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跨尺度微纳表面结构高精度测量关键技术及系统
本成果创新性发明了白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构高精度测量技术及系统。
本项目依托华中科技大学仪器学科在表面形貌与结构精密测量领域的传统特色优势和长期积累的科研基础，在国家重大科学仪器设备开发专项、国家自然科学基金仪器研制专项、国家863重点项目课题、国家自然科学基金面上项目等支持下，针对相关制造领域微米尺度、纳米尺度、跨尺度微纳表面结构精密测量问题开展了系列研究。本成果技术主要包括以下方面：
1）提出了白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构测量原理和方法，共光路融合白光显微干涉与原子力探针传感，突破跨尺度微纳传感瓶颈，解决大动态范围微纳结构测量难题，实现nm-μm-mm跨尺度微纳表面结构高效测量；
2）提出了白光干涉原子力探针扫描跨尺度测量的可溯源标定和坐标统一方法，突破了白光干涉与原子力探针跨尺度微纳传感的坐标统一瓶颈和漂移难题，实现了微纳表面结构跨尺度测量的可溯源和稳定高精度；
3）提出了白光干涉质量评价模型和三维图像噪声区域辨识与重建方法，及二维扫描工作台平面度误差阿贝补偿与二维运动同步计量方法，解决噪声问题与宏微驱动二维工作台运动误差对测量精度的影响问题，为跨尺度微纳表面结构高精度测量提供支撑。
图1 微纳结构多模式跨尺度测量仪器实物图
图2 白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构测量原理示意图
华中科技大学
2023-05-12
跨尺度微纳表面结构高精度测量关键技术及系统
本成果创新性发明了白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构高精度测量技术及系统。
本项目依托华中科技大学仪器学科在表面形貌与结构精密测量领域的传统特色优势和长期积累的科研基础，在国家重大科学仪器设备开发专项、国家自然科学基金仪器研制专项、国家863重点项目课题、国家自然科学基金面上项目等支持下，针对相关制造领域微米尺度、纳米尺度、跨尺度微纳表面结构精密测量问题开展了系列研究。本成果技术主要包括以下方面：
1）提出了白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构测量原理和方法，共光路融合白光显微干涉与原子力探针传感，突破跨尺度微纳传感瓶颈，解决大动态范围微纳结构测量难题，实现nm-μm-mm跨尺度微纳表面结构高效测量；
2）提出了白光干涉原子力探针扫描跨尺度测量的可溯源标定和坐标统一方法，突破了白光干涉与原子力探针跨尺度微纳传感的坐标统一瓶颈和漂移难题，实现了微纳表面结构跨尺度测量的可溯源和稳定高精度；
3）提出了白光干涉质量评价模型和三维图像噪声区域辨识与重建方法，及二维扫描工作台平面度误差阿贝补偿与二维运动同步计量方法，解决噪声问题与宏微驱动二维工作台运动误差对测量精度的影响问题，为跨尺度微纳表面结构高精度测量提供支撑。
图1 微纳结构多模式跨尺度测量仪器实物图
图2 白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构测量原理示意图
【技术优势】
本成果项目研制了具有我国自主知识产权的白光干涉原子力探针扫描测量仪等系列微纳表面结构测量仪器，并通过了国家计量院组织的仪器性能和软件的检定测试，纳米尺度原子力垂直测量范围超出国际商用仪器10倍以上，水平动态范围达国际领先水平。
【技术指标】
本成果项目提出了白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构测量原理和方法，建立跨尺度传感方法，实现nm-μm-mm跨尺度微纳表面结构高效测量。同时，发明的白光干涉原子力探针扫描测量方法与现有商用原子力显微镜相比，垂直测量范围提高10倍，分辨率优于0.01nm。
华中科技大学
2023-05-15
光纤光栅传感器应力测量的差分对光栅解调技术
本成果来自省部级科技计划项目
西南交通大学
2016-06-27
一种基于近景摄影测量技术的半孔率统计方法
本发明公开了一种基于近景摄影测量技术的半孔率统计方法，采用近景摄影技术对爆后台阶预裂面 和光爆面进行快速非接触测量，获取预裂面和光爆面空间三维信息，建立台阶面三维 DEM 模型。通过 影像识别技术，划分预裂孔和光爆孔的孔痕，并根据孔痕在预裂面和光爆面上的不平整度来划分每一个 炮孔半孔的长度。统计所有炮孔的半孔信息，计算得出评价此次爆破效果的半孔率。优点是：本发明可 以极大地提高半孔率的统计精度，减小统计误差，降低作业成本；采用数字近景摄影测量技术，可以获 取更加完整的预裂面和光爆面信息，有利于爆区信息的存储，同时也可以提高预裂和光爆效果评价的可 靠度
武汉大学
2021-04-13
有关微腔非线性光学的研究
