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激光与光电子学进展 2025年

作者：孙伯文张力温积森沈小明刘天棋匡翠方刘旭浙江大学杭州国际科创中心极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室

微纳光学器件能够实现空间光场多维度的精准操控，其高分辨率、小体积、短作用距离和高集成度等优势克服了传统光学折射器件的限制，具有广阔的应用前景。然而，随着市场化需求指标的不断提升，特别是当微纳光学器件的尺寸扩展到毫米级... 详细信息

微纳光学器件能够实现空间光场多维度的精准操控，其高分辨率、小体积、短作用距离和高集成度等优势克服了传统光学折射器件的限制，具有广阔的应用前景。然而，随着市场化需求指标的不断提升，特别是当微纳光学器件的尺寸扩展到毫米级别以上时，其与微/纳米级特征尺寸之间的制造矛盾问题愈发突出，对微纳加工技术提出了更为严苛的大面积、高精度加工要求。针对这一挑战，本文详细介绍了微纳加工领域的一项关键技术—光刻技术在微纳光学器件制造中的应用情况，梳理了不同光刻技术（包括紫外投影式光刻、接近式光刻、全息掩膜式光刻、纳米压印光刻、激光直写光刻、电子束直写光刻和聚焦离子束直写光刻）的发展历程，并阐述了它们的刻写原理和技术演化过程。结合多样化的微纳加工需求，本文指出了各类光刻技术的优劣势及面临的关键技术难题，并对未来如何利用光刻技术优化制备极端精度要求下的大尺寸微纳光学器件进行了展望。

关键词：微纳光学器件大尺寸制造技术光刻

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偏振型数字散斑干涉波片全场测量方法

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光学学报 2025年第1期45卷 150-158页

作者：高广鑫牛海莎吴思进匡翠方谢翟子北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京102206 浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310027

提出一种基于偏振型数字散斑干涉的波片全场相位延迟测量方法,通过分析不同偏振角度下的散斑干涉图来定位波片光轴方位角,应用空间载波相位提取和图像处理技术计算相位延迟,并以照明光场斜入射双折射模型补偿计算结果。实验结果表明,该... 详细信息

提出一种基于偏振型数字散斑干涉的波片全场相位延迟测量方法,通过分析不同偏振角度下的散斑干涉图来定位波片光轴方位角,应用空间载波相位提取和图像处理技术计算相位延迟,并以照明光场斜入射双折射模型补偿计算结果。实验结果表明,该方法对波片全场光轴方位角的判定精度为1.0°,全场相位延迟测量理论分辨率为0.012 rad,被测四分之一波片的全场相位延迟分布在1.588~1.605 rad范围内,满足波片全场快速测量需求。

关键词：双折射数字散斑干涉偏振敏感空间载波斜入射

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面向大口径光学元件面形检测的点衍射瞬态干涉仪设计

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光学学报 2025年第3期45卷 200-211页

作者：金乐龄王建曾大舟张亚军蒲伟罗茂卞殷旭匡翠方刘旭浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江大学杭州国际科创中心重庆嘉陵特种装备有限公司

面向大口径凹面和凸面的光学面形干涉检测，对干涉系统的数值孔径和精度提出了更高的要求。同时，干涉腔较长导致时间移相容易受到环境气流、振动等因素扰动。提出了一种面向大口径光学元件面形检测的瞬态干涉仪。首先结合双光纤和针孔... 详细信息

面向大口径凹面和凸面的光学面形干涉检测，对干涉系统的数值孔径和精度提出了更高的要求。同时，干涉腔较长导致时间移相容易受到环境气流、振动等因素扰动。提出了一种面向大口径光学元件面形检测的瞬态干涉仪。首先结合双光纤和针孔衍射方法，通过45°放置的针孔板，同时产生数值孔径NA=0.5的参考光和测试光。基于空间偏振同步相移方法，利用偏振阵列相机同时获得4幅不同相移量的干涉图像，对单次采集的4幅瞬时干涉图像进行处理，便可直接获得被测面形信息。各项设计数据表明，设计出了具有16 mm-1面形误差检测能力、NA=0.5的中低频瞬态点衍射干涉系统。最后，结合Hindle球，将凸面问题转化为凹面问题，以达到大口径凸球面的测量目的。

