摘要：由于探测器具有像元数目的限制,宽波段和高分辨率难以同时满足。文章针对532nm激发波长,设计了一款同时具有宽波段、超高分辨的拉曼光谱仪。将整个光谱范围按照低波段最低分辨要求分成四个波段,并通过旋转光栅和旋转聚焦镜的方式,完成了不同波段相互切换的集成化设计,实现了80~4000cm^(-1)宽波段范围,全波段1.2cm^(-1)超高分辨率的光学指标。考虑到探测器的较大体积尺寸,为避免元件发生干涉,该系统中元件之间具有足够的距离。相比于国内市场的同类产品,该光谱仪具有宽波段和超高分辨率的同时无需更换结构内部其他元件,在一定程度上节省了成本。

摘要：大像面荧光显微成像系统可以对大尺寸dPCR生物基因芯片进行一次性成像,但其景深(DOF)较小,限制了系统的物方检测深度。文章采用波前编码技术在不降低分辨率的前提下,有效扩展了大像面荧光显微成像系统的景深,为后续高通量多层堆叠式dPCR生物芯片实现一次性成像提供了技术支持。但考虑到显微成像系统正向设计仿真时不适合直接进行景深延拓分析,故对其倒置翻转后在像方(原物方)分析焦深延拓范围(即景深)。为确定最优的相位板参数值,编写遗传算法与ZEMAX的API接口链接,以动态交互的方式对相位板调制系数进行优化、筛选、定值。在大像面荧光显微成像系统孔径光阑前的平行光路处添加特定系数的相位板,对光学系统的波前相位进行调制,使得在焦点附近一段范围内产生成像一致的中间模糊像。采用维纳滤波对中间模糊像进行复原,由模拟的结果可见,在传统光学系统的±10倍景深内,编码复原图像具有较高的分辨率(达到6.5μm),能够实现系统的景深延拓。装配相位板的大像面荧光显微成像实际系统,其延拓倍数在±7倍景深范围内有较好的图像复原分辨率(6.5μm)。

摘要：针对算术优化算法收敛精度低、易陷入局部最优等问题,提出了一种改进的过渡高斯算术优化算法,该算法将新的非线性过渡阶段与改进的高斯变异策略相结合.首先,为了更好地从勘探阶段的高离散度策略过渡到开发阶段的低离散度策略,提出过渡阶段策略,并通过比较三种曲线实验重构数学优化加速函数.其次,引入具有算术优化算法特性的高斯变异策略和边界函数策略,加强算法跳出局部区域的能力.最后,将改进后的算术优化算法与几种著名算法进行对比,并进行不同维度的可扩展性分析,验证了所提算法的有效性.此外,该算法在压力容器设计问题中进行了测试.实验结果表明,TGAOA具有优异的收敛精度、收敛速度和鲁棒性.

摘要：针对光栅光谱仪中高分辨率与宽光谱难以同时满足的问题,设计了一款基于旋转光栅的Czerny-Turner(C-T型)光路结构的高分辨率宽光谱拉曼光谱仪,激发波长为532 nm,光谱范围为80~3000cm^(-1),分辨率为1.2cm^(-1)。将光谱范围分为低(80~1450cm^(-1))、中(855~2225cm^(-1))、高(1630~3000cm^(-1))3个波段,以优化中波段为主,对全波段进行了优化。通过微调光栅的旋转角度,确保低、中、高波段均位于CCD的有效像面上。该光谱仪成像系统的点列图、均方根图和调制传递函数图均符合设计要求。

摘要：系统研究了角向矢量涡旋光的紧聚焦焦斑特性,解释了焦平面自旋角动量局域化分布的形成原因.角向矢量涡旋光可分解为左、右旋圆偏振电场叠加,将分解所得的左、右旋分量分别经大数值孔径透镜聚焦,总聚焦电场可视为左、右旋分量聚焦电场的干涉叠加.经分析研究后发现,左、右旋分量各自聚焦电场的纵向分量大小相等、相位相反,完全干涉相消,使得总聚焦电场的纵向分量消失;而各自聚焦电场的横向分量则完全相反,几乎不发生干涉,总聚焦电场表现为非相干叠加.角向偏振光引入涡旋相位后,使得左、右旋电场分量的轨道角动量的拓扑荷数发生变化,拓扑荷数的绝对值不再相等,而是恒定差值为2.因此左、右旋电场的横向分量由于携带不同的拓扑荷数,分别聚在焦平面的不同位置,而横向分量发生非相干叠加,不相互影响,最终形成了总电场偏振态的局域化分布,即自旋角动量局域化分布的现象.随后,本文横向对比了1阶角向矢量涡旋光和径向偏振矢量光的超分辨焦斑特性,分析了各自的优、缺点以及影响焦斑尺寸的因素.最后,兼顾了超分辨光针的性能和实际实现难度,设计了6环带的二元相位板对1阶角向矢量涡旋光进行了波前调制,实现了横向半高全宽为0.391λ,纵向半高全宽为25.5λ的超长超分辨光针.