左图：表面二次谐波效应示意图；右图：光学微腔增强表面非线性效应。 二阶非线性光学效应是现代光学研究与应用中最基本、最重要的非线性光学过程之一，被广泛地用于实现频率转换、光学调制和量子光源等。由于结构反演对称性的限制，常用的硅基光子学材料往往不具备二阶非线性电偶极响应。借助材料的表面或界面，这种反演对称性可以被打破，进而诱导出二阶非线性光学响应。然而，传统的表/界面非线性光学研究存在两个重要挑战：一是非线性转换效率极低，即使在高强度的脉冲光激发下也仅能产生极少量的二阶非线性光子；二是体相电四极响应严重地干扰表面对称性破缺诱导的非线性信号分析。 该项工作中，北京大学课题组利用超高品质因子回音壁光学微腔极大增强光与物质相互作用的优势，在二氧化硅微球腔中获得了高亮度的二次谐波和二次和频信号。为了充分发挥微腔“双增强”效应，研究人员发展了一种动态相位匹配方法，利用光学微腔中热效应和光学克尔效应的相位调制，高效地实现了基波和谐波信号同时与微腔模式共振。实验上获得的二次谐波转换效率达0.049% W-1，相比传统表面非线性光学，该效率增强了14个数量级。左图：实验获得的激发光和二次谐波光谱图；右图：动态相位匹配过程二次谐波功率变化。 研究人员进一步通过对基波偏振和二次谐波模式场分布的测量分析，成功提取得到只有表面对称性破缺诱导的非线性信号，排除了体相电四极响应的干扰。这种表面对称性破缺诱导的非线性信号有望作为一种超高灵敏度的无标记“探针”，用来检测和研究材料表面分子的结构、排布、吸收等物理与化学性质，为表面科学研究与应用提供了一个全新的物理平台；同时，该项研究发展的动态相位匹配机制具有普适性，可进一步推广到不同材料、不同形状的光学谐振腔中，有望在非线性集成光子学中发挥重要作用。
北京大学
2021-04-11
非线性光学准晶超构表面
提出并制备了非线性光学准晶超构表面，并研究了超构单元局域对称性和排布方式的全局对称性对超构表面远场非线性光辐射的共同影响。该非线性光学准晶超构表面运用了基于非线性光学贝里几何相位的金属等离激元结构单元，依据经典的彭罗斯准周期拼接和具有六重对称性的六角准周期拼接形成了不同种类的准晶结构。彭罗斯结构的准周期拼接具有五重对称性，其衍射图案则具有十重对称性，这些都是晶体衍射定理所不允许的对称性。而六角准周期拼接是2017年提出的一种准周期拼接，它具有晶体衍射定理所允许的六重对称性，却并不遵从短程有序的规律。这两种拼接方式可以与某些特定的比例联系起来，这些比例由不同阶次的迭代规则决定：彭罗斯结构对应一阶迭代过程，其比例是人们熟知的“黄金分割比”，而六角准周期晶格对应三阶过程，其比例可称为“黄铜分割比”。自六角准周期晶格从理论上提出以来，本项工作中的非线性光学准晶超构表面是首个利用黄铜分割比实验实现的人工光学结构。 非线性光学准晶超构表面中不同转向的超构单元对入射基频光的响应是均匀的，因此其线性光学衍射仅能反映超构表面的全局对称性，即晶格结构决定其远场光衍射。而在倍频实验中，即出射光的频率是入射光的两倍（如1200nm 变为600nm）。由于打破了超构单元的中心反演对称性并引入了非线性光学几何相位，其非线性光学衍射与晶格结构的局域对称性、全局对称性同时相关。因此，可以通过调控超构单元的指向分布，进而有效地调控倍频光衍射中的零级。非线性光学准晶超构表面这一概念或将为设计超构表面非线性光源、人工微纳光学结构材料提供新的思路。
南方科技大学
2021-04-13
微纳多层聚合物光学膜
聚合物多层光学膜代表着光学膜技术的最高水平，在光电 子相关产业有广泛的应用，国内产品市场完全被美国 3M、日本东丽等跨国公司所垄断。项目拟通过设计一维、二维光子晶体结构，利用光子晶体结构的禁带实现不同能量的光子进行选择性透过，来实现复杂的光谱选择（例如红、蓝光双带通滤波器）和偏振态调控。产品的实现和产业化，可填补国产高端光学膜产品市场空白。
中国科学技术大学
2021-04-14
光学式电流和电压传感器
在电力系统中，互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表和继电器的电流线圈和电压线圈供电，以监测控制电气设备的正常运行和故障情况。随着现代电力技术向高电压、大容量的方向发展，对电力系统起保护作用和监控作用的电流传感器提出了向小型化、自动化、高智能化和高可靠性发展的要求。传统上使用的充油式磁感应电流互感器，由于设备充油，并用铜导线做传输介质，
西安交通大学
2021-01-12
三相光学电流互感器
电力工业是国家经济建设的基础工业，在国民经济中占有举足轻重的地位。随着科学技术的进步和电力工业的发展，高达数百千伏的输电、变电站、网已被越来越多的引入电力系统。相应地必须研究发展新型的高压测量设备，三相光学电流互感器就是其中的重要课题。光纤传感器由于具有其它类型的传感器没有的独特性能，所以一经问世，便引起人们的极大关注。对电流进行变换和测量的方法并不少见，
西安交通大学
2021-01-12
叶片光学智能检测装置及软件系统
由于航空发动机和燃气轮机叶片型面是空间异型曲面，因而其设计、制造及维修都面临巨大挑战。为了在设计加工层面提高叶片加工质量，同时在修复层面提高叶片使用寿命，开展叶片高效高精测量研究至关重要。
本项目面向叶片制造研发了一套基于四轴运动平台与线激光扫描相结合的叶片型面检测装置，并开发了集运动控制、数据采集与处理、精度评估等多功能于一体的软件系统，可实现多类型叶片的二维截面高精度测量与三维型面自动化高效重构,有效克服因叶片复杂结构特征带来的扫描数据密度差异性大、重叠区不足等因素对重构精度的影响。本项目面向叶片3D打印修复，研发了一套高效高精度的叶片检测方法与集成系统，可实现批量化叶片截面轮廓位姿及其轮廓的自动化测量、数据重构和叶片配准，为叶片修复工艺流程中的3D打印和后续机加工等工艺环节提供关键的数字化测量、加工工艺数据，有效提升修复精度与效率，并降低成本。
本项目的开发成果可应用于航空发动机、燃气轮机等叶片制造、修复全生命周期的测评、重构、反求等场景，市场规模大。
图 面向叶片3D打印修复的检测方法与集成系统硬件平台
四川大学
2025-02-11