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基于中心旋度分割的单频结构光相位展开算法

激光与光电子学进展 2024年第12期61卷 153-160页

作者：叶蓓蓓刘钧高明王青松西安工业大学光电工程学院

在三维成像领域，对包裹相位进行精准解相是一个重要的研究问题。可以利用枝切法和最小二乘法等方法对单一频率的包裹相位图解相，由于噪声或阴影的影响，枝切法解相位容易产生“孤岛”效应，最小二乘法处理的结果可能会偏离相位真实值... 详细信息

在三维成像领域，对包裹相位进行精准解相是一个重要的研究问题。可以利用枝切法和最小二乘法等方法对单一频率的包裹相位图解相，由于噪声或阴影的影响，枝切法解相位容易产生“孤岛”效应，最小二乘法处理的结果可能会偏离相位真实值。针对以上不足，提出基于中心旋度分割的相位解包裹算法，计算包裹相位图中每个像素的中心旋度，分割出中心旋度为0的区域和不为0的区域，分别用洪水填充和二阶差分倒数排序对包裹相位解包裹，在区域边界处进行相位抬升处理，从而获取完整的绝对相位图。仿真结果表明，所提算法解包裹的性能明显优于枝切法和最小二乘法。实验结果表明，基于中心旋度分割的相位解包裹算法可以有效地实现对被测物体表面轮廓信息的三维成像，叶片表面三维测量误差小于等于0.08 mm,30 mm标准量块长度测量误差小于等于0.06 mm。

关键词：相位调制中心旋度条纹结构光三维成像

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端面薄膜法布里-珀罗腔光纤动态压力传感器仿真与实验研究

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光学学报 2024年第7期44卷 227-235页

作者：张雄星孙哲赵学庆高子皓冯晓军潘文陈海滨西安工业大学光电工程学院陕西西安710021 西北核技术研究所陕西西安710024 西安近代化学研究所陕西西安710065

为实现冲击波动态信号的测量,研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真,搭建了静态和动态压力测量系统,并对其进行测试与分析。结果表明:在0~60 MPa的静态压力测... 详细信息

为实现冲击波动态信号的测量,研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真,搭建了静态和动态压力测量系统,并对其进行测试与分析。结果表明:在0~60 MPa的静态压力测量范围内,传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa,与仿真结果一致;在动态压力测量中,传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。

关键词：光纤传感器法布里-珀罗腔薄膜压力测量

PbS胶体量子点薄膜的光载流子辐射特性研究

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 507-513页

作者：雒东辉王谦赵子涛西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

胶体量子点材料在太阳能电池和光电探测器等光电器件中有着广泛的应用。利用光载流子辐射技术分析了PbS胶体量子点薄膜中含陷阱态时的激子输运状态。建立了不考虑量子点间净载流子传输的理论模型,针对载流子的复合特性对光载流子辐射信... 详细信息

胶体量子点材料在太阳能电池和光电探测器等光电器件中有着广泛的应用。利用光载流子辐射技术分析了PbS胶体量子点薄膜中含陷阱态时的激子输运状态。建立了不考虑量子点间净载流子传输的理论模型,针对载流子的复合特性对光载流子辐射信号的影响进行了仿真。最后通过激发功率相关的频率扫描光载流子辐射实验,并结合建立的激子输运模型,提取了有效激子寿命、载流子俘获率、退俘获寿命等参数,证实了理论模型的有效性。

关键词：量子点薄膜载流子复合陷阱态光载流子辐射

1064 nm激光入射角度对HfO_(2)薄膜材料损伤特性的影响研究

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真空科学与技术学报 2024年第5期44卷 452-462页

作者：张凯荣苏俊宏吴慎将西安工业大学光电工程学院西安710021

脉冲激光参数及其与物质作用方式,对薄膜材料的损伤过程与损伤识别至关重要。以单层HfO_(2)薄膜为对象,研究了改变波长为1064 nm、脉宽为10 ns的脉冲激光入射角度对薄膜材料损伤特性的影响。利用COMSOL对激光以不同入射角度作用于薄膜... 详细信息

