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飞秒激光全息并行加工中若干关键问题研究

飞秒激光全息并行加工中若干关键问题研究

作者：汪金礼安徽大学

学位级别：硕士

飞秒激光加工技术是微纳加工领域前沿技术,其具有真三维、高分辨、热影响小和加工材料广泛等优点。虽然传统的单点扫描加工工艺的已日趋成熟,但是其加工效率的低下导致了加工一个微结构太过耗时,成为飞秒激光技术产业化进程的主要障碍,... 详细信息

飞秒激光加工技术是微纳加工领域前沿技术,其具有真三维、高分辨、热影响小和加工材料广泛等优点。虽然传统的单点扫描加工工艺的已日趋成熟,但是其加工效率的低下导致了加工一个微结构太过耗时,成为飞秒激光技术产业化进程的主要障碍,因此,通过并行加工方式提高加工效率具有重要的研究价值和意义。随着空间光调制技术发展,利用空间光调制器加载计算全息图实现并行加工设计,不仅省去了原有并行加工中衍射光学元件制备的成本,而且多焦点阵列的灵活可控性满足了任意结构制备的要求。因此,基于空间光调制器的飞秒激光全息并行加工方法引起了广泛关注,它为提高飞秒激光加工效率提供了一个重要方向,为批量制备三维功能器件创造了一个有效途径。但是,作为一种新的研究课题,面对的问题还有很多,本论文给予这一事实展开研究工作。本文课题来源于安徽省高等学校自然科学基金重点项目(KJ2011A014),本文的主要研究内容如下：介绍了飞秒激光全息并行加工的发展过程及国内外主要的研究现状,在研究的基础之上,搭建了一套飞秒激光全息并行加工系统,并开发了一套集成加工点到加工点的扫描加工软件程序、焦点位置的自动对焦和存储读取的控制软件。针对飞秒激光全息并行加工中的若干问题展开研究工作。其一,对搭建的光学系统参数设计进行分析,指出现有系统的弊端所在,提出了改进设计方案,并且就现有条件提出合理设计全息图方案实现提高一致性研究办法。其二,零级光抑制问题,分析零级光对成像质量产生干扰的原由,论证采用闪耀光栅加发散播球面因子相互结合的全息图优化方法不仅实现了消除零级光的干扰问题,而且提高了再现像对入射光的能量利用率。其三,折射率失配问题,首先从点扩散函数出发分析折射率失配对光斑形貌的影响,对折射率失配引起的问题理论研究,本文通过全息算法设计计算全息图生成衍射光学元件,来优化补偿这种像差函数引起的焦点漂移和焦斑畸变问题。上述这些问题在微纳米加工和光学存储领域非常有意义,本文工作将为项目顺利完成和进一步研究深入研究工作打下良好的基础。

关键词：飞秒激光并行加工空间光调制器全息图一致性零级光抑制折射率失配

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飞秒激光全息并行加工中的多焦点均一性

光学精密工程 2013年第8期21卷 1936-1941页

作者：苏亚辉汪金礼杨亮李家文黄文浩安徽大学电气工程与自动化学院安徽合肥230601 安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室安徽合肥230039 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026

为了提高飞秒激光加工的效率和灵活性,设计了一套飞秒激光全息并行加工系统,并对该系统中加载计算全息图(CGH)生成的多焦点均一性和空间位置分布的关系进行了研究。首先,将空间光调制器(SLM)引入飞秒激光加工光路;然后,采用GS(Gerchberg... 详细信息

为了提高飞秒激光加工的效率和灵活性,设计了一套飞秒激光全息并行加工系统,并对该系统中加载计算全息图(CGH)生成的多焦点均一性和空间位置分布的关系进行了研究。首先,将空间光调制器(SLM)引入飞秒激光加工光路;然后,采用GS(Gerchberg-Saxton)算法设计了直线型和三角型分布的三焦点阵列。最后,通过数值仿真和实验研究比较了用两种不同空间分布的焦点列阵设计的全息图对均一性的影响。结果表明,在焦点阵列间距较小的情况下,直线型分布设计的焦点阵列不易获得好的均一性,三焦点U仅有79%;而用三角型分布焦点阵列设计时,可以获得很好的均一性,三焦点U约等于100%。实验数据表明,三角形分布的三焦点可以实现高质量的并行加工,加工的半球状微结构阵列具有微透镜阵列的功能。

