摘要：在考虑光学微腔中高阶色散效应的情况下,以耦合非线性薛定谔方程为理论模型,研究了高阶色散作用下双耦合微腔内克尔光频梳的稳定性和非线性动力学,并讨论了各阶色散参数对腔内光场演化和光谱特性的影响.理论分析结果表明,三阶色散的加入使得参量空间的稳定域扩大,周期性变化的呼吸孤子态和混沌态转变为稳定的亮孤子态.此外,各高阶色散项及其组合对光频梳的光谱特性包括最大失谐、腔内脉冲峰值功率、色散波频谱位置等有显著影响.具体地,三阶色散和正四阶色散能够展宽光谱,增强色散波;而负四阶色散抑制色散波产生,得到对称的孤子频率梳;五阶色散可以调控光孤子的漂移方向和速度.理论研究结果对于双耦合微腔实验中的色散调控及设计、稳定性研究具有重要价值.

摘要：为解决具有深孔、微槽、弧面等复杂特征微器件的高精度测量问题,需要采用微纳米接触式测头和白光干涉测头进行复合测量。而在这两种测头构成的复合测量系统中,现有标准器无法对其进行高精度的坐标统一。因此,根据两种测头的测量原理,提出一种三棱台标准器来实现坐标统一。根据三棱台标准器的结构特点,基于几何原理,建立标准器几何参数及其平面度对基准点坐标精度影响的数学模型。根据数学模型进行数值仿真,进一步分析标准器几何误差对基准点求解精度的影响,为标准器参数设计提供设计依据。最后,采用设计加工的标准器对微纳米三坐标测量机与白光干涉仪进行了测头坐标系统一化试验和精度分析。结果表明,采用三棱台标准器能够实现接触式测头和白光干涉测头坐标系统一,坐标统一化配准精度可达2.259μm。该方法为复合测量中标准器的设计与分析提供参考依据。

摘要：针对复合测量中两测头空间坐标系不统一的问题,提出了基于标定器提供基准点结合单位四元数法求解空间变换矩阵的坐标统一方法,并以均方根误差(RMSE)来评估坐标统一的效果。设计并制作了一种新型标定器,为坐标统一提供稳定可靠的基准点,并建立了基准点精度与坐标统一精度的关系模型。针对两测头测量数据,提出了空间误差椭球搜索策略结合加权最小二乘法的数据融合方法。实验结果表明,复合测量的坐标统一化配准精度可达1.889μm,所提出的数据融合方法相较传统加权最小二乘法的相对误差减小了16%,重复性精度提高了38%,实现了复合测量的高精度坐标统一与稳定精确的数据融合,提升了对器件的测量能力。

摘要：微位移工作台是实现高精度定位的关键部件,传统的工作台自由度少且分辨力不高,不能满足应用需求,因此提出一种六自由度高精度微位移工作台结构方案并验证了其性能。在整体结构上采用“串并联混合驱动”的方式和中空结构,将六个自由度的运动合理地分布在平动层,转动层和支撑层三层结构中,并设计开发了工作台的运动控制系统以及一套可搭配使用的运动控制软件。实验结果表明,X,Y,Z轴线位移分别优于20,20和37 μm,角位移行程分别优于39",33"和27";线位移分辨力均优于0.7 nm,角位移分辨力均优于0.1"。所提出的六自由度微位移工作台相比于传统工作台具有自由度多、极高分辨力等优点,有望在超精密加工,微电子制造等领域中获得广泛的应用。

摘要：为了实现超高分辨力的微位移测量,建立了基于光纤布拉格光栅传感的高灵敏度探针系统,研究了静态锁相放大技术,用于检测小于纳米量级的微位移信号。根据光纤布拉格光栅传感原理,设计了高灵敏度的双光栅自补偿解调系统结构。基于信号特征研究了静态锁相放大技术,用于实时检测处理微弱测量信号。最后,通过探针系统的性能测试实验可获得灵敏度和分辨力等参数。实验结果表明:探针系统在接触区域的微位移测量范围约为1μm,灵敏度为-15.33 mV/nm,短期噪声极差的均值为0.83 mV,标准差为0.32 mV,信号处理分辨力约为0.06 nm(60 pm),其标准差为0.02 nm(20 pm)。该系统采用光纤布拉格光栅传感技术达到了皮米量级的微位移信号处理分辨力,满足微纳测量系统的抗干扰性强、重复性好等要求,且系统成本较低。

