本文關(guān)鍵詞：基于微偏振片陣列的實時偏振和相位信息測量技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微偏振片陣列是近年來國際研究熱點,其每相鄰2×2單元透偏振方向分別為0°,45°,90°和135°,單元尺寸與所要搭配使用的感光芯片像素單元尺寸一致。微偏振片陣列可以應(yīng)用于實時偏振測量和實時相移測量,在國防、安保、干涉計量以及三維成像等方面具有顯著的應(yīng)用前景。目前相關(guān)產(chǎn)品主要由美國和日本制造,處于壟斷地位,售價較高,而國內(nèi)沒有相應(yīng)產(chǎn)品與之抗衡。課題組在國內(nèi)率先開展了基于金屬納米光柵的微偏振片陣列的制備與應(yīng)用研究,主要包含以下幾個方面： 一.綜合分析了目前國際上已有的幾種微偏振片陣列(基于含碘化物薄膜、基于液晶材料和基于金屬納米光柵)的優(yōu)缺點,選擇穩(wěn)定性更好、偏振性能更優(yōu)、厚度更薄、應(yīng)用范圍更廣的基于金屬納米光柵的微偏振片陣列作為制備與研究方向,同時首次采用工藝更為簡單的電子束曝光技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的干涉曝光技術(shù)制備了大陣列的320×240的微偏振片陣列。陣列單元尺寸為7.4μm,微偏振片陣列整體無污染,單元無壞損,各個單元均滿足標準方形結(jié)構(gòu)。光柵周期140nm,占空比0.5,厚度70nm,柵線結(jié)構(gòu)平直,厚度均勻,滿足理想的矩形面型。 為了評估微偏振片陣列的性能,測量了微偏振片陣列對紅光、綠光、蘭青三個波段光的最大偏振透射率分別為75.74%,78.84%和78.01%,最大消光比分別為75.0,51.8和30.2,具有優(yōu)良的最大偏振透射率和消光比。 二.開展了微偏振片陣列應(yīng)用于實時偏振測量的研究工作。傳統(tǒng)的偏振測量技術(shù)需要采集四幅不同方向檢偏后的圖像,并對圖像進行處理,因此難以實現(xiàn)實時測量。微偏振片陣列每相鄰2×2單元透偏振方向分別為0°,45°,90°和135°,采集單幀圖像即可通過插值平均的方法獲得四幅不同方向檢偏的圖像,因此能夠?qū)崿F(xiàn)實時偏振測量。文中采用集成了微偏振片陣列的相機對偏振片盤和室外物體進行測量,不僅能夠獲得普通相機的圖像,而且可以實時獲得偏振度圖像和偏振角圖像,將偏振度高的物體從偏振度低的物體中突顯出來,同時能夠?qū)崟r反映出光滑物體表面的輪廓信息。 三.開展了微偏振片陣列應(yīng)用于實時相位測量的研究工作。將集成了微偏振片陣列的相機應(yīng)用于傳統(tǒng)的偏振相移法中,實現(xiàn)了實時相位測量,測得了動態(tài)平面波、球面波以及一種特殊的渦旋光束的相位分布,對于推動相移干涉計量以及渦旋光束的研究具有重要意義。另外,作者在對微偏振片陣列與相移技術(shù)研究基礎(chǔ)上,提出了波片相移法和波片陣列結(jié)構(gòu),并給出了波片陣列的可行性制備方法,從理論上證實了該方法能夠?qū)崟r測量物光波相位,可代替微偏振片陣列,使得成本大大降低。 另外,作者在研究生期間還從事了其他方面的研究,包含如下： 一.頰窩蛇紅外成像仿生研究。通過對蛇的頰窩進行解剖,觀測到頰窩膜與生物組織由內(nèi)腔空氣相隔,是一種無基底結(jié)構(gòu)。采用有限元分析模擬顯示,頰窩膜的這種無基底結(jié)構(gòu)在溫升上可達到有基底結(jié)構(gòu)的幾十倍,但同時犧牲了反差再現(xiàn)能力。受到頰窩無基底結(jié)構(gòu)的啟示,課題組將這種獨特的無基底結(jié)構(gòu)引入到紅外探測焦平面陣列(FPA)設(shè)計上,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有基底結(jié)構(gòu)FPA。采用微加工工藝制備了無基底FPA,并搭建了基于刀口濾波的光學(xué)讀出紅外成像平臺,分別獲得了無基底FPA置于空氣和真空環(huán)境下人體紅外像,實現(xiàn)了基于頰窩的無基底結(jié)構(gòu)紅外仿生成像。 