光学技术优秀论文

光学技术优秀论文（通用8篇）

篇1：光学技术优秀论文

××*同志，1990年5月进入××*，在光学镜片冷加工技术领域默默耕耘近二十载，积累了丰富的全工程光学加工经验。在2008年公司遭遇历史罕见的经营危机和全球金融风暴时，充分发挥自己的聪明才智和丰富的经验，立足岗位，勇于创新，共突破三项光学加工关键工艺，为企业培育核心竞争力、提高产品良率、降低成本、留住关键客户、平稳度过

危机，作出了突出贡献，具体如下：

1、改良工装夹具，扩大三片式研磨工艺的应用范围，提高大中球面镜片生产效率。

光学镜片加工生产中，大中球面玻璃镜片研磨工艺历来都是单镜片加工，存在加工效率低，品质不稳定的缺点，同时对操作技能要求又相对要高，随着员工流动性增加，此矛盾日渐突出。在一次偶然的参观机会中，××*同志了解到同行有一种多个产品同时加工的工艺。回来后他通过比对、参照设计出能同时研磨三个镜片的夹具，通过多次修改、试用，开发出可以三个镜片同时研磨的加工方法。但是随之而来的问题使这种工装夹具的加工非常复杂，同时只要有其中一个零件磨损，整个夹具全部报废。为解决此问题，他对工装夹具作了再次改良，大大简化了工装夹具的设计，同时具有使用方法简单、加工过程稳定、夹具容易维护、加工费便宜、生产效率高等诸多优点。目前已经实现量产机种26个，完成产量580万片以上，提高生产效率30%左右，不仅给公司带来巨大经济效益，还大大节省了设备和人员投入，为创建节约型企业作出了重要贡献。

2、突破刚性盘±0.01mm镜片量产加工工艺，培育镜片加工核心竞争力。

光学镜片加工生产中刚性盘工艺在××*已经导入多年，但对于中心厚度要求特别苛刻的镜片一般只能采用单个加工，影响生产效率。去年接到国外重要客户一个大批量订单，工艺上只能进行刚性盘加工，且厚度规格只有±0.01mm，内部量产过程中由于工艺没有突破，厚度不良最高达到30%，既无法完成客户计划，又使材料报废导致成本巨大，因此面临不是公司遭受巨大损失，就是失去这一客户进而在业界造成不良影响的两难境地。公司决定短期内突破这一加工工艺，××*同志在接到这一突击任务后，经过认真分析，他认为刚性盘加工要保证产品品质，关键在于工装精度。为此他远赴广东刚性盘工装加工单位，实地了解工装加工流程和检测方法，经过数天实地潜心研究，终于找到了提高工装精度的关键点，最终解决了此问题，使该产品量产厚度不良率控制在6%左右，最终出色地完成了网客户的出货计划。更为重要的是在解决此问题的基础上，他还对工装加工基准作了规范（由××*提供基准，供应商按基准加工），同时设立进货检测标准及流程，确保工装精度完全受控。通过以上改善，××*在该项目上的能力已经领先于同行，且同行很难效仿。

3、改善胶合产品光圈变形及断胶工艺，大大提升胶合产品的档次。

照相机镜头装在最外面的镜片往往是大口径的胶合产品，胶合就是把两个镜片用胶水粘合在一起，但实际此工艺还有很多技术要求需要解决。以前××*主要加工的都是镜头后组的胶合镜片，要求相对较低。2008年公司逐步进入前组胶合镜片领域，实际生产中出现了变形、胶合层脱开等技术问题，不良比例一度达到6-10%。胶合工序是产品的最后工序，此工序报废就意味前面很多工程全部成为无用工，同时材料也只能报废，而且公司量产能力也将受到客户质疑，影响后续合作。为解决此技术瓶颈，××*同志通过对胶水规格、加工条件的多次反复对比试验，共使用十几种胶水，经过几十次的工艺试验，终于找到合适的工艺条件，使这一技术问题在量产中得到圆满解决，并在之后几款网量产的机种中得到了广泛应用。对此客户非常认同我们的胶合品质，为后续此类产品量产并扩大业务量奠定了扎实基础。

××*同志通过以上三项工艺技术问题的突破，为××*镜片事业的发展奠定了有力的技术基础，进而为公司平稳度过危机，突破困境，谋求新的发展作出了卓越贡献。2008年在技术和品质的保证下，镜片事业部为公司贡献销售1.6亿元，毛利率达到16.5%，在公司遭受全球金融风暴，市场需求急剧减少的困难时期，仍比2007年双双实现增长10%。

篇2：光学技术优秀论文

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

进入二十一世纪以来，随着时代的进步，互联网技术的迅速发展，尤其是数码设备和多功能电子产品的大量普及，数字多媒体技术在人们的日常生活中扮演的角色越来越重要。相比于传统的图像制作技术，数字图像技术在各方面都有很明显的优势和发展空间：获取图像简单，对环境无污染，传输速度快，多种存贮格式等，大大促进了数字图像技术对人们日常生活的影响，使人们更加方便的使用数字图像作为记录信息的载体。

计算机时代和数字时代的来临使人们对数字图像处理的需求与日俱增，而不再是简单的记录工作、学习和生活。在市场需求和科学技术的双重刺激下，大量的数字图像编辑和处理软件应运而生，以著名的Adobe Photoshop，ACDsee 为代表的图像处理工具的出现，使得即使是非专业人士也能轻而易举的修改图像内容，而且很难用肉眼识别图片被修改的痕迹[1]。

然而，当人们的视觉和听觉在尽情的享受着现在多媒体技术及数字传输技术带来的愉悦，当人们肆无忌惮地编辑、修改、复制和散步数字音乐、图像、视频时，可曾想过这些数字媒体原创者的版权和经济利益是否得到保护，听到或者看到的数字媒体是否是完整的、真实的、可信的。

在数字化图片的背景下，先进的科学技术造就了数字图像技术这把“双刃剑”，在方便了人们的同时也给生活带来了许多负面的影响和困扰。

尽管有部分人伪造的图片只是为了个人娱乐或者作为艺术品来相互交流，但也有些人利用恶意篡改的数字图像实现自己不可告人的目的，对社会造成很大的影响。特别是最近几年，在新闻界、政治界、和学术界等领域，国内外出现了很多令人震惊的篡改或者伪造数字图像的案例，均造成了严重的后果，使人们产生了信任危机。

1.2 国内外研究动态和现状

现有的数字图像篡改技术主要是针对图像的完整性，原始性和真实性的伪造和修改。数字图像取证技术是对篡改数字图像完整性的基本概括，就是将携带的秘密信息通过特殊的算法嵌入到图像载体的冗余空间，图像的冗余信息在视觉感知程度一般都很差，即使将秘密的信息嵌入到数字图像载体中，也很难通过肉眼来识别，但是这类操作已经破坏了数字图像载体的完整性。篡改数字图像的原始性就是变换拍摄的位置，并将原始图像做后期的二次处理，使获得的图片内容不再是原始图片所呈现出来的那样。

这些二次处理的过程可以通过扫描原始图像或者直接用相机拍摄原始图片来获得，例如上面提到的藏羚羊照片造假事件，就属于破坏数字图像原始性的二次处理篡改。目前，针对数字图像真实性的篡改的方式有很多，根据达特茅斯学院计算机科学系教授 Hany Farid 教授在数字图像篡改检测领域的多年研究经验，将这些篡改技术分为 4 类：

(1)合成和润饰。合成主要是对图片进行复制、粘贴，将不同图像的某些特定部分整合到一起，以达到隐藏图像中的某些信息或者制造某些假象，但往往会留下比较明显的修改痕迹。为了达到以假乱真的效果需要对篡改的部分进行润饰，即进行模糊、缩放等操作消除痕迹，这样就可以用想要的局部效果代替原始图像的目的。

(2)融合变体。融合变体是将两幅或者多幅图通过特征点相互演进融合成一幅图的技术，找到想要相互渐变的图像的特征点，按照不同的权值将图片相互叠加融合，得到的变体图像将具备所有原始图像的特征。

(3)图像增强。通过一定手段对原图像附加一些信息或变换数据，有选择地突出图像中感兴趣的特征或者抑制(掩盖)图像中某些不需要的特征，使图像与视觉响应特性相匹配，加强图像判读和识别效果，满足某些特殊分析的需要。

