本文關(guān)鍵詞：基于微偏振片陣列的實(shí)時(shí)偏振和相位信息測(cè)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(lái)國(guó)際研究熱點(diǎn),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(shí)時(shí)偏振測(cè)量和實(shí)時(shí)相移測(cè)量,在國(guó)防、安保、干涉計(jì)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(guó)和日本制造,處于壟斷地位,售價(jià)較高,而國(guó)內(nèi)沒(méi)有相應(yīng)產(chǎn)品與之抗衡。課題組在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)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(gè)方面： 一.綜合分析了目前國(guó)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(diǎn),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(shí)首次采用工藝更為簡(jiǎn)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(wú)污染,單元無(wú)壞損,各個(gè)單元均滿足標(biāo)準(zhǔn)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(píng)估微偏振片陣列的性能,測(cè)量了微偏振片陣列對(duì)紅光、綠光、蘭青三個(gè)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(kāi)展了微偏振片陣列應(yīng)用于實(shí)時(shí)偏振測(cè)量的研究工作。傳統(tǒng)的偏振測(cè)量技術(shù)需要采集四幅不同方向檢偏后的圖像,并對(duì)圖像進(jìn)行處理,因此難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)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(guò)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(shí)時(shí)偏振測(cè)量。文中采用集成了微偏振片陣列的相機(jī)對(duì)偏振片盤(pán)和室外物體進(jìn)行測(cè)量,不僅能夠獲得普通相機(jī)的圖像,而且可以實(shí)時(shí)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(lái),同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)反映出光滑物體表面的輪廓信息。 三.開(kāi)展了微偏振片陣列應(yīng)用于實(shí)時(shí)相位測(cè)量的研究工作。將集成了微偏振片陣列的相機(jī)應(yīng)用于傳統(tǒng)的偏振相移法中,實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)相位測(cè)量,測(cè)得了動(dòng)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(duì)于推動(dòng)相移干涉計(jì)量以及渦旋光束的研究具有重要意義。另外,作者在對(duì)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(shí)了該方法能夠?qū)崟r(shí)測(cè)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(guò)對(duì)蛇的頰窩進(jìn)行解剖,觀測(cè)到頰窩膜與生物組織由內(nèi)腔空氣相隔,是一種無(wú)基底結(jié)構(gòu)。采用有限元分析模擬顯示,頰窩膜的這種無(wú)基底結(jié)構(gòu)在溫升上可達(dá)到有基底結(jié)構(gòu)的幾十倍,但同時(shí)犧牲了反差再現(xiàn)能力。受到頰窩無(wú)基底結(jié)構(gòu)的啟示,課題組將這種獨(dú)特的無(wú)基底結(jié)構(gòu)引入到紅外探測(cè)焦平面陣列(FPA)設(shè)計(jì)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(wú)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(tái),分別獲得了無(wú)基底FPA置于空氣和真空環(huán)境下人體紅外像,實(shí)現(xiàn)了基于頰窩的無(wú)基底結(jié)構(gòu)紅外仿生成像。 針對(duì)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(dá)CCD靶面,FPA像的平均灰度提高了50%,NETD值降低到原來(lái)的67%。實(shí)驗(yàn)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(kāi)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shí)了被捕獲顆粒的溫升現(xiàn)象,為光泳力理論提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：微偏振片陣列 電子束曝光 偏振測(cè)量 相移 紅外成像 光鑷
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：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(jiǎn)介13-14
• 1.1.2 微偏振片陣列在實(shí)時(shí)偏振測(cè)量中的應(yīng)用14-16
• 1.1.3 微偏振片陣列在實(shí)時(shí)相位測(cè)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(jì)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(cè)35-38
• 2.2.4 微偏振片陣列的性能測(cè)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(shí)時(shí)偏振測(cè)量43-47
• 3.1 原理43
• 3.2 偏振測(cè)量應(yīng)用43-46
• 3.2.1 偏振片盤(pán)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(shí)時(shí)相位測(cè)量47-65
• 4.1 原理47-48
• 4.2 相位測(cè)量實(shí)例48-55
• 4.2.1 平面波相位測(cè)量48-49
• 4.2.2 球面波相位測(cè)量49-50
• 4.2.3 動(dòng)態(tài)平面波相位測(cè)量50-51
• 4.2.4 渦旋相位測(cè)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(jìn)紅外芯片設(shè)計(jì)65-79
• 5.1.2 光學(xué)讀出紅外成像系統(tǒng)改進(jìn)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(chǎng)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(xiàn)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(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張娜,褚金奎,趙開(kāi)春,孟凡濤;基于嚴(yán)格耦合波理論的亞波長(zhǎng)金屬光柵偏振器設(shè)計(jì)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2006年05期

2 賀安之,閻大鵬,倪曉武,賴(lài)天樹(shù);三維溫度場(chǎng)的激光全息與干涉層析[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1988年06期

3 錢(qián)克矛,繆泓,伍小平;一種用于動(dòng)態(tài)過(guò)程測(cè)量的實(shí)時(shí)偏振相移方法[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2001年01期

4 孫劉杰;莊松林;;雙隨機(jī)相位加密全息標(biāo)識(shí)防偽技術(shù)研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2007年01期

5 李喜德，林衛(wèi)星，，伍小平;相移干涉計(jì)量中相移器的同光路自動(dòng)標(biāo)定[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1994年09期

6 成鐸,郝志琦,王淑巖,豐善,王國(guó)志;電子學(xué)全息法再現(xiàn)三維物場(chǎng)[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1997年05期

7 周燦林,亢一瀾;數(shù)字全息干涉法用于變形測(cè)量[J];光子學(xué)報(bào);2004年02期

8 孟凡濤;褚金奎;韓志濤;郭慶;;面形誤差對(duì)亞波長(zhǎng)金屬光柵偏振器性能的影響[J];光子學(xué)報(bào);2009年04期

9 李寶軍;辛洪寶;張W

本文編號(hào)：408403