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2025(6):10-28 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.01
Abstract:
介绍了基于孤子微腔光梳的精密测距技术基本原理及其在芯片级集成、高精度与高速度等方面的优势。阐述了微腔单光梳线性调频连续波、混沌测距、色散干涉与合成波长法，以及双光梳测距的原理与实现方法。探讨了重复频率锁定、频率扫描和并行成像等发展路径。指出该领域研究已从原理性验证迈向性能优化与实用化探索的新阶段。提出未来技术演进将趋向系统级光电全集成、多功能可重构与跨领域深度融合，推动芯片级精密激光雷达在车载感知、工业计量、空间探测等场景的规模化应用。
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2025(6):29-40 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.02
Abstract:
为解决工业高速视觉测量领域中提取微小光斑中心时存在的精度下降和计算延迟问题，提出一种面向小尺寸光斑的高速实时光斑定位方法。在现场可编程逻辑门阵列中设计并构建基于滑动窗口亮度一致性的感兴趣区域提取算法，提升检测速度。设置距离加权最小二乘拟合法和基于信噪比的自适应权重调节机制相结合的微小光斑中心提取算法，提升微小光斑在光照变化和噪声条件下的定位鲁棒性，实现快速且高精度的小尺寸光斑中心定位。实验结果表明：利用该方法进行小尺寸光斑提取时，光斑中心定位误差不超过0.05 pixels，帧率达160 帧 / 秒，相较传统方法处理速度明显提升。该方法能够有效满足工业高速视觉测量领域的微小光斑中心高精度实时定位需求。
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2025(6):41-49 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.03
Abstract:
为突破传统航天产品高成本、长周期的研制瓶颈，满足巨型卫星星座对空间光学载荷批量化制造的迫切需求，本研究团队采用模块化结构设计、工艺优化与自动化测试技术相结合的方法，研制了一种小F数（光学系统焦距 / 通光口径）与微小像元结合的马克苏托夫-卡塞格林式光学系统，通过镜头与焦面组件互换装配及自动化总装总测线集成，在500 km轨道高度可实现地面像元分辨力4.5 m、幅宽13.5 km × 13.5 km的成像能力，整机重量仅1.1 kg，使整体研制效率提升50%。该成果为微小型空间光学载荷的低成本、快速批量化生产提供了重要的技术支撑。
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杜强, 郝建海, 白金海, 胡栋, 王宇, 徐浩天, 张烨元
2025(6):50-64 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.04
Abstract:
介绍了里德堡原子超外差微波测量技术的物理原理与典型方法，阐述了其在灵敏度提升、相位测量及动态范围扩展等方面的研究进展，分析了该技术在航空装备应用中的潜在价值与当前局限，探讨了该技术体系从实验室迈向航空装备应用的发展脉络与关键技术挑战。指出该技术当前成熟度尚处于原理突破向装备集成的过渡阶段，提出该技术迈向航空装备应用应遵循核心单元芯片化集成、系统级环境适应性强化、面向任务的网络化协同感知三个阶段。为构建新一代高灵敏、分布式、智能化的航空微波测量体系提供了前瞻性技术路线图。
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2025(6):65-72 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.05
Abstract:
为准确且高效地调控Hg+微波原子钟探测时序，研发了一套高度集成化的自定义时序控制系统。该系统采用分层架构设计，通过上位机软件实现参数设定与时序配置下发，利用嵌入式软件实时解析接收的指令并生成高精度操作时序，最终驱动外围设备精确执行对应操作，实现时序逻辑的灵活配置与动态重构。实验结果表明：该系统生成的时序与理论设计时序一致，能够便捷高效地实现双共振探测、Rabi探测和Ramsey探测的时序调控。该系统为Hg+微波原子钟的集成化研究提供了可靠的时序控制解决方案。
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2025(6):73-85 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.06
Abstract:
O2、H2O对PdNi薄膜的氢气敏感性有较大影响，为了实现对电解水制氢、核电站储存、深海能源勘探等含氧高湿度环境中氢气浓度的监测，采用磁控溅射法、光刻及等离子刻蚀等方法制备PdNi薄膜氢传感器。通过调控PdNi薄膜中Ni含量、厚度，系统研究在O2、H2O干扰下Ni含量及厚度对PdNi薄膜氢传感器稳定性的影响；利用XRD、SEM、XPS等分析测试方法分别对PdNi薄膜结晶度、元素含量、元素价态等进行表征。实验结果表明：随着Ni含量升高，PdNi薄膜对氢气的响应受H2O和O2的影响越大，而增加膜厚可降低干扰但会削弱响应灵敏度。其中，Ni含量8.04%，厚24 nm的PdNi薄膜氢传感器虽受O2和H2O影响，但其响应曲线能在经历干扰后恢复至初始状态。该研究成果为开发应用于复杂环境下的氢传感器提供了重要支撑。
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2025(6):86-94 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.07
Abstract:
为满足气体介质条件下快响应K型热电偶响应时间常数的校准需求，研制基于气体温度阶跃法的热电偶响应时间常数校准装置。通过理论计算确定加热器功率、节流孔面积、喷嘴流量等关键参数，利用Ansys Fluent软件进行仿真以优化阶跃温度发生模块结构。提出基于动态压力同步监测的校准方法，以压力阶跃时刻为基准，规避非理想激励干扰，确保响应时间常数计算精准。利用基于气体温度阶跃法的热电偶响应时间常数校准装置进行试验，结果表明：该装置产生的气体温度阶跃幅值达到200 ℃以上，温度阶跃激励时间约为2.2 ms，能够有效实现不同偶丝直径的K型热电偶响应时间常数校准，具有重要工程应用价值。
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2025(6):95-104 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.08
Abstract:
为了解决垂直入射声响应模型在参数反演方法中的局限性，开展了基于无规则声入射的多孔参数反演研究。建立材料多孔参数与无规则入射吸声系数间的理论模型，利用仿真手段模拟多孔材料无规则入射声响应过程，以模拟测试吸声数据为参考，基于所建立的理论模型和遗传算法迭代反演多孔参数，并分析反演参数的精度与收敛性。结果表明：相关理论结果与仿真结果吻合良好，反演多孔参数的相对误差小于9.0%，相对标准差小于1 × 10-3，基于无规则声入射的多孔参数反演方法精度较高，反演多孔参数稳定收敛。本研究为多孔参数反演提供了新理论方法，具备良好的学术研究和工程应用前景。
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2025(6):105-115 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.09
Abstract:
为了提升复杂地貌区域数字高程模型（Digital Elevation Model， DEM）的构建质量与生产效率，提出一种融合高分辨力光学影像与合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar， SAR）干涉影像的多源DEM获取与融合方法。以无人机和卫星遥感系统为平台，构建多视角数据获取链路，分别生成光学影像DEM与干涉影像SAR-DEM，并引入基于纹理与结构特征的点云分类算法以及区域自适应权重估计模型，实现对多源高程数据的加权融合。融合过程中采用误差约束与接边控制策略，解决了地貌遮挡、数据空洞及高程跳变等典型难题。在森林、冰川、沙漠、城市和水体等典型地貌区域开展实验，结果表明：该方法具备高程恢复精度高和边界连续性好的特点，能够满足多种地貌类型的三维建模需求，其中丘陵地区的相对高程中误差仅为0.5 m。该研究成果为高分辨力地形测图、地貌演化监测及灾害预警等领域提供了稳定可靠的技术支撑，对推动遥感测绘的自动化与智能化具有重要意义。
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2025(6):116-127 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.10
Abstract:
为系统解决硬度自动化检测系统的测量系统分析（Measurement System Analysis， MSA）应用难题，阐述了其MSA的特殊性，指出传统重复性与再现性（Gage Repeatability and Reproducibility， GRR）方法在变异源识别与实验设计上的局限性。在此基础上，提出一种“过程解耦-混合GRR”实验策略，将硬度检测流程解耦为压痕生成（破坏性）与压痕测量（非破坏性）2个子过程，分别采用嵌套设计与交叉设计进行变异源分离与量化。通过构建双检测单元自动化平台，开展系统的MSA实验，运用方差分析法评估设备重复性、再现性及交互作用的影响。研究结果表明：所提出的方法能有效识别主导变异源，为硬度自动化检测系统的性能评估与优化提供了可行的分析框架，具有较强的工程适用性与推广价值。
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2025(6):128-140 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.11
Abstract:
为了准确评价机载传感器在自然环境长期、缓慢、综合累积作用下的计量性能，从机载传感器和自然环境的特性出发，对前期准备、试验方案、试验实施、结果分析和试验总结等方面的重要环节进行技术探讨，形成了一套相对通用的自然环境试验方法。通过自然环境试验，积累传感器计量指标变化的基础数据，为后续开展机载传感器计量性能的退化研究和计量周期研究提供支撑。
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2025(6):141-152 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.12
Abstract:
高超声速飞行器的研制及高温热防护技术均需准确的热流测量作为支撑，飞行器高速飞行时产生的剧烈气动加热以空气对流换热为主导，然而现有热流计在高温、高速极端服役环境下难以准确测量表面热载荷，导致测量准确度低，严重制约了热防护系统性能评估与材料研发。针对当前高温高速条件下热流计校准方法缺失这一问题，提出一种双平板瞬态校准方法。采用准确度更高的薄膜铂电阻传感器作为参考标准，将待校准的戈登热流计与之共同安装在位移弹射机构上，实现在气流条件下对戈登热流计的校准。基于研制的对流热流计量标准装置，在飞行马赫数0.3、100 ~ 300 ℃内开展校准试验。结果表明：该校准结果的相对扩展不确定度为4.2%（k = 2），且该方法能有效获得戈登热流计的对流热流灵敏系数。本文提出的双平板瞬态校准方法为高温高速的对流热流校准提供了新思路与新途径，显著提升了对流热流测量数据的可靠性，为高超声速飞行器研制及热防护系统热载荷的准确测量提供了有力技术支撑。
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王一达, 田青云, 陈勇, 孔祥雪, 马可欣, 王素杰, 史继源
2025(6):153-160 ,DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.13