第二章 基于光学特性的数字图像分析

基于光照不一致性的数字图像取证技术(Digital Image Forensics)是数字图像取证技术的重要内容，主要研究的对象是在有光照条件下产生的图像，分析光源在物体上产生的阴影、纹理等光学特性是否一致。同时根据 Lambert 光照模型，估计光源的位置，判断光源的方向是否一致，本章将根据光照条件的各个影响因素做重点介绍。

2.1 数字图像取证技术

数字图像取证技术是通过对图像中包含的统计特征的分析，来判断数字图像内容的真实性、完整性和原始性，判断并检测数字图像真假性的技术。数字图像取证技术是计算机取证技术的一个分支，是对源于数字图像资源的数字证据进行确定、收集、识别、分析及出示法庭的过程，补充了传统加密技术的性能，在保护多媒体信息的真实、完整性等方面得到了广泛应用。

虽然针对数字图像篡改取证技术的研究起步相对较晚，但随着网络多媒体技术的普及，大量信息的存储传输急需安全性保护，国内外越来越多的科研工作者均致力于该领域的研究。

目前，基于数字图像篡改检测技术的算法种类较多，如果按照取证手段类型划分，这些取证技术能够分为三类，即主动取证，半主动取证和被动取证。

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2.2 图像取证技术常用的光学特性

在第一章我们提到，对于复制-粘贴等操作合成的图片，将不同图片的某些部位整合到一起以制造某些假象，这种篡改方式很简单也很常见。但是，因为不同的图像在获取时的环境和光照条件都不完全相同，所以经过上述的操作之后也很难将图片中的光照效果修改得很吻合。

合成图像中不同目标所反映的光照强度、光源方向、物体阴影等光照条件都会有不一致的情况出现，此时在同一幅图像中所包含的光照条件不一致性即可作为判断图像是否真实的依据。

光照强度是指示光照的强弱和物体表面积被照明程度的量，取决于光源所发出的光线中不同波长中所携带的能量和穿过大气层过滤的情况。经过篡改的图片中不同物体在各自场景中的光照强度不可能完全一样，即使在同一个场景在不同时刻拍摄的光照强度也会有不同，因此检测图像中不同目标物体所反应的光照强度是否一致作为判断图像真实性的依据。

图像中目标物体的光源反向即为光源照射拍摄场景目标的方向，是产生光照条件不一致性的一个重要原因。由不同图像中不同目标物体合成的图片，在原来各自场景中光源所在的方向和位置都不会完全相同，这也使得不同物体所反映的光照方向是不一致的，以此作为检测图像是否被篡改过的依据。提取图像场景中目标物体的光源方向，是光照条件不一致性盲取证技术的一项关键技术。

图像中目标物体的阴影是由于光源产生的光线被其他物体遮挡而产生的，它的形状、大小和明暗程度都可以反映光源的方向和光照的强度。

被篡改的图像中拍摄场景的光照环境的一致性必然会被破坏，目标物体所产生的阴影的形状和大小也可能会被修改，那么可以反映光照强度和光源方向的阴影信息将是不一致的。因此，图像阴影信息的一致性可以作为判断图像是否是真实的依据。

..........

第三章 图像中阴影和纹理条件分析........23

3.1 基于阴影约束条件的分析..........23

3.1.1 阴影信息分析原理..........23

3.1.2 特征点的选取..........24

3.1.3 改进基于阴影的分析方法......27

3.2 基于纹理约束条件的分析..........29

3.2.1 光照产生的纹理特性......29

3.2.2 纹理参数分析..........32

3.3 结合阴影与纹理的约束条件......33

3.4 本章小节......35

第四章 楔形参数优化........36

4.1 楔形参数选择......36

4.2 参数的优化..........37

4.3 分析步骤及线性方程..........40

4.4 本章小结......44

第五章 实验结果与分析....45

5.1 建立图像库..........45

5.2 阴影算法的实验结果..........46

5.3 改进算法的实验结果..........47

5.4 改进算法的分析..........51

5.5 本章小结......52

第五章 实验结果与分析

5.1 建立图像库

本文检测算法的图片都是通过同一个相机采集的，这样能够保证所有的图片在相机参数上保持一致，相机在不同的场景中表现的畸变现象并不影响图像中物体的光学特性，因此在分析图像时不考虑相机的参数。通过该相机采集的图片，选择阴影、纹理等光学特性比较明显的图片建立图片分析库。‘选择拍摄图片的场景，主要分为五个方面：

1)自然光源对应的场景：针对室外的场景，我们选择天气较好，太阳光线比较明朗、下午 1~3 点的时间。主要涉及的场景有操场、校园、人物、建筑等。

自然图片的特点是无限远点光源，对应的楔形分析界面需要延伸到无限远处，才能看到期望的楔形交集。

2)室内光源对应的场景：针对室内场景，选择比较空旷的教室，在教室中搭建合适的`平台包含桌布背景、作为点光源的局部光源、图片中投影的物体等。按照相应的顺序将物品摆放整齐，选择尽量没有遮挡的一个角度放置点光源。注意在拍摄时应关闭闪光灯。局部点光源的成像特点是局部纹理特性比较明显，形成的楔形在有限的界面上就能获得很好的交集。

3)计算机合成的图片：这类图片按照真实图像中光源产生阴影和纹理的特性进行模仿，合成的图像中光学特性比较明显。图像物体上的边界、颜色、对比度等特性明显与自然图像不同，基本没有物体之间的干扰，而且用肉眼很明显的识别出这类图片。这类图像有两种作用：

一种是作为被篡改的图像放入到图片库中进行检测，验证算法的正确性;另一种是用来描述算法的分析过程，因为在合成的过程中需要按照已知的光学特性进行操作，基本符合算法的分析需求。

4)互联网搜索：网络上存在很多有用的信息，特别是作为信息载体的数字图像。‘通过有效的检索方式，从互联网上筛选出带有明显光照信息的数字图像，同时，这些数字图像带有共同的特征：明显的局部光源或者无限光源的光照信息;包含较为规则的物体，方便提供明显的特征点;数字图像包含的场景信息比较丰富，对应物体的阴影和纹理信息比较复杂。这类数字图像的有优点是丰富多样，主要用来验证本文算法的检测率和稳定性。

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总结

本文以光照条件为出发点，对具有较好光照环境下的图片进行了图像的真伪鉴别研究，主要研究对象是基于单光源照射的图像。在无限远点光源和局部点光源照射下形成的图像，其光学特性比较明显，在分析图像的过程中没有明显的噪声干扰(噪声来源于拍摄场景中其他光源产生的光线在物体上产生的干扰)。

主要工作为：

(1)总结数字图像取证技术的研究背景和国内外研究现状，以及今后发展的方向。阐述了目前比较常见的图像篡改方法，以及用于鉴别图像真实性的图像检测技术。详细介绍了基于光学特性的数字图像取证技术的研究内容，着重分析了纹理信息在特征提取中的理论基础和采集方法。

(2)对光照条件所涉及的光照方向、阴影信息、纹理特性进行了阐述并分别对现有光照方向和阴影分析的估计方法进行了说明。着重阴影信息的分析原理，引入了特征点的选取流程，使得改进的算法具有更高的适用性。

(3)在独立分析各个影响因素之后，通过随机获取图像中相应参数的数据，导入到数据分析软件，获得各个影响因子的相互关系，从中选择影响系数最大的几个参数。引入纹理的参数，对楔形参数的取值范围加以限制，使得改进的算法具有更高的正确检测率。

(4)在图像库中选择若干图像，通过 MATLAB a 对图像进行软件仿真，按照文章中给出的分析步骤进行分析，得到判断结果，并与之前的算法分析结果进行比较，算法的正确检测率已经稳定在 85.6%。

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篇3：光学技术优秀论文

2010年8月24日, 由中国光学学会主办、中国光学期刊网承办的光学前沿——2010“大珩杯”光学期刊优秀论文评选结果在中国光学学会2010年学术年会 (天津) 上公布。

《光电工程》编辑部选送的论文中, 《光电工程》2007年第1期的“风标式激光导引头光电建模与仿真”一文 (作者:高智杰, 张安京, 史国华) 荣获了“大珩杯”光学期刊优秀论文称号。