摘要：眼轴长度的精确测量对于近视防控、白内障晶体植入术后视力恢复等具有重要意义。本研究团队将Twyman-Green干涉系统与数字信号处理技术相结合,搭建了低相干双光束外差干涉眼轴长度测量系统。为验证该系统的有效性,采用该系统对ZEISS标准模拟眼、人眼分别进行多次测量,进行重复性检验;然后通过统计学分析测量数据的显著性,结果表明差异无统计学意义(P>0.05),符合球形检验;Bland-Altman分析表明,测量数据的95%一致性置信区间均在-0.06~0.06 mm范围内。本系统测量结果与IOLMaster500测量结果具有高度一致性。所设计的眼轴长度测量系统具有良好的有效性和可靠性,为国产眼轴长度测量仪器研发提供了技术方案。

摘要：数字PCR(dPCR)技术作为传统PCR技术的更新迭代,有着绝对定量的特点,在新冠病毒核酸序列检测、癌细胞探测等生物学领域有着巨大的潜力。现有的dPCR荧光检测系统在检测通量、检测速度以及成本之间难以做出合理的权衡。由于成像视野小、需多次图像拼接极大影响了dPCR荧光检测系统效率和时间。文章构建了一套采用大视场荧光显微设计的多通道dPCR检测系统实验平台,依托该实验平台,运用Zemax软件优化结构,改进显微成像物镜设计,能够实现直径18mm的全视场范围FAM、HEX、ROX三种荧光通道分辨率在6μm的多通道成像。采用随机霍夫变换算法(RHT)图像处理分析方法,对常规均匀“圆孔”和新型“雪花”、“树枝”等非均匀结构的微流控荧光芯片,均能实现高效检测,得到清晰、稳定的荧光图像。

摘要：近视是一种常见眼病,已成为中国青少年视力下降的主要原因。近视防控是一个关系国家和民族未来的大问题,已经上升为国家战略。当前近视防控的有效手段之一就是建立屈光发育档案,并根据数据给出眼屈光度的预测。然而,目前市面上并没有一款专用于屈光发育档案数据采集的设备。笔者基于前期研究,结合干涉、波像差和图像分析等技术建立了眼屈光度与生物参数一体化测量系统,主要测量眼轴长度、角膜曲率、前房深度和屈光度等参数。使用组内标准差、测试重复性、变异系数和组内相关系数评估了实验样机测量的可重复性。通过比较实验样机和IOL Master 500的测量结果,验证了实验样机测量结果的准确性和一致性。从组内标准差和测试重复性的数值可以看出:眼生物参数和屈光度测量都有很高的重复性;眼生物参数的变异系数均低于3%,眼轴长度和角膜曲率的变异更小(≤0.256%);组内相关系数均高于0.6。说明测量结果具有较高的一致性。实验样机与IOL Master 500测得的眼轴长度、角膜曲率、前房深度数值无显著差异(P>0.05),说明实验样机测量结果的准确性很高。这些结果表明这样的一体化设计能完成基本的眼屈光度和生物参数测量。随着技术的迭代,该系统有望成为近视防控专用的屈光档案数据采集设备,为近视防控提供必要支撑。

摘要：为了提高高端探测器的利用率与增强拉曼光谱仪同时对不同物质检测的适用性,将多个波长激发的拉曼光谱仪集成设计成为一个光谱仪,将具有重要的应用价值。提出了一种基于CT结构双波长(532nm和785nm)激发的双通道拉曼光谱仪设计方法。所采用的这种设计方法基于探测器的工作特点为实现双光路结构同时工作创造了条件,从而最大程度的增加了光谱测量范围,同时该方法也实现了对探测器的有效感光面像元的充分利用并且最大程度地实现了高光谱分辨率。优化结果表明对于532nm的激发波长,分辨率为5cm^(-1)、光谱范围达到80~4200cm^(-1);对于785nm的激发波长,分辨率为3cm^(-1)、光谱范围达到200~2300cm^(-1)。

摘要：调谐反射窄带滤光片在光通信、显示、光开关和防伪等领域有重要应用。导模共振滤光片(GMRF)对结构参数非常敏感,因此可通过结构参数的变化来实现反射峰值的调谐。为了研究利用方位角的变化来实现导模共振滤光片调谐的新方法,分析了方位角对导模共振滤光片衍射区域电场分布的影响,通过严格的耦合波理论计算,设计了方位角调谐的导模共振滤光片。对于60°入射的TM偏振光,随着方位角的增加,导模共振滤光片的共振峰值向长波方向移动。