一、对两种波长能生成不同衍射图形的光学元件（论文文献综述）
叶京夫[1]（2021）在《基于金属/介质微纳结构的片上光收发与光调控》文中认为在数据流量快速增长的今天,光互连正逐渐取代电连接成为短距（服务器间、板间）甚至超短距（片间、片内）数据交换的主要连接方式。其中,片上密集无线光互连、涡旋光编码通信、涡旋光复用技术成为近年来通信以及大容量光互连领域的研究热点。片上密集无线光互连是一种背板型光互连,其能够充分发挥自由空间光互连的密度大和互连结构灵活的优势,从而在有限空间内提供更大的互连容量。涡旋光的轨道角动量（orbital angular momentum,OAM）态理论上来讲有无穷多个,作为新的编码对象、新的复用自由度能够在给定能量、给定空间链路下实现更大的信息传递量,是进一步提升光通信容量的理想技术。另一方面,微纳结构光调控的研究尤其是近几年超表面的研究为功能更强大光互连器件的开发提供了强有力的技术手段。本文以芯片级光互连中的光收发部件——硅基耦合器为主要研究对象,以有限元法、时域有限差分法模拟为主要研究手段,结合理论分析,基于金属、介质微纳结构的片上光调控特性设计各类紧凑、高信道容量耦合器件,目的是有效提高片上、片间光互连性能。主要研究工作及成果:设计一种垂直光发射、可开关的耦合器用于片上密集无线光互连。该耦合器实质上是一种驻波调控的金属浮雕光栅。与大多数使用TE波作为输入光束的研究不同,这种金属光栅耦合器由TM波激发。TM波在导芯边界上电场的径向分量能够激发金条带局域表面等离激元共振,极大增强光栅的光散射,从而为耦合器的小型化提供了可能。选择TM驻波激励能有效地克服单个TM波激励时辐射效率低和辐射方向偏斜的问题,更重要的是,通过调整驻波相对金条带的位置,可以调制辐射光的强度。对光辐射效率开关差的研究表明,局域表面等离激元共振是光栅耦合器具有近理想辐射效率开关差（理想开、关辐射效率为100%、0%）的重要条件。这种耦合器具有面积小、效率高、消光比大、垂直光发射等特点,可作为发射端用于片上无线光互连。基于此,设计了一种新的光互连系统。设计一种小尺寸的槽波导布拉格光栅用于面内光强度调控。该布拉格光栅由七个金纳米块组成,整个光栅长度仅约三个导模波长。调整纳米块的几何参数能够设计两类不同的波导模模式选择光栅。首先分析单个金纳米块与槽波导的同相模、反相模的相互作用,确定模式选择光栅设计原则。然后设计两类模式选择光栅,并对设计参数进行优化以提高消光比。结果表明,在中心工作波长1550 nm处,Ⅰ类光栅的反射和透射消光比都大于20.0 d B,Ⅱ类光栅的反射和透射消光比都大于13.4 d B。最后设计一种反光率、透光率调制光开关,其能够实现波导光反射率、透射率的连续调制。该槽波导布拉格光栅有望用于波导光通信或片上激光调Q。针对现有涡旋发射器或者结构庞杂或者带宽过窄问题,提出一种紧凑、非谐振、高能量效率的片上涡旋发射器设计方案。所设计的涡旋发射器能够将不同倾角入射的表面等离激元（surface plasmon polariton,SPP）转换成自由空间中不同拓扑荷的涡旋光。首先定义生成涡旋光的分段逼近方法——涡旋合成法的概念,将涡旋合成方法归类为分段相位方法（phase method,P法）和分段相位梯度方法（phase gradient method,PG法）。基于瑞利-索末菲衍射积分构建合成法涡旋生成的数学模型,阐述涡旋谱分析理论。分析表明,PG方法优于P方法。然后利用相梯度超表面的波矢操控设计一种基于PG方法的涡旋发射器。计算结果表明,在目标拓扑荷的取值为-6到6范围以内,器件的有效涡旋发射效率约47%。最后设计一种辅助用片上透镜,与涡旋发射器集成,可以实现将片上位置编码信息转换为自由空间拓扑荷编码信息。相反地,该装置也可用作接收端识别涡旋光。这种紧凑的涡旋调制/解调器有望应用于波分复用兼容的片间OAM光互连。金属纳米裂隙SPP弧透镜具有大范围涡旋拓扑荷识别的优势,然而这种裂隙结构的主要问题是能量效率非常低,针对该问题,提出用相梯度超表面（phase gradient metasurface,PGM）构建SPP弧透镜的方案。相比于纳米裂隙,PGM弧透镜工作效率提高了约14.5倍。首先建立SPP弧透镜数学模型,提出理想聚焦偏差方法用于分析弧透镜的聚焦性能。分析结果表明,四分之一弧SPP透镜在很大拓扑荷范围内都有准理想聚焦效果。然后基于金属-介质-金属（metal insulator metal,MIM）磁共振天线设计四分之一圆弧相梯度超表面透镜,并对弧透镜的自旋分选原理进行了分析,证明自旋分选机理与涡旋分选等同。最后通过会聚波与波导的耦合,模拟演示6个光纤涡旋模式的低串扰、宽带宽片上分选。该分选器可作为接收端用于波分复用兼容的片间光纤OAM光通信。
张玉莹[2]（2021）在《基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术》文中研究说明随着光纤技术的发展,光纤的传输功率显着提升,高功率的光纤系统在军事、通信、制造等领域广泛应用。不过传输能量过高会引发光纤内的非线性效应,通常选择增大纤芯直径降低能量密度,但是会增加导波模式数量;除此之外,光束在多模光纤中传输时,多个导波模式之间有模式竞争、模式耦合;激光器的泵浦源、谐振腔使用寿命减少,及配套电路器件老化等问题,均会使出射光束的光束质量下降,进而对光学系统的性能造成影响。光束质量因子M2和其他评价光束质量的参数,仅能选择性地反映激光束的传输情况或者聚焦程度,无法分析光束的模式特性。所以本文采取模式分解技术研究光纤激光的模式特性。论文首先分析光纤内的本征模式特性及光束衍射传输的基本原理,在此基础上,公式推导验证基于相关滤波原理的模式分解技术的理论正确性。在仿真实现模式分解过程中,结合双步ABCD算法,可调节远场频谱面的抽样单元尺寸,提高光斑分辨率。采用液晶位相调制器作为相关滤波器,对光纤出射光束进行位相调制,使光纤内传输的本征模式在空间上相互分离;提出远场光强数据处理算法,将CCD的探测光强导入计算机中,结合算法操作后获得光强分布,依据该光强数据可计算光纤内本征模式的权重系数和模间相对位相;并且仿真分析离焦、焦移误差因素对模式分解结果的影响;搭建实验平台,实现模式分解,通过实验分析空间载频分量和离焦误差对模式分解的影响。以上工作内容是为了解决模式分解技术在仿真分析和实际工程应用中的难题而开展,其中主要内容如下:1、将双步ABCD算法应用在模式分解的远场光斑分析中。由于傅里叶变换频谱面的采样率固定,在仿真时远场衍射光斑过于微小且集中以致无法分析;应用双步ABCD算法,可调节频谱面抽样单元尺寸,提高光斑分辨率,保证从光斑中选取光强数据的准确性,进而确保模式分解结果的准确性。2、选择液晶位相调制器完成位相调制,且提出远场光强数据处理算法共同实现模式分解。基于相关滤波原理可知,对光纤出射光束既有振幅调制和位相调制。液晶位相调制器调节位相,精准度高,其可编程的操作具有灵活性;提出远场光强数据算法,用算法处理光强数据模拟对光束振幅调制。仅位相调制可使光斑在频域相互分离,只有经过算法处理后的光强数据,才可被用于计算本征模式的相关参数。3、分析离焦、焦移影响因素对模式分解结果的影响。高阶高斯光束和高阶贝塞尔光束具有焦移的特性,仿真分析焦移误差因素的影响。在实际工程应用中,探测器的位置与几何焦点难免有离焦误差,通过仿真和实验得到,高阶模LP02模式受离焦的误差影响更大,而阶数更低阶的5个低阶模式,在相对离焦量-0.25%—0.25%范围内,模式分解结果误差率在10%以内。提出基于菲涅耳衍射的迭代寻焦算法,优化焦移误差。最后对整篇文章进行了总结,并对激光模式内容测量以及基于相关滤波原理的模式分解技术进行了展望,分析其未来的发展方向以及待解决的问题。