“大珩杯”优秀论文评选活动于2008年在王大珩先生的支持下开始举办, 其宗旨是希望有更多的光学优秀成果发表在中国的光学期刊上。

本次“大珩杯”光学期刊优秀论文评选活动继续遵循科学、严谨、公平、公正、公开的原则, 采取专家定性评审与科学计量指标定量评价相结合, 作者自荐和编辑部推荐的方式进行, 对入选文章采用核心期刊引用分、中国光学期刊网下载分、SCIE期刊引用分、成果奖励分、专家评审分等多种评分相结合的方式评选, 最终评选出40篇得分最高的论文。获奖文章所在单位基本覆盖我国高水平光学及激光研究机构。

中国光学学会秘书长倪国强教授在中国光学学会2010年学术年会上宣读了获奖论文名单, 中国科协书记处书记冯长根教授、中国光学学会理事长周炳琨院士、副理事长徐至展院士等为入选论文的作者代表颁发了证书。

此次参加评选的候选期刊包括中国光学学会所有会刊及中国光学期刊网所有入网期刊共计38种, 其中《中国激光》、《光学学报》、《Chinese Optics Letters》、《激光与光电子学进展》、《光子学报》、《大气与环境光学学报》、《中国光学与应用光学》、《光学精密工程》、《光电工程》、《量子电子学报》共10种期刊推荐了文章参评。

本刊首次推荐文章参评就能获奖, 这得益于广大读者作者对《光电工程》的厚爱, 还有各位编委和众多审稿专家对本刊长期以来的支持, 在此深表谢意!同时, 对获奖作者高智杰表示祝贺!我们将与大家一起努力, 将《光电工程》越办越好!

篇4：双目立体视觉的光学标定技术

关键词： 双目立体视觉； 针孔模型； 最大似然估计； 二维标定

引言计算机视觉检测技术以其非接触、快速、高精度、自动化程度高等优点，近年来在众多领域得到了广泛的应用，尤其是双目立体视觉技术已经被成功地应用于工业检测、目标识别、智能车辆和空间物体三维姿态测量等领域。如何通过摄像机获取的二维图像信息，计算出三维空间中物体的几何信息，并由此重建和识别物体是计算机视觉技术中的首要问题。因此，要准确地得到三维空间点和相应图像像素点之间的对应关系，精确地标定摄像机是极其重要的[1]。随着计算机视觉理论的发展，人们根据实际应用提出了一些不同的摄像机模型和标定方法[112]。其中基于三维标定物的标定法以TSAI R Y的两步标定法最为普遍[79]，但该法不易进行大尺寸的标定，且标定块不易制作，价格昂贵。而基于二维标定物如平面棋盘格或带星状图形图板的标定法，如张正友标定法等[1012]，其操作灵活，价格低廉，标定精度较高，是目前双目立体视觉标定的主要手段，它利用旋转矩阵的正交条件及非线性最优化进行摄像机参数的标定。这种基于不同位置平面模板的标定方法仅要求从不同角度拍摄同一标定平面两幅以上的图像，就可以求出摄像机的内外参数，同时不需要知道平面模板移动的具体方向和位移信息。由于需要确定模板上点阵的物理坐标以及图像和模板之间的点的匹配，提高了对使用者的要求。同时由于手动点击角点繁琐，容易产生一定的误差。为了使车辆辅助驾驶系统实现行人检测和距离判断，以便通过图像处理和计算实现对车辆辅助驾驶控制，因此本文构建了双目立体视觉模块，实现光学取景和成像。为了测量物点到摄像机镜头的距离，以及获取实际场景尺寸和摄像机成像尺寸之间的关系与误差，本文结合张正友等人的算法对车载双目立体视觉模块进行了二维标定。制定了合理的标定方案，并采用黑方格模板等方法进行实验，很好地实现了双目立体视觉模块的光学标定，其标定方法具有实现简便，算法移植性好，精度高的特点。图1针孔模型

Fig.1Pinhole model1基本结构和工作原理摄像机是满足射影特性的光学成像仪器，使用针孔模型[8]对其建模。成像过程实质上是四个坐标系之间的坐标转换，这四个坐标系依次是世界坐标系、摄像机坐标系、图像物理坐标系、图像像素坐标系。如图1所示，世界坐标系OXwYwZw建立在空间之中，用以量化摄像机及各个物点的位置和相互间的位置关系。摄像机坐标系OXcYcZc的原点O位于成像平面之后距离为焦距f的地方，Zc轴与光轴重合，Xc轴、Yc轴分别与图像的行方向、列方向平行。图像物理坐标系OXY与成像平面重合，原点位于图像中心，X轴、Y轴分别与图像的行方向、列方向平行。图像像素坐标系OUV与成像平面重合，原点位于图像左下顶点，U轴、V轴分别与图像的行方向、列方向平行。

三维坐标系之间的位置关系有平移和旋转两种，分别由平移矩阵和旋转矩阵来描述，世界坐标系到摄像机坐标系的转换为：xc

2.2标定预处理标定操作需要通过反色、图像优化、边缘检测、顶点检测和二维标定等步骤，在实现标定时，采用了黑方格模板和基于张正友定标的二维标定算法实现摄像机的标定以优化传统算法。摄像机获取的彩色图像，经过灰度转换，成为灰度图像。使用二元高斯函数产生高斯滤波窗口，对图像进行滤波，减少噪声对顶点提取的影响。由于标定物是画有黑色正方形的白纸，图像对比度较大，因此，使用阈值变换，进一步增加对比度，灰度图像进一步转换成为二值图像，同时大大简化了后续处理算法。此时，目标区域为黑色，背景区域为白色，不利于图像处理，因此，对二值图像的像素取反，让正方形的像区域成为白色区域。由于摄像机成像的不清晰性及噪声的影响，反色后的图像边缘出现了锯齿状，需要进行图像优化以修复目标区域的此类缺陷。分析这种缺陷发现，当锯齿出现时，连续的三个横向和纵向的像素点，其像素值为1、0、1或者0、1、0。基于这个特点，使用如图3所示的两种模板分别匹配整幅图像实现优化。首先使用如图3（a）所示的横向模板进行匹配，其大小为3个像素点，若f（i，j-1）=f（i，j+1），则令f（i，j）=f（i，j-1），进行图像优化。然后使用图3（b）所示的纵向模板对图像进行二次优化，设定大小为3个像素点，若f（i-1，j）=f（i+1，j），则令f（i，j）=f（i-1，j），从而完成对图像的优化。

优化后的图像是二值图像，目标区域为白色，区域内部没有孔洞，区域边缘不存在小的锯齿状。在优化后的图像中，边缘点是白色，在横向或纵向上，其两边的点的像素值相反。对横向模板，若f（i-1，j）≠f（i+1，j）且f（i，j）=1，则（i，j）即为边缘点。对于纵向模板，若f（i，j-1）≠f（i，j+1）且f（i，j）=1，则（i，j）即为边缘点。对于顶点检测，以正方形顶点为中心的一个菱形窗口中，一组相邻的两个菱形顶点与另一组相邻的两个菱形顶点的像素值相反。然后也可以利用简单的方法实现顶点检测。

2.3二维标定经典标定法[10]的理论基础是绝对二次曲线的像曲线只与摄像机内部参数有关，与世界坐标系的选择无关。标定在其基础上采用黑方格模板进行改进，通过摄像机在同一平面模板上采集不同图像，通过图像处理得到特征点的世界坐标和图像坐标，求出摄像机的内部和外部参数，并使用最大似然估计优化所有参数。首先在图像处理提取顶点后，得到一系列对应点的图像像素坐标m=（u，v）和世界坐标M～=（xw，yw，zw）。由于世界坐标系是以标定物平面为坐标平面OXY，因此M～=（xw，yw，0）。则：m～=1zcARtM～=1λARtM～=HM～（8）使用摄像机对模板在m（m>2）个不同位置采集m个图像，每个图像上包含n个正方形顶点，经过图像处理，提取得到所有正方形顶点的坐标，因此，每个图像上的特征点的世界坐标和图像像素坐标均已知。求解超定方程的最小二乘解就是这个方向上的单应矩阵H，以该值作为初始值，使用LevenbergMarquardt算法求解以下函数的最小值，从而优化单应矩阵。由此可得：I=∑ni=1mi-HMi2（9）其中，mi（i=1、2、3、……、n）是特征点的图像坐标，H是该组特征点所对应的单应矩阵，Mi（i=1、2、3、……、n）是特征点的世界坐标。根据张正友标定法的绝对二次曲线方程的求解可以获得绝对二次曲线的像曲线：w=A-TA-1，而绝对二次曲线与世界坐标系的选择无关，仅与摄像机的内部参数有关，通过单应矩阵、旋转矩阵和平移矩阵的关系，结合绝对二次曲线在像平面上的像，并在模板上取3个不同位置和方向上的图像就可以求解其内部参数矩阵A。再根据单应矩阵与内部参数、旋转矩阵、平移矩阵的关系，可以求解出外部参数矩阵。最后采用∑mi=1∑nj=1mij-m^（A，Ri，ti，Mij）2函数进行最大似然估计完成内部和外部参数的优化。3实验结果分析与结论在算法研究和仿真的基础上，选取了TOTA公司带有变焦镜头的TOTA500III摄像机构建双目立体视觉系统，并通过软件进行实验验证。该双目立体视觉系统采用了1/3英寸的CCD，其照度为0.2 lx，具有510线分辨率，电源供应可以实现AC24V或DC12V自动转换，实验标定模板为平面黑方格模板，其具体尺寸为240 mm×176 mm。图4为用立体视觉系统在3个不同角度成像的立体图像。

