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基于光栅+傅里叶光谱的宽波段大角度光谱椭偏技术研究
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作者 张瑞 白沁 +4 位作者 徐承雨 王赛飞 孔泉慧子 薛鹏 王志斌 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第10期2930-2934,共5页
随着半导体、光电子技术的快速发展,紫外到中红外不同波段的薄膜材料被广泛应用,而薄膜厚度、折射率、消光系数等参数的高精度测量是上述器件质量和性能提高的关键。而光谱椭偏技术是其检测的最佳手段。但现有光谱椭偏测量技术无法同时... 随着半导体、光电子技术的快速发展,紫外到中红外不同波段的薄膜材料被广泛应用,而薄膜厚度、折射率、消光系数等参数的高精度测量是上述器件质量和性能提高的关键。而光谱椭偏技术是其检测的最佳手段。但现有光谱椭偏测量技术无法同时实现紫外-可见-短波红外宽波段透反射多角度测量,为此提出一种基于光栅+傅里叶光谱的宽波段大角度光谱椭偏测量技术。紫外-短波红外波段UV-SWIR(192~2100 nm)采用光栅光谱椭偏技术,短波红外-中红外波段SWIR-MIR(2000~3200 nm)采用傅里叶光谱椭偏技术,两个波段核心是探测光谱方式和位置不同,UV-SWIR波段的光栅光谱测量在检偏臂后端,SWIR-MIR波段的傅里叶干涉在起偏臂前端。为实现大角度测量,整个系统采用卧式旋转方式,两个波段起偏固定不动,检偏臂和样品台可大角度旋转,实现192~3200 nm宽波段、15°~90°大角度光谱椭偏系统集成。搭建原理样机,对Si基底上不同薄膜材料、不同厚度、不同膜层样片进行测量,其中用SiO_(2)-Si(薄膜为电介质)、ZnO-Si(薄膜为半导体)、PI-Si(薄膜为聚合物)、Si_(3)N_(4)-Al_(2)O_(3)-Si(电介质双层膜)、Au-SiO_(2)-Si(金属电介质双层膜)进行实验验证,并分别对样片穆勒矩阵M_(S)中的N=cos2Ψ、C=sin2ΨcosΔ和S=sin2ΨsinΔ与波长的关系进行测量,进而获得光谱椭偏参数Ψ和Δ,结合光谱椭偏理论拟合反演得到样片薄膜厚度。为验证该方法和系统的重复测量精度,对上述样片各进行30次重复测量实验。实验结果表明,该宽波段光谱椭偏系统的薄膜厚度测量精度优于0.7 nm,厚度重复性测量精度可达0.04 nm。该光谱椭偏测量技术可根据不同材料选择最优的光谱波段,进而提高其对更广泛材料类参数的测量精度,因此在高精度、宽波段、大角度薄膜椭偏测量领域具有重要的应用前景。 展开更多
关键词 光谱椭偏 宽波段 大视场 光栅及傅里叶光谱
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基于投影分割的激光告警光斑中心快速提取算法
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作者 武振涛 张瑞 +5 位作者 李文越 畅彦祥 王亚祺 杨帅 薛鹏 王志斌 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第6期1170-1178,共9页
针对现有激光告警系统中因数据处理不及时导致漏警、响应速度慢的问题,提出了一种基于投影分割的光斑中心快速提取算法,根据衍射图像中各级光斑横向均匀分布的特点,提出先向坐标轴投影,再分别计算光斑中心坐标,实现快速提取的方法。将... 针对现有激光告警系统中因数据处理不及时导致漏警、响应速度慢的问题,提出了一种基于投影分割的光斑中心快速提取算法,根据衍射图像中各级光斑横向均匀分布的特点,提出先向坐标轴投影,再分别计算光斑中心坐标,实现快速提取的方法。将该算法部署到FPGA硬件系统,使告警系统能够在一帧图像传输周期内完成光斑中心坐标提取任务,提高了图像处理效率,进而实现高效告警。经实验证明,该算法光斑中心坐标提取最大误差为1个像素,告警系统响应时间为17.453 ms。该方法通过优化图像处理算法,缩短了告警设备响应时间,实现了对来袭激光快速、准确的告警。 展开更多
关键词 激光告警 投影分割 图像处理 FPGA
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基于FPGA的脉冲激光告警系统设计
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作者 张瑞 武振涛 +3 位作者 薛鹏 杨帅 徐承雨 王志斌 《激光杂志》 北大核心 2025年第6期29-35,共7页
针对脉冲激光被广泛应用于编码通信、精确制导、高功率毁伤等激光武器的情况,且目前缺少对脉冲激光威胁进行有效告警的措施,为此提出了一种基于FPGA的脉冲激光告警系统。通过增加积分时间在帧周期内的占比来提高脉冲捕获概率,采用图像... 针对脉冲激光被广泛应用于编码通信、精确制导、高功率毁伤等激光武器的情况,且目前缺少对脉冲激光威胁进行有效告警的措施,为此提出了一种基于FPGA的脉冲激光告警系统。通过增加积分时间在帧周期内的占比来提高脉冲捕获概率,采用图像差分提高信噪比,并快速提取光斑坐标,最后以查表的形式读出来袭激光的方位、俯仰角度。利用FPGA并行处理的优势,能保证对脉冲激光的实时响应。实验结果表明,该系统在220 mW@1064 nm激光器模拟输入的条件下,对脉冲宽度范围为100 ns~100μs的脉冲激光实现告警,测量角度误差小于0.3°,对单脉冲的捕获概率能达到97%,并能实现1064 nm、1313 nm、1550 nm等常用激光波长的识别。 展开更多