关键词：光学设计干涉测量点衍射干涉仪偏振移相仪器传递函数

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中国光学十大进展：大尺寸微纳光学器件制造技术（特邀）

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激光与光电子学进展 2025年第7期 11-29页

微纳光学器件能够实现空间光场多维度的精准操控，其高分辨率、小体积、短作用距离和高集成度等优势克服了传统光学折射器件的限制，具有广阔的应用前景。然而，随着市场化需求指标的不断提升，特别是当微纳光学器件的尺寸扩展到毫米级别以上时，其与微/纳米级特征尺寸之间的制造矛盾问题愈发突出，对微纳加工技术提出了更为严苛的大面积、高精度加工要求。针对这一挑战，本文详细介绍了微纳加工领域的一项关键技术——光刻技术在微纳光学器件制造中的应用情况，梳理了不同光刻技术（包括紫外投影式光刻、接近式光刻、全息掩模式光刻、纳米压印光刻、激光直写光刻、电子束直写光刻和聚焦离子束直写光刻）的发展历程，并阐述了它们的刻写原理和技术演化过程。结合多样化的微纳加工需求，本文指出了各类光刻技术的优劣势及面临的关键技术难题，并对未来如何利用光刻技术优化制备极端精度要求下的大尺寸微纳光学器件进行了展望。

关键词：微纳光学器件大尺寸制造技术光刻

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高通量激光纳米直写技术

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光学学报 2022年第17期42卷 302-310页

作者：刘旭匡翠方浙江大学现代光学仪器国家重点实验室之江实验室

激光直写技术因具有灵活的三维微纳结构加工制造能力，在工业以及各个科学领域中得到广泛应用，但要进入亚100 nm乃至亚50 nm尺度，实现高通量的三维纳米制造还是当前的技术难题。而这在后摩尔时代光电混合集成与多层堆叠集成高度发展... 详细信息

激光直写技术因具有灵活的三维微纳结构加工制造能力，在工业以及各个科学领域中得到广泛应用，但要进入亚100 nm乃至亚50 nm尺度，实现高通量的三维纳米制造还是当前的技术难题。而这在后摩尔时代光电混合集成与多层堆叠集成高度发展的今天显得极为重要。从光学成像的角度，这个问题的核心就是要获得大视场和高分辨信息，即信息带宽积的最大化，在激光直写技术中，就是要实现高通量和高分辨刻写。本文将论述激光直写技术的发展，介绍本课题组在高通量激光纳米直写方向的研究进展。

关键词：激光器光刻激光物质相互作用微纳制备

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差分补偿光线漂移的准直方法

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光电子．激光 2011年第4期22卷 597-599页

作者：匡翠方郝翔王婷婷浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

在长距离直线度、同轴度测量时,光线漂移是影响激光准直精度的最主要因素。本文提出了一种差分补偿光线漂移的方法。分光器用作位置敏感器件,利用两个四象限探测器分别探测分光器的第一次反射光和通过猫眼逆向反射再经过分光器的第二次... 详细信息

在长距离直线度、同轴度测量时,光线漂移是影响激光准直精度的最主要因素。本文提出了一种差分补偿光线漂移的方法。分光器用作位置敏感器件,利用两个四象限探测器分别探测分光器的第一次反射光和通过猫眼逆向反射再经过分光器的第二次反射光,最后利用差分方式消除光束漂移对光线基准的影响。实验结果表明：在8-18 m的距离范围内,漂移误差补偿效果为35.0-57.0%之间。

关键词：差分补偿光线漂移激光准直激光测量

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共聚焦荧光寿命显微系统

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光电子．激光 2012年第8期23卷 1472-1477页

作者：顾兆泰匡翠方郑臻荣刘旭浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

提出一种集成了激光扫描共聚焦显微术和荧光寿命测量技术的共聚焦荧光寿命显微系统,用于观察生物细胞等样品微观结构以及对环境条件信息成像。通过配合使用空心角锥棱镜和平面反射镜简化光路调整,成功搭建系统。实验结果显示,系统的空... 详细信息

提出一种集成了激光扫描共聚焦显微术和荧光寿命测量技术的共聚焦荧光寿命显微系统,用于观察生物细胞等样品微观结构以及对环境条件信息成像。通过配合使用空心角锥棱镜和平面反射镜简化光路调整,成功搭建系统。实验结果显示,系统的空间分辨率能达到约180nm,荧光寿命时间分辨率达到约20ps。本文系统能为生物细胞学、材料学等学科研究提供直观途径。

关键词：荧光寿命共聚焦时间相关单光子计数

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基于时间相关单光子计数的离线式g-STED超分辨显微术

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中国激光 2013年第1期40卷 121-125页

作者：郝翔匡翠方顾兆泰李帅刘旭浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

提出了一种离线式基于时间门的荧光受激发射损耗(g-STED)显微方法。基于在强光照条件下荧光寿命缩短的理论模型,在常规STED架构基础上,使用时间相关单光子记数(TCSPC)算法获取图像的荧光寿命信息,离线设置合理的时间门阈值,丢弃短寿命... 详细信息

