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中国仪器仪表学会第十六届青年学术会议

作者：聂明明柳强陆富源付星巩马理清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室北京100084

依据传统理论,获得高峰值功率激光输出一般采用调Q技术,而调Q激光固有的特性是随着重复频率的增加,脉冲宽度也增加,脉冲稳定性变差,在固定重复频率下,脉冲时域参数不可控制。目前广泛使用的脉冲激光器输出的激光脉冲时间波形一般是固定... 详细信息

依据传统理论,获得高峰值功率激光输出一般采用调Q技术,而调Q激光固有的特性是随着重复频率的增加,脉冲宽度也增加,脉冲稳定性变差,在固定重复频率下,脉冲时域参数不可控制。目前广泛使用的脉冲激光器输出的激光脉冲时间波形一般是固定的,呈近高斯分布,脉冲宽度一般为数十纳秒(ns,即10-9秒)。脉冲波形不可调节,脉冲宽度在预定重复频率下也不可调节,这是由激光谐振腔和增益介质的物理相互作用决定的,这种特点制约了激光脉冲与物质之间相互作用的效果,甚至达不到预期的效果,这严重制约了脉冲激光的应用。

关键词：全固态激光器时域可编程高亮度光纤-固体混合放大

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光电子领域若干前沿技术

光电子领域若干前沿技术

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中国仪器仪表学会第十六届青年学术会议

作者：吉恩才柳强李沛霖付星巩马理清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室北京100084

近年来光电子技术迅速发展，光子学和光电子学领域的多项技术，己造福于人类，渗透到人们生活的每一个细节，并与各个科学技术与应用领域相互交叉。本文将从光电子的新兴领域与新兴进展和光电子领域的新兴材料与器件两个方面出发，介绍... 详细信息

近年来光电子技术迅速发展，光子学和光电子学领域的多项技术，己造福于人类，渗透到人们生活的每一个细节，并与各个科学技术与应用领域相互交叉。本文将从光电子的新兴领域与新兴进展和光电子领域的新兴材料与器件两个方面出发，介绍光子学和光电子学的研究内容、应用及其进展。

关键词：光电子学奇点光学自适应光学石墨烯太赫兹波

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液体冷却高功率固体激光技术

液体冷却高功率固体激光技术

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中国仪器仪表学会第十六届青年学术会议

作者：李沛霖柳强付星巩马理清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室北京100084

建立了研究液体流场对激光光束质量影响的理论分析方法。我们采用数值计算的方法，分析了液体直接冷却薄片激光器中液体流场引入的波前畸变。采用大涡模拟模型，计算出了湍流流场的瞬时温度场及压强场，并发现波前畸变主要由温度场分布... 详细信息

建立了研究液体流场对激光光束质量影响的理论分析方法。我们采用数值计算的方法，分析了液体直接冷却薄片激光器中液体流场引入的波前畸变。采用大涡模拟模型，计算出了湍流流场的瞬时温度场及压强场，并发现波前畸变主要由温度场分布决定。通过在变折射率液体流场中沿光线传播方向做光程积分，获得了不同时刻的二位波前畸变分布。计算结果表明，波前畸变主要发生在热边界层内，因为这里的温度梯度较大。计算结果还定量给出了两个基本规律，减小激光材料的产热和提高冷却液流速可以减小波前畸变。此外还对雷诺平均RNG k-ε模型和大涡模拟模型的仿真结果做了对比，表明大涡模拟模型可以更好地描述时间上随机产生的湍流漩涡结构，可以更好地反应出湍流漩涡对波前畸变的作用。

关键词：液体冷却大孔径薄片激光高功率

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实现FTIR光谱仪动镜扫描的全数字控制研究

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光谱学与光谱分析 2013年第8期33卷 2263-2266页

作者：任利兵杨宏雷尉昊赟李岩清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

动镜扫描是导致FTIR光谱仪动态测量误差的主要因素,其运动的平稳性直接制约着测量光谱的信噪比,并影响到后续光谱定性定量分析的精度,对FTIR光谱仪整体性能优劣有举足轻重的作用。针对传统基于模/数混合设计的动镜运动控制系统的复杂性... 详细信息

动镜扫描是导致FTIR光谱仪动态测量误差的主要因素,其运动的平稳性直接制约着测量光谱的信噪比,并影响到后续光谱定性定量分析的精度,对FTIR光谱仪整体性能优劣有举足轻重的作用。针对传统基于模/数混合设计的动镜运动控制系统的复杂性,研究了一种简洁实效的全数字控制方法,将动镜运动产生的正交编码信号A和B送入数字逻辑芯片CPLD,在该芯片内编写相应的位置和速度控制算法,生成两路PWM信号,再通过数字功率芯片驱动挂载动镜的音圈电机完成扫描。实验表明,该控制方法使动镜在匀速阶段的速度平均稳定性优于97.2%,可显著提高测量光谱信噪比,为FTIR光谱仪高精度定量分析提供保障。

