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Special topic on optical imaging and measurement

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Journal of Measurement Science and Instrumentation 2024年第2期15卷 I0001-I0001页

作者： huanfei wen Yongjia Xu the School of Instrumentation and Electronics North University of China Centre for Precision Technologies(CPT) Engineering and Physical Sciences Research Council(ERSRC)Future Metrology Hub

Optical imaging and measurement are closely related and have a wide range of applications such as non-destructive testing, ultra precision manufacturing, virtual reality, and intelligent driving control, etc. Optical imaging instruments are an important means for humans to observe the universe and understand nature. Optical measurement technology with advantages of non-contact, fast speed, and high precision.

关键词： optical driving Optical

基于Ostwald ripening自组装工艺的银纳米颗粒活性衬底的高稳定性

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化工学报 2012年第7期63卷 2298-2302页

作者：温焕飞唐军柴鹏兰刘俊中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室和电子测试技术重点实验室山西太原030051

利用Ostwald ripening自组装工艺对拉曼增强衬底进行处理,得到粒径和密度不同的银纳米颗粒拉曼增强衬底。用龙胆紫生物大分子作为探针,对其表面增强拉曼散射(SERS)和表面增强荧光(SEF)进行研究发现,拉曼和荧光光谱强度存在着相似的变化... 详细信息

利用Ostwald ripening自组装工艺对拉曼增强衬底进行处理,得到粒径和密度不同的银纳米颗粒拉曼增强衬底。用龙胆紫生物大分子作为探针,对其表面增强拉曼散射(SERS)和表面增强荧光(SEF)进行研究发现,拉曼和荧光光谱强度存在着相似的变化趋势,且随着自组装工艺时间的递增,强度的变化趋于稳定。研究结果表明:Ostwald ripening自组装工艺可以优化SERS和SEF增强效果及其稳定性,故其可为研制具有长期稳定性、低成本的基于SERS和SEF效应生物化学传感器件提供研究基础。

关键词：表面增强拉曼散射表面增强荧光 Ostwaldripening 银纳米颗粒自组装稳定性

Simultaneous detection of position and temperature of micromagnet using a quantum microscope

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Chinese Optics Letters 2024年第10期22卷 46-52页

作者： Zhenrong Shi Zhonghao Li huanfei wen Hao Guo Zongmin Ma Jun Tang Jun Liu School of Instrument and Electronics North University of ChinaTaiyuan 030051China School of Semiconductors and Physics North University of ChinaTaiyuan 030051China

Micromagnets,as a promising technology for microscale manipulation and detection,have been the subject of extensive ***,providing real-time,noninvasive feedback on the position and temperature of micromagnets in complex operational environments continues to pose a significant *** paper presents a quantum imaging device utilizing diamond nitrogen-vacancy(NV)centers capable of providing simultaneous feedback on both the position and temperature of a *** device achieves a temporal resolution of 2 s and a spatial resolution of 1.3μ*** flux localization analysis,we have determined a positioning accuracy within 50μm and a temperature accuracy within 0.4 K.

关键词： diamond nitrogen-vacancy centers simultaneous detection micromagnet position temperature

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基于光偏转原理的AFM光电检测系统设计

传感器与微系统 2024年第3期43卷 76-79页

作者：王旭东温阳王慧云秦丽温焕飞马宗敏中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学仪器与电子学院山西太原030051

利用光偏转原理设计并实现了原子力显微镜(AFM)的光电检测系统,研究了影响光偏转噪声的影响因素。设计了新型螺旋式嵌套结构调节准直光斑,使激光发散角降低到0.053°,利用压电陶瓷特性设计了高精度三维调节结构,可以在α,β,γ方向精准... 详细信息

利用光偏转原理设计并实现了原子力显微镜(AFM)的光电检测系统,研究了影响光偏转噪声的影响因素。设计了新型螺旋式嵌套结构调节准直光斑,使激光发散角降低到0.053°,利用压电陶瓷特性设计了高精度三维调节结构,可以在α,β,γ方向精准调节偏转角度,36mm的聚焦焦距满足了小型化、集成化的设计目标。基于该高灵敏度光电检测系统的设计,AFM系统得到了清晰的硅材料表面台阶结构,系统分辨率达到了0.1nm,为今后的亚原子测量奠定了实验基础。

关键词：原子力显微镜光偏转准直调节压电陶瓷

针尖-样品距离对扫描微波显微成像的影响分析

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电子显微学报 2024年第3期43卷 303-308页

作者：薛一凡王采慧裴涛温焕飞中北大学仪器与电子学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

随着芯片制备工艺的不断完善,半导体集成电路朝着小型化、集成化的方向不断发展,给近场微波成像技术带来了新的挑战。本文建立了探针-样品三维电磁耦合模型,并利用有限元数值分析法研究了探针针尖与样品之间的电磁相互作用。在不同探针... 详细信息

随着芯片制备工艺的不断完善,半导体集成电路朝着小型化、集成化的方向不断发展,给近场微波成像技术带来了新的挑战。本文建立了探针-样品三维电磁耦合模型,并利用有限元数值分析法研究了探针针尖与样品之间的电磁相互作用。在不同探针-样品间距下,对硅基芯片表面结构进行扫描微波成像。成像结果与仿真结果相一致,随着针尖-样品间距的增加,扫描微波测试系统的灵敏度和分辨率降低。对于由原子力显微术结合微波测量技术发展而来的扫描微波显微镜的改进与产业化具有重大意义。