Abstract:
传统测试设备难以满足高温环境下薄膜热电偶的高精度、高效静态温度测试需求，针对此问题，研发了一款具有大空间及精准控温功能的箱式炉。炉体采用分体式多层结构设计，可灵活拆卸侧部隔热构件以消除安装遮挡，满足不同形状薄膜热电偶的测试需求。利用三段硅钼棒进行高效加热，结合水冷装置实现精准控温，产生稳定可靠的温场。基于ANSYS Workbench 2019R3软件建立三维热力学模型并进行仿真测试，结果显示：试样测量端温场及参考端温度符合设计预期。利用研制的箱式炉进行实际测试，结果显示：炉内测试坐标系中温度波动度为0.47 ℃ / 6 min，温场均匀性均优于3 ℃ / 50 mm，符合薄膜热电偶测试要求。利用该箱式炉开展Au-Pt薄膜热电偶测试，进一步验证了其应用有效性，为薄膜热电偶静态温度特性检测提供了重要技术保障。
2025年第卷第6期
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基于镜面图像特征的凝结物生长规律分析
Abstract:
冷镜式精密露点仪是测量气体露点温度的设备，在湿度测量体系中占据重要地位。但是用于测量露点的重要参数—光电信号对于冷镜式精密露点仪镜面温度的变化不敏感，导致难以确定不同露点温度下最佳的电压变化值，使得最终测得的露点温度准确度低。为了确定不同露点温度下的最佳电压变化值，解决光电信号对镜面温度变化不敏感的问题，寻找到最接近露点时刻的镜面状态，设计了基于镜面凝结物生长规律的镜面图像特征分析试验，该试验对光电信号的电压变化值和不同露点温度之间的关系进行研究，分析不同露点温度下的规律。同时，使用电子显微镜，对不同电压变化值时的镜面图像进行分析，通过计算凝结物个数和密度值的方法提取图像特征，总结出了相同露点温度，不同电压变化值时镜面凝结物的生长规律，明确了不同露点温度最佳电压变化值的选取区间区间，解决了冷镜式精密露点仪光电信号对镜面温度变化不敏感的问题，提高了冷镜式精密露点仪露点测量的准确度。
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基于结构光照明的复杂场景三维形貌精准测量技术研究进展
Abstract:
结构光照明三维测量技术具有非接触、高精度和高灵活性等特点,能准确提供场景物体轮廓尺寸、表面形状甚至形变量等精确信息,是目前应用最广泛的三维信息数字化手段,已在多领域有重要应用,为解决实际问题和推动科学研究提供了强有力支持。本文简述了该领域常用方法的技术原理,介绍了课题组在大尺寸化石断层平面、高动态范围工件、高速运动变化过程以及大口径光滑光学元件等场景或物体的高精度三维形貌测量应用案例,总结指出了结构光照明三维形貌测量领域面临的挑战和发展趋势,给复杂场景下的三维形貌测量提供了借鉴和参考。
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基于本振光增强的双混频时差微弱频率信号检测方法
Abstract:
频率传递是支撑远距离频率比对的关键技术，其性能直接关系到全球统一时间尺度的构建、光学原子钟网络的互联，以及量子计量体系的进一步发展。针对接收端信号由于超长跨距光纤频率传递过程中的功率衰减、有源器件带附加噪声等导致分辨率和灵敏度受限的问题，本文提出了一种基于本振光增强的微弱频率信号检测方案。该方案通过相干激光器增强微弱载波信号功率，并采用双混频时差检测结构以提升接收灵敏度，同时结合平衡探测技术实现高信噪比信号提取。与传统的强度调制/直接探测方式相比，该方法可有效提升接收端灵敏度约10 dB，。在相同的入光功率条件下射频功率提升了25dB。 实验结果表明，该方案实现了优异的频率稳定度，阿伦方差达到2×10-13 @1 s及2.1×10-15 @10000 s，验证了本振光增强检测方法在接收端的灵敏度可达-49 dBm。同时所构建的双混频时差检测系统在差频为10kHz条件下实现了3×10-17 @1 s和3×10-19 @10000 s，表明其在高精度光纤频率传递中的可行性与显著优势。