关键词 激光告警 脉冲激光 数据处理 FPGA
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用于旋光检测的高频率小延迟量弹光调制器设计
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作者 吕健宁 张瑞 +3 位作者 薛鹏 郭浩杰 徐承雨 王志斌 《应用光学》 北大核心 2025年第3期676-681,共6页
针对弹光调制器(photoelastic modulator,PEM)在高精度旋光检测中对小延迟量测量的需求,提出了一种旋光检测高频小延迟PEM方案。通过COMSOL(COMSOL multiphysics)有限元仿真模拟驻波模式下的谐振频率在120 kHz附近的PEM,进行振动模态分... 针对弹光调制器(photoelastic modulator,PEM)在高精度旋光检测中对小延迟量测量的需求,提出了一种旋光检测高频小延迟PEM方案。通过COMSOL(COMSOL multiphysics)有限元仿真模拟驻波模式下的谐振频率在120 kHz附近的PEM,进行振动模态分析和尺寸确定,并设计加工高频小延迟PEM样品。对PEM样品进行实验验证,通过FPGA(field programmable gate array)提取出1~4倍频信号幅值作为主要研究对象,实现了小延迟PEM相位延迟幅值的自动计算以及待测旋光角度测量。实验结果表明:测量系统的高频小延迟PEM频率达120.32 kHz,相位延迟幅值平均值为0.11 rad,重复性为0.000 7,相位延迟幅值较传统单PEM减小2.9倍,对微弱高精度旋光检测具有较大的现实意义。 展开更多
关键词 弹光调制 高频率 小延迟量 旋光检测
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基于差分进化算法的微秒级超高速椭偏测量研究
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作者 王赛飞 张瑞 +2 位作者 薛鹏 徐承雨 王志斌 《应用光学》 北大核心 2025年第4期859-867,共9页
针对传统机械旋转补偿器型椭偏测量时间分辨率低、稳定性较差等问题,提出一种基于差分进化算法的穆勒矩阵求解系统模型,在此基础上结合超高速弹光调制实现了全穆勒矩阵微秒级测量。首先,通过对双驱动弹光调制器(photoelasticmodulator,P... 针对传统机械旋转补偿器型椭偏测量时间分辨率低、稳定性较差等问题,提出一种基于差分进化算法的穆勒矩阵求解系统模型,在此基础上结合超高速弹光调制实现了全穆勒矩阵微秒级测量。首先,通过对双驱动弹光调制器(photoelasticmodulator,PEM)的工作模式展开研究,证明了在纯行波模式下,能够实现快轴方向的快速且周期性的旋转;然后,设计并加工了驱动频率分别为60kHz和100kHz的PEMs,构建了基于双驱动PEM的超高速椭偏测量模型,通过差分进化算法进行光强拟合,建立了穆勒矩阵求解系统模型,求解得到其光学周期在微秒级,对样品穆勒矩阵所有元素拟合的均方误差均小于0.001。 展开更多
关键词 弹光调制器 超高速快轴旋转 差分进化算法 穆勒矩阵
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弹光差频调制全Stokes矢量测量及修正方法研究
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作者 白沁 张瑞 +2 位作者 薛鹏 王志斌 孔泉慧子 《光电工程》 北大核心 2025年第5期25-32,共8页
为实现全Stokes矢量的高精度测量,提出一种双弹光调制器(photoelectric modulator,PEM)的互差频调制全Stokes矢量测量方法。利用两种不同频率的PEM对入射光进行差频调制,被测偏振矢量与PEM相位延迟幅值同时被调制在不同的差频分量中。... 为实现全Stokes矢量的高精度测量,提出一种双弹光调制器(photoelectric modulator,PEM)的互差频调制全Stokes矢量测量方法。利用两种不同频率的PEM对入射光进行差频调制,被测偏振矢量与PEM相位延迟幅值同时被调制在不同的差频分量中。通过奇次差频分量相除操作,可实时获得PEM相位延迟幅值。结合不同差频分量,精确获得被测光Stokes矢量。该方法可减小PEM测量系统中相位延迟幅值波动引入的误差。理论及实验分析结果显示,测得Stokes矢量方差在10^(-5)量级,该方法将对高精度偏振测量提供支撑。 展开更多
关键词 弹光差频调制 Stokes矢量 相位延迟幅值修正
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