摘要：双螺旋点扩展函数具有随离焦连续旋转变化的特性,结合单分子定位方法可用于厚样品三维超分辨成像及分子定位追踪研究.但双螺旋点扩展函数不足之处是光能利用率低,对于光子数受限的荧光显微成像而言其应用受限.本文通过对双螺旋点扩展函数在空域、频域和拉盖尔-高斯模式面等三个不同域中进行约束优化.模拟结果表明,优化后的双螺旋点扩展函数的光能效率提高了30多倍.同时,基于最优设计方案制备了相位片,并实验验证了该设计的正确性.与文献报道相比较,本文结果在成像深度和光能利用率方面都有所改善.

摘要：高光束质量、高功率稳定性激光器在激光加工、激光测量等领域具有广泛的用途.为了实现激光器腔内光斑聚焦同时减少色散和体积,人们常常将曲面反射镜用在激光谐振腔中,但光束倾斜入射到曲面反射镜往往会引起像散,从而导致光斑质量恶化,并降低激光器的性能.另一方面,在高功率激光器或超短脉冲激光器中,激光增益介质热透镜焦距的起伏,是导致激光输出功率波动的主要原因之一.针对激光器的像散和功率波动这两个问题,本文提出了一套简单高效的解决方案,在考虑像散补偿和热透镜效应的基础上,基于传播变换圆理论,首次提出一种可实现高光束质量、高功率稳定性激光器谐振腔的设计方法,并对采用该方法所设计出的超短脉冲激光器进行理论与实验研究.研究结果表明,利用该方法设计的激光谐振腔,两端臂像散能够完全被补偿,实验上实现了基模高斯光束输出;当激光晶体热透镜焦距改变时,该方法所设计出的激光谐振腔内各关键位置光斑半径的变化,显著地小于普通谐振腔,在相同外界条件下,其输出激光功率稳定性明显优于普通激光器.

摘要：发展具有大轴向定位范围的单分子定位技术对于实现厚样品的超分辨成像具有重要的价值.基于波前编码技术,将变形多值纯相位光栅与双螺旋点扩散函数相位片相结合,提出一种可以通过空间光调制器实现的具有高衍射效率的新型全息相位片的设计方法.这种全息相位片可以将样品内多个层面的分子信息以双螺旋的形式成像在同一个探测面的不同位置,在无需扫描的情况下提高双螺旋点扩散函数工程的轴向定位范围和分辨率,解决活细胞内单分子定位和示踪技术中的大景深探测难题.数值模拟表明,设计的5×5全息相位片可以将样品内25个层面上的分子信息以双螺旋的形式成像在同一探测面上的不同位置,相邻两个层面的间隔为0.5μm,实现了轴向12μm的探测范围,证明了设计的可行性.

摘要：X射线光栅微分相衬成像对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势,尤其在癌症的早期诊断和轻元素材料及器件的无损检测等领域应用潜力巨大.大视场成像是影响该技术从实验室走向实际应用的重要因素.针对大视场成像的客观需求,基于菲涅耳衍射原理和光栅结构特征,建立了量化物理模型用于分析影响成像视场的因素,提出了实现大成像视场的有效途径,为未来大视场光栅微分相衬成像方法的设计和应用提供理论依据.

摘要：根据白光发光二极管(LED)发光光谱特点,通过分析蓝光光谱和由蓝光激发黄色荧光粉产生的黄光光谱的交点(即整个光谱的波谷点)特性,利用常规可见光光谱仪设计了一套基于光谱法的LED稳态热阻测量系统,采用正常的驱动电流通过一定的函数算法进行拟合,得到整体光谱波谷处归一化光谱强度与结温间敏感系数K和定标函数,再根据温升曲线可计算出任意工作状态下LED结温相对于基底的温升,并结合LED的热耗散功率从而得到LED的稳态热阻.本方法避免了类似正向压降法采用极小电流定标而需要高速数据采集模块和高速取样转换等模块导致的设备昂贵的缺点,从而降低了成本.最后采用本文设计的系统和美国Mentor Graphics公司的T3Ster仪器分别对多种LED进行测量并对结果进行了比较,发现稳态热阻最大偏离度仅为3.64%.表明本文设计的系统和方法在不需要昂贵设备的情况下便可以达到与Mentor Graphics公司的T3Ster仪器相仿的精度.本方法采用非传统式光谱法测量,具有可远程实时在线检测LED结温和低成本的特点,对LED封装结构没有任何限制,因此比Mentor Graphics公司T3Ster设备采用的电压法有更广的应用范围,具有一定的实用价值.