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电光频率梳及其应用研究
Abstract:
电光频率梳是通过电光调制产生的一类光学频率梳，具有频率间隔可调、梳齿功率高、相干性好等优势，能够实现微波与光波的直接互联，在光谱学、精密测距、光通信等领域展现出广泛应用。传统电光频率梳往往依赖体积大、功耗高的器件，限制了其实用化。随着薄膜铌酸锂、氮化硅等新型材料平台的发展，片上集成电光梳逐渐成为电光梳领域的研究热点。近年来，基于马赫–曾德调制器、相位调制器及微环谐振腔的集成电光梳在频谱平坦度、调制效率和带宽覆盖方面均取得了重要进展。本文综述了电光频率梳的产生机制与典型结构，讨论了基于不同材料平台的各类电光梳实现方式和性能特点，并总结了其在光谱学、测距及光通信等方面的应用前景。最后，对当前存在的瓶颈与未来的研究趋势进行了展望。
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复杂流场超声测速重建算法研究进展与展望
Abstract:
面对航空发动机及工业管道中复杂畸变流场的测量挑战，超声测速技术凭借其非侵入、无压损的独特优势成为研究热点。文章介绍了主流超声测速方法，分别阐述了时差法、多普勒法的基本原理、计算公式，并聚焦于超声速度场重建中的病态性逆问题，深入剖析了最小二乘法、Tikhonov正则化、截断奇异值分解等经典反演算法的机理、优势及其病态性问题。文章重点总结了应对高声束漂移与低信噪比的物理-信号联合处理策略，并前瞻性提出带有物理先验的算法融合、多物理场耦合及系统集成是推动该技术向高精度、自适应、微型化发展的核心方向，为该技术的进一步突破与工程化应用提供参考。
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航空结构件周期性疲劳试验数据峰值检测与修正方法研究
Abstract:
航空结构件的疲劳试验是验证结构疲劳强度和耐久性的关键环节之一，如何准确的对具有周期性与大数据量等数据特征的试验数据进行峰值检测与修正直接关系到航空结构寿命预测和损伤评估的有效性。本文使用光纤光栅应变传感器对某型航空结构件进行健康监测，以疲劳试验过程中的数据为基础，首先解决了因光谱畸变导致的数据错误问题，随后提出了一种周期性疲劳试验数据峰值检测与修正方法，实现了对试验数据峰值、谷值的快速检测与修正。此方法在效率、精度和鲁棒性方面优于传统方法，适用于飞机结构健康监测、疲劳寿命评估等关键场景。
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基于电光双边带调制的激光FMCW测距方法研究
崔航, 邓忠文, 张恒康, 王树震, 孙海峰, 孟夏薇, 张树威, 李小平
Abstract:
传统激光调频连续波测距技术多基于可调谐激光器或双光源架构实现，系统复杂，工程化难度高，且动态场景下存在误差放大现象。针对上述不足，本研究团队提出一种基于电光双边带调制的激光调频连续波测距方法，利用稳频激光器与电光调制器生成2路反向扫频信号，降低系统体积并减小动态误差；设计全相位快速傅里叶变换算法，实现高动态、高噪声条件下稳定可靠的相位解算；引入卡尔曼滤波优化动态状态估计，提高测距稳定性。实验结果表明：在接入20 m光纤的条件下，该方法的绝对距离测量误差不超过± 20 μm；在振幅≤ 500 nm、频率≤ 200 Hz的条件下，正弦振动目标相对位移测量误差不超过± 25 nm，验证了该方法的高可靠性，为推动激光调频连续波测距技术的工程化应用提供了有力支撑。
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微纳米CMM Z轴六自由度误差在线测量及补偿
Abstract:
Z轴为微纳加工及测量设备中的关键部件，当受制造和装配误差影响时，其六自由度 (6-DOF) 误差直接影响测量及加工精度。提出了基于激光干涉和自准直原理的Z轴直线和角度误差的同步测量方法；分析Z轴误差造成的功能点空间位置误差，建立了基于阿贝原则和布莱恩原则的误差补偿模型。为验证所提出的误差测量方法和补偿模型的有效性，将误差测量方法应用于自研的微纳米CMM中，搭建了6-DOF误差在线测量系统，并使用CMM沿Z轴方向对厚度为8 mm的0级量块进行测量。结果表明，补偿后的测量标准差和示值误差分别降低了54.6%和54.3%。此方法及系统为提升三坐标测量机及其他精密设备的测量与加工精度提供了可靠解决方案。