摘要：对于高温下的视觉测量,如何降低高温构件本身发出的辐射以及热气流对图像质量的影响,在航空航天和汽车制造等领域具有重要意义。针对高温下复杂的光学成像环境,本文提出了一种基于单像素成像技术的高温构件图像采集方法,建立了高温构件单像素成像系统,分析了傅里叶单像素成像的工作原理及重建算法,根据高温物体的热辐射特性分析了其对单像素成像的影响及成像光谱范围。最后,对高温环境中的单像素成像进行了验证实验。实验结果表明:仅用30%的采样数据就可以对高温下的目标构件成像,且忽略了高温物体自身辐射光的强干扰。与传统CCD/CMOS的成像及边缘检测对比实验表明,本文的方法获取的图像特征更为清晰。该研究为单像素成像在高温构件工业领域的应用提供了一个潜在的发展方向。

摘要：现有的压电马达主要利用摩擦耦合实现运动输出,通过累计小角度(位移)实现连续旋转(直线)运动,难以应用于高速需求场合。设计了一种转速与频率一致的压电马达,利用轴承将定子强迫振动的能量馈入偏心转子,定子振动一个周期,转子旋转一周,从而实现压电马达高速输出。建立压电马达的动力学模型,理论分析该驱动机制下压电马达系统振动传递规律以及损耗与输入能量的关系。提出将转子的部分质量转移到定子中以进一步提升转速,建立质量转移后系统振动力学模型,分析质量转移后偏心转子转速以及轴承的能量损耗。搭建有质量转移和无质量转移两种压电马达样机,实验测试两种样机的速度特性,结果表明,质量转移后马达的最大输出速度获得进一步提升,最高输出速度达到11460 r/min,相比质量转移前速度提升了25.7%,该原理高速压电马达有望用于飞轮储能、离心分离等需要高速运动的应用场合。

摘要：仿生功能表面的制备是目前研究的热点,尤其是仿生疏水表面的制备.常用的制备方法包括等离子刻蚀、光刻等,制备过程较为复杂.本文基于飞秒激光微纳加工和模板转印技术,提出了一种制备疏水微柱阵列的简单策略,系统地研究了结构参数、表面化学修饰和润湿性之间的关系.研究发现,直径、间距和高度等结构参数对微柱阵列表面的润湿性影响较大.当微柱间距由400μm增加到600μm时,液滴滑动角从31°增加至76°.当微柱直径从100μm增加到300μm时,液滴滑动角也会相应地从40°增加到80°.微柱阵列的表面黏附性随着结构参数(直径、间距、高度)的改变而发生变化.基于这种特性,我们设计了一种具有不同间距的微柱阵列,用来实现液滴滑动行为的控制,同时还可以实现液滴微反应等应用.这种制备方式不仅操作简便,而且适用性广,在微流体芯片、生物医学和化学微反应等领域具有潜在的应用价值.

摘要：设计了一种基于介质谐振器的水基微波吸波器。介质谐振器包括两个长方体介质板和一个十字形空腔,并在其内部充满水以实现宽带微波吸收效果。不同于传统水基超材料中相互独立的水基单元,本设计中十字形空腔所形成的水流通道横截面面积达到3 mm×3 mm,可确保阵列中水流畅通,因此该结构满足水冷工作要求,可实现大功率微波的无衰减吸收。仿真结果表明,在21.8~35.9 GHz的微波频段内,吸波器对入射电磁波的吸收率大于90%,相对吸收带宽为48.9%。此外,该吸波器对入射波的偏振不敏感,在宽频段范围内对大入射角电磁波仍有高吸收效果。通过3D打印技术实现了样品加工,实验结果与模拟结果吻合良好。该吸波器在宽带大功率微波吸收领域有较大的应用潜力。

摘要：针对传统箝位式压电电机在谐振态下工作时,方波振动的箝位部分结构设计复杂问题,提出一种新型箝位式压电电机。该电机箝位部分与驱动部分均由同频正弦电压驱动实现正弦振动,通过定子对动子的箝位接触,实现动子单向输出运动。相较于传统箝位式压电电机和超声电机,该电机的定子结构设计无需采用模态简并,结构设计难度降低。利用有限元仿真确定定、动子结构参数,制造样机并搭建实验平台。对箝位部分分别采用正弦波与方波做激励,再对驱动部分进行波形对比,表明正弦波亦能达到预期效果。实验结果表明:准静态时,激励电压频率为250 Hz、电压峰峰值V为10 V时,步进距离为0.5μm,步进速度0.13 mm/s;谐振态时,激励电压频率为540 Hz、电压峰峰值V为70 V时,步进距离为32μm,步进速度16.9 mm/s;该电机可兼顾低频高分辨率和高频高速输出以实现跨尺度工作。