摘要：本文提出了一种基于光与多重散射介质相互作用的光学Hash函数构造方法.该方法创新性地利用多重散射介质对相干调制光的天然随机散射作用,实现了对调制光的“混淆”和“扩散”,从而满足了Hash函数的核心功能要求:高安全强度的单向编码/加密.所设计的光电混合系统能有效地模拟Hash函数中的“压缩函数”,结合具有特征提取功能的Sobel滤波器,能实现将任意长度的输入数据压缩并加密为固定长度为256 bit的输出(即Hash值).一系列仿真结果表明:该方法所构造的光学Hash函数具有良好的“雪崩效应”和“抗碰撞性”,其安全性能可比拟当前最为广泛使用的传统Hash函数(MD5和SHA-1).

摘要：受激辐射损耗(stimulated emission depletion,STED)显微技术通过巧妙的光学设计,利用纯光学的方法突破了光学衍射极限,空间分辨率达到纳米量级,并保留了荧光显微的许多优点.然而,高的损耗光强度限制了STED显微技术的广泛应用,尤其在活细胞成像方面.本文找到了一种新型的具有良好线粒体靶向性的STED探针,具有较强的抗光漂白特性和较低的饱和擦除光强度3.5 mW(1.1 MW·cm–2),利用该探针最高可获得62 nm的空间分辨率,为活细胞线粒体STED超分辨成像提供了新的手段.

摘要：为提高飞秒条纹相机的性能,设计了一种新型加速结构的条纹相机,它具有加速栅网和加速狭缝通道,平行平板电极结构。考虑实际惯性约束核聚变(ICF)实验中X射线入射Cs I光阴极,光电子能量弥散较大和空间电荷效应作用下,用蒙特卡罗方法抽样2000个光电子能量角度分布值,用四阶龙格-库塔法计算了电子在条纹相机中的飞行轨迹。在成像面上统计电子时空分布得到该条纹相机的时间和空间分辨特性,结果显示使用该加速结构的飞秒条纹相机空间分辨率达到21l lp/mm,时间分辨率达到508.4fs,对比传统平行平板相机,分别提高了90%和29%左右,性能提高明显。该新型条纹相机加速结构简单,具有实用性。

摘要：光锥阵列耦合数字X射线探测器是获得大面积高分辨率数字X射线成像的重要途径,但目前通常采用粘结固定的方式实现光锥阵列各小端面与对应图像传感器芯片之间的耦合.为克服粘结耦合方式的不足,设计并实现了一种可微调的非粘结2×2光锥阵列耦合数字X射线探测器.该方案能够在调节空间受光锥阵列结构和硬件电路板尺寸限制,特别是竖直方向板间距离仅40mm的情况下,通过独特设计的水平和竖直调节机构在同一个调节层上对四块数据采集板分别进行多维度调节.利用四块数据采集板与数据传输板相互分立的特点,设计了基于ARM+4FPGA的嵌入式以太网多CMOS芯片传输数据采集系统,所实现的X射线探测器成像面积达100mm×100mm,能够完成可微调的非粘结耦合和多CMOS芯片的图像数据采集.

摘要：设计研制一种用于宽量程扫描相机的大工作面积、高空间分辨像增强器,实现对扫描相机大面积输出图像的增强,用以解决输出图像与CCD记录系统的直接耦合匹配问题,克服了采用光纤光锥或透镜耦合到小面积像增强器时光能利用率太低的问题.对像增强器样管的实验测试结果表明,像增强器输入面积直径大于100 mm,输出图像直径30 mm,放大倍率为0.33.中心空间分辨率达30 lp/mm,边缘空间分辨率达25 lp/mm,几何畸变不大于10%.试验结果与理论设计吻合良好,性能指标满足设计要求.