关键词： FTIR光谱仪速度稳定性全数字控制音圈电机

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一种基于数值分析的矩形离子阱仿真优化方法

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分析化学 2013年第10期41卷 1577-1581页

作者：陈一唐飞王晓浩清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室

提出了一种对矩形离子阱进行仿真设计和优化的方法。该方法以数值分析为基础,对离子在矩形离子阱中的运动进行分析,得到相应的离子运动二阶微分方程。然后使用数值分析的Runge-Kutta法,对此二阶微分方程进行求解,可以得到理想状态下离... 详细信息

提出了一种对矩形离子阱进行仿真设计和优化的方法。该方法以数值分析为基础,对离子在矩形离子阱中的运动进行分析,得到相应的离子运动二阶微分方程。然后使用数值分析的Runge-Kutta法,对此二阶微分方程进行求解,可以得到理想状态下离子在离子阱中稳定的条件,从而完成对矩形离子阱的设计和优化。采用本方法,设计并优化了一种矩形离子阱,质量范围最大为260 amu/e,使用乙醇作为目标样品,紫外灯源作为离子源,法拉第筒作为检测器,对该矩形离子阱进行了质谱实验,成功得到了质谱结果,验证了所提出的数值分析仿真优化方法的实用性和正确性。本方法简单易行,便于修改,针对性强,可对多个参数使用循环遍历的方式来寻找最优值,特别适用于对未知结构或参数的探索研究。以此方法为基础可开发离子运动仿真软件,有很好的应用前景。

关键词：矩形离子阱数值分析仿真优化质谱

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疏水网覆盖的开放微管道中的液体输运

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光学精密工程 2013年第8期21卷 1988-1994页

作者：马增帅叶雄英商院芳杜敏清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

考虑完全开放的微管道中液体输运不稳定,不利于生物气溶胶采样和监测的自动化集成,本文提出了用覆盖有疏水网的开放微管道来实现液体的可靠输运。通过理论分析得到了该微管道液体输运特性的估计公式,并用水作为试验介质对其输运特性进... 详细信息

考虑完全开放的微管道中液体输运不稳定,不利于生物气溶胶采样和监测的自动化集成,本文提出了用覆盖有疏水网的开放微管道来实现液体的可靠输运。通过理论分析得到了该微管道液体输运特性的估计公式,并用水作为试验介质对其输运特性进行了实验分析。分析实验显示,开放微管道中液体输运的稳定性依赖于栅网特性、液体性质和流动速度、管道尺寸和表面特性。栅网表面疏水性越好,孔径越小,微管道中液体的最大许可压强就越大,液体输运就会越稳定。对于孔径50μm、表面涂覆有Teflon的栅网,最大许可压强可达2 000Pa。管道中的最大许可流速取决于管道尺寸和最大许可压强;对于较浅、较长的管道,最大许可流速较小。当液体流过干的疏水管道时,液体的表面张力会阻碍流动,管道截面尺寸越小,表面张力的阻碍效果越明显。

关键词：微流体开放微管道液体输运疏水网表面张力

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基于飞秒光频梳的压电陶瓷闭环位移控制系统

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物理学报 2013年第7期62卷 109-114页

作者：朱敏昊吴学健尉昊赟张丽琼张继涛李岩清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

利用飞秒光频梳、外腔可调谐半导体激光器和法布里-珀罗干涉仪建立了一套压电陶瓷亚纳米级闭环位移控制系统.将可调谐半导体激光器锁定至光频梳,通过精确调谐光频梳的重复频率,实现了半导体激光器在其工作频率范围内的精密调谐.利用Poun... 详细信息

利用飞秒光频梳、外腔可调谐半导体激光器和法布里-珀罗干涉仪建立了一套压电陶瓷亚纳米级闭环位移控制系统.将可调谐半导体激光器锁定至光频梳,通过精确调谐光频梳的重复频率,实现了半导体激光器在其工作频率范围内的精密调谐.利用Pound-Drever-Hall锁定技术将带有压电陶瓷的法布里-珀罗腔锁定至半导体激光器,进而通过频率发生系统控制压电陶瓷产生亚纳米级分辨率的位移.实验研究发现锁定至光频梳后可调谐半导体激光器1s的Allan标准偏差为1.68×10_(-12),将其在30.9496GHz范围内进行连续闭环调谐,可获得压电陶瓷的位移行程约为4.8μm;以3.75Hz的步长扫描光频梳的重复频率,实现了压电陶瓷的450pm闭环位移分辨率并测定了压电陶瓷的磁滞特性曲线.该系统不存在非线性测量误差,且激光频率及压电陶瓷位移均溯源至铷钟频率源.