关键词：飞秒激光并行加工空间光调制器计算全息图焦点均一性 GS算法

飞秒激光加工中折射率失配引起的像差问题及其矫正

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光学学报 2014年第13期34卷 398-402页

作者：苏亚辉汪超炜韩蒙蒙汪金礼傅旭川代维刘畅安徽大学电气工程与自动化学院安徽合肥230601 安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室安徽合肥230039

折射率失配引起的球差导致飞秒激光加工焦点在光轴方向发生位置偏移和焦斑拉伸现象，降低了飞秒激光加工的轴向分辨率和位置精确性，严重影响了飞秒激光加工三维微纳米器件质量。因此，寻求一种合理的补偿设计方案是当前加工技术的一种... 详细信息

折射率失配引起的球差导致飞秒激光加工焦点在光轴方向发生位置偏移和焦斑拉伸现象，降低了飞秒激光加工的轴向分辨率和位置精确性，严重影响了飞秒激光加工三维微纳米器件质量。因此，寻求一种合理的补偿设计方案是当前加工技术的一种诉求。利用空间光调制器能够实现光场相位变化的特性，提出在空间光调制器上产生一个与像差函数等值相反的相位信息方法补偿到光路中消除折射率失配引起的球差影响。理论上分析了折射率失配引起球差对加工焦场强度分布影响，通过泽尼克多项式将球差函数进行展开分解，设计针对不同级数的球差矫正的计算全息图，实现球差矫正。该方法不仅能够消除焦斑拉伸畸变，而且能够恢复焦斑位置和强度，为飞秒激光加工中消除折射率失配影响提供了一种较好的解决方案。

关键词：激光技术飞秒加工折射率失配像差函数泽尼克多项式空间光调制器

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飞秒激光并行光学存储系统设计及仿真

光电工程 2011年第6期38卷 59-64页

作者：苏亚辉崔洪涛杨云杰汪金礼黄文浩安徽大学电气工程与自动化学院合肥230039 清华大学自动化系北京100084 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系合肥230039

针对三维光存储串行写入方式存储速度慢、效率低的缺点,设计了一种飞秒激光并行存储光学系统。该系统以TI公司的数字微镜器件作为空间光调制器,对入射飞秒激光进行调制,并利用微透镜阵列对调制后光束进行分束聚焦,从而产生可控的多焦点... 详细信息

针对三维光存储串行写入方式存储速度慢、效率低的缺点,设计了一种飞秒激光并行存储光学系统。该系统以TI公司的数字微镜器件作为空间光调制器,对入射飞秒激光进行调制,并利用微透镜阵列对调制后光束进行分束聚焦,从而产生可控的多焦点阵列,实现可控性强、灵活性好的并行加工。本文利用ZEMAX和Matlab对DMD进行了仿真建模,并根据已有飞秒激光三维光存储系统参数设计出适合本系统的微透镜阵列,最后对整个系统进行了仿真,给出了初步的仿真结果。从仿真结果可以看出,该系统可以实现具有光开关的存储信息的并行写入。

关键词：飞秒激光并行存储 DMD 微透镜阵列 ZEMAX 光开关

基于LabVIEW和AVR单片机的镇痛仪系统实现

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电子元器件应用 2011年第12期13卷 36-38,42页

作者：汪金礼陈伟程超才孟婷苏亚辉安徽大学电气工程与自动化学院安徽合肥230601

通过对穴位施加低频的脉冲电压刺激穴位神经释放内源性物质,从而达到减轻疼痛的作用已经被证实。基于此医学原理,本系统使用LabVIEW编写上位机控制界面,通过NI-VISA模块驱动USB进行实时通信,采用高性能AVR主控芯片设计下位机,从而实现... 详细信息

通过对穴位施加低频的脉冲电压刺激穴位神经释放内源性物质,从而达到减轻疼痛的作用已经被证实。基于此医学原理,本系统使用LabVIEW编写上位机控制界面,通过NI-VISA模块驱动USB进行实时通信,采用高性能AVR主控芯片设计下位机,从而实现宽范围数字升压(12～100V)的高质量互补对称脉冲波稳定输出特性。在疼痛疾病的治疗以及医疗保健治未病等领域将有广泛的应用。

