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高边缘视场光学效率的衍射波导准直投影镜头设计

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应用光学 2024年第1期45卷 54-62,78页

作者：黄战华高懿冰伍圆军潘成芦畅泰张尹馨天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072 天津大学四川创新研究院四川成都610200

随着微型发光二极管(micro-light emitting diode,Micro-LED)微型图像源被应用于增强现实(augmented reality,AR)显示技术,AR显示系统朝着超小型化方向发展。然而Micro-LED图像源发光角度大,准直投影镜头要求体积小且像质高,其产生的渐... 详细信息

随着微型发光二极管(micro-light emitting diode,Micro-LED)微型图像源被应用于增强现实(augmented reality,AR)显示技术,AR显示系统朝着超小型化方向发展。然而Micro-LED图像源发光角度大,准直投影镜头要求体积小且像质高,其产生的渐晕现象也导致视场(field of view,FOV)边缘处光学效率低、照度不均匀,这对AR光学系统设计造成了挑战。为了解决上述问题,该文基于增加计算得到的非球面场镜,设计了一种照度均匀性高、边缘视场光学效率较高的衍射光栅波导准直投影镜头。对场镜理论进行详细分析,从而确定焦距区间,最终求解其面型参数,设计出照度相对均匀的镜头。设计的新型准直投影镜头对角线FOV为41.2°,F#为1.87,调制传递函数在125 lp/mm处大于0.5。仿真结果表明,系统照度均匀性相对提高了14%,边缘FOV的光学效率相对提高了15%,具有良好的成像性能,该镜头可应用于超小型AR衍射光栅波导头戴显示系统中。

关键词：准直投影镜头光学效率衍射光栅波导光学设计

结合三反消像散光学系统的中阶梯光栅光谱仪设计

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2022年第5期55卷 519-526页

作者：张尹馨段文浩李婉卓光电信息教育部重点实验室(天津大学) 天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 光电信息控制和安全技术重点实验室天津300308

中阶梯光栅因其具有高分辨率、高衍射级次和全谱闪耀等特性,能够实现宽波长范围内的高分辨率全谱直读,常用于天文光谱仪及高端商用光谱仪中.然而,中阶梯光栅的衍射因为级次重叠严重,需要交叉色散形成二维光谱成像于面阵探测器.使用单一... 详细信息

中阶梯光栅因其具有高分辨率、高衍射级次和全谱闪耀等特性,能够实现宽波长范围内的高分辨率全谱直读,常用于天文光谱仪及高端商用光谱仪中.然而,中阶梯光栅的衍射因为级次重叠严重,需要交叉色散形成二维光谱成像于面阵探测器.使用单一成像镜的二维靶面成像很难保证像面像质均匀,进而造成全谱范围内分辨率差异大,特别是边缘波长处分辨率明显降低的问题.为解决这一难题,本文提出了一种结合三反消像散光学系统的折叠型中阶梯光栅光谱仪方案(echelle spectrometer with three-mirror anastigmat,ESTMA),以三反消像散光学系统的3面反射镜代替常规中阶梯光栅光谱仪设计中的单成像反射镜.复色光经过入射小孔后被离轴抛物面镜准直,再由中阶梯光栅色散,用反射棱镜进行交叉色散,最后由三反消像散光学系统成像于面阵探测器.设计光谱范围为200~600 nm,焦距为350 mm.设计通过Zemax光学设计软件进行仿真及优化,结果显示,相对于单成像镜设计,ESTMA方案的全谱范围内像斑大小均匀,点列图均方根半径小于1μm,全波段仿真分辨率小于30 pm.在自建的实验平台上进行验证,实验结果表明,系统在253.652 nm、365.015 nm、404.656 nm、435.833 nm、546.074 nm处的实测分辨率分别为23.42 pm、23.46 pm、27.20 pm、32.74 pm和40.92 pm,除中心波长以外的实测波长分辨率显著优于单成像反射镜设计的理论分辨率,光谱仪的分辨率整体提升.