尚红波[3]（2021）在《浸没光刻投影物镜光学设计与像差补偿研究》文中提出自从1947年第一个晶体管发明以来,以集成电路为代表的半导体技术的高速发展推动了人类社会的数字化和信息化,为我们带来了高效舒适的现代化生活。集成电路制造产业的硬件基础是各类不同用途的专用集成电路制造装备,而其中核心装备是投影光刻机,投影光刻机中的核心部件又是投影物镜,其研发与制造难度是超精密光学的顶峰。目前主流的投影物镜显着特点是高NA（1.35）、大视场（26mm×5.5mm）和极高的成像质量要求（包括标量像差和偏振像差）。这对投影物镜的设计、加工制造和像质补偿提出了极高的要求。本论文基于以上背景开展了研究工作,主要研究内容概括如下:首先对国内外的研究现状进行了调研,包括投影物镜的发展历程和像差补偿方法。在这个基础上,论文的第一部分开展了浸没投影物镜的优化设计工作。浸没光刻机采用了偏振光照明,需要考虑投影物镜偏振像差对成像的影响,故本文首先对投影物镜的标量成像理论进行了拓展,建立了偏振像差理论体系。针对标量像差要求,分析了浸没投影物镜的像差校正难点和方法,在合理的系统复杂度条件下,为了校正场曲,必须采用折反式结构。在分析了不同的折反式结构的特点后,选择了两片反射镜的同轴折反式结构,完成了光学优化设计。对于投影物镜的偏振像差要求,分析了膜系对偏振像差的影响,然后根据物镜不同表面的入射角大小并且利用低折射率材料完成了偏振像差的优化。论文的第二部分对浸没投影物镜的标量像差的补偿方法进行了分析。为了更有效的分析公差对系统的影响并指导系统的装调和像差补偿分析,本文采用勒让德多项式对不同视场点的像差进行拟合,系统的分析了一维和二维公差引起的像差分布规律和需要采用的补偿方法。特别地,在分析折射率均匀性的影响时,考虑到折射率均匀性的三维体分布特点,建立了更加准确地梯度折射率模型,提高了分析精度。论文的第三部分对浸没投影物镜偏振像差的补偿方法进行了分析。材料应力双折射是引起投影物镜偏振像差的重要因素。首先对材料的本征双折射和应力双折射进行了介绍,并分析了双折射的测量方法和光线追迹方法。根据材料双折射的分布特点,提出了两种优化补偿方法。一是基于粒子群优化的补偿方法,二是基于灵敏度的补偿方法,后者首先采用方向泽尼克多项式拟合双折射的分布,并以此为基础计算系统的双折射敏感度矩阵,然后根据推导的方向泽尼克的旋转矩阵,建立了镜片的旋转角度和系统偏振像差的函数关系。最后对两种优化方法进行了比较,基于灵敏度的优化方法效率更高并且优化结果更好。最后对整篇论文进行了总结,并对光刻投影物镜的未来发展进行了展望,分析其未来的发展方向以及发展趋势。
缪来峰[4]（2020）在《柱面的全息检测》文中研究表明非球面光学元件是现代大型光学系统重要的组成部分,随着光学技术的发展,光学系统对各种面形的高精度光学元件的需求日益增加。柱面便是其中一种特殊的二次曲面。柱面在子午和弧矢方向的光焦度不同,能够实现特殊的成像,在光束整形领域有着独一无二的作用。目前,高精度柱面的实际应用还十分有限,主要原因在于高精度柱面的面形检测十分困难,这使得高精度柱面的加工陷入瓶颈。本论文主要的工作内容是研究大口径凹圆柱面的检测技术,这是一种以计算全息法为检测手段,通过拼接的方式检测大口径凹圆柱面反射镜的高精度面形检测方法。该检测方法可以实现一套光路设备检测一定范围内任意曲率半径的凹圆柱面镜,无需单独设计,可降低检测成本。本论文研究工作的主要任务是解决大口径凹圆柱面计算全息设计的理论和技术问题,研究计算全息检测圆柱面图像的一维拼接,发展一种检测大口径凹圆柱面镜的方法。论文的的研究工作包括以下几个部分。1介绍了现有的非球面检测方法及其特点,对该方法在传统非球面使用情况进行调研,分析其优势和局限性,选择适用于柱面检测的方法作为研究方向,为后续研究奠定基础。2阐述了计算全息的工作原理,分析使用计算全息检测圆柱面需要对全息片和光路的设计做出的优化改动。3设计计算全息片实例,在软件中仿真计算全息图检测圆柱面光路。分别用光线追迹和软件仿真的方法设计并获得全息片的参数,将两种方法得到的全息图相位分布和条纹坐标进行比对。仿真结果表明,光线追迹计算得到的相位函数与软件仿真结果具有良好的一致性。4结合传统非球面子孔径拼接原理,对子孔径的拼接算法做出优化改动。先利用实验检测得到的某一幅检测结果图像进行一维的切割采样,用切割得到的矩形子孔径进行拼接实验,确认重构的全口径面形与原面形趋于一致。搭建实验平台进行实验。利用加工制作的计算全息图和实验室提供的Zygo干涉仪搭建圆柱面检测系统,完成圆柱面的面型检测。
肖锡晟[5]（2020）在《自由曲面成像光学系统的若干关键技术研究》文中指出伴随机器视觉、航天遥感、可穿戴显示器等技术的发展,成像光学系统的应用场景越来越复杂,成像性能需求越来越高。打破旋转对称性约束,具备更多面形拓展自由度的自由曲面为成像光学系统带来了新的解决方案。然而随之而来的,是一系列实现自由曲面成像光学系统的关键技术难题。针对各种关键技术难点,研究人员开展了大量相应的研究和探索。其中,自由曲面成像光学系统设计分析方法和光学自由曲面面形检测技术得到广泛关注。在自由曲面成像光学系统设计分析方面,相较于传统光学系统,自由曲面成像光学系统拥有了更多的设计自由度,其设计过程变得更加复杂,设计方法也更为多样。而不论如何设计,从工程实现角度考虑,都应使用尽量少的自由曲面完成光学系统的性能提升。为满足这一需求,设计者需要对最优自由曲面应用位置的选取进行深入分析。然而,现有自由曲面应用位置的选取方法大多还停留在枚举法或依据简单傍轴近似指标的经验性判断。对于非傍轴近似的自由曲面成像系统,在光学结构愈发复杂的情况下,有效选取自由曲面应用位置的分析手段更为缺乏,设计的难度大大增加。在自由曲面面形检测技术方面,由于自由曲面的面形往往具备非旋转对称性,传统的面形检测方法难以满足高效率高精度的自由曲面光学元件面形检测。计算全息检测为自由曲面的零位补偿检测提供了新的解决方案,并且,由于能够在检测的同时为系统装调提供参考,受到了研究人员的青睐。计算全息实现步骤主要包括设计、编码和加工。其中,合适的编码方式能够在保证计算全息编码精度的同时,有效减少编码数据量,减轻加工设备负担。然而,由于公开的相关研究较少,计算全息的高精度编码一直缺乏简单通用的手段,限制了计算全息光学检测的推广应用。本文针对上述关键技术及其难点分别开展了研究和探索。在自由曲面成像光学系统设计分析方面,结合自由曲面成像光学系统特点,重点研究了非傍轴近似条件下设计过程中自由曲面应用位置的选取问题;在自由曲面面形检测方面,在对计算全息检测技术进行的研究基础上,重点研究了高精度检测用计算全息的编码问题。具体研究内容包括:1.对自由曲面成像系统设计的要素进行了研究,并在此基础上讨论了自由曲面应用位置选取的关键点。结合非傍轴近似成像光学系统的特点,针对自由曲面成像光学系统设计过程中自由曲面应用位置选取的问题,提出了基于成像光线路径追迹的光瞳光线偏心和视场光线偏心。并在此基础上提出了一种在自由曲面成像系统设计过程中利用光线偏心对自由曲面最优应用位置进行分析的方法。该方法为自由曲面成像系统设计过程中自由曲面应用位置的选取提供了一种有效分析手段。2.设计了一款新型高数值孔径离轴反射式显微成像物镜,利用光线偏心分析方法对该系统进行了详细的分析,并对最优自由曲面应用位置进行了选取,完成了高数值孔径自由曲面离轴反射显微成像物镜的优化设计。在仅使用一块自由曲面优化的情况下,系统全视场数值孔径达0.59,在1000lp/mm处中心视场MTF优于0.5,边缘视场MTF优于0.36。利用枚举法对该系统的不同自由曲面优化方案进行了研究和对比,验证了基于光线偏心分析的自由曲面应用位置选取结果的有效性。3.对计算全息高精度检测相关技术进行了研究和讨论。针对计算全息高精度编码过程中数据量压缩的问题及计算全息条纹图形特点,提出了基于非极大值抑制的计算全息编码方法。对该编码方法的原理进行了详细研究,利用仿真对非极大值抑制编码误差进行了分析。在编码误差小于140nm的条件下,完成了口径?50mm的计算全息编码,处理数据量12.9GB,编码文件大小120MB,实测结果优于误差分析结果,实验验证了非极大值抑制编码计算全息的编码精度。4.利用基于非极大值抑制编码的计算全息完成了一款离轴抛物面镜的高精度面形检测。基于计算全息检测技术的研究基础,展示了从检测方案设计开始,到组合全息光路设计及编码、误差标定和参数估计,最后到计算全息工程实测的整个计算全息应用流程。编码引入误差小于85nm的条件下,面形检测精度达0.021λRMS。与传统的无像差点检测法检测结果进行对比,检测结果偏差在0.004λ以内,完成了非极大值抑制编码计算全息在非旋转对称面形检测上的高精度检测能力的验证。