关键词： LabVIEW USB通信 DC—DC升压 AD采集

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基于深度学习的输电线路外破图像识别技术

计算机系统应用 2018年第8期27卷 176-179页

作者：张骥余娟汪金礼谭守标安徽南瑞继远电网技术有限公司合肥230088 安徽大学合肥230001

在电力系统中,识别并排除输电线路外破风险隐患对保障电力系统的安全运行方面具有非常重要的作用.图像识别技术是识别外破风险的一个有效方法.针对外破隐患识别问题,本文提出了一种通过卷积神经网络训练获取深度模型的检测算法,该算法... 详细信息

在电力系统中,识别并排除输电线路外破风险隐患对保障电力系统的安全运行方面具有非常重要的作用.图像识别技术是识别外破风险的一个有效方法.针对外破隐患识别问题,本文提出了一种通过卷积神经网络训练获取深度模型的检测算法,该算法根据防外破风险隐患图像特点对现有深度网络结构进行了改进优化,增加ROI池化层并修改了损失函数;采用大量样本训练得到鲁棒模型,测试时对待测图片首先产生候选区域,然后针对各候选区域进行检测识别,达到在复杂背景中检测出外破风险隐患的目的.实验结果说明了本文方法可以有效地识别出输电线路外破隐患.

关键词：外破隐患卷积神经网络深度模型

基于“AI+”的变电站作业人员行为管控设计

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无线互联科技 2019年第23期16卷 37-38页

作者：汪金礼杨可军张帆王皓尹涛安徽南瑞继远电网技术有限公司

变电站作业安全管控要求越来越高。围绕全面提升安全生产管控水平,文章创新性地提出了一种基于“AI+”的变电站作业人员行为管控设计,实现人像识别、图像分析、视频监控、门禁车闸、报警、锁控、可视对讲等业务融合贯通,并基于站内全业... 详细信息

变电站作业安全管控要求越来越高。围绕全面提升安全生产管控水平,文章创新性地提出了一种基于“AI+”的变电站作业人员行为管控设计,实现人像识别、图像分析、视频监控、门禁车闸、报警、锁控、可视对讲等业务融合贯通,并基于站内全业务一体化数据管控平台实现相关应用,为变电站作业人员行为管控提供高效、可靠方案,多方位打造变电站运检安全智能管控体系。

关键词：人工智能作业安全行为管控

基于PCA的第二代Curvelet变换域图像降噪研究

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测试技术学报 2014年第2期28卷 143-148页

作者：刘鸿涛王皓汪金礼尹涛苏亚辉安徽继远电网技术有限责任公司安徽合肥230088 安徽大学电气工程与自动化学院安徽合肥230601

针对传统图像阈值降噪不足,本文提出了无需对噪声方差进行评估的基于主分量分析(Principal Component Analysis,PCA)的第二代Curvelet变换的图像降噪算法,并利用Cycle Spinning技术进行优化.PCA对Curvelet域中的噪声能量进行估计以实现... 详细信息

针对传统图像阈值降噪不足,本文提出了无需对噪声方差进行评估的基于主分量分析(Principal Component Analysis,PCA)的第二代Curvelet变换的图像降噪算法,并利用Cycle Spinning技术进行优化.PCA对Curvelet域中的噪声能量进行估计以实现对放射状条纹以及伪吉布斯等不良现象能够有效抑制.仿真试验结果表明,利用本文提出的算法对含噪图像进行降噪,降噪后图像的峰值信噪比得到了显著提高,且视觉效果也得到了明显地改善.因此,本文算法在图像处理领域具有广阔的应用前景.

关键词：图像降噪 Curvelet变换主分量分析 Cycle Spinning技术

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一种新的数字可调直流升压系统设计

测试技术学报 2012年第4期26卷 288-291页

作者：汪金礼程超才陈伟苏亚辉安徽大学电气工程与自动化学院安徽合肥230601

目前宽范围升压系统多采用变压器升压方式,由于在升压中存在耦合和不准确的问题,无法胜任在要求高精准升压系统中的要求.针对这一问题,采用MAX1771数字芯片和可编程数字电位器AD5241设计了一种数字可调的、宽范围的、脉频调制(PFM)的升... 详细信息

目前宽范围升压系统多采用变压器升压方式,由于在升压中存在耦合和不准确的问题,无法胜任在要求高精准升压系统中的要求.针对这一问题,采用MAX1771数字芯片和可编程数字电位器AD5241设计了一种数字可调的、宽范围的、脉频调制(PFM)的升压系统.实现了12～120 V电压的多阶输出.可用于高压编程和医疗设备强度调节等宽范围升压场合.

关键词： MAX1771 AD5241 脉频调制直流可调