关键词：扫描微波显微镜有限元法电磁建模针尖-样品间距

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快速响应的NV色心微波传感器实现及测量

传感器与微系统 2024年第5期43卷 158-160页

作者：张家璇刘鑫张立婷李中豪温焕飞中北大学量子与精密传感重点实验室仪器与电子学院山西太原030000

高精度微波快速测量技术是电磁频谱分析监测的核心,微波测量技术为微波传感器的高精度测量提供了可能。通过建立NV色心空间磁场能级响应频率精密调谐模型,结合NV色心光学宽场成像技术,实现了高精度、响应快可调的微波测量。首先,通过连... 详细信息

高精度微波快速测量技术是电磁频谱分析监测的核心,微波测量技术为微波传感器的高精度测量提供了可能。通过建立NV色心空间磁场能级响应频率精密调谐模型,结合NV色心光学宽场成像技术,实现了高精度、响应快可调的微波测量。首先,通过连续光探测磁共振(ODMR)技术,结合宽场成像技术,通过像素级磁场强度-微波频率转化关系,实现宽场成像的微波测量;进而将连续扫频技术转变为施加定频进行检测,通过同步监测频点不同的响应特性,验证了测试结果的有效性。以上结果为高精度固态量子频谱分析仪、高瞬时带宽频谱微波传感器提供了重要技术基础。

关键词：微波检测磁场调谐 NV色心光探测磁共振技术

大气环境非接触调频AFM检测与控制平台设计及测试

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电子测量技术 2021年第11期44卷 163-168页

作者：许军金晨王旭东秦丽温焕飞马宗敏中北大学电子测试技术重点实验室太原030051 中北大学仪器与电子学院太原030051

为进一步提高大气环境调频非接触模式原子力显微镜(frequency modulated non-contact atomic force microscope)样品表面形貌表征能力。本文基于大气环境光路调节系统设计了高精度驱动位移调节装置,采用多块堆叠的切向压电陶瓷实现了sti... 详细信息

为进一步提高大气环境调频非接触模式原子力显微镜(frequency modulated non-contact atomic force microscope)样品表面形貌表征能力。本文基于大气环境光路调节系统设计了高精度驱动位移调节装置,采用多块堆叠的切向压电陶瓷实现了stick-slip高精度驱动方式,调节精度达到了2.6nm/V,其精度高于常规步进电机,使得悬臂反射率达到26%。基于该高精度位移调节装置设计,系统实现了谐振频率检测与反馈,其中共振频率f0=158.73kHz,半高宽ω=373.2Hz,品质因数Q=564,系统最小检测灵敏度达到80mHz,系统电压噪声密度约为2.32μV/Hz,系统整体噪声为253.3fm/Hz。为表征样品形貌奠定了基础。

关键词：调频非接触模式原子力显微镜(FM-NC-AFM) 光路调节粘滑驱动高精度位移调节谐振频率检测

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悬臂梁式扫描微波探针设计

传感器与微系统 2023年第6期42卷 74-77页

作者：薛一凡王采慧裴涛温焕飞中北大学仪器与电子学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030000

微波芯片的高度集成化对扫描微波成像技术提出了新的挑战,设计了一种结构简单、辐射效率高和耦合低特性的悬臂梁式扫描微波探针。通过建立探针三维有限元数值模型,在不同微波频率和不同探针结构下分别研究了探针针尖倏逝电场分布。有无... 详细信息

微波芯片的高度集成化对扫描微波成像技术提出了新的挑战,设计了一种结构简单、辐射效率高和耦合低特性的悬臂梁式扫描微波探针。通过建立探针三维有限元数值模型,在不同微波频率和不同探针结构下分别研究了探针针尖倏逝电场分布。有无屏蔽结构的探针针尖与样品间的电场分布表明,屏蔽层有效降低了悬臂梁下方非针尖部分微波信号的辐射,悬臂梁—样品的寄生电容显著减小,且在多个工作频率段具有高空间分辨与高辐射效率的特性。设计的探针满足微波芯片对高频、高空间分辨扫描微波成像的需求。

关键词：扫描微波探针电磁建模低耦合高频

基于飞蛾触角的仿生MEMS导航传感器的设计与仿真

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传感技术学报 2012年第5期25卷 561-565页

作者：唐军刘尧刘俊郭浩石云波张贺温涣飞赵锐中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 中北大学电子测试技术重点实验室太原030051

以飞蛾触角导航为仿生依据,通过建立其导航数学模型,利用MATLAB对该模型的导航原理进行仿真分析,结合仿生学,设计了一种新型MEMS三维角速度传感器模型,并对该传感器的加工工艺进行了设计,该传感器主要由折叠梁和坡莫合金棒组成,通过ANSY... 详细信息

以飞蛾触角导航为仿生依据,通过建立其导航数学模型,利用MATLAB对该模型的导航原理进行仿真分析,结合仿生学,设计了一种新型MEMS三维角速度传感器模型,并对该传感器的加工工艺进行了设计,该传感器主要由折叠梁和坡莫合金棒组成,通过ANSYS分析,在9 V驱动电压的作用下,合金棒沿X、Y的振动幅度可达到80μm,通过理论计算,由偏航角速度产生的哥氏力为0.908×10-8N/(°·s-1),由翻滚和俯仰角速度产生的哥氏力为0.18×10-9N/(°·s-1)。

关键词：仿生MEMS 三维角速度传感器有限元分析飞蛾触角