杨梦柯[6]（2020）在《快速双光子多脑区荧光成像技术的研究》文中提出双光子激光扫描显微技术凭借细胞或亚细胞水平的高分辨率,目前已经被广泛地应用于观察活体哺乳动物的神经元的神经活动。然而随着神经科学研究的不断深入发展,双光子激光扫描技术的局限也开始显现出来,其中最主要的局限就是观察区域仅仅局限于单一较小视场内（<1mm直径）。这是由于以往的神经科学研究往往都专注以单一脑区的研究,然而在哺乳动物的大脑皮层上分布着负责各种不同功能的脑区,此外除皮层外,还有很多位于大脑内部的对生物活动起到极其重要作用的脑区如海马,纹状体等。由于生物活动是一系列复杂的神经活动的共同作用,涉及很多不同脑区的相互协同和作用,于是,能够同时观察多个脑区的神经元活动对了解大脑的神经元作用机制就变得尤为重要。这里我们提出一种新颖的成像技术,该技术允许对在最大为12mm直径的范围内对不同脑区进行同时的钙信号活动记录,每个脑区的单个视场在200μm直径左右,并实现单细胞分辨率的成像质量以及最低10Hz的快速成像速度。同时我们还进一步扩展了该系统的成像范围从原有的平面到三维立体空间。为了进一步展示该技术的可行性,我们研究了一套合理的生物成像实验的相关技术以配合该技术的实施。例如我们展示了对于小鼠在麻醉和清醒不同生理状态下的初级视觉皮层,初级运动皮层以及海马CA1区的神经元活动的同时记录。该技术的特点在于通过设计优化后的自聚焦透镜和低倍空气物镜的配合,可使得在2维平面上的视场扩展提升为在3维空间上的视场扩展。换句话说,该技术可在横向和纵向上对不同区域实现实时成像,以上述例子为例,虽然海马区与皮层脑区在纵向上的距离已经大于1mm,但是应用该技术可以良好地实现同时观测的目的。本文的主要研究内容如下:1.研究搭建了基于两种不用快速扫描方案的快速双光子激光扫描显微镜,并最终将两套快扫系统整合到一台双光子显微镜上。一套系统为基于检流计式振镜和共振式振镜为扫描器的快扫系统,主要包括X扫描振镜（共振式振镜）、Y扫描振镜（检流计振镜）和扫描透镜和镜筒透镜。光束传播过程为:激光从飞秒光源模块发出,到达X/Y扫描振镜位置,被X/Y扫描振镜扫描后进入扫描透镜并聚焦在扫描透镜工作平面,随后经镜筒透镜的准直进入荧光显微物镜并激发荧光物质。最快速度为1000Hz（像素尺寸600×24）,最大扫描为分辨率为4096×4096像素（帧率为6Hz）。另一套为基于双轴声光偏转器的快扫系统,经过对声光晶体色散补偿设计以及提出利用四个换能器提高声光品质系数和衍射效率,该系统最大帧率为10000Hz（像素尺寸250×40）,由于上述系统具有超高的扫描速度相较于振镜扫描系统有着更高的信噪比,最大提高了175%,同时在相同信号水平下,我们研究发现10000Hz速率较低的扫描速率有着更定的荧光光漂白,这可以实现更长时间的神经活动观察。基于以上两种快扫系统的研究,振镜系统尽管扫描速度不如后者,但配合低倍空气物镜可以提供更大的视野范围,所以我们选择使用以检流计式振镜和共振镜的配合为扫描系统作为多脑区双光子显微的扫描器。实验验证表明,可满足多种的生物实验要求。2.研究搭建了快速多脑区双光子激光扫描显微系统,该系统首次采用多根自聚焦透镜与低倍空气物镜结合,首次实现对皮层正上方的三个脑区第二层神经元活动的同时记录。并最终可对空间立体分布的不同脑区进行同时观察。通过不同的空气物镜与自聚焦物镜结合,我们细致分析了不同组合的主要光学参数-分辨率,同时对NA匹配与不匹配下的能量耦合情况进行了仿真。同时为了实现对能量利用的最大化,我们还设计了NA匹配的自聚焦透镜,并从实验与计算上比较了二者的差别。此外除了进一步实现对不同脑区神经元活动的同时观察,我们设计了另一款自聚焦透镜,通过不同自聚焦透镜与低倍空气物镜的配合,实现首次对横向与纵向不同分布位置的三个脑区钙信号记录。3.研究设计了多脑区生物成像实验方法以及相关实验器件的设计。由于该技术的独创性,使得以该系统为主的生物神经成像实验需要有相对应的实验方法,尤其是配合光学系统的小鼠固定装置,以及手术方法。因为不同于传统的开颅手术,为了实现对多个脑区的同时成像,需要在小鼠颅骨上固定特定的固定皿（chamber）,并根据所需要成像的脑区位点,在chamber上提前设计出相应位点,并根据此进行,多个位点的开颅手术。此过程较传统实验更为复杂,为了更好地通过该系统实施实验,我们摸索了相关的手术实验技术和过程,设计制定了相对应的手术实验步骤,确保了实验的成功率与实验质量。该技术结构简单,只需在传统的双光子显微镜上简单地改造,便可成为多脑区的双光子显微镜,这将极大地帮助了神经科学领域的研究人员对于活体哺乳动物的不同脑区的神经元活动的观察和研究,为推动相关研究提供有力的技术手段。
洪云帆[7]（2020）在《基于光学超表面的导模共振和结构色特性研究》文中研究说明超表面通过亚波长单元阵列,实现电磁波相位、振幅、偏振等特性的有效操控,结构色的研究一直是超表面领域重要的研究方向。相比传统的化学染料普遍存在着环境污染和易于褪色的情况,结构色提供了一种对环境友好的可持续色彩实现方案。由于导模共振具有的高效率和窄带宽的特性,利用导模共振理论设计超表面的亚波长单元结构,实现了常用色域的高饱和度结构色。论文的主要工作如下:（1）利用导模共振相关理论建立等效波导模型,通过对等效波导模型的本征方程求解计算共振波长。同时利用时域有限差分法计算不同参数下的光谱,并分析了结构参数对于共振谱线的影响。（2）设计的三层结构的超表面,以Si O2为衬底材料,光栅层和均匀波导层都采用Si3N4,符合导模共振效应产生的基本条件。给定结构参数后利用软件模拟仿真在可见光波段的光谱图。（3）优化参数使得在只改变光栅周期情况下,获得不同谐振波长的反射峰。在整个可见光区域的反射峰效率都超过90%,半高宽小于10nm,实现高效率和高饱和度的结构色。研究入射光的偏振态和入射角度对于实现的结构色的影响,探索更多的应用潜力。由于结构色具有环保、稳定性和高空间分辨率等优良特性,随着微纳加工工艺的不断提高,被广泛看好用于大规模代替传统染料。同时由于微纳结构的光学特性,结构色在可见光通信、光学防伪、数据存储、光学传感等领域也具有巨大的应用潜力。
