TracePro在“光的偏振实验”中的应用

为提高光的偏振实验教学效果和教学质量,在教学中引入专业的光学设计软件--TracePro,利用该软件仿真了光的双折射过程和现象,以及偏振片的原理;建立光的偏振实验系统实体模型,完成光的偏振态判断实验;仿真光通过波片后的偏振态转换现象;验证马吕斯定律,并仿真了多层介质膜对光的分离和旋光现象.结果表明该方法可以提高教学效率,激发学生探索科学的主观能动性,仿真结论与理论推导和实际实验结果一致.     

3D shape measurement of larger complex objects based on fringe cycle correction

The grating fringe on the reference plane is broadened in the intersecting axis system because of oblique-angle projection. In order to solve this problem, we study the theoretical model of the temporal phase unwrapping method based on the fringe cycle correction. We also study the 3D shape measurement theoretical model of the larger complex objects after considering the coordinate deviation and lens distortion. Experimental results demonstrate that the fringe cycle on the reference plane can be corrected to a constant value, the lens distortion can be corrected, and 3D shape of larger complex objects can be accurately measured.     

扁长型微瓶腔中的回音壁模式选择及Fano谐振

微瓶腔在腔动力学、非线性光学、高灵敏度传感和微型激光器等领域具有非常大的应用潜力.首先,从亥姆霍兹方程出发,详细研究了微瓶腔中的模式场分布理论.利用电弧放电加工方法,制备了扁长型微瓶腔.其次,采用光纤锥波导耦合方式有效激发了微瓶腔中的径向模式和轴向模式,并且通过调节微瓶腔与波导的耦合间隙,实现了对微瓶腔的欠耦合、临界耦合和过耦合三种耦合状态控制.实验中,光谱中回音壁模式得到很好的模式定位和识别,最大品质因子Q值达到1.78×10⁸.通过采用接触式耦合来增强调谐的稳定性,控制不同的耦合位置实现了谐振模式选择性激发,得到了稳定并且干净的谐振光谱.最后,通过选择光纤锥波导直径观察到了Fano谐振效应.所展示的结果对增强微腔传感、非线性光学和腔动力学等应用有重要意义.     

超声弹性成像应用在角膜疾病诊断中的有限元分析

弹性成像在医学成像领域具有广阔的应用前景.在本文中,有限元法被用于模拟角膜组织的超声弹性成像,通过改变角膜病变组织与正常组织杨氏模量的数值大小及分布,模拟角膜病变的不同情形,分析计算各种不同情形时的应变、应力和位移分布,并对仿真结果进行分析.当角膜正常组织与病变组织的杨氏模量之比为1:4时,病变区域中心的应变为-0.00854,而对应正常角膜相同位置的应变为-0.02277,为病变区域中心的应变值的2.67倍.病变区域中心的应力为0.04337,而对应正常角膜相同位置的应力为0.02729,相当于病变区域中心的应力值的0.64倍.当角膜正常组织与病变组织的杨氏模量之比为4:1时,情况刚好相反.基于角膜组织的粘弹性,优化了角膜组织模型.结果表明,利用应变压缩方法可以实现离体组织的弹性成像,超声弹性成像中病变组织与正常组织的生物力学响应差异明显,研究结果可为弹性成像在眼科临床应用上提供理论指导.     

激光照准系统中柱形边缘对瞄准精度的影响

通过研究激光照准系统中柱形边缘引起的边缘衍射和干涉效应，分析其对边缘瞄准精度的影响。     

用于三维测量的快速相位解包裹算法

减少条纹投影轮廓术的条纹图数量一直是本领域的研究热点。传统的时间相位解包裹算法,一般需要额外的条纹信息来确定条纹级次,导致条纹图数量过多。提出一种用于三维测量的快速相位解包裹算法,只需要N步标准相移正弦条纹图,就可以完成绝对相位的计算。首先,利用标准相移算法计算包裹相位和消除背景的掩膜;然后,直接利用包裹相位和掩膜,根据连通域标记算法计算条纹级次,进而求得绝对相位。该方法最少只需3幅条纹图,就可以完成三维测量,数据处理速度快。计算机仿真和实验结果验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法

在现有的针对复杂物体表面形貌的三维测量方法中, 为了完成绝对相位的测量, 通常需要处理至少6幅条纹图像, 限制了测量速度。提出了采用2幅正弦条纹和2幅三角波条纹图来获得物体三维形貌的方法。利用两步相移正弦条纹和两步相移三角条纹得到截断相位, 再利用两步相移三角波条纹得到条纹级次, 减少了投影条纹幅数, 提高测量速度。在得到条纹级次时, 计算三角波条纹强度调制和强度对比度, 与计算相位相比, 可以减少数据处理的时间, 进一步提高测量速度, 同时能减小物体表面反射率的影响, 提高了测量精度。测量最大高度为39 mm的阶梯状标准块, 得到的最大绝对误差和最大的RMS误差分别为0.045 mm和0.041 mm。验证了该方法的有效性和实用性, 在高速实时的复杂形貌三维测量中有广泛的应用前景。     

光学微瓶腔特性及温度传感应用研究

设计并测试了两种基于微瓶腔结构的温度传感系统。分别基于电弧放电法和自主装法制备了氧化硅材料(SiO₂)和紫外光固化胶(UCA)聚合物材料微瓶腔,通过锥形光纤耦合的方式分析了两种微瓶腔基本特性,并测试它们在温度传感中的应用。实验结果表明,SiO₂微瓶腔在温度上升时的灵敏度为11.13 pm/℃,在温度下降时的灵敏度为10.25 pm/℃;UCA微瓶腔在温度上升时的灵敏度为111.89 pm/℃,在温度下降时的温度灵敏度为102.02 pm/℃。两者在上升和下降时均保持很好的一致性,尤其UCA微瓶腔温度灵敏度比SiO₂微瓶腔提升了10倍。本文传感器具有体积小、价格低、可塑性和重复性好、灵敏度高等优势,在温度传感领域具有潜在应用。     

基于图像处理技术的钢管内直径及内表面检测

提出一种新的检测钢管内表面质量和内直径的方法。该方法采用高分辨率面阵CCD成像，通过图像采集卡采集图像，送到计算机中，再通过自己开发的软件进行图像处理，可以有效地检测钢管内表面的各种缺陷及钢管内直径。采用像素细分技术，测量精度可达0．05mm。     

基于投影栅线法测量物体三维轮廓的一点改进

研究了利用投影栅线法测量光滑鼠标的三维轮廓。对传统的傅里叶变换轮廓术提出了一点改进,在傅里叶变换之后,不对频谱部分频移,而是直接滤出需要的高、低频部分,再分别进行傅里叶逆变换,就可以得到与高度有关的相位差。该方法与传统的方法相比,减少了3次频移的过程,大大减少了计算量,也提高了滤波的精度。实验结果表明:只需要0.1 s就可以完成测量过程,测量精度达到0.2 mm, 可以成功实现光滑物体的三维轮廓测量。