自聚焦共焦光纤传感器轴向分辨率的影响因素

分析和研究了光纤光斑尺寸、透镜的数值孔径、放大倍率、光纤与透镜的匹配及装配等对自聚焦共焦光纤传感轴向分辨率的影响。指出，为使系统获得较高的轴向分辨率，需控制与光纤光班尺寸有关的参数A≤3，选用大放大倍率的自聚焦透镜，并使透镜的数值孔径小于光纤数值孔径，同时要保证透镜与光纤间的精密装配。     

自聚焦共焦式微型探测系统的研究

为解决微小内轮廊为代表的微小尺寸的非接触测量问题，本文提出了将自聚焦透镜体积小与共焦显微技术的纵向层析特性有机结合的自聚焦共焦微型显微技术的光聚焦探测系统。介绍了系统的工作原理和结构装置，对系统中的关键技术进行了优化设计，通过对自聚焦透镜、针孔，光源及探测器系统的设计，可以有效地实现高精度微型光聚焦探测，初步实验结果表明，系统的轴向分辨率可达10nm。     

光纤共焦系统中影响轴向分辨特性的因素分析

为了提高光纤共焦显微成像系统的轴向分辨力,分析了光纤光斑尺寸、瞳半径,环形透镜、光纤与透镜的匹配等对该系统轴向分辨率的影响。利用光纤共焦成像系统的三维相干传递函数,对一理想反射镜进行轴向扫描,建立系统的轴向响应函数,分析和研究了各参数对系统轴向分辨力的影响。实验结果表明,为使系统获得较高的轴向分辨率,需控制与光纤光斑尺寸有关的参数A≤3,选用放大倍率较大的物镜,并使透镜的数值孔径小于光纤数值孔径,而在光纤共焦系统中引入环形透镜并不能提高系统的轴向分辨力。     

光纤共焦干涉显微成像系统轴向响应特性

以光纤共焦干涉系统的三维传递函数和轴向响应特性为基础,分析和研究了光纤光斑尺寸、瞳半径,探测器尺寸、光纤与透镜的匹配等对该系统轴向分辨率的影响.实验表明,为使系统获得较高的轴向分辨率,需控制与光纤光斑尺寸有关的参数A 小于4,并使透镜的数值孔径小于光纤数值孔径;优化后系统轴向响应的半高宽仅为光纤共焦系统的1.1%.     

共焦自聚焦光纤传感器回波干扰抑制方法分析

基于共焦原理的自聚焦光纤传感器将共焦光路、自聚焦透镜和光纤集于一体，实现了微型化和轴向高分辨率的统一，可用于内外曲面的微观形貌、坐标尺寸和曲面轮廓等的高精度检测。运用高斯光束传输原理和矩阵光学理论对影响传感器信号强度的端面回波问题进行了理论分析，提出了解决回波问题的技术途径。实验结果说明，通过对不同端面采用不同的抑制方法，回波问题被较好地解决。     

自聚焦透镜用于端泵浦DPL的耦合光学系统

本文用自聚焦透镜耦合ＬＤ输出，解决了需要短焦距、大数值孔径透镜的设计和制方面的困难。提出了计算自聚焦透镜耦合效率的简化模型。用自聚焦透镜和一对正交柱面透镜设计了一个耦合系统，并用该耦合系统端泵浦Ｎｄ：ＹＡＧ棒做了实验。     

自聚焦共焦式微小内腔体探测技术

系统用自聚焦透镜代替共焦扫描显微镜中的聚焦透镜 ,将自聚焦透镜体积小的特点与共焦显微技术的轴向高分辨力和绝对位置跟踪特性有机结合 ,具有测头微小型化 ,高的轴向分辨力、较大倾斜表面的瞄准能力、对突跳位置的绝对跟踪能力等特点。选用PZT作为轴向扫描驱动元件 (线性范围± 5 μm ,每个脉冲 2nm进给 ) ,用高精度电容位移传感器作为位置跟踪元件 (线性范围± 5 μm ,分辨力 1nm)。对 2 0°角度块进行测试实验表明 ,在测头直径为 1mm的情况下 ,系统对 2 0°倾斜度以内的斜面轮廓的探测轴向分辨力可达 10nm。     

用滤波器提高共焦系统纵向分辨率的实验研究

针对采用有限大小探测器的其焦显微系统,利用两区相位型滤波器提高系统的纵向分辨率。在实验上,采用1透射式液晶空间比例制器实脱了对共焦显微系统照明光场位相的动态调制,测量了探测针孔直径分别为5μm、10μm和15μm时,共焦显微系统纵向分辨率随滤波器参数的变化规律。实验结果说明,在探测器为有限大小的情况下,利用该滤波器可以使共焦显微系统的纵向分辨率提高17．8％。另外,从实验结果还可以看出,滤波器的性能受到探测针孔尺寸的影响。     

自聚焦透镜装配误差对光信号耦合效率的影响

旋转连接器内信号传输过程中,自聚焦透镜装配误差将引起信号传输系统额外耦合损耗。通过自聚焦透镜和光电探测器耦合系统,研究、测试了自聚焦透镜装配引起的轴向距离、角度偏差和离轴偏差对信号传输系统耦合效率的影响。试验结果表明,为了保证自聚焦透镜与光电探测器之间的耦合效率达90%以上,轴向距离应控制在0～15mm内,离轴偏差应在±0.5mm,角度偏差在-2°～+2°。     

微型反射式共焦光纤传感器研究

基于光学系统信息传输不变性原理，讨论了微型反射式共焦光纤传感器的高分辨率性质。该传感器的光纤末端头起到了共焦扫描光学显微镜的点光源和点探测器的功能，从而使视场减小，信噪比提高，抗干扰性增强。它独特的高轴向分辨率特性，可用于微观形貌、外形尺寸和曲面轮廓等方面的高精度检测，同时为狭小空间内尺度测量等大量极限测量和不可测问题提供了解决思路。     