关键词：光频梳压电陶瓷法布里-珀罗腔可调谐半导体激光器

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激光测距系统整形模块和低通滤波模块优化设计

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光学精密工程 2013年第10期21卷 2527-2534页

作者：尤政杨冉张高飞薛旭峰叶良琛清华大学精密仪器系北京100084 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

由于减小相位式激光测距系统的鉴相误差可提高测距精度,本文对鉴相器前置整形模块和后置滤波模块进行了优化设计,以提高鉴相精度。针对整形模块,引入了迟滞比较器,克服了传统开环比较电路在实际噪声条件下存在的多重触发缺陷,解决了鉴... 详细信息

由于减小相位式激光测距系统的鉴相误差可提高测距精度,本文对鉴相器前置整形模块和后置滤波模块进行了优化设计,以提高鉴相精度。针对整形模块,引入了迟滞比较器,克服了传统开环比较电路在实际噪声条件下存在的多重触发缺陷,解决了鉴相器输出方波高电平宽度不稳定的问题。针对滤波模块,介绍了基于MC4044鉴相芯片的两种典型放大/滤波电路及其缺陷,使用FilterPro软件设计了4阶有源低通滤波器,并说明了它相对于典型设计的优势。实验结果表明:相比于开环比较器,本文设计的迟滞比较器避免了接地(GND)噪声引起的多重跳变现象,输出方波的上升沿时间由1.66μs下降为108ns;与基于MC4044的两种典型放大/滤波模块设计相比,本文设计的低通滤波电路克服了输出DC电平值非线性变化的缺陷线性度(R2)值由0.908 3提高至0.999 9)和灵敏度较低的缺陷(转化增益常量提高了96.5%),而输出DC电平上的干扰信号峰峰值则由50～230mV下降至10～20mV,有效减少了后级的A/D采样误差,提高了鉴相精度。

关键词：激光测距系统鉴相精度迟滞比较器整形模块放大滤波模块

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基于改进的无迹卡尔曼滤波确定视线感知相对状态

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光学精密工程 2013年第4期21卷 1032-1039页

作者：王晓初尤政赵开春清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室

基于视线传感器原理,研究了如何确定摄动作用下两颗卫星间相对状态的问题。采用VISNAV传感器作为相对状态传感器,并应用一种改进滤波算法实现了问题求解。首先,考虑了两颗卫星间相对位置与相对姿态的运动方程及摄动作用的影响,给出了改... 详细信息

基于视线传感器原理,研究了如何确定摄动作用下两颗卫星间相对状态的问题。采用VISNAV传感器作为相对状态传感器,并应用一种改进滤波算法实现了问题求解。首先,考虑了两颗卫星间相对位置与相对姿态的运动方程及摄动作用的影响,给出了改进的离散系统方程及其误差协方差矩阵的取值方法,避免了复杂协方差矩阵的实时额外求解,降低了算法计算量及实施难度。最后,给出相应的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法并通过STK和MATLAB软件进行了数值仿真实验。分析表明,改进后的算法保证了收敛性,数值仿真及对比仿真验证了本文方法的可行性和有效性。在摄动因素作用的前提下,改进的方法能够在200m的相对距离内达到角秒级的相对姿态确定精度和毫米级的相对位置确定精度,完全可以满足近距离自由飞行卫星间的相对状态确定要求。

关键词：视线传感器相对状态确定摄动改进的无迹卡尔曼滤波

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利用变偏振光谱技术实现显微成像深度选择

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光谱学与光谱分析 2013年第11期33卷 2891-2894页

作者：冯煦孙利群章恩耀清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

在正交偏振光谱（OPS）微循环成像系统的基础上，提出了通过改变信号光的偏振态来实现成像深度的选择。传统的OPS系统利用的是正交线偏振光，只能获得图像在某一断层的二维信息，但作者通过控制系统起、检偏单元椭圆偏振光的椭圆度，可... 详细信息

在正交偏振光谱（OPS）微循环成像系统的基础上，提出了通过改变信号光的偏振态来实现成像深度的选择。传统的OPS系统利用的是正交线偏振光，只能获得图像在某一断层的二维信息，但作者通过控制系统起、检偏单元椭圆偏振光的椭圆度，可以在不进行机械扫描的情况下将成像光束聚焦在不同的断层，从而获得不同深度处的组织信息。构建的变偏振光谱成像系统将光源发射光谱与红血球吸收光谱相匹配，可以实现微血管的探测，且具有较高的信噪比。对一块含标记物的猪肉脂肪进行实验，并通过图像处理得到了对比度与信号光偏振态间的定量关系。实验结果表明：椭圆度由0℃～45℃增大，即从线偏振光向圆偏振光转变的过程中，对比度逐渐增大，可探测到的最大深度增大。最后利用该系统，对裸鼠耳廓微血管进行了变偏振光谱测量实验，实验证明了控制偏振态可以实现对血管不同深度的探测，为微血管断层光谱成像提供了一种新的研究手段。

关键词：深度选择偏振控制 OPS(正交偏振光谱) 微循环

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