針對光學(xué)讀出非制冷紅外成像技術(shù),本文提出基于刀口濾波的偏振光學(xué)讀出系統(tǒng),消除了CCD接收到的經(jīng)光學(xué)元件表面反射形成的雜散光。理論分析表明,利用偏振光原理,雜散光不能到達CCD靶面,FPA像的平均灰度提高了50%,NETD值降低到原來的67%。實驗結(jié)果表明NETD值降低到65%,與理論分析值一致,紅外成像性能明顯優(yōu)化。 二.開展了氣溶膠顆粒光俘獲的研究,分別采用球差透鏡和毛玻璃形成用以束縛吸光性顆粒的光陷阱,實現(xiàn)了對大量吸光性顆粒的捕獲。另外,采用紅外顯微鏡觀察被捕獲顆粒的紅外圖像,證實了被捕獲顆粒的溫升現(xiàn)象,為光泳力理論提供了實驗依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：微偏振片陣列 電子束曝光 偏振測量 相移 紅外成像 光鑷
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O436.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 目錄10-13
• 第一章 緒論13-33
• 1.1 引言13-19
• 1.1.1 微偏振片陣列簡介13-14
• 1.1.2 微偏振片陣列在實時偏振測量中的應(yīng)用14-16
• 1.1.3 微偏振片陣列在實時相位測量中的應(yīng)用16-19
• 1.2 研究現(xiàn)狀19-31
• 1.2.1 基于含碘化物聚乙烯醇薄膜的微偏振片陣列19-23
• 1.2.2 基于液晶材料的微偏振片陣列23-26
• 1.2.3 基于金屬納米光柵的微偏振片陣列26-30
• 1.2.4 已有制備方法比較30
• 1.2.5 相關(guān)產(chǎn)品30-31
• 1.3 本論文的主要工作31-33
• 第二章 微偏振片陣列的制備與集成33-43
• 2.1 引言33-34
• 2.2 微偏振片陣列的制備34-40
• 2.2.1 微偏振片陣列的參數(shù)設(shè)計34
• 2.2.2 微偏振片陣列的制備工藝34-35
• 2.2.3 微偏振片陣列的顯微觀測35-38
• 2.2.4 微偏振片陣列的性能測試38-40
• 2.3 微偏振片陣列的集成40
• 2.4 本章小結(jié)40-43
• 第三章 微偏振片陣列應(yīng)用于實時偏振測量43-47
• 3.1 原理43
• 3.2 偏振測量應(yīng)用43-46
• 3.2.1 偏振片盤43-45
• 3.2.2 室外物體45-46
• 3.3 本章小結(jié)46-47
• 第四章 微偏振片陣列應(yīng)用于實時相位測量47-65
• 4.1 原理47-48
• 4.2 相位測量實例48-55
• 4.2.1 平面波相位測量48-49
• 4.2.2 球面波相位測量49-50
• 4.2.3 動態(tài)平面波相位測量50-51
• 4.2.4 渦旋相位測量51-55
• 4.3 波片相移法及波片陣列55-64
• 4.3.1 波片相移法55-60
• 4.3.2 波片陣列及可行性制備方法60-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 第五章 其他研究生期間工作65-97
• 5.1 基于頰窩蛇的紅外仿生成像技術(shù)65-85
• 5.1.1 蛇仿生改進紅外芯片設(shè)計65-79
• 5.1.2 光學(xué)讀出紅外成像系統(tǒng)改進79-85
• 5.2 光鑷85-94
• 5.2.1 球差透鏡形成光陷阱85-89
• 5.2.2 空間散斑場形成光陷阱89-94
• 5.3 本章小結(jié)94-97
• 第六章 總結(jié)與展望97-99
• 6.1 本文工作總結(jié)97-98
• 6.2 本文工作展望98-99
• 參考文獻99-107
• 致謝107-109
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果109-110

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：408403