脉冲激光参数及其与物质作用方式,对薄膜材料的损伤过程与损伤识别至关重要。以单层HfO_(2)薄膜为对象,研究了改变波长为1064 nm、脉宽为10 ns的脉冲激光入射角度对薄膜材料损伤特性的影响。利用COMSOL对激光以不同入射角度作用于薄膜时的温度场变化,以及薄膜表面光斑形状的变化进行了仿真。以1-on-1测量方式,选择入射角度分别为0°、30°、45°、60°对样品进行测试,获得了各入射角度下的薄膜损伤形貌,用光学显微镜和白光干涉仪对其进行表征,对实验观察结果与仿真结果进行了分析对比后可知:相同激光功率条件下,随着激光入射角度变大,在薄膜表面的光斑图像逐渐变成椭圆光斑,光斑中心最高温度降低,损伤斑的横向和纵向尺寸均变大,横向尺寸变化尤其迅速,薄膜损伤面积变大,损伤最大深度变浅,激光损伤阈值增大,抗激光损伤能力变强。

关键词：薄膜脉冲激光 COMSOL 仿真损伤特性入射角度

端面薄膜法法布里-珀罗腔光纤动态压力传感器仿真与实验研究

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光学学报 2024年

作者：张雄星孙哲赵学庆高子皓冯晓军潘文陈海滨西安近代化学研究所西北核技术研究所西安工业大学光电工程学院

为实现冲击波动态信号的测量，研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法珀压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真，搭建了静态和动态压力测量系统，并对其进行测试与分析。结果表明，在0 MPa-60 MPa的静态压力测... 详细信息

为实现冲击波动态信号的测量，研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法珀压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真，搭建了静态和动态压力测量系统，并对其进行测试与分析。结果表明，在0 MPa-60 MPa的静态压力测量范围内，传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为：0.0809 nm/MPa和0.320 nm/MPa，与仿真结果一致；在动态压力测量中，传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。

关键词：光纤传感器法珀腔薄膜压力测量

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超高圆二色性近红外全介质二维手性超表面

应用光学 2024年第4期45卷 716-722页

作者：王望孙雪平万希智刘卫国西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

随着微纳加工技术的发展,手性超表面被证明在光学中有着巨大的应用潜力。传统的金属手性结构,由于其自身存在的欧姆损耗,难以取得理想的圆二色性,而具有良好圆二色性但结构复杂的三维手性结构加工制备困难。采用周期性双Si砖错位拼接的... 详细信息

随着微纳加工技术的发展,手性超表面被证明在光学中有着巨大的应用潜力。传统的金属手性结构,由于其自身存在的欧姆损耗,难以取得理想的圆二色性,而具有良好圆二色性但结构复杂的三维手性结构加工制备困难。采用周期性双Si砖错位拼接的二维全介质手性结构,通过激发介质内部中非正交的面内磁偶极矩和电偶极矩,可以产生明显的光学手性响应,从而得到理想的圆二色性。通过仿真优化,该结构在1550 nm波长附近可以实现超过0.94的超高圆二色性,并且可以实现对入射的左旋圆偏振光到右旋圆偏振光的转化。该全介质二维手性超表面的圆二色性高、结构简单、制备难度低,在近红外偏振成像等领域有着广泛的应用前景。

关键词：全介质超表面手性二维圆二色性

用于高压测量的MEMS硅-玻光纤FP压力传感器

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中国光学（中英文） 2024年第4期17卷 771-779页

作者：付雨薇王睿楠唐文婷杜喜昭王伟陈海滨西安工业大学光电工程学院陕西西安710021 西安外事学院工学院陕西西安710077

研究了一种基于微机电系统(MEMS)技术用于高压测量的硅-玻光纤法布里-珀罗(FP)压力传感器。该传感器以硅材料作为敏感元件,将电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀后的单晶硅膜片和高硼硅玻璃阳极键合构成FP腔。传感头使用MEMS技术批量制造,... 详细信息