将数据采集卡获取的信号送入计算机，对送入的信号首先进行灰度转换、图像滤波和阈值变换等预处理操作，然后进行标定图像操作。通过本文所介绍的算法计算获得摄像机部分参数矩阵：A=[1 190.12，4.945 59，336.976；0，1 273.9，135.906；0，0，1]，R=[0.944 963，0.017 198，0.326 725；0.033 256 9，0.988 396，-0.148 213；-0.325 483，0.150 922，0.933 426]，t=[-24.217，9.489 15，101.815]，k=[1.140 65；-15.129 6]。实际标定精度为0.050 9 mm，可以为后期的工作提供精度保障。通过理论研究和实验测定可知，利用黑方格模板和对理论进行改进可以简单有效地实现双目立体视觉中的摄像机光学标定并保证良好的精度，通过图像坐标到世界坐标的转换运算，实现机器视觉功能和测量功能，同时由于算法在畸变方面的研究不足，导致标定产生一定的误差。实现方法虽然简单但运算过程设计和处理仍可进一步优化，因此将在后续的工作中进一步进行标定算法的优化。

参考文献：

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篇5：光学技术大会日程

地点：上海新国际博览中心

亚洲领先光学会议PHOTONICS CONGRESS CHINA将与慕尼黑上海光博会再次同期举办！PHOTONICS CONGRESS CHINA议题丰富，主题包括激光加工、先进激光器、光学技术、红外线成像技术、激光安全、光束分析等最新研发成果和进展，全面覆盖多个激光和光电子领域。大会和慕尼黑上海光博会一起将科学、研发和产业应用紧密结合，赋予科研生产更多独特的实用价值。2013年光学技术大会共吸引了1,810 名听众蜂拥到与会聆听！

一、第九届国际激光加工技术研讨会(LPC 2014)

会议时间：2014年3月18-20日

会议地点：上海新国际博览中心E2-M17-18

大会主题：

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 先进激光光源与光电子元件 微纳米技术与超快激光精密加工 增材制造与激光3D打印 新型控制技术和系统在激光加工中的应用

论文征集：

科研论文：所有符合会议议题的学术报告、技术研究、科研成果，未在任何国内外期刊上发表过。此部分论文可在《应用激光》发表。经专家评审的优秀论文可选择将推荐至到国内EI收录核心期刊和美国《Journal of Laser Applications(JLA)》全文发表！

工业应用类：所有符合会议议题的，在应用领域可得到技术应用的研究内容。请在线提交论文时对应以上分类进行提交。在接到审核通过通知后请提供完整论文。

二、光学前沿—第九届全国激光技术与光电子学学术会议暨国际激光与光学技术论坛

会议时间：2014年3月18-19日

会议地点：上海新国际博览中心E1 M16（主会场）、E1-M12（分会场）

会议文章出版：Chinese Optics Letters（增刊，EI收录）、《光学学报》（正刊或增刊，EI收录）、《中国激光》（正刊或增刊，EI收录）、《强激光与粒子束》（正刊，EI收录）、《光子学报》（正刊，EI收录）、《激光与光电子学进展》正刊（中文核心期刊，最快60天出版）、《光学与光电技术》正刊。

会议主题/征稿范围：

1.激光器与激光应用技术

2.激光生产与先进制造技术

三、展商论坛：光学测量和质量控制技术论坛

3.光学检测技术 4.光学与光学制造技术

慕尼黑上海光博会期间的展商论坛：光学测量和质量控制技术论坛中,演讲企业将以其最新技术与产品为主题，结合演讲与展示，向参会嘉宾呈现其最新研究成果。展商论坛作为慕尼黑光博会-光学技术大会的一部分，将吸引众多光学企业及光学研究领域专业人士参加，为各企业向用户推广最新技术与产品提供了绝佳的展示平台！

会议时间：2014年3月19日

会议地点：上海新国际博览中心，E1馆M11会议室

会议主题：

测量技术/系统在汽车行业的应用

测量技术/系统在材料加工行业的应用

精密加工领域的最新测量技术和产品

质量控制中的新技术和新应用

显微技术在质量控制中的应用

四、工业用激光器及系统使用安全培训班

时间：2014年3月19

地点：上海新国际博览中心 E2-M20

培训主题：

主题一：激光产品的危害及安全防护要求

1.工业用激光器的使用与安全防护

1）光纤激光器

2）半导体激光器

3）CO2激光器

2.激光成套设备与系统的使用与安全防护

主题二：相关执行标准

1.欧盟的相关指令和标准

2.中国国家相关标准

3.国际标准要求

培训讲师：

顾波博士，美国BOS PHOTONICS公司总裁

刘兴胜，西安炬光科技有限公司董事长、首席技术官

卢飞星，国际电工委员会光辐射安全和激光设备技术委员会（IEC/TC76）技术专家 唐霞辉，华中科技大学光电学院，教授、博导、激光加工国家工程研究中心副主任

五、先进激光技术及其应用高级培训班

培训时间：2014年3月18日下午—20日上午

培训地点：上海新国际博览中心 E3-M

21培训内容:





 光纤激光器核心技术及其发展趋势 半导体激光器技术与发展趋势 两种激光器的应用、对比与未来市场分析

3D打印与激光技术、3D打印现场演示 

授课专家：楼祺洪，中科院上海光机所研究员

顾波博士，美国BOS PHOTONICS公司总裁

刘兴胜，中科院西安光机所研究员西安炬光科技有限公司董事长

六、光电成像及测试技术高级培训班

培训时间：2014年3月18日—19日

培训地点：上海新国际博览中心E2-M1

4培训内容:

1.概述

2.光电探测器技术进展及主要特性参数

3.光电成像系统及检测技术基础

4.光学系统的基本参数测试评价方法

5.光电成像质量评价技术进展

6.红外成像系统的性能参数与测试技术

7.相关实例分析

授课专家：林家明，北京理工大学，教授

七、光机设计与光学测试高级培训班

培训时间：2014年3月19-20日

培训地点：上海新国际博览中心 E1-M1

3培训时间及课程安排:

授课专家：

朱健强研究员，博士生导师-----光机系统设计与光学加工

Sylvia Tan理波光电振动控制产品营销经理-----光学平台设计实例分析及检验标准 Rick Sebastian理波光电振动控制产品营销经理-----光学加工设计实例分析

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关于慕尼黑上海光博会

作为亚洲领先的激光、光学、光电展，慕尼黑上海光博会(LASER World of PHOTONICS CHINA)自2006年起每年在中国上海举办，展会汇聚行业领袖与技术精英，全方位展示业

内各种设计新颖、科技领先的创新产品、全新有效的解决方案和紧跟潮流的应用技术，短短七年已迅速成长为中国激光和光电领域的顶级展会。2013年展会共有539家国内外参展商，36,042名专业观众参与，展示面积达28,750平方米！下届展会将于2014年3月18-20日在上海新国际博览中心举办。