提出了一种离线式基于时间门的荧光受激发射损耗(g-STED)显微方法。基于在强光照条件下荧光寿命缩短的理论模型,在常规STED架构基础上,使用时间相关单光子记数(TCSPC)算法获取图像的荧光寿命信息,离线设置合理的时间门阈值,丢弃短寿命信号数据,对荧光信号有效点扩展函数(PSF)进行压缩,达到超分辨显微的目的。与传统STED显微术相比,此方法所需光功率大幅度降低,减少了荧光漂白及光毒性;离线式处理则同时增加了时间门设置的灵活性。在实验中,使用45mW的连续STED光,最终获取了约80nm的图像空间分辨率。进一步对时间门的设置对获取图像信号的分辨率和信噪比的影响进行了讨论。

关键词：显微荧光寿命成像时间相关单光子记数算法时间门荧光受激发射损耗显微

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激光多自由度同时测量方法的研究

激光多自由度同时测量方法的研究

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作者：匡翠方北京交通大学

学位级别：博士

进入21世纪，竞争日益激烈，产品的高性能、微型化、低成本要求使机械加工的精密化被提到了各国的重大发展决策上，而机械加工行业中必不可少的关键环节—数控机床和加工中心几何位置精度的检测是保证加工精度、产品质量及提高生产率的... 详细信息

进入21世纪，竞争日益激烈，产品的高性能、微型化、低成本要求使机械加工的精密化被提到了各国的重大发展决策上，而机械加工行业中必不可少的关键环节—数控机床和加工中心几何位置精度的检测是保证加工精度、产品质量及提高生产率的重要手段。特别是在连续加工生产的环境下，为了不影响生产过程，把检测时间压缩到最短是非常必要的。一台典型的三轴加工中心，共有21项几何误差参数需要按有关标准进行分步检测。现有成熟的技术主要是单参数测量，测量这21项几何误差需要使用不同类型的测量附件和重新调整仪器，所以机床整体检测费时费力，一般需要几天甚至一个星期的时间来完成。不仅测量周期十分烦琐和漫长，造成大量的人力和机时的浪费(因为检测时，机床不能加工零件)，而且测量精度受测量人员和测量环境(特别是测量温度)变化的影响较大。因此，研究机床加工设备的快速检测方法和技术，特别是研究多自由度同时测量方法与技术己成为国内外机械制造及仪器仪表等众多行业共同关注的问题，也是目前未能很好解决的测量难题之一。\n 激光多自由度同时测量是利用稳定的激光作为测量参考基准，对直线运动体的三个线位移量(位移和二个方向的直线度)和三个转动量(偏摆、俯仰和滚转)的同时测量。针对这一测量问题，本论文在综合分析国内外相关研究的基础上，分别研究了直线度、滚转角、俯仰角与偏摆等误差的光学测量方法，着重研究了多自由度同时测量方法，构建了几种不同的多自由同时测量系统，进行了各种实验研究，验证了提出的测量方法和研制的系统的有效性。\n 概括起来，本学位论文主要的创新性成果有：\n 1.提出了两种提高直线度误差分辨率的光学测量方法，在此基础上提出了一种利用准直和干涉技术的多自由度同时测量方法，搭建了相对应的系统。\n 2.提出了一种基于偏振的滚转角误差测量方法，在此基础上提出了一种利用半导体激光单模光纤准直和偏振技术进行多自由度同时测量的方法，搭建了相对应的系统，分析其中的误差窜扰与补偿问题。\n 3.

关键词：多自由度误差同时测量定位误差直线度俯仰角偏摆角滚转角激光测量

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基于压缩感知的荧光显微多光谱成像

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中国激光 2013年第12期40卷 118-122页

作者：王金成匡翠方王轶凡刘旭浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

将压缩感知(CS)理论应用于荧光显微成像,设计搭建了一套新型的显微成像系统。使用液晶光阀实现待测图像到随机光斑的线性投影,以单点探测进行荧光信号采集,结合CS信号重构理论得到样品图像。采样数远低于Nyquist-Shannon定理要求的次数... 详细信息

将压缩感知(CS)理论应用于荧光显微成像,设计搭建了一套新型的显微成像系统。使用液晶光阀实现待测图像到随机光斑的线性投影,以单点探测进行荧光信号采集,结合CS信号重构理论得到样品图像。采样数远低于Nyquist-Shannon定理要求的次数,成像过程无需扫描,系统结构简单。相对于传统的更换滤光片和光栅扫描成像的光谱成像模式,该系统仅需使用光谱仪采集信号、对光谱分波段计算即可得到荧光样品的多光谱图像。荧光显微成像过程中存在荧光衰减的影响,实验中对数据进行强度归一化预处理,结果表明该处理方法有效消除了荧光衰减对图像重构的影响。

关键词：显微光谱成像压缩感知强度归一化

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