史新政[8]（2020）在《空间外差成像光谱仪图谱重构算法研究》文中提出空间外差扫描成像光谱综合了空间外差光谱技术与成像技术的特点,能够获取目标物体的空间信息和光谱信息,还具有超高光谱分辨能力、高通量、体积小等特点,通过一次扫描成像可以实现被测区域内全部目标点的光谱复原,在高光谱分辨率的遥感探测、国家领土监测、地球大气成分检测等领域发挥着巨大的作用。如何实现从干涉图像到光谱信息的转变,是空间外差成像光谱仪发挥作用的关键,精确、高效地复原光谱信息显得尤为重要。本文基于空间外差光谱技术,对扫描成像原理及干涉图像干涉信息分布进行深入研究,构建空间外差成像光谱仪图谱重构算法,旨在解决目标原始干涉图到图谱数据立方体重构反演问题。首先,为了能够在点干涉信息提取算法中精确提取干涉信息,研究了干涉图像中干涉信息的分布以及干涉图像序列的采集原理,对空间外差光谱技术基本理论及扫描成像实现方案进行了研究,利用ZEMAX和MTALAB软件对空间外差成像光谱仪进行建模,以单色光源和钾原子谱线光源作为输入光源,得到仿真干涉图像,并利用傅里叶变换复原入射光光谱,验证了空间外差成像光谱仪仪器模型的可行性。然后,基于空间外差扫描成像目标干涉信息分布的原理,探索图谱重构算法流程的实现方案,包括干涉图像序列预处理、图像配准、干涉信息提取和光谱复原等相关工作,分析了图谱数据立方体的数据结构形式,提出图谱重构算法。最后,搭建高精度扫描平台开展空间外差扫描成像光谱探测实验,验证空间外差成像光谱仪图谱重构算法的有效性和可靠性,分别采用钾灯、氙灯和钨丝灯作为模拟光源照射被测目标,采集干涉图像序列并利用图谱重构算法实现目标成像超光谱信息的获取,得到目标的图谱数据立方体。为减少系统扫描过程的位移误差,采用基于SURF（Speed-Up Robust Features）算法进行图像配准,提高图谱数据重构精度。空间外差扫描成像实验得出的光谱信息与光纤光谱仪获取的参考光谱信息一致,验证了图谱重构算法的可行性与可靠性。研究结果表明:基于空间外差扫描成像原理的图谱重构算法可以实现目标原始干涉图到图谱数据立方体据的重构,图像配准方法可以修正系统扫描位移误差,提高图谱重构算法的精度,最后可利用图谱数据立方体实现区域目标光谱快速检测功能。
徐探[9]（2020）在《全息光镊系统的研制及相关研究》文中进行了进一步梳理光镊技术是光与物质相互作用的产物,它能够以非接触的方式操控微纳米尺度的对象,并允许探测皮牛量级的力,而且测力精度甚至能达到飞牛水平,因而常作为超灵敏力探测器被广泛应用于生命科学、胶体物理、微流体等领域。光镊的研究主要集中在四个方面:其一、位置探测;其二、光阱刚度标定;其三、光束整形;其四、探究不同对象的捕获实验。本文以这四点为中心,以构建出多功能的光镊操控系统为目标,希望通过此系统以更加灵活、可控的方式实现对感兴趣对象的捕获、操控和应用研究。本论文围绕上述研究目标,逐步实现了光镊系统的两种构造方式:通过外部光路的共轭设计,成功地将反射镜控制的捕获光束引入商用显微镜（Nikon Eclipse Ti-U）的物镜后孔径处,实现对聚苯乙烯微球的手动二维操控;自主地设计并搭建开放式单光束捕获光路和显微成像装置,并对系统的物理参数进行标定,用此系统成功捕获小鼠成肌细胞,并实现其被动控制。基于这些早期的研究,本论文的主要研究工作如下:（1）提出变频率正弦激励来探究粒子在光陷阱中的动力学,澄清了正弦激励法的频率选择困扰,并理论上阐明粒子振幅和相位延迟的余弦关系;通过实验证实,只需满足奈奎斯特-香侬采样定理,仅使用低带宽的探测器足以获取粒子的振幅和相位信息,故可重构出粒子半径范围内的光力场;另一方面,探讨偏振对粒子逃逸的影响,发现临界振幅或频率值与捕获光的偏振方向呈正弦关系。（2）通过聚焦照明优化成像质量,设计4f配置的捕获光路,在其中引入空间光调制器实现对光束的整形,成功搭建出多功能全息光镊系统;编制基于柯林斯衍射公式和ABCD矩阵的衍射计算程序,促进计算机生成全息图和特殊光场传播性质的研究;以压电位移台作为参考基准,并利用计算机生成的光栅相位,确定出系统的有效焦距,与通过几何光学计算的结果完美吻合,表明全息光镊系统符合设计预期。详细介绍多种经典的全息相位图设计算法,并利用棱镜-透镜算法生成3 × 3点阵,最终同时捕获9个4 μm直径的聚苯乙烯微球。（3）提出基于互补随机化二元掩模的相位编码策略,用于在捕获平面指定位置处生成多个具有不同能量比的光陷阱,并基于构建的全息光镊系统,通过四组能量调控实验,从光阱刚度标定和直接功率测量两个方面,同时证实所提方法在多目标操纵研究中,能够独立调控光陷阱之间的能量占比,且实验结果符合预期,因而证实了能量调控策略的有效性和可重复性;此外,在专门设计的具有指定能量比的三个光陷阱区修饰上不同拓扑荷的光学涡旋,实现对捕获粒子的旋转方向和转速的可控调节,证实调控策略的多功能性。
王浩宇[10]（2020）在《硅基超表面光场调控研究》文中研究说明光学超表面是由亚波长尺度的单元结构,组成的有序二维平面周期性结构。通过对结构与光场的散射作用,实现对光场的振幅,位相和偏振的精确调控。相比于传统的光学元件,超表面具有结构简单、设计方便、易加工、损耗小等突出特点,在光场调控和光场生成等方面有着重要的应用价值,在集成光学和光学器件方面有着特有的优越性。本论文旨在充分发挥超表面在光场调控中的巨大优势,围绕硅基超表面的设计、加工以及其光场调控中的物理原理、光学特性进行细致的研究。设计了高效生成艾里光场的硅基超表面,实现了对艾里光场传播轨迹的调控。提出了一种多功能复合超表面的设计方法,实现了双折射分束器和双焦点超透镜的设计。提出了实现巨大旋光并消除圆二色性的光场调控方法,并设计易加工的手性超表面进行验证。借助电子束光刻工艺,对上述设计的硅基超表面进行了加工。本论文的主要研究成果如下:1.研究了硅基超表面实现光场调控的物理机制。基于琼斯矩阵,给出了超表面实现偏振和位相调控的多种设计方法,分析了每种设计方法的调控特点和适用范围。结合时域有限差分的数值模拟手段,给出了获取纳米单元结构的琼斯矩阵的方法。2.采用几何位相的超表面光场调控手段,设计并加工了高效生成艾里光场的硅基超表面。基于几何位相的调控原理,生成了一对空间自旋分离的左旋偏振艾里光场和右旋偏振艾里光场。在艾里光场角谱位相基础上,附加梯度位相的方法,实现了对艾里光场的空间传播轨迹的有效调控。实验上,对艾里光场的偏振特性、非衍射特性、自加速特性和自恢复特性进行了光学表征。在可见光波段40nm的范围内,得到了超过50%的高转化效率。3.提出了偏振复用的多功能超表面设计方法。当线偏光入射时,对出射光中的平行分量和正交分量实现了独立的位相调控。实现了双折射分束器和双焦点超透镜的设计。实验上,设计了两个焦点空间纵向和横向的分离的四种超透镜,并对焦点的光学特性进行了表征。4.提出了实现巨大旋光并消除圆二色性的光场调控方法。设计了易加工,工作波长在可见光波段的手性超表面进行验证。分析了手性超表面的模式响应,对旋光现象的产生进行了解释。通过对手性超表面的参数调节,实现了对旋光角度的控制。实验上,在入射波长为643nm,实现了无圆二色性的巨大旋转角度54°。5.对硅基超表面的加工进行总结和归纳。对重要的微纳加工过程镀膜、刻蚀、曝光等方法进行了介绍,并给出了具体的工艺使用范围。结合硅基超表面的加工经验,给出了重要步骤的注意事项,和一些常见问题的解决方法。本论文的创新点和特色:1.利用超表面几何位相的高效位相调控机制,实现了一对自旋分离的艾里光场生成。通过附加梯度位相的方式,实现了艾里光场的无干扰独立传播及空间传播轨迹的调控。实验上,入射波长为650nm时,艾里光场的生成效率可达63%,且具有宽谱特性,在可见光40nm范围内,生成效率超过50%。2.提出了消除圆二色性并获得巨大光学旋光的超表面设计方法。设计了可加工,可调控并且以左旋偏振光和右旋偏振光作为本征偏振的单层手性超表面结构。实验上,在入射波长643nm,探测到旋转角度为54°（131700°/mm）的无圆二色性巨大旋光现象。3.提出了一种偏振复用的多功能超表面设计方法,可以实现对与入射光垂直和平行两个偏振分量的位相调控,且两种偏振分量的强度可以通过超表面的设计进行调节。