慕尼黑国际应用激光、光学技术贸易博览会LASER World of PHOTONICS

自1973年首次举办以来，两年一度的慕尼黑国际应用激光、光学技术贸易博览会（LASER World of PHOTONICS）已成为全球唯一覆盖整个光电子行业所有门类、展示最尖端科技的专业光电博览会。2013年举办了其40周年盛会，来自世界各地的1,136家光电子企业齐聚慕尼黑新国际博览中心，共有来自74个国家近27,000名专业人士前来参观。2015年展会将于6月22至25日举办。

篇6：光学工程人才培养的几点做法论文

一、培养目标与定位

本校工程硕士专业学位领域自2015年开始招收光学专业硕士，根据光学学科发展趋势、特点并结合及我国经济社会对光学类专业技能人才的需求状况，将光学工程专业硕士人才培养目标定位为:面向光学工程领域，按照“需求为本、学程分段、突出实践、分类培养”的人才培养模式，培养德智体全面发展，掌握光学工程领域较为坚实的理论基础，掌握解决光学工程问题的先进方法和现代技术手段，为国有大中型企业、高新技术企业和工程建设部门培养高层次应用型工程技术和工程管理人才。

二、建设具体做法

(一)明确目标定位，突出培养特色

以建设宝鸡大学为契机，结合我校的实际情况和国家工业经济发展战略、陕西省和宝鸡市光电产业对光学高层次人才的现实需求，为国有大中型企业、高新技术企业和工程建设部门培养德智体全面发展的高层次应用型工程技术和工程管理人才。目前形成了一定的特色:

(1)区域优势:新型功能材料技术及其产业、能源光电子技术及其产业、光纤通信技术及其产业等为宝鸡地区战略性新兴产业，众多的光电类企业为光学工程硕士提供了优质的实践环境，为产学研合作提供了条件，为工程硕士的发展提供了难得的发展机遇。

(2)实行双导师制:宝鸡文理学院聘请光电类企业具有丰富实践和教学经验的高级专业技术人员和校内导师组成导师组，对工程硕士的工程实践和学位论文进行联合指导。

(3)培养特色:在人才培养模式方面，形成了“需求为本，学程分段，突出实践，分类培养”的人才培养模式。在校企合作、校校合作联合培养方面，形成了“优势互补，资源共享，互利共赢，协同育人”的联合培养特色。

(二)加强校企合作，注重过程培养

积极开展校企合作、校校合作，按照“优势互补，资源共享，互利共赢，协同育人”指导思想，选择光电子信息和能源光电子相关领域自主创新能力强、技术和人才密集、具有一定研究生培养经验的大型骨干企业建立稳定的实践基地，优化人才培养模式，保证工程硕士研究生实践教学的质量和效果，提升服务地方能力与水平。目前，学校分别与“宝鸡航宇光电显示技术开发有限责任公司”、“快速制造国家工程研究中心宝鸡创新中心”(即“宝鸡高新智能制造技术有限公司”)、“宝鸡恒通电子有限公司”这3家高新技术企业签订了光学工程专业学位硕士研究生联合培养协议，建立了研究生联合培养的校外实践基地。学校聘请光电类企业具有丰富实践和教学经验的高级专业技术人员和校内导师组成导师组，对工程硕士的工程实践和学位论文进行联合指导。

(三)完善考核机制，提高培养质量

多措施并举完善落实阳光招生选拔制度，进一步优化研究生生源结构，保证研究生生源质量;积极完善教学考核相关制度，对光学工程硕士专业学位研究生课程学习评价采用过程性评价与终结性评价相结合的方法进行，落实中期考核、开题报告及学位论文审查制度，提高人才培养质量;严格校内外导师的选聘、培训和考核制度，优化导师团队;完善多层次奖助体系制度，提高光学工程硕士生活水平。

(四)加强平台建设，提高科研水平

积极提升科研实验平台建设，现已建成省级实验教学示范中心“物理实验教学中心”、市级科研平台“宝鸡市超快光学与新材料工程技术研究中心”、校级实验平台“光电功能材料与器件开发实验室”和“现代电子与测控技术实验教学中心”4个科研实验平台，为光学工程研究生培养所必须的实践环节和开展相关科研工作提供了保障。

三、培养成效

基于以上培养理念，本校光学工程硕士研究生培养工作取得了一定的成效。截至目前，光学工程研究生共计发表科研论文9篇，其中SCI源期刊论文4篇，EI源期刊论文5篇，获授权国家专利1项。学校积极鼓励光学工程研究生参加各类国际国内竞赛活动和实践创新活动，两名研究生获得第四届研究生创新成果二等奖和三等奖各1项。综上所述，针对目前本校光学工程领域硕士研究生培养的几点做法进行了说明，希望能为光学工程培养方案的进一步完善提供一些有益的帮助，培养高层次应用型工程技术和工程管理人才。

参考文献:

［1］刘向东，刘旭，刘玉玲．从高等教育的发展到光学工程类专业研究型人才培养方案再调整的思考［J］．光学技术，2007，33(Suppl．):276-279．

［2］赵嵩卿，焦志勇．光学工程专业硕士实验教学体系的构建及实验室的建设［J］．实验教学，2013，(03):140-141．

［3］杨晓占，冯文林．光学工程领域硕士研究生“双创”能力提升的对策探究［J］．教育教学论坛，2017，(41):240-241．

［4］王培根．产学研合作教育［M］．武汉:武汉理工大学出版社，2003．

［5］张文修，王亚杰．中国工程硕士教育的实践与发展［M］．北京:清华大学出版社，2001．

篇7：纳米技术在光学领域的应用

王蒙

（长春工程学院 理学院 吉林省长春市 邮编130026）

摘要:随着科学技术的不断发展，纳米技术在日趋成熟。纳米技术在许多领域都发挥着重要的作用，如应用纳米科学技术可以引发光电子、微电子、环保等诸多领域的革命，推动社会经济的腾飞；而纳米电子学、纳米光电子学和纳米光子学将成为21世纪信息时代的关键技术。由于纳米半导体光电子材料蕴藏着许多新的物理信息和可资利用的独特功能而具有极其广阔的发展前景。它是半导体光电子材料的一颗新星。它的出现，意味着半导体光电子材料向低维化方向发展。

关键词:纳米技术；光学；纳米材料；光电材料；半导体。

引言

半导体光电子材料经过几十年的发展，已经成为在国民经济和军事等领域得到广泛应用、充满生机的一类电子信息材料。在信息化时代加速了该材料的升级，使它更加异彩纷呈，引人瞩目。

在20世纪90年代全球掀起的纳米科技浪潮推动下，纳米半导体光电子材料、纳米磁性材料、纳米陶瓷材料和纳米生物材料等纳米材料应运而生。纳米材料是指尺寸为1～100nm的各种固体材料。纳米半导体光电子材料是纳米材料家族中的重要成员，它的崛起是光电子材料发展的一次新的飞跃，成为发展新特性、新效应、新原理和新器件的基础。当半导体光电子材料的尺寸减小到纳米量级时，其物理长度与电子自由程相当，载流子的输运将呈现量子力学特性，宏观固定的准连续能带消失而表现出分裂的能级，因而传统的理论和技术已不再实用。纳米半导体光电子材料技术是一种多学科交叉的科学和技术，该领域充满了巨大的创新机会和广阔的发展前景。

1.关于纳米的概述

1.1:纳米的概念

纳米是一种长度度量单位，1纳米等于10亿分之一米(1nm=10-3μm=10-9m）相当于头发丝直径的10万分之一。1.2:纳米技术

纳米技术是指在原子分子层次上对物质精细的观测识别与控制的研究与应用，它将对于21世纪的信息科学、生命科学、分子生物学、新材料科学和生态系统可持续发展科学提供一个新的技术基础，这将引起一场产业革命，其深远的意义堪与 世纪的工业革命相媲美，它包括的领域甚为宽广。人们根据使用的目的不同而制造不同种类的材料，把纳米材料与光学材料的制造有机地结合起来，制造一类新的功能纳米光学材料是当今光学领域里科学工作者一项义不容辞的责任。

1.3:纳米材料

-9 纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10m)的超细材料。其尺寸介于分子、原子与块状材料之间, 通常泛指1~ 100nm范围内的微小固体粉末。纳米材料是一种既不同于晶态也不同于非晶态的第三类固体材料, 它是以组成纳米材料的结构单元——晶粒、非晶粒、分离的超微粒子等的尺度大小来定义的。目前, 国际上将处于1~ 100nm尺度范围内的超微颗粒及其致密聚集体, 以及由纳米微晶所构成的材料, 统称之为纳米材料, 包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。它们是由2~ 106个原子、分子或者离子构成的相对稳定的集 团, 其物理和化学性质随着包含的粒子数目与种类而变化。纳米材料的颗粒尺寸是肉眼和一般显微镜下看不到的微小粒子, 只能用高倍电子显微镜进行观察。