基于亚波长金属结构的大数值孔径透镜

为了实现轻量化的大数值孔径红外透镜,基于模式耦合理论,建立了金属薄膜上方形孔对入射光场相位调制与方孔边长尺寸、深度的关系,在此基础上,提出了一种可实现大数值孔径的亚波长金属结构薄膜透镜.采用数值模拟方法对此透镜的聚焦特性进行了模拟仿真,结果表明:对于10.6μm的入射波长,口径尺寸为300μm的透镜可实现半高全宽仅为4μm的聚焦光斑,其等效的数值孔径高达3.3,充分证明了这类透镜在实现大数值孔径方面的优势,为设计轻量化的高分辨红外光学元件提供了新的方法.     

影响共焦荧光扫描显微镜分辨率的因素

本文分析了影响共焦荧炮扫描显微镜的各种因素－－探测器小孔直径、杂散光、物镜孔径等，并以正在研制的一台共焦荧光扫描显微镜为例；讨论了如何抑制杂散光，在设计上保证系统高分辨率实现了方法。     

高分辨力单轴法线跟踪测量方法

为实现对大曲率表面轮廓进行高效、准确的非接 触测量,提出一种基于差动共焦原理的单轴法线跟踪式测量 方法,具有高分辨力和高信噪比的优点。分析了影响系统分辨力的因素,研究了在入射光为 高斯光束时倾斜对于差动 共焦探测的影响,通过理论模型及实验验证了光束倾斜时针孔偏移及针孔大小的最佳尺寸。 建立了相应的传感系统,实验表明,所建系统可以很好地跟踪被测表面,其轴向分辨 力优于5nm,组合高精度激光干涉测长系统后可用于大曲率表面轮廓的精密测量。     

Molecular imaging of small animals with a triple-head SPECT system using pinhole collimation

Pinhole collimation yields high sensitivity when the distance from the object to the aperture is small, as in the case of imaging small animals. Fine-resolution images may be obtained when the magnification is large since this mitigates the effect of detector resolution. Large magnifications in pinhole single-photon emission computed tomography (SPECT) may be obtained by using a collimator whose focal length is many times the radius of rotation. This may be achieved without truncation if the gamma camera is large. We describe a commercially available clinical scanner mated with pinhole collimation and an external linear stage. The pinhole collimation gives high magnification. The linear stage allows for helical pinhole SPECT. We have used the system to image radiolabeled molecules in phantoms and small animals.     

大数值孔径介质结构透镜

提出了一种新型大数值孔径介质结构透镜,能量利用率达到了44%。通过数值仿真FDTD计算证明该聚焦器件能实现高的能量利用率和接近衍射极限的聚焦光斑,且聚焦光斑的旁瓣很小。其次,对该透镜的色散性能进行了研究,发现该透镜具有与普通透镜相反的色散特性。故该透镜可以与普通透镜组合消色差。另外,该透镜克服了最小特征尺寸,实现了大数值孔径,针对波长10.6 m设计了相同口径、不同F数的介质结构透镜,最小F数达到了0.25。     

远程激光拉曼光谱探测系统前置光学系统设计

为实现远程物质高空间分辨力的拉曼光谱探测,设计了共孔径远程激光拉曼光谱探测系统的前置光学系统。光学系统采用共孔径结构,实现了激光发射系统、拉曼光收集系统及微区成像系统的共孔径、共光轴。设计的光学系统能够对激光进行聚焦以缩小激光光斑尺寸,使系统具有优于0.125 mrad的空间分辨率。该拉曼光收集透镜有效通光口径为50 mm,拉曼散射光在耦合透镜焦平面上的像高小于25m,可以与50m狭缝宽度的光谱仪进行空间光耦合,也可使用50m芯径的光纤来耦合光学系统与光谱仪。该系统可用于远距离物质的激光聚焦、拉曼光谱探测及微区成像。     

深空光通信接收方案的改进及误码性能分析

为了更好实现在不同背景光和大气湍流条件下的 深空光通信,研究对比两种深空信道的接收方案模 型。方案一为传统的接收方案,直接将光子探测器阵列放在天线的焦平面处,并在其前面加 上小孔光阑, 方案二为改进后的接收方案,将小孔光阑放置在焦平面处,光信号通过光阑后再经准直镜到 达探测器阵列 上。本文首先建立起大气湍流模型和背景光模型分析其对于接收端的影响,然后对所加的小 孔光阑的孔径 大小进行优化,最后在最佳孔径下对比两种接收方案的性能。仿真结果表明,在不同湍流和 不同背景光时 对应的最佳孔径都不一致,可以为后续设计地面接收系统提供一定的参考。而方案二比方案 一在不同背景 和大气湍流条件下性能也均有所提升,尤其在较强背景和大气湍流时方案二性能提升更加明 显。     

可变光阑对焦深影响的探究

传统的标量光场其偏振态空间均匀分布,而矢量光场相较于标量光场其偏振态是空间变化的。这个空域变化的偏振特性使得矢量光场具有更大的调控自由度,在焦场设计、光学微操纵、微加工、以及量子信息领域有着潜在的应用。本文基于Richards-Wolf矢量衍射理论,研究了可变光阑以及透镜数值孔径对双环角向偏振光束聚焦特性的影响。结果表明,通过改变光阑大小以及透镜数值孔径,不仅可以改变焦斑光强、焦斑大小,也可以显著改变焦场暗通道的长度,从而生成较长的暗通道。生成的可变焦场暗通道未来可用于光学微操纵以及微加工的应用中。