关键词：中阶梯光栅光谱仪三反消像散光学系统交叉色散二维谱图

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国内产业集群合作研究综述

产业创新研究 2023年第14期 21-23页

作者：张尹馨太原师范学院地理科学学院山西晋中030619

合作已成为产业集群竞争的重要优势来源。文章通过梳理有关国内集群合作的文献发现:产业集群合作研究内容涉及合作方式、合作机理以及风险治理等三方面。产业集群的合作方式包括企业间水平合作、供应链上下游垂直合作以及多边协同合作;... 详细信息

合作已成为产业集群竞争的重要优势来源。文章通过梳理有关国内集群合作的文献发现:产业集群合作研究内容涉及合作方式、合作机理以及风险治理等三方面。产业集群的合作方式包括企业间水平合作、供应链上下游垂直合作以及多边协同合作;产业集群的合作机理有合作创新、知识技术共享溢出及治理等;产业集群合作风险及治理则主要从产业集群的不同发展阶段出发进行具体研究。研究方法注重多学科交叉、多视角研究。

关键词：合作产业集群研究综述

结构光照明显微的结构光空间频率和相位测定算法

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2021年第2期54卷 205-213页

作者：张尹馨邓嘉俊费建阳光电信息教育部重点实验室(天津大学) 天津300072 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

结构光照明显微技术(SIM)是近年来快速发展的一种超分辨显微技术,其硬件结构不断推陈出新,然而并非所有SIM系统均能获得理想的结构光调制度,当调制度较低时,结构光空间频率和相位的准确测定变得困难.如果不能保证其测定精度,重建的超分... 详细信息

结构光照明显微技术(SIM)是近年来快速发展的一种超分辨显微技术,其硬件结构不断推陈出新,然而并非所有SIM系统均能获得理想的结构光调制度,当调制度较低时,结构光空间频率和相位的准确测定变得困难.如果不能保证其测定精度,重建的超分辨图像会存在伪影甚至失真,成像质量无法保证.针对上述问题,研究了多种结构光的空间频率和相位测定算法,分析发现频谱分量互相关算法(SCC)在不同的调制度下更具适应性和准确性.文中进一步研究了SCC算法的特征和简化方法,通过对其迭代过程进行合并实现了空间频率和相位的同步精确测定.通过对多种算法进行仿真的结果表明,相比于其他的空间频率和相位测定算法,简化SCC算法在结构光各调制度条件下均能精确地测定结构光的空间频率和相位,计算误差更小.在实验上,使用自建的SIM系统对牛肺动脉内皮细胞(BPAE)进行成像,在结构光调制度为0.17时使用不同的空间频率和相位测定算法所计算的结果重建样本的超分辨图像.实验结果表明,由于简化SCC算法所计算出的空间频率和相位更加准确,其重建的图像能更清晰地还原样本原貌,有效地抑制了重建图像的伪影,图像分辨率得到明显提高.简化SCC算法能适应不同SIM系统对结构光空间频率和相位精确测定的需求,也能提高SIM系统的鲁棒性.

关键词：超分辨显微镜结构照明数字图像处理

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混凝土结构裂缝宽度波前编码测量系统的设计

光学精密工程 2009年第11期17卷 2750-2756页

作者：蔡怀宇王金玉方超黄战华张尹馨天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室天津300072

为了克服基于传统光学成像技术设计的手持式混凝土裂缝宽度测量系统焦深小、准确调焦困难,以及由于存在像差和混凝土表面凹凸过大致使视场内图像无法完全清晰等缺陷,采用波前编码技术重新进行缝宽检测系统的设计,以便有效地拓展景深(焦... 详细信息