1.4:纳米材料的性能

实验与理论表明, 纳米材料具有既不同于原子、分子、亦不同于宏观物体的特列性质, 例如: 所有的金属被细分到纳米微粒时, 将失去绚丽的光彩而成为对太阳光几乎全吸收的黑体, 利用此特性可进行高效光热转换, 可作为微波、红外隐形材料、优良的催化剂等。

无机非金属材料的光学性质亦随颗粒尺寸的减小而显著变化。例如硅片是不发光的, 但纳米多孔硅却能发光。研究表明, 鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及海龟等动物能识别方向的奥秘在于它们的体内含有

纳米磁性微粒, 依靠磁场而定向运动;金属、玻璃与氧化物、半导体等纳米颗粒构成复合材料时, 可以显著地改变力学、电学以及光学等性质。物质到纳米级以后, 具有常规粗晶粒材料不具备的奇异特性和反常特性, 展现出引人注目的应用前景。如铜到纳米级就不导电;绝缘的二氧化硅、晶体等, 在20nm时开始导电;高分子材料加入纳米材料制成的刀具, 比金刚石制品还坚硬等。由于纳米材料特殊的结构特征, 使它具有传统材料所不具有的物理和化学特性。

纳米材料的主要特性表现在一下几方面：①表面效应:纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化：②尺寸效应:由于颗粒尺寸变小引起的宏观物理性质的变化称为尺寸效应：③体积效应:由于纳米粒子体积极小, 所包含的原子数很少。因此, 许多现象如与界面状态有关的吸附、催化、扩散、烧结等物理、化学性质将显著与大颗粒传统材料的特性不同, 就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明, 这种特殊的现象通常称之为体积效应;④量子效应:介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒, 将大块材料中连续的能带分裂成分立的能级, 能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或磁能比平均的能级间距还小时, 就会呈现一系列与宏观物体戳然不同的反常特性, 即量子效应。

除此之外，纳米材料和常规材料在理化性质方面还有许多不同的地方，如纳米材料有高强度、高韧性；高比热和热膨胀系数；异常电导率和扩散率等性质。2.纳米材料在光学领域的应用

2.1:纳米半导体材料与器件

硅纳米结构的尺寸小到一定范围时，将会出现量子限域效应、尺寸效应及表面效应等许多新的效应，从而使它呈现出诸多新颖性质，其中一个典型的例子就是由量子效应引起的硅纳米结构的高效发光。最近的研究表明硅纳米结构具有高效的可见发光，且发光波长可以通过对硅纳米结构尺寸改变进行调节。最近，科学家已经利用硅纳米结构所呈现的这些新颖性质和效应，开发出了高灵敏生物和化学传感器、高效率太阳能电池及发光二极管等器件。因此，该类纳米材料展现出广阔的应用前景

2.2:半导体复合纳米粒子

半导体符合纳米粒子由于具有量子尺寸效应，表面效应和小尺寸效应而具有优异的光学性质（如非线性光学响应及室温光致发光），光电催化特性和光电转换特性。半导体纳米粒子复合后的性质并不是单个纳米粒子性质的简单加和，而是具有更优异的性能，可用于光电太阳能转换，废物处理及功能陶瓷的制备等。研究半导体复合纳米粒子，发展新型纳米半导体复合材料是纳米半导体领域研究的新热点。2.2.1:半导体复合纳米粒子的制备

半导体复合纳米粒子的复合方式有核-壳结构、偶联结构（3）、固溶体和量子点量子阱。核-壳结构的复合纳米粒子制备时有一定的加料顺序，即先生成核，再在核外生成另一种半导体粒子对其进行包覆。偶联结构的复合粒子可分别制备然后混合或一次形成，这依赖于两种半导体粒子的属性、生成速率和溶度积的差别。固溶体的制备则必须在同一体系中同时完成。

2.3: 纳米光电材料的良好特性

用于光电的半导体材料在尺度缩小到纳米尺度时会表现出与大尺寸材料不同的光学点穴性质。这是因为当材料尺寸减小时会显现出量子化的效果。由于半导体的载流子限制在一个小尺寸的势阱中,在此条件下,导带和价带能带过渡为分立的能级。因而有效带隙增大,吸收光谱阈值向短波方向移动,这种效应就称为尺寸量子效应。

量子尺寸效应除了会造成光学性质发生变化还会引起电学性质的明显改变。这是因为随着颗粒粒径的减少,有效带隙增大,光生电子具有更负的电位,相应地具有更强的还原性,而光生空穴因具有更正的电位而具有更强的氧化性。

表面效应是纳米光电子材料的另一个重要特性。纳米粒子表面原子所占的比例增大。当表面原子数增加到一定程度，粒子性能更多地由表面原子而不是由晶格上的原子决定。由于表面原子数的增多会导致许多缺陷，从而决定了它有更高的活性。

由此可以看出纳米光电材料比普通光电材料有更高的光催化活性。3..纳米光学材料的功能转化

3.1:太阳能转换为化学能

光解水产生氢气（5，6）在CdS—ZnS体系中，不论是核-壳结构的CdS/ZnS还是ZnxCd1-xS固溶体，加入空穴俘获剂，连续光解，氢的产率远高于纯CdS粒子单独存在时的产率。入射波长λ>400nm时，连续光解10—12h，氢的产率随ZnS含量的增大而提高，Zn:Cd=1:1时，产率最高。

3.2:太阳能转换为电能

太阳能电池：太阳能电池的光电转换效率是四个因子的乘积：

η=Kthr×Kst×Y×f×100%(a)Kthr表征了由于半导体中光吸收的量子特性所引起的能量损耗，Kthr与半导体的禁带宽度有关。

(b)Kst表征能量储存的效率，即利用在光激发过程中产生的电子-空穴对的能量(≈Eg)作有用功的效率。光电太阳能电池中Kst=eφ0,cph/Eg φ0,cph—开路光电势

(c)Y是量子产率等于通过电池外电路传输的电子数与在光转换器表面的入射光量子数之比。Y=iph/eJ,在再生式电池中，iph=isp.c—电池的短路光电流。实际上，量子产率表征了光生电荷分离的效率。(d)f是电流-电压特性曲线的填充因子，由于Ohm电压降以及通过电流时光化学电池的超电压所引起的能量损耗，对于再生式电池，4.纳米光电材料的在光学领域的一些其他应用 4.1: 一维纳米材料

当一维半导体材料的直径与其德布罗意波长相当时，它的导带与夹带进一步分裂，其能隙会随着直径减小而变大。这样以来量子限制效应、非定域量子相干效应和非线性光学都会表现明显。

定向耦合器(DC)是波分复用网络中最常用的基本元件之一。Yamada等人首次报道了一种基于纳米线波导的定向耦合器,两个耦合波导的横截面尺寸为0.3μm ×0.3μm ,间距仅为0.3μm。由于两个波导之间很强的耦合作用,定向耦合器的耦合长度仅为10μm ,当耦合波导之间的间距减少时,波导长度还可以进一步缩短。由此可以制作出结构非常紧凑的3dB 耦合器。在此基础之上, 他们还制作了一种基于纳米线波导的Bragg反射型光上/ 下路复用器，它由两个在侧壁上刻有Bragg光栅的纳米线波导和两个基于纳米线波导的3dB耦合器构成。下路波长带宽不超过0.7nm ,下路波长时输出端的消光比为8dB ,其下路波长可以通过改变光栅参数来进行调节。

将SOI 纳米线引入到热光开关中,有助于器件尺寸和功耗的减小。Chu等人首次报道了基于纳米线波导的1×1、1×2 和1×4的Mach2Zehnder干涉型热光开关。光开关中采用的纳米线波导的横截面尺寸为300 nm×300nm ,这些热光开关器件所占的面积分别为140μm ×65μm、85μm×30μm 和190μm×75μm ,消光比超过30dB ,开关功耗低于90mW ,开关响应时间小于100μs。