二、对两种波长能生成不同衍射图形的光学元件（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、对两种波长能生成不同衍射图形的光学元件（论文提纲范文）
（1）基于金属/介质微纳结构的片上光收发与光调控（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光互连简介 |
| 1.2 微纳结构光调控研究现状 |
| 1.3 OAM 光束及OAM 光通信发展概况 |
| 1.3.1 OAM光束的正交性 |
| 1.3.2 OAM通信的发展 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 基于等离激元光栅的片上垂直光发射及强度调制 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 金纳米条带的偏振响应特性 |
| 2.3 驻波激励的金属光栅耦合器 |
| 2.4 调幅光发射与片上无线光互连 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于槽波导金属布拉格光栅的波导光操控 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 脊型槽波导的模式特性 |
| 3.3 波导模模式选择光栅 |
| 3.3.1 金纳米块的波导光调控特性 |
| 3.3.2 布拉格光栅的波导模反射、透射调控 |
| 3.4 槽波导布拉格光栅光开关及其光强度调制 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于相位梯度超表面的片上涡旋发射与调控 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 片上涡旋光生成的理论研究 |
| 4.3 相梯度超表面涡旋发射器 |
| 4.3.1 硅纳米柱与波矢操控 |
| 4.3.2 片上涡旋光发射 |
| 4.4 片上透镜辅助的涡旋光调制 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于金属弧形超表面的片上涡旋模分选 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 SPP弧透镜及其聚焦特性 |
| 5.2.1 SPP弧透镜数学建模 |
| 5.2.2 SPP弧透镜涡旋分选 |
| 5.3 SPP弧透镜的超构表面实现 |
| 5.3.1 MIM磁共振天线及其SPP激发 |
| 5.3.2 相梯度超表面SPP弧透镜 |
| 5.4 光纤涡旋模片上分选 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（2）基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 相关领域的国内外研究现状 |
| 1.2.1 激光光束质量评价 |
| 1.2.2 激光模式分解技术 |
| 1.2.3 相关滤波器的发展 |
| 1.3 论文结构安排 |
| 第二章 光纤内激光模式分析 |
| 2.1 光纤内模式分析 |
| 2.1.1 无源光纤内模式分析 |
| 2.1.2 有源光纤内模式分析 |
| 2.2 光束衍射传输 |
| 2.2.1 衍射传输理论 |
| 2.2.2 柯林斯公式 |
| 2.3 像面抽样单元尺寸可变算法 |
| 2.3.1 两步菲涅耳传输 |
| 2.3.2 双步ABCD算法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于相关滤波器的模式分解 |
| 3.1 基于相关滤波原理的模式分解技术 |
| 3.2 相关滤波器的实现方法 |
| 3.2.1 计算机全息片 |
| 3.2.2 液晶空间光调制器 |
| 3.3 误差分析及优化 |
| 3.3.1 离焦因素 |
| 3.3.2 焦移因素 |
| 3.3.3 焦移误差优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 模式分解的仿真分析 |
| 4.1 模式分解仿真结果 |
| 4.2 离焦仿真分析 |
| 4.2.1 数值积分 |
| 4.2.2 基于双步ABCD算法 |
| 4.3 焦移仿真分析 |
| 4.3.1 LP模焦移误差 |
| 4.3.2 HG模焦移误差 |
| 4.4 计算机全息图编码及波前重现 |
| 4.4.1 李威汉编码 |
| 4.4.2 罗曼III型编码 |
| 4.5 液晶位相调制器的仿真分析 |
| 4.5.1 相息图及波前重现 |
| 4.5.2 远场光强数据处理 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 模式分解实验研究 |
| 5.1 实验关键器件介绍 |
| 5.1.1 激光器和光纤性能参数 |
| 5.1.2 液晶位相调制器 |
| 5.1.3 CCD相机的性能参数 |
| 5.2 搭建实验 |
| 5.2.1 少模光纤光场 |
| 5.2.2 模式分解光场 |
| 5.2.3 空间载频分量实验分析 |
| 5.2.4 离焦实验分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）浸没光刻投影物镜光学设计与像差补偿研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 集成电路与光刻 |
| 1.1.2 光刻机与光刻投影物镜 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 投影物镜及设计 |
| 1.2.2 投影物镜的标量像差与补偿 |
| 1.2.3 投影物镜的偏振像差与补偿 |
| 1.3 论文研究内容和结构安排 |
| 1.3.1 论文研究内容 |
| 1.3.2 论文结构安排 |
| 第2章 光刻投影物镜的像差与优化 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 投影物镜的标量像差理论 |
| 2.2.1 阿贝成像理论 |
| 2.2.2 部分相干成像 |
| 2.2.3 标量像差的评价 |
| 2.3 投影物镜的矢量像差理论 |
| 2.3.1 偏振对成像影响 |
| 2.3.2 琼斯光瞳的计算 |
| 2.3.3 偏振像差的评价 |
| 2.4 投影物镜的设计与分析 |
| 2.4.1 设计要求与输入 |
| 2.4.2 方案分析与优化 |
| 2.4.3 偏振像差优化 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 光刻投影物镜标量像差补偿 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 标量像差补偿方法 |
| 3.2.1 像差沿视场的分布 |
| 3.2.2 一维公差与灵敏度 |
| 3.2.3 二维公差与灵敏度 |
| 3.2.4 补偿方法分析 |
| 3.3 像差补偿案例分析 |
| 3.3.1 一维公差的补偿分析 |
