。与使用波带片的折衍混合系统相比,聚焦光斑更小。

  作者: 何渝,赵立新,唐燕,陈铭勇,朱江平

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  21. 大型天文望远镜主镜镀膜技术

  摘要:采取主镜镜面向上真空蒸镀制备方式,开展了大型天文望远镜主镜铝加介质保护反射膜技术研究。结合ZZS3200型镀膜设备真空室几何配置,对传统膜厚分布计算物理模型进行了修正,分别分析了铝膜与介质膜层膜厚均匀性。结果表明:理论分析与实验数据一致,直径2.4m范围内膜厚不均匀性约5.5%。通过优化工艺,成功制备出1.8m平面镜薄膜元件,在350~1 800nm波段范围内,膜层平均反射率88.6%,通过了环境稳定性测验。

  作者: 杜维川,刘洪祥,裴文俊,王长军

  22. 基于光谱采样率的反卷积算法分析

  摘要:反卷积方法是提高光谱仪分辨率的重要手段。采用空域迭代反卷积和频域维纳滤波对多纵模激光器光谱进行数据仿真,并在不同光谱仪采样率条件下,比较了迭代反卷积和维纳滤波结果。仿真结果表明,迭代反卷积和维纳滤波可以有效消除光谱仪仪器响应函数引起的光谱展宽,提高光谱仪分辨率。在光谱仪采样率低的情况下,迭代反卷积的分辨率增强效果优于维纳滤波。随着采样率的增加,维纳滤波的误差小于迭代反卷积。实验分别测量了单纵模和多纵模632.8nm He-Ne激光器光谱,并对测量结果进行反卷积处理。结果表明,低分辨率光谱仪测量的激光器光谱经反卷积处理后与高分辨率光谱仪直接测量结果一致。

  作者: 刘卫静,李斌成,韩艳玲,曲哲超

  23. 卡式红外光学系统光机分析及结构优化

  摘要:光学仪器通常都工作在一定的温度环境中,温度变化将造成光机系统的结构尺寸以及光学介质的特性等参数发生变化。针对卡式红外光学系统工作环境温度变化范围大的特点,进行了热补偿结构设计。并利用有限元方法,对主镜及其支撑结构进行了分析,明确了导致镜面变形和结构参数变化的主要因素为大范围的温度变化。在此基础上,对支撑结构进行了改进和参数的优化设计。研究结果表明:改进后的结构是合理可行的。

  作者: 汪宝旭,伍凡,蒋世磊,张灿

  24. 近零折射率材料激光合束

  摘要:设计了一种基于近零折射率亚波长人工材料的激光合束器。首先介绍了合束器的基本原理、结构及其材料;然后基于渔网结构设计了合束器的构成材料,通过S参数反演法计算得到其物质参数;最后,利用所得材料参数对三束以不同角度入射的激光合束结果进行了仿真分析,并与理想平面波进行对比。结果表明:当三束激光的入射角分别为-15°、0°和10°时,合成的单束激光相对于平面波在强度为最大值1/e2处的远场发散角展宽仅为1.6 mrad。可见该方法可以成功地将多束激光合为一束,且具有理想的输出光束特性。

  作者: 李淼峰,周崇喜

  25. 基于衍射光学的头盔显示光学系统

  摘要:基于一个传统五片式Erfle透镜头盔显示光学系统,通过引入一个衍射光学面,设计了一款改进型的三片式头盔显示光学系统。与传统系统相比,改进系统总长缩短了28.6%,总质量减轻了36.1%,实现了整机系统的小型化和轻量化。改进系统出瞳距离为20 mm,出瞳直径为12 mm,轴向球差小于0.06 mm,场曲小于0.5 mm,畸变小于2%,MTF在30 lp/mm处基本都大于0.4,满足头盔显示光学系统的要求,为头盔显示光学系统的轻小型设计提供了一种新途径。

  作者: 白瑜,邢廷文,蒋亚东,冯成

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  26. 用于凹非球面的计算全息设计及其误差分析

  摘要:为实现非球面元件表面面形的高精度检测,提出并设计了一种兼具相位补偿、装调计算全息图(CGH)和待测非球面的多功能计算全息图。多功能计算全息图由主全息、对准全息和基准全息3部分组成。介绍了各部分的工作原理及其设计方法,比较了辅助全息装调方法和普通装调方法的优劣,并给出了检测Φ187.72mm、F数为1.71的凹非球面镜的计算全息设计实例,分析了影响全息检测精度的各项误差源,计算得出所设计的计算全息的检测精度可达4.75nm,实现了非球面元件面形的高精度检测。