为了克服基于传统光学成像技术设计的手持式混凝土裂缝宽度测量系统焦深小、准确调焦困难,以及由于存在像差和混凝土表面凹凸过大致使视场内图像无法完全清晰等缺陷,采用波前编码技术重新进行缝宽检测系统的设计,以便有效地拓展景深(焦深)。讨论了波前编码立方型相位板规一化参数及其与实际系统相位板设计参数之间的关系,利用CODEV光学设计软件完成了手持式裂缝宽度波前编码测量系统的设计,加工制作了立方型相位板并进行了初步实验。实验表明,采用基于单透镜的波前编码系统设计,在满足分辨率为50μm,F数为6的前提下,可将景深拓展为15mm,达到传统光学系统相同F数时景深理论值的4.5倍。该系统能够满足混凝土结构裂缝宽度测量中扩大景深和成像的基本要求。

关键词：混凝土结构裂缝宽度景深波前编码立方型相位板

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准直光学系统在红外无线互连传输中的应用

光电子．激光 2002年第9期13卷 904-907页

作者：张尹馨周革井文才邓玉秀张以谟天津大学精密仪器与光电子工程学院

提出用集成透射式光学系统准直 L ED的发散光。以 USB/ Ir DA网络适配器为例 ,将准直光学系统集成在红外通讯卡上进行连机实验。实验结果表明 ,在 Windows98环境下 ,红外无线传输距离由原来的1.5 m增大至 4 .1m ,有效传输速率略有增大 ;... 详细信息

提出用集成透射式光学系统准直 L ED的发散光。以 USB/ Ir DA网络适配器为例 ,将准直光学系统集成在红外通讯卡上进行连机实验。实验结果表明 ,在 Windows98环境下 ,红外无线传输距离由原来的1.5 m增大至 4 .1m ,有效传输速率略有增大 ;Windows 2 0 0 0环境下 ,传输距离均为 2 .0 m时 ,有效传输速率由原来的 1.0 4 Mbps提高至 2 .0 0 Mbps。

关键词：红外收发器件光学系统透镜准直红外无线通讯

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有源光旋转连接器的研究

有源光旋转连接器的研究

作者：张尹馨天津大学

学位级别：硕士

光旋转连接是一门跨学科的技术，它把光传输、电子电路、精密机械设计等技术领域的研究有机的结合起来，形成了一种能完成机械结构相对转动，光信号旋转耦合的复合技术。它具有光信号动态传输，防电磁干扰、小型易... 详细信息

光旋转连接是一门跨学科的技术，它把光传输、电子电路、精密机械设计等技术领域的研究有机的结合起来，形成了一种能完成机械结构相对转动，光信号旋转耦合的复合技术。它具有光信号动态传输，防电磁干扰、小型易用等突出优点，在军事和民用领域有着不可替代的重要意义。本文为弥补传统的光旋转连接系统在机械精度要求高、结构复杂、成本高等方面的局限，提出了红外空间互连旋转连接器和采用自聚焦透镜的光电混合光纤旋转连接器两种设计方案，它们都具有机械结构简单，光信号耦合容易实现等特点。对这两种系统的设计方案和系统优化方法的探索，在现有技术的综合应用，以及开发新型光旋转连接器并推广使用方面具有开拓性意义。本文的主要工作： 1. 提出将红外无线数据传输技术引入旋转连接器的设计思想，并根据旋转连接器的基本设计要求，及其与红外无线传输技术相结合的具体要求，完成了红外空间互连旋转连接器的整体设计方案。 2. 设计了红外空间互连旋转连接器的电路。从微机接口、通信控制和红外收发三个层次讨论了电路的实现方法，并完成了信号调制与解调的时序仿真。采用多种新型器件和功能模块，设计了具有功能齐全，体积小等特点的电路硬件。 3. 通过实验检验了红外空间互连旋转连接器的适应性。在不同主机操作系统下，对红外空间互连旋转连接器的传输性能进行分析与评估，测试了系统的通信速率、传输稳定性和可靠性等重要指标，并总结了红外空间互连旋转连接器的传输特点。 4. 优化设计了旋转连接器中的红外光链路。分析了 IrDA 协议规定的红外无线信道的特性，从改善红外互连旋转连接器光链路，优化系统的角度设计了准直光学系统，用其减小红外光发散角，从而提高旋转连接器的传输性能。 5. 设计了采用自聚焦透镜的光电混合光纤旋转连接器。该系统综合了有源及无源光纤旋转连接器的系统结构，转动部分用自聚焦透镜准直光信号，固定接收部分用光电和电光变换电路，从而完成光信号的旋转连接。文中根据系统性能要求，完成了系统整体结构和各组成部分的设计，并模拟和计算了系统的耦合效率，从理论上分析了该光电混合光纤旋转连接器传输光信号的有效性。 I ＜WP=3＞本文的创新之处： 1. 将红外无线数据传输技术引入旋转连接器的设计，实现了红外空间互连旋转连接器对光信号的动态传输。 2. 提出了采用集成准直光学系统，优化红外光链路的方法，并完成了相应的光学系统设计。该优化方法能提高红外空间互连旋转连接器的红外信道传输质量。 3. 综合有源及无源光纤旋转连接器的系统结构，设计了光电混合光纤旋转连接器。该结构中，自聚焦透镜准直转动光纤的出射光，固定部分用光电和电光转换电路接收并再生光信号，从而实现光信号的旋转连接。