| 3.3.2 二维公差的补偿分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 光刻投影物镜偏振像差补偿 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 材料的双折射 |
| 4.2.1 本征双折射与应力双折射 |
| 4.2.2 材料双折射的测量 |
| 4.2.3 双折射对偏振像差影响 |
| 4.3 偏振像差补偿方法与分析 |
| 4.3.1 粒子群优化 |
| 4.3.2 基于灵敏度的优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 论文创新点 |
| 5.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）柱面的全息检测（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 圆柱面检测方法 |
| 1.2.1 哈特曼法 |
| 1.2.2 接触式测量法 |
| 1.2.3 样板法 |
| 1.2.4 补偿器法 |
| 1.2.5 子孔径拼接法 |
| 1.2.6 计算全息法 |
| 1.3 课题主要的研究内容 |
| 第二章 计算全息(CGH)检测技术和波前拟合技术 |
| 2.1 CGH的特点 |
| 2.2 CGH的分类 |
| 2.3 CGH的工作原理 |
| 2.4 CGH的参数 |
| 2.4.1 衍射级次、占宽比和衍射效率 |
| 2.4.2 刻蚀深度 |
| 2.4.3 刻线的空间频率 |
| 2.4.4 相位函数 |
| 2.5 CGH的制作工艺 |
| 2.6 波前拟合技术 |
| 2.7 Zernike多项式拟合 |
| 2.7.1 Zernike多项式简介 |
| 2.7.2 Zernike多项式的局限性 |
| 2.8 切比雪夫多项式波前拟合 |
| 2.8.1 切比雪夫多项式的介绍 |
| 2.8.2 切比雪夫多项式的求解 |
| 2.9 小结 |
| 第三章 圆柱面计算全息设计 |
| 3.1 计算全息检测圆柱面原理 |
| 3.2 载频 |
| 3.3 圆柱面计算全息的设计方法 |
| 3.3.1 主全息的设计方法 |
| 3.3.2 对准全息的设计方法 |
| 3.4 衍射级次的分离 |
| 3.4.1 滤波器滤波 |
| 3.4.2 倾斜滤波 |
| 3.5 ZEMAX仿真验证 |
| 3.5.1 主全息的仿真验证 |
| 3.5.2 对准全息的仿真验证 |
| 3.6 仿真结果比对 |
| 3.7 小结 |
| 第四章 矩形域CGH检测拼接算法 |
| 4.1 子孔径拼接算法简介 |
| 4.2 基于重叠子孔径拼接算法的CGH检测拼接算法 |
| 4.2.1 CGH检测结果拼接算法模型 |
| 4.2.2 CGH检测结果拼接算法精度判定 |
| 4.2.3 CGH检测拼接算法实例 |
| 4.3 误差因素分析 |
| 4.3.1 环境随机噪声的影响 |
| 4.3.2 高斯噪声的影响 |
| 4.3.3 系统误差的影响 |
| 4.3.4 重叠区域大小的影响 |
| 4.4 CGH检测和拼接实验 |
| 4.4.1 Φ1964圆柱面检测实验 |
| 4.4.2 Φ1964圆柱面检测平移实验 |
| 4.5 实验结果分析 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 全文总结及展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 未来展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（5）自由曲面成像光学系统的若干关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 自由曲面成像系统设计及分析方法研究现状 |
| 1.2.2 自由曲面面形检测技术研究现状 |
| 1.3 本课题主要研究内容 |
| 第2章 基于光线偏心分析方法的自由曲面成像系统设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 自由曲面成像系统设计要素 |
| 2.2.1 自由曲面面形表征 |
| 2.2.2 矢量像差及全视场矢量像差图 |
| 2.2.3 自由曲面应用位置选取 |
| 2.3 自由曲面光学系统光线偏心分析 |
| 2.3.1 光学系统子单元划分 |
| 2.3.2 光程差与光瞳光线偏心 |
| 2.3.3 视场光线偏心 |
| 2.3.4 基于光线偏心的光学系统分析 |
| 2.4 应用光线偏心分析的自由曲面显微成像物镜设计 |
| 2.4.1 离轴显微成像物镜初始结构 |
| 2.4.2 基于光线偏心的离轴显微成像物镜分析 |
| 2.4.3 自由曲面的离轴显微成像物镜优化 |
| 2.4.4 枚举法验证自由曲面选取结果 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于非极大值抑制编码的计算全息检测技术 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 计算全息光学检测 |
| 3.2.1 计算全息检测原理及类型 |
| 3.2.2 计算全息设计及编码 |
| 3.2.3 计算全息主要误差 |
| 3.2.4 利用计算全息图的检测与装调 |
| 3.3 基于非极大值抑制的计算全息编码 |
| 3.3.1 光学检测计算全息图编码原理 |
| 3.3.2 非极大值抑制原理 |
| 3.3.3 编码误差分析与评估 |
| 3.3.4 非极大值抑制编码误差仿真 |
| 3.4 非极大值抑制编码精度验证 |
| 3.4.1 实验光路设计 |
| 3.4.2 计算全息板加工 |
| 3.4.3 误差标定及评估 |
| 3.4.4 编码精度验证实验 |
| 3.5 非旋转对称曲面的计算全息高精度检测 |
| 3.5.1 待测镜及其检测光路设计 |
| 3.5.2 辅助全息光路设计 |
| 3.5.3 误差标定及参数估计 |
| 3.5.4 计算全息检测精度验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 总结与展望 |
| 4.1 全文总结 |
| 4.2 研究创新点 |
| 4.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）快速双光子多脑区荧光成像技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 课题研究技术及应用背景 |
| 1.1.2 双光子荧光显微技术 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.2.1 基于双光子荧光技术实现多脑区成像的国内外技术发展现状 |
| 1.3 论文研究目的内容和安排 |
| 第二章 基于共振镜式扫描双光子成像系统设计与搭建 |
| 2.1 双光子荧光显微成像系统概述与原理 |
| 2.2 光学系统设计 |
| 2.2.1 光学系统设计思路与方案 |
| 2.2.2 各部分器件指标与选型 |
| 2.3 机械结构设计 |
| 2.3.1 扫描箱的结构设计 |
| 2.3.2 显微镜镜体、基座和探测模块的结构设计 |
| 2.3.3 扫描箱与显微镜的连接方式 |
| 2.3.4 样本电动平移台的结构设计 |
| 2.3.5 显微镜遮光外罩和引导光路外罩结构设计 |
| 2.4 电控与软件系统设计 |