  作者: 冯婕,邓超,邢廷文

  27. 采用奇偶函数法的平面面形绝对测量技术仿真分析

  摘要:随着现代工业和科学技术的飞速发展,特别是近代大规模集成电路技术的不断提高,对系统精度的要求日益提高。在光刻系统中,越来越短的特征尺寸要求我们使用更高精度的光刻物镜。在这之前我们需要更高精度的检测技术来满足加工及系统集成的需要。高精度移相干涉仪的测量结果包含了待测面和参考面的误差,移相干涉测量法的测量精度受限于参考面的精度。绝对测量方法通过移除参考面的误差,从而达到提高测量精度的目的。回顾了光学平面面形绝对测量方法,重点描述了基于奇偶函数的绝对测量方法。分析了旋转角度误差对测量结果的影响,通过旋转更小的角度求出了高阶面形拟合分量,给出了求高阶面形拟合分量的通项公式。

  作者: 贾辛,邢廷文,魏豪明,李云

  28. 三轴离子束抛光系统驻留时间算法

  摘要:在光学离子束抛光工艺中,驻留时间求解是一个关键问题。多数驻留时间求解算法要求离子束在工件表面的材料去除速率在加工过程中保持不变。然而,离子束在工件表面的材料去除速率与离子束入射角度有关。为此,在加工曲面工件时,通常采用精密五轴联动运动平台对离子源的运动及姿态进行实时控制,使得在加工曲面工件时离子束相对工件表面的入射角度始终保持不变,从而保证去除函数在整个离子束抛光过程中保持不变。提出了一种基于仿真加工的迭代驻留时间求解算法,在求解驻留时间的过程中考虑到入射角度带来的去除速率变化,从而使得在离子束抛光系统中只需采用三轴运动控制平台对离子源的运动进行控制,而不再需要对离子源的姿态进行实时控制。入射角度与去除速率曲线可以事先通过实验测得。与五轴运动平台相比,三轴平台更稳定、经济且易于控制。仿真结果表明,算法在三轴离子束抛光系统中具有较好的适用性。

  作者: 李云,邢廷文,许嘉俊,徐富超,倪磊

  29. 可见光下3维针孔的衍射波面分析

  摘要:针孔是相移点衍射干涉仪中的关键元件。为了探究针孔的尺寸、制造针孔的材料以及材料的厚度对衍射波面质量的影响,确定点衍射干涉仪的测量精度,采用时域有限差分法分析获得了近场数据,并利用瑞利-索末菲矢量衍射理论将近场数据外推得到远场数据,通过远场处理数据分别对TM和TE偏振光入射针孔时,针孔的大小、材料以及材料厚度对衍射波波面质量的影响进行了理论分析和仿真模拟,得到了相应变化曲线图。结果表明,若要获得理想的球面波,材料厚度不能低于300nm,适当的孔径尺寸可以降低衍射波面误差;当孔径为300nm左右时,波面的均方根误差可达到λ/1000(λ=632.8nm)。这一结果对相移点衍射干涉仪的设计和应用是有帮助的。

  作者: 王瑞林,邢廷文,谢伟民

  30. 校正激光光束指向漂移的算法研究

  摘要:为了获得稳定的激光光束,需要对其随机漂移进行校正。以光束传递系统中快速反射镜校正脉冲激光器自身指向漂移的过程为例,采用一种基于移动平均值校正原理的算法,对加载地面抖动前后的校正效果进行了仿真模拟。仿真结果显示,该算法可以使指向漂移经过长距离传输后引入的位置偏移显著降低;校正后的移动平均值相对于校正前的有较大降幅,最优处约降至原来的n-1/2(n为一个窗口内的脉冲数);校正后的移动标准偏差值也明显下降。结果表明,该算法的关键在于提出合适的补偿量,具有实用性,可以实现对激光光束指向漂移的闭环实时校正。

  作者: 张丽霞,林妩媚,廖志杰,王瑞林

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