研究了一种基于微机电系统(MEMS)技术用于高压测量的硅-玻光纤法布里-珀罗(FP)压力传感器。该传感器以硅材料作为敏感元件,将电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀后的单晶硅膜片和高硼硅玻璃阳极键合构成FP腔。传感头使用MEMS技术批量制造,结构稳定、抗过载能力强、在高压环境下不容易失效。实验结果表明,该传感器能够实现30 MPa的高压压力测量,灵敏度为46.94 nm/MPa,线性拟合度为0.99897,测量结果具有较好的一致性和可靠性,所设计的压力传感器在高压检测方面有很强的应用前景。

关键词： MEMS 光纤传感器压力测量 FP干涉

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光纤马赫-曾德尔干涉微位移测量系统

激光与光电子学进展 2024年

作者：潘文冯晓军刘星雨张雄星西安近代化学研究所西安工业大学光电工程学院

研究了一种光纤马赫-曾德尔干涉测量系统，用于对目标物体微位移的测量。采用马赫-曾德尔干涉仪结构搭建外差式激光干涉光路，利用声光移频器对参考光进行频率调制，并与携带物体位移信息的测量光在光电探测器上发生干涉。针对声光移频... 详细信息

研究了一种光纤马赫-曾德尔干涉测量系统，用于对目标物体微位移的测量。采用马赫-曾德尔干涉仪结构搭建外差式激光干涉光路，利用声光移频器对参考光进行频率调制，并与携带物体位移信息的测量光在光电探测器上发生干涉。针对声光移频器的频率漂移问题，将声光移频器的射频信号为参考信号，频率漂移引入测量信号和参考信号中，使两路信号具有相同的移频误差，在对两路信号进行鉴相时，移频误差相互抵消。信号解调采用可判断信号超前滞后关系的相关鉴相法进行处理，得到物体的位移大小和方向信息。实验结果表明：在±25μm的位移范围内，位移测量最大相对误差为0.78%，最小相对误差为0.145%，线性拟合的拟合系数为R2=0.9999，对不同位移的重复测量一致性误差小于0.033μm，表明测量系统具有较好的测量准确性和稳定性。

关键词：激光干涉外差干涉微位移测量相位解调相关鉴相

面向微光学元件表面形貌测量的涡旋相移数字全息技术

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中国光学（中英文） 2024年第4期17卷 852-861页

作者：薛一梦刘丙才潘永强房鑫萌田爱玲张瑞轩西安工业大学光电工程学院陕西西安710021 西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室陕西西安710021

非接触、无损害的相移数字全息技术对微光学元件检测具有独特优势。因传统的相移数字全息技术需要对相移器进行精细控制和繁琐校准,同时其光路易受到机械振动干扰,导致全息再现像的质量降低。本文借助涡旋光特殊的相位分布,提出了一种... 详细信息

非接触、无损害的相移数字全息技术对微光学元件检测具有独特优势。因传统的相移数字全息技术需要对相移器进行精细控制和繁琐校准,同时其光路易受到机械振动干扰,导致全息再现像的质量降低。本文借助涡旋光特殊的相位分布,提出了一种基于涡旋相移数字全息的微光学元件表面形貌测量方法。该方法利用螺旋相位板调制涡旋相位,引入高精度相移。基于构建的涡旋相移数字全息显微实验装置,采用干涉极值法确定了相移干涉图之间的真实相移量,并对螺旋相位板的旋转角度与相移量的关系进行标定,实验验证了涡旋相移的可行性;对微透镜阵列进行了重复测量实验,将测试结果与ZYGO白光干涉仪的测试结果进行比较。结果表明:测量得到单个微透镜的平均纵向矢高为12.897μm,平均相对误差为0.155%。所提方法可以实现对被测微光学元件表面形貌的高精度测量,具有易操作、稳定可靠、准确性高等优点。

关键词：涡旋相移数字全息显微螺旋相位板相位重建