| 2.4.1 组成原理 |
| 2.4.2 软件设计总方案 |
| 2.4.3 数据格式转换软件设计 |
| 2.5 实验测试 |
| 2.5.1 成像速度测试 |
| 2.5.2 生物组织成像测试 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 基于声光偏转器式扫描双光子成像系统设计与搭建 |
| 3.1 基于声光偏转器的双光子荧光显微系统概述与原理 |
| 3.2 基于声光偏转器的双光子系统的设计与搭建 |
| 3.3 基于声光偏转器的双光子荧光显微镜实验测试 |
| 3.4 超高成像速率(10kHz)对生物成像质量的影响的研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 快速双光子多脑区荧光成像系统的设计与搭建 |
| 4.1 快速双光子多脑区荧光成像系统概述 |
| 4.2 快速双光子多脑区荧光成像系统的研制 |
| 4.3 快速双光子多脑区荧光成像系统成像范围在空间上的三维扩展 |
| 4.4 快速双光子多脑区荧光成像系统的时空分辨率和串扰的测量 |
| 4.4.1 快速双光子多脑区荧光成像系统的时空分辨率的测量 |
| 4.4.2 快速双光子多脑区荧光成像系统串扰的测量 |
| 4.5 快速双光子多脑区荧光显微系统的优化 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于快速双光子荧光多脑区成像系统的神经生物学成像实验 |
| 5.1 神经生物实验的材料准备 |
| 5.1.1 实验动物 |
| 5.1.2 实验仪器和试剂材料 |
| 5.1.3 实验所需试剂的配置 |
| 5.1.4 玻璃微电极的拉制 |
| 5.2 小鼠病毒注射 |
| 5.3 神经生物学成像实验 |
| 5.3.1 动物手术 |
| 5.3.2 快速双光子多脑区荧光形态学成像结果 |
| 5.3.3 初级运动皮层,初级视觉皮层和海马CA1 区在小鼠麻醉和清醒状态下的同时成像及钙信号数据处理。 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 论文主要工作 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（7）基于光学超表面的导模共振和结构色特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究的背景与意义 |
| 1.2 超表面概述 |
| 1.3 结构色概述 |
| 1.4 论文的主要研究内容 |
| 第2章 超表面结构色相关研究 |
| 2.1 染色方案的发展 |
| 2.2 超表面结构色的发展 |
| 2.3 超表面结构色的应用 |
| 2.4 超表面结构色相关工艺 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 导模共振相关理论 |
| 3.1 导模共振效应 |
| 3.2 等效波导模型分析 |
| 3.3 时域有限差分法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 高饱和度结构色的设计 |
| 4.1 物理模型的建立 |
| 4.2 结构参数对于共振谱线的影响 |
| 4.3 CIE1931—XYZ标准颜色 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 仿真结果与分析 |
| 5.1 高饱和度结构色的实现 |
| 5.2 偏振敏感性研究 |
| 5.3 入射角度敏感性研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间取得的研究成果 |
（8）空间外差成像光谱仪图谱重构算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 研究背景及意义 |
| §1.2 国内外发展现状 |
| §1.2.1 干涉成像光谱技术的发展与应用现状 |
| §1.2.2 空间外差光谱技术的发展与应用现状 |
| §1.3 论文的主要内容 |
| §1.3.1 研究内容与研究方案 |
| §1.3.2 章节安排 |
| 第二章 空间外差扫描成像光谱技术 |
| §2.1 干涉光谱理论 |
| §2.2 空间外差光谱技术 |
| §2.2.1 空间外差实现原理 |
| §2.2.2 空间外差光谱基本理论 |
| §2.2.3 空间外差光谱技术的特点 |
| §2.2.4 空间外差光谱仪分类 |
| §2.3 空间外差扫描成像技术 |
| §2.3.1 扫描成像方式分类 |
| §2.3.2 扫描成像原理 |
| §2.3.3 系统光程差分析 |
| §2.4 本章小结 |
| 第三章 空间外差扫描成像模拟仿真 |
| §3.1基于MATLAB软件仿真实例 |
| §3.1.1 空间外差光谱仪仿真参数计算 |
| §3.1.2 二维仿真干涉图 |
| §3.1.3 光谱图复原 |
| §3.2 ZEMAX建模与仿真 |
| §3.2.1 ZEMAX软件简介 |
| §3.2.2 系统设计 |
| §3.2.3 空间外差扫描成像仿真实验 |
| §3.3 本章小结 |
| 第四章 空间外差扫描成像图谱重构算法 |
| §4.1 图谱重构算法的基本步骤 |
| §4.2 干涉图像序列数据预处理 |
| §4.2.1 原始干涉图像 |
| §4.2.2 图像暗电流校正 |
| §4.3 干涉图像配准 |
| §4.4 点干涉图重采样 |
| §4.5 完整干涉图数据处理 |
| §4.5.1 干涉图去基线 |
| §4.5.2 干涉图切趾 |
| §4.5.3 干涉图相位校正 |
| §4.5.4 干涉图旋滤波 |
| §4.6 光谱复原 |
| §4.6.1 傅里叶变换处理 |
| §4.6.2 光谱定标 |
| §4.7 图谱数据立方体 |
| §4.8 本章小结 |
| 第五章 空间外差扫描成像图谱重构实验及误差分析 |
| §5.1 空间外差扫描成像实验平台 |
| §5.1.1 高精度位移扫描平台 |
| §5.1.2 空间外差光谱仪 |
| §5.2 空间外差扫描成像实验 |
| §5.2.1 钾灯光源实验 |
| §5.2.2 氙灯光源实验 |
| §5.2.3 钨丝灯光源实验 |
| §5.3 实测图谱数据立方体 |
| §5.4 图谱重构算法中的误差分析 |
| §5.4.1 扫描平台位移误差 |
| §5.4.2 CCD噪声 |
| §5.5 图谱重构算法图形化操作界面设计 |
| §5.6 本章小结 |
| 总结与展望 |
| §6.1 总结 |
| §6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在攻读硕士期间的主要研究成果 |
（9）全息光镊系统的研制及相关研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光镊原理简介 |
| 1.2.1 动量守恒 |
| 1.2.2 尺度相关及适用模型 |
| 1.3 光镊类型与新变体 |
| 1.3.1 经典光镊系统 |
| 1.3.2 传统多光阱系统 |
| 1.3.3 时分光镊系统 |
| 1.3.4 动态全息光镊系统 |
| 1.3.5 光镊新变体 |
| 1.3.6 商用光镊系统介绍 |
| 1.4 光镊与多技术融合 |
| 1.4.1 数字全息显微技术 |
| 1.4.2 拉曼光谱技术 |