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硅基压阻式压力传感器疲劳试验与寿命预测建模研究
Abstract:
硅基压阻式压力传感器在复杂环境下存在输出漂移、灵敏度下降等因素导致的可靠性不足与计量寿命缩短问题，因此本研究旨在系统揭示其稳定性退化的物理机制，并构建高精度寿命预测模型。本研究运用失效物理分析理论，采用变幅循环载荷与加速疲劳试验方法，通过施加不同幅值的交变压力，对传感器进行加速测试；利用微观观察与性能监测完成对传感器失效退化数据集的建立，突破了膜片开裂、压敏电阻蠕变及封装应力失效等多机制耦合作用的分析难点，最终构建了单一压力载荷下的寿命预测模型。经过加速寿命实验证明，在施加140%量程的压力载荷条件下，约220万次循环后传感器线性度参数增长超过50%，判定为失效。本研究构建的模型预测寿命与实测数据误差小于15%，实现了有效的传感器失效周期预估。本研究所进行的疲劳实验和构建的寿命预测模型能够有效满足压力传感器可靠性评估与寿命延长的工程需求，具有重要的理论和工程应用价值，为推动高可靠性硅基压力传感器在设计优化与寿命预测领域的发展提供重要支撑。
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激光雷达点云与可见光图像融合技术研究现状及展望
米若鑫, 米庆改, 崔林, 王梓凝, 李昊锦, 周嘉祥, 王瑞, 谈宜东, 王一帆, 武腾飞
Abstract:
激光雷达点云与可见光图像融合技术，通过融合三维点云与二维纹理色彩信息，可以为环境感知提供更丰富、更精确的数据基础；单光子激光雷达相比于传统激光雷达，具有光子级灵敏度和皮秒级精度的优势，可实现远距离、低可观测场景下的高精度三维点云成像，与可见光图像的融合技术为解决复杂场景下的目标识别与定位问题提供了新路径。本文介绍了传统/单光子激光雷达系统、图像融合技术的基本原理，分析了传统/单光子激光雷达与可见光图像的特征差异及图像配准问题，阐述了传统/单光子激光雷达与可见光图像融合技术的研究及应用现状，最后对现阶段的传统/单光子激光雷达与可见光图像融合技术做出总结与展望。
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光束入射角对旋转扫描测角精度的影响机理与补偿方法
Abstract:
旋转激光扫描测角系统因具备分布式、高精度和高效率等优势，在大尺寸结构装配与空间位姿监测中得到广泛应用。然而，接收器姿态变化导致的光束入射角变化会引入系统性测角误差，影响系统精度与鲁棒性。为解决该问题，研究基于光束传播几何关系与接收器结构特性，建立了局部投影模型和高斯光条分布模型，分析了不同入射角条件下的光电响应差异。进一步结合惯性测量单元提供的姿态信息，构建了接收器坐标系下的有效接收面模型，提出了考虑接收器结构特性的误差补偿方法。仿真结果表明，随着入射角增加，接收器的光电响应波形呈现出明显的非对称性，测角误差可达数十角秒。补偿方法能够有效修正该误差，使均方根降低约90%。在精密转台实验中，补偿后接收器轨迹的圆度误差由0.81 mm减小至0.17 mm，验证了补偿模型的有效性。研究成果丰富了旋转激光扫描系统的误差建模理论，为提升接收器变姿态条件下的测量精度和稳定性提供了有效途径。
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四象限超导纳米线单光子探测器光斑定位精度研究
李志健, 刘浩, 万超, 郝皓, 赵清源, 米庆改, 张磊, 李聪, 孙博, 毛立涛, 王华兵, 武腾飞
Abstract:
为解决四象限超导纳米线单光子探测器在高计数率条件下光子计数值失真及低信噪比条件下定位困难的问题，本文引入计数值非线性校正机制，推导校正后的高斯光斑定位解析解，提出非整数次幂运算和差定位的原创方法，通过指数n>1增强正负半轴信号差异度，提高定位精度。研究结果表明：高计数率条件下，计数值校正可提升光斑定位的准确性；低信噪比条件下，非整数次幂运算可有效降低定位误差。相较经典的正负半轴差值定位法，当信噪比小于10时，采用1.4次幂运算可将定位误差降低27%；当信噪比大于50时，采用计数值校正的高斯模型可将定位误差降低70%。当光子计数值大于10^4时，计数值校正的高斯模型法与指数0.8≤n≤2的幂运算方法的定位标准差均可小于0.01倍光斑半径。研究成果为实现四象限超导纳米线单光子探测器高精度光斑定位提供了有力支撑。
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超微光斑角分辨偏振散射仪原位校准方法研究
Abstract:
角分辨散射作为典型的光学散射测量技术，凭借非破坏性、高灵敏度、高效率、结构紧凑等优点，已被用于集成电路（IC）制造中纳米薄膜膜厚、纳米结构形貌参数、套刻误差的精确在线测量。本研究研制了一种超微光斑偏振照明与分振幅检偏相结合的频域空域角分辨偏振散射仪，其依靠单发测量能够同时获取微区复杂纳米结构的实空间像和正交偏振频域像。鉴于仪器所采用偏振器、波片以及偏振分束器等器件的偏振特性严重制约测量精度，本研究提出了一种系统参数的原位分步校准方法：借鉴消光椭偏测量原理依次对起偏器方位角、波片延迟量与方位角、偏振分束器反射与透射椭偏参数、物镜正交偏振光透过率等参数进行了精确校准，保障了仪器的测量精度。通过对标准SiO2薄膜与矩形光栅样件开展测量实验研究，验证了所提出仪器校准方法的有效性。测量实验结果表明，原位校准后的仪器其膜厚测量重复性可达0.1 nm，光栅形貌参数与标准值高度一致，为先进IC制造工艺监测提供了纳米薄膜与纳米结构的在线精确测量方法。
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多类非漫反射表面结构光三维测量系统校准方法研究
Abstract:
结构光三维测量系统作为工业领域内获取被测表面三维形貌的重要测量工具，其测量精度由标准器、校准原理及校准方法共同决定。但面向高端工业制造领域中越来越常见的复杂光学特性表面，例如半透明表面、高反光表面、高动态范围反射率表面时，国内外现行的计量标准如VDI/VDE 2634 - Optical 3D Measuring Systems、JJF1951-2021 基于结构光扫描的光学三维测量系统校准规范等只针对漫反射标准器及漫反射表面进行了规定，已不满足实际校准需求。因此，针对结构光三维测量系统工业复杂应用场景，从光学特性角度定义了半透明表面、高反光表面以及高动态范围反射率表面，设计不同表面适用的标准器，进而根据校准需求完善校准原理并给出了校准方法，实现了结构光三维测量系统对多类被测表面的曲面、平面、距离等关键几何参数测量的校准，是现行结构光三维测量系统校准标准的补充以及完善，为推动工业制造领域向精密化、自动化、标准化方向发展起到了重要的作用。
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基于相对总变分模型的测风激光雷达二维风场反演
张硕, 顾元豪, 袁金龙, 杜宇涵, 夏海云, 陈朝勇, 魏瑗瑗, 武腾飞
Abstract:
测风激光雷达只能直接测量风矢量在径向的分量，因此二维风场的反演对研究风场结构具有重要意义。为解决传统VAP（Velocity Azimuth Processing）算法在二维风场反演中存在的风速失真问题，引入相对总变分模型对其进行改进。基于风速失真与径向风速的相关性，构建阈值判据识别失真区域并对该区域进行修正；采用相对总变分模型消除修正过程中引入的不规则纹理，并提取出二维风场的全局结构分量；进一步结合真实径向风速的纹理信息，恢复二维风场局部纹理特征。结果表明，改进后的算法能够有效地修正VAP算法存在的风速失真问题。与VAP算法初步反演结果相比，结合相对总变分模型的VAP算法的风速反演结果均方根误差降低了0.42 m/s，风向反演结果均方根误差降低了4.85，有效提高了风场反演结果的准确性。
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面向曲面测量的激光跟踪仪自动定位与扫描技术研究