4.2:纳米硅薄膜

纳米硅薄膜是由纳米尺寸的硅微晶粒构成的一种纳米固体材料,其晶粒所占的体积约为50 % ,另外50 %则为晶粒之间的大量界面原子所占据。纳米硅薄膜由于独特的结构而具有一系列独特性质,如电导率高、光热稳定性好、光吸收能力强、光学能隙宽化、光致发光等,而且还具有明显的量子尺寸效应。近年来,已成功地研制了纳米硅异质结二极管，并正展开纳米硅薄膜（11）太阳电池的研制,展现了纳米硅薄膜器件的广阔前景。

紫外光电探测器方面,O.M.Nayfeh等人制作了纳米Si薄膜紫外光电探测器。他们首先以电化学分解法在HF-H2O2混合液中制备了尺寸为1 nm的纳米Si晶。然后开始器件的制作:在P 型衬底上生长500nm的氧化层;接着用氢氟酸缓冲液在氧化层上刻蚀出器件图形;然后将硅片浸入纳米硅晶的酒精悬浊液中,用一种类似于金属电镀的电化学电镀方法,将纳米Si 晶淀积到已刻蚀出的氧化层图形中,淀积厚度约500 nm;最后,在纳米Si 晶膜上淀积一层厚为4nm 的半透明Au 层,Au 层之上和衬底背面分别淀积厚300 nm 的凹，凸点,作为器件的引出电极。器件对可见光有很好的过滤特性,而对紫外光有较好的响应。5.纳米材料在我们身边光学领域中的例子——光学树脂眼镜

激光具有单色性、方向性、相干性及高亮度等特点，利用激光测距、目标指示或瞄准等在军事及民用领域应用相当广泛，但是受激光直射的眼睛和光电设备的传感器等可能被致伤或破坏。目前市售的激光防护镜多为无机玻璃片，安全性较差，有些公司采用纳米新材料，以全新的理念及技术制作屏蔽激光的光学树脂镜片，此类产品目前产量不多。这些多功能防激光特种光学树脂镜片具有如下技术特点：

1）由于是把无机纳米材料均匀复合于有机树脂镜片中，因此镜片质轻、能抵御碎弹片冲击，保护人眼不受伤害。

2）属于介观材料的纳米粒子具有奇异的光学特性，能提高镜片的增透能力使视觉清晰；并能多光源、多光区屏蔽激光射线。

近年来，由于地球南北极上空出现的臭氧层空洞越来越大，紫外线直射地面，给人的眼睛和皮肤造成伤害，尤其是在高原地区高强度紫外线照射使许多老年人的眼睛患上白内障等眼科疾病。因此这些公司推出了可完全吸收波长280-400nm的紫外线，同时在可见光区具有高透过度的纳米复合光学树脂镜片。

太阳光（相当于T=6000K）的峰值波长约在480nm 左右，太阳辐射的大部分能量分布在可见区与紫外区。可见光最易透过人眼的屈光介质造成眼底损伤，紫外线则主要是损伤人眼的晶体，因此，夏日里利用太阳镜保护人们的眼睛是必须的。现在市售的太阳镜大部分是经染料染制而成，日久褪色，并且在可见光透率较低而影响人们的视线。这些公司推出的纳米复合树脂太阳镜具有优异的稳定性、瑰丽的色彩、奇异的光学特性、超凡的阳光阻隔能力。既能屏蔽紫外线，又能屏蔽部分近红外线，兼容太阳镜，树脂镜、水晶镜的特点，人们配戴这种眼镜后，视觉清晰，有种雨过天晴，尘埃落地、心旷神怡的感觉。

随着人们生活质量的提高，配戴变色镜成为一种时尚，同时可以保护眼睛少受太阳光的伤害。本公司推出两种含纳米材料的光致变色树脂镜片：一种树脂镜片是在强烈阳光下变暗，阳光不足或回到室内立即恢复为原色的光致变色镜片；另一种树脂镜片在强烈阳光下变暗，回到室内约10小时后恢复为无色的镜片。综上所述，纳米材料与光学材料复合技术的研制成功，必将引起光学材料制造领域一场革命，它会赋予树脂镜片新的功能，造福人类。6.展望

虽然现在对纳米技术的研究在不断深入，但总的来说对纳米技术的研究还不够透彻，对纳米技术的研究还有非常大的发展空间。现在人们在根据不同目的制造不同种类的材料，把纳米材料同光学材料有机的结合起来，制造一类新的功能光学纳米材料是当今光学领域科学工作者一项义不容辞的责任。我们也完全有理由相信会有越来越多的新型纳米光学新材料不断问世，不断推动科学的进步及社会的发展。

纳米技术不仅在光学领域，也将会在其他如医药，军事等领域发挥其巨大作用，为全人类带来更好的生活。

收稿日期：2012.12.11 作者简介：王蒙 理学院应化1041班 1008411115

参考文献：

(1).波利斯科夫著，张天高译.《光电化学太阳能转换》.北京：科学出版社，1989年：59～63.(2).裴立宅，唐元洪，郭池，张勇，陈扬文． 《一维硅纳米材料的光学特性》．《人工晶体学报》，2006．(3).徐学俊，余金中，陈少武．《SOI纳米线波导和相关器件研究进展[J]》．半导体光电，2007．(4).Gleiter H.Nanostructured materials: basic concepts and microstructure[J].Acta Materialia, 2000, 48:1-29(5).王梅生,杨燮龙;迷人的纳米材料[J];自然杂志;1993年05期.(6).Huang M , Mao S ,Henning F ,et al.Room temperatureult raviolet nanowire nanolasers [J].Science ,2001 ,292 :1 89721 899.(7).刘吉平著 <纳米与科学技术丛书> 科学出版社

(8).廖承恩.微波技术基础.西安：西安电子科技大学出版社

(9).Youn Hyeong Chan,Subhash Baral,Fendler J H.J.Phys.Chem.,1988,92:6320～6327.(10).薛定谔著 《波动力学导论》 1929(11).王文中,李良荣,刘兴龙;纳米材料的性能、制备和开发应用[J];材料导报;1994年06期(12).张立德;纳米材料研究及其发展趋势和展望[J];高科技与产业化;1994年04期(13）.林鸿溢;纳米材料与纳米技术[J];材料导报;1993年06期

篇8：红外光学薄膜技术

另外,大多数光电系统的窗口等都是与大气直接接触的,恶劣的自然环境将使其表面造成损伤,严重降低透过率,使光电系统失去作用。因此,有必要镀制各种高强度、高硬度,能抵御各种恶劣环境变化的保护膜来进行保护[5]。

1 镀膜材料选取

1.1 基片材料的选择

红外光学材料按照透过率分为两大类:中波材料(0.9~5μm)和长波材料(8~12μm)。大多数中波材料在可见光(0.3~0.7μm)波段也是透明的。中波红外光学材料包括氧化物陶瓷,如Al2O3(蓝宝石单晶)、ZrO2、Y2O3、MgO、Mg Al2O4(尖晶石)、AlON(氮氧化铝)、石英晶体和熔融石英;氟化物晶体如CaF2、MgF2、Si3N4、SiC等。长波材料大多是半导体材料,如Ⅳ族半导体材料Ge、Si和金刚石;Ⅲ-Ⅴ族化合物GaAs、GaP、InP等;Ⅱ-Ⅵ族化合物Zn S、ZnSe、CaTe;还有锗硫系玻璃,SeSb Ge、SeAs Ge以及二元、三元硫化物As2S3、Se2A3、Ca La2S4等[6]。图1为厚度为10 mm的Zn Se材料透过率光谱。

1.2 镀膜材料的选取

红外膜系材料中,低折射率材料有AlF3、MgF2、SiO2、Al2O3、ThF4等,高折射率材料有ZnS、ZnSe、ZrO2、HfO2、TiO2、Ta2O5、Si、Ge等。低折射率材料中,AlF3、MgF2被证明对水汽有较多吸收,SiO2材料则具有少量的与—HO震动有关的吸收。高折射率材料中氧化物材料与硫化物、硒化物相比具有更好的耐用性,但在镀制过程中的控制要求比较高,其中Ta2O5、ZrO2、HfO2三种材料被普遍认为不宜作为中红外波段薄膜使用,主要是因为这三种材料在比较厚的情况下折射率和吸收率都很难保证其均匀性。纯Zn S材料具有高密度结构,并且具有很高的折射率,比较适合使用。ZnSe材料在镀制过程中也比较稳定,且折射率比ZnS高,但具有弱慢性毒性,所以如果没有充分的防护措施则不建议使用。总之,薄膜材料要综合考虑材料的透明度、吸收和散射性、折射率、机械牢固度和化学稳定性等进行选取。