关键词：光旋转连接器红外空间互连旋转连接器光电混合光纤旋转连接器红外光链路优化

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黄河中游地区旅游经济的空间结构演变

江苏师范大学学报（自然科学版） 2022年第4期40卷 52-57页

作者：郑焱伟冯卫红张尹馨太原师范学院地理科学学院山西晋中030600 山西省城乡统筹协同创新中心山西晋中030600

利用引力模型和社会网络分析法,对2014、2019年黄河中游地区的旅游经济空间结构进行分析.结果表明:与2014年相比,2019年黄河中游地区旅游经济联系强度明显提高,但区域间的旅游经济联系强度差距愈发加大,整体不均衡态势明显;黄河中游地... 详细信息

利用引力模型和社会网络分析法,对2014、2019年黄河中游地区的旅游经济空间结构进行分析.结果表明:与2014年相比,2019年黄河中游地区旅游经济联系强度明显提高,但区域间的旅游经济联系强度差距愈发加大,整体不均衡态势明显;黄河中游地区旅游经济联系量显著提升,整体网络结构呈现西北部相对稀松、东南部相对密集的空间格局;区域内部的网络密度提升明显,城市间旅游联系愈发密切,网络中核心节点城市数量增长明显,呈现较为紧密的状态.凝聚子群间差异较大,子群间的城市旅游经济联系较少,存在明显的结构分层.

关键词：旅游经济联系空间结构社会网络分析法黄河中游地区

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低耦合损耗的光电混合光纤旋转连接器

光电子．激光 2008年第9期19卷 1173-1176页

作者：张尹馨黄战华贾大功张以谟光电信息技术科学教育部重点实验室天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

设计了一种光电混合光纤旋转连接器,能实现相对旋转的光信号在较大对准误差范围内低损耗连接。旋转状态下的自聚焦透镜准直光纤输出的光信号,并由PIN光电探测器将其转换为电信号,再由激光器根据电信号再生出原始光信号继续在光纤通讯系... 详细信息

设计了一种光电混合光纤旋转连接器,能实现相对旋转的光信号在较大对准误差范围内低损耗连接。旋转状态下的自聚焦透镜准直光纤输出的光信号,并由PIN光电探测器将其转换为电信号,再由激光器根据电信号再生出原始光信号继续在光纤通讯系统中传输。该光电混合光纤旋转连接器在离轴偏移量至520μm或对准倾斜角至0.5°时的附加耦合损耗为0.3dB,而采用双自聚焦透镜的光纤旋转连接器要获得小于3dB的插入损耗,其离轴偏移或倾斜角度必须小于100μm和0.1°。相比之下,本文设计的光纤旋转连接器能降低系统对机械加工及装配精度的要求,具有较高的实用价值。

关键词：光纤旋转连接器自聚焦透镜探测器离轴偏移角度倾斜