| 1.4.3 微流体技术 |
| 1.4.4 超分辨成像 |
| 1.5 本文主要工作 |
| 第2章 光镊构成及定量研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光镊组成 |
| 2.2.1 捕获激光 |
| 2.2.2 物镜 |
| 2.2.3 样品池 |
| 2.2.4 位移台 |
| 2.3 位置探测 |
| 2.3.1 视频法 |
| 2.3.2 微分干涉相衬成像 |
| 2.3.3 后焦平面干涉法 |
| 2.3.4 轴向位置探测 |
| 2.4 刚度标定 |
| 2.4.1 基本理论 |
| 2.4.2 玻尔兹曼统计法 |
| 2.4.3 均方位移法 |
| 2.4.4 功率谱法 |
| 2.4.5 自相关法 |
| 2.4.6 正弦拖拽力法 |
| 2.4.7 拖拽力法 |
| 2.4.8 其他策略 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 单光束光镊系统 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于商用显微镜的光镊 |
| 3.2.1 组件介绍 |
| 3.2.2 光路设计 |
| 3.2.3 粒子操控 |
| 3.3 开放式单光束光镊 |
| 3.3.1 系统组件与光路设计 |
| 3.3.2 系统标定 |
| 3.3.3 细胞操控 |
| 3.4 多参数刚度研究 |
| 3.4.1 变频率正弦激励 |
| 3.4.2 力场重构 |
| 3.5 光束偏振效应 |
| 3.5.1 材料与实验 |
| 3.5.2 结果与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 全息光镊系统 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 全息光镊系统介绍 |
| 4.2.1 组成与优化 |
| 4.2.2 衍射计算 |
| 4.2.3 系统标定 |
| 4.3 计算机生成全息图 |
| 4.3.1 全息算法 |
| 4.3.2 多目标捕获 |
| 4.3.3 特殊光场模拟 |
| 4.4 多光阱能量调控策略 |
| 4.4.1 掩模编码 |
| 4.4.2 材料与实验 |
| 4.4.3 结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 1 粒子位移提取 |
| 2 柯林斯衍射计算 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（10）硅基超表面光场调控研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 超表面的简介 |
| 1.2 超表面的电磁理论基础 |
| 1.2.1 电模式的激发与调控 |
| 1.2.2 磁模式的激发与调控 |
| 1.2.3 惠更斯源与kerker条件 |
| 1.3 超表面的应用 |
| 1.3.1 分束器 |
| 1.3.2 超透镜 |
| 1.3.3 涡旋光 |
| 1.3.4 全息 |
| 1.3.5 特殊光场 |
| 1.4 论文的主要内容 |
| 参考文献 |
| 第2章 超表面设计的理论基础 |
| 2.1 硅纳米结构的模式分析 |
| 2.2 琼斯矩阵的介绍 |
| 2.3 基于琼斯矩阵的位相调控 |
| 2.3.1 共振位相 |
| 2.3.2 几何位相 |
| 2.3.3 共振位相和几何位相的结合 |
| 2.4 基于琼斯矩阵的偏振调控 |
| 2.4.1 矢量光场的生成 |
| 2.4.2 手性结构的设计 |
| 2.5 琼斯矩阵中矩阵元的获取方式 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 艾里光场超表面 |
| 3.2 艾里光场的超表面设计 |
| 3.2.1 艾里光场的设计方案 |
| 3.2.2 附加梯度位相的艾里光场调控 |
| 3.3 艾里光场的特性表征 |
| 3.3.1 偏振特性表征 |
| 3.3.2 自加速特性表征 |
| 3.3.3 自恢复特性表征 |
| 3.3.4 非衍射特性表征 |
| 3.3.5 宽谱特性表征 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 多功能复用超表面 |
| 4.1 单元结构的设计方法 |
| 4.2 双折射分束器的设计 |
| 4.3 双焦点超透镜的设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 旋光手性超表面 |
| 5.1 旋光产生的理论分析 |
| 5.2 光学设计 |
| 5.2.1 结构设计 |
| 5.2.2 模式分析 |
| 5.3 结构加工和实验表征 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第6章 超表面的微纳加工工艺 |
| 6.1 镀膜工艺 |
| 6.1.1 磁控溅射镀膜 |
| 6.1.2 PECVD镀膜 |
| 6.1.3 热蒸发镀膜 |
| 6.2 光刻胶的介绍 |
| 6.3 电子束曝光 |
| 6.4 干法刻蚀 |
| 6.4.1 电感耦合等离子体刻蚀工艺 |
| 6.4.2 反应离子刻蚀工艺 |
| 6.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 本论文主要研究成果 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
| 致谢 |
四、对两种波长能生成不同衍射图形的光学元件（论文参考文献）
- [1]基于金属/介质微纳结构的片上光收发与光调控[D]. 叶京夫. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [2]基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术[D]. 张玉莹. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(03)
- [3]浸没光刻投影物镜光学设计与像差补偿研究[D]. 尚红波. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(03)
- [4]柱面的全息检测[D]. 缪来峰. 电子科技大学, 2020(01)
- [5]自由曲面成像光学系统的若干关键技术研究[D]. 肖锡晟. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(03)
- [6]快速双光子多脑区荧光成像技术的研究[D]. 杨梦柯. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(08)
- [7]基于光学超表面的导模共振和结构色特性研究[D]. 洪云帆. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(03)
- [8]空间外差成像光谱仪图谱重构算法研究[D]. 史新政. 桂林电子科技大学, 2020(02)
- [9]全息光镊系统的研制及相关研究[D]. 徐探. 中国科学技术大学, 2020
- [10]硅基超表面光场调控研究[D]. 王浩宇. 中国科学技术大学, 2020(01)