Abstract:
针对飞机装配过程中部件曲面的自动化定位扫描要求,利用激光跟踪仪ATS600进行了相关研究。在基于SpatialAnalyzer(SA)的基础上,运用Measure Plan与SASDK进行二次开发,提出了一种激光跟踪仪自动定位与扫描技术研究方法。首先连接测量设备并导入曲面数模与理论定位点信息,然后进行定位特征及曲面的测量,之后将曲面实测信息与理论信息进行数模对齐与关系匹配,并将匹配的结果自动生成报告。最后,搭建了一套面向曲面测量的自动定位与扫描系统,并以大型曲面标准装置作为实验对象进行测量,结果表明：该程序运行稳定,有效解决了SA的固有不足,并大幅度提升了曲面扫描的效率与自动化程度。
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基于数字微镜设备的全场谱域干涉技术与应用
Abstract:
现有的全场谱域干涉技术依赖于波长或振镜扫描，制约了其单次探测全场信息的能力。针对该问题，本文提出了基于数字微镜设备的全场谱域干涉技术，通过数字微镜设备对空间光场分布进行编码，采集顺序加载掩膜对应的时变谱域信息，进一步解码得到空间各像素处的幅值响应，结合测量算法实现全场信息获取。实验结果表明：该技术能够有效实现高精度光谱干涉距离测量和光谱椭偏膜厚测量，且显著提升了全场测量效率。基于数字微镜设备的全场谱域干涉技术适用于稀疏表面的三维结构快速恢复和重建，为抛光晶圆、硅绝缘片及键合界面的厚度与形貌高效表征提供了有力支撑。
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光学频率梳激光测距：现状与展望（特邀）
Abstract:
激光测距系统是一种融合激光与光电探测技术的先进测距系统，凭借高分辨率、抗干扰强、体积小等优势，近年来备受关注。当前，激光测距已广泛服务于无人驾驶、人工智能和军事防御等领域。面对复杂应用需求，高探测分辨率、快探测速率、大探测范围成为推动激光测距技术迭代与升级的核心目标。光学频率梳，其光谱由一系列均匀间隔且具有稳定相位关系的离散频率分量组成，同时提供稳定间隔的时域脉冲，是天然的“时间-频率”基准和“光子-射频”桥梁，已经被广泛应用于精密计量、高速通信、微波产生、光纤传感等领域。近年来，光频梳技术的快速发展大幅提升了激光测距系统的性能，在测量精度、速度和范围中形成了新的优势，正在成为下一代激光测距系统功能拓展和性能提升的一个重要突破口。本综述以基于光频梳的激光测距技术为主题，概述光频梳的原理、特性及发展现状；回顾了光频梳测距领域的典型方法及研究进展；并对当前研究现状与未来发展前景进行总结展望。
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扫描隧道显微镜在原子级测量、表征与制造中的应用研究进展
柴钰, 陈德樟, 李德志, 吕铠杭, 李昊鹏, 党超群, 居冰峰, 杨琛
Abstract:
扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,STM)作为集原子级观测、表征与制造功能于一体的重要工具,可同时满足原子级制造中“看得到”、“测得准”和“造得出”三大核心需求。原子级制造旨在米空间尺度上实现对原子进行精确操控,其伴随的电子动力学过程在时间尺度可达到飞秒甚至阿秒量级。STM凭借其高时空分辨测量能力,成为揭示原子尺度下物理机制和量子效应的关键实验手段,显著推动了该领域从原理探索向应用实现的跨越。基于特有的量子隧穿效应,STM可对制备结构的电学、磁学等物性参数进行精确测量,建立制造参数与器件性能之间的定量构效关系,从而为工艺优化与质量评估提供依据。此外,STM还具备在原子尺度上进行精准操纵的能力,而其与高通量、自动化技术的深度融合,正成为推动STM原子级制造从实验室走向产业化应用的核心路径。本文介绍了STM在原子级测量、表征与制造领域的研究现状,总结了当前存在的挑战并对未来发展趋势提出了建议。
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