2 膜系设计

光学薄膜设计的理论基础是光的干涉原理,因此光学薄膜设计中各个量之间的关系很复杂,只有在简单的情况下才有明确简洁的数学关系式,而在更多的情况下则很难用直观的公式表示出它们各量之间的关系。因此光学薄膜的设计是一个困难的课题。最简单的增透膜是在玻璃表面上镀一层低折射率的薄膜。理想条件是:膜层的光学厚度是四分之一波长,其折射率是介质和基底折射率的平方根。即

如n0=1(空气),则利用单层增透膜的理论,其折射率为介质和基片折射率的平方根。以Zn S基底为例,当介质为空气时,有

折射率为1.48的氟化钇(YF3)较为接近,并且氟化钇透明区为3.5~12μm,吸收很少。然而,由于YF3材料的应力很大,并且反射率较高(其透过率光谱如图2所示),不符合工程需要,因此,在不影响增透效果的前提下,采用多层膜结构来实现增透往往是较好的选择[7]。

多层增透保护膜系的设计一方面要通过某种方法选择最佳结构参数(折射率n和膜d),以达到最佳增透效果;另一方面要具有优良的机械保护性能、高温抗氧化性能等,即要求膜层材料具有高的杨氏模量、高强度、高硬度、高的抗氧化性能及足够的厚度等。而在红外境透膜的设计中主要采用多层宽带增透膜,目前常用设计方法可分为3类:规整设计、非规整设计和非均匀膜设计。

(1)规整设计。红外宽带多层增透膜传统上采用递减法,膜层折射率从衬底向入射介质递减。递减法设计的膜系,要求寻找到恰好能满足所设计折射率的材料。利用三层对称膜(aba)或非对称膜(abc)进行等效,或者通过控制几种具有不同折射率的物质成分进行蒸发(例如双源同时蒸发,双源混合一源蒸发),都可以得到所需要的折射率。

(2)非规整设计。设计某个波段范围内的增透保护膜系,实际就是求平均透射率在该波段范围内的极大值。上面提到了规整设计要求各膜层厚度相等,限制了各种材料发挥最大潜力,下面采用非规整设计,从增透和保护的角度来说,这种方法应用更为广泛,下面对其中的计算机自动设计的“彻底搜索法”作一简介,对一个单层膜,膜层结构参数包括折射率、消光系数和厚度3个参数,对一个n层膜系,其膜系结构参数为3n个。“彻底搜索法”就是在膜系结构参数所构成的3n维空间中,根据各个结构参数的步长将该空间划分为N个空间格点,每一个空间格点对应着一个膜系结构参数,计算每一个空间格点的光谱曲线,就可以找出平均透射率最高的空间格点,从而达到最佳设计效果。

(3)非均匀膜设计。它是指垂直膜层表面,膜层折射率逐渐变化,由于非均匀膜消除了突变界面,因而减少了吸收,增强了膜层之间的附着力。并且,非均匀膜容易实现宽带增透。实际非均匀膜设计过程是把选定好折射率剖面变化规律的膜层按光学厚度划分为m层,就可以按照m层均匀膜系进行处理,当m大于一定值时,所得到的透射率曲线基本不发生改变,如图3为在Zn Se基底上镀制的碳化锗非均匀膜。

3 红外保护膜

对大多数红外光学材料,如Ge、ZnS、GaAs和Zn Se等都满足不了抗雨蚀、抗沙蚀的要求,为了对其进行保护,必须镀制特定的红外保护膜。常用的红外保护膜有类金刚石薄膜(DLC)、碳化锗(GexC1-x)、BP(磷化硼)和Ga P(磷化镓)等[8]。

(1)类金刚石薄膜(DLC)是最早用于红外增透保护的薄膜材料,它可以采用离子束溅射、等离子增强化学气相沉积、电子回旋共振化学气相沉积,磁控溅射等方法来制备,薄膜的折射率可以在1.7~2.3之间变化。由于内应力较大,一般不能制备出厚度大于2μm的薄膜,因此不能依靠单层的DLC膜来提供抗雨蚀性能。但DLC膜的高硬度,使得它常常用作多层复合膜系的最外层,给整个膜系提供良好的抗沙蚀性能。

(2)碳化锗(GexC1-x)与DLC膜相比,内应力小,吸收系数较低。制备碳化锗薄膜常见方法有2种:PECVD(等离子体增强化学气相沉积)和反应溅射(Rs)。厚的碳化锗薄膜与DLC组成的复合膜系可以给基片提供良好的抗磨耐蚀性能;薄膜更大的优点是折射率可以根据成分不同在1.7~4.0之间变化,因此可以很容易实现设计的多层膜系。而且也可以用来制备非均匀增透膜来实现宽波段增透。

(3)磷化硼(BP)和磷化镓(Ga P)。近年来国外开展了对磷化物用作红外保护薄膜材料的研究。已有的研究表明,磷化物涂层具有最好的抗蚀性能。与BP相比,Ga P有更宽的带隙,在制备过程中掺入的氢含量更低。因此它的透射光谱能够延伸到更短的波长,有更低的吸收系数。但是BP的硬度远高于Ga P。因此BP与DLC组成的复合膜系的保护性能很好,但增透效果有限,Ga P与DLC组成的复合膜系的增透效果很好,但保护性能比BP膜系稍差,而BP与Ga P的复合膜系则可以得到接近Ga P膜系的增透效果和BP膜系的保护效果。

4 红外增透保护膜

为了使光学窗口等光电设施在恶劣的自然环境中免遭环境的侵袭,往往要镀制高强度、高硬度,耐磨擦的保护膜。在使用保护膜时,同时也必须考虑薄膜的光学性能,要求具有很高的增透效果。

图4为ZnS窗口上镀制的薄膜的透过率曲线。从图4中可以看出,ZnS基底的透过率大约为74%左右;在材料的一面镀制DLC/BP红外增透保护膜可以使透过率上升到81%,而在材料的另一面再加镀一层高质量的增透膜,可以使透过率达到93%。

5 展望

随着红外技术在各个领域的广泛应用以及大量红外光电系统的出现,对红外光学材料的光学和物理性能与化学性能提出了愈来愈高的要求,寻找既能起增透作用又能达到很好的保护作用的红外增透膜显得十分必要,随着红外技术的进一步发展,红外增透保护膜将作为未来研究的重点而受到广泛的重视。

摘要：介绍了红外光学薄膜在红外光学系统中的作用。详细阐述了红外光学材料的选择、相应薄膜材料的选取以及红外增透保护膜的几种设计方法,并重点介绍了类金刚石(DLC)、碳化锗(GexC1-x)、磷化物(GaP)、金刚石(Diamond)等几种薄膜材料光学性能及其应用,最后对红外增透保护膜未来的发展进行了展望。

关键词：红外光学薄膜,膜系设计,类金刚石,碳化锗

参考文献

[1]Lewis K L,Pitt A M,Corbett M,et al.Progress in Optical coatings for the Mid-Infrared[C]//Proceeding of SPIE,Laser-Ineduced damage in Optical Materials,1996,2966:166-177.

[2]Jennifer D T K,Walter T P.Optiacl and durability pro-erties of infrared transmiting thin films[J].Applied Op-tics,1997,36(10):2157-2159.

[3]Daniceal C.Materials for Infrared Windows and Domes Properties and Performance[M].Washington:SPIE Press,1999.

[4]Paul Klocek,Thomas McKenna,John Trombetta.Ther-mo-optic,thermo-mechanical,andelectromagnetic ef-fects in IR windows and domes,and the rationale for GaAs,GaP,anddiamond[C]//Proc.SPIE,1994,2286:70-90.

[5]Nick Brette,PaulKlocek.Engineered polymeric IR-trans-parent protective coatings[C]//Proc.SPIE,1994,2286:325-334.

[6]余怀之.红外光学材料[M].北京:国防工业出版社,2007.

[7]李大琪,刘定权,张凤山.6.4～15μm宽带增透膜系的设计与制作[J].红外与毫米波学报,2006,25(2):135-137.