半島網(wǎng)5月15日訊  5月13日，由青島理工大學(xué)物理學(xué)專業(yè)本科生完全自主研發(fā)的數(shù)字全息顯微鏡正式通過學(xué)校大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)中心試用，將代替?zhèn)鹘y(tǒng)邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)儀器，將干涉、衍射現(xiàn)象與空域、頻域相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)4D實(shí)時(shí)可視化，為物理專業(yè)學(xué)生帶來實(shí)驗(yàn)新體驗(yàn)。

“這是學(xué)校首次將本科生的發(fā)明創(chuàng)造成果應(yīng)用于教學(xué)科研實(shí)踐，這次成功試用，不僅證明了學(xué)院本科生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，也說明了學(xué)校在培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才方面取得的顯著成效。”理學(xué)院黨委副書記、副院長(zhǎng)薛誠(chéng)表示。

“實(shí)驗(yàn)課上，我發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的光電實(shí)驗(yàn)儀器只能二維成像，而且操作起來很復(fù)雜，我就想能不能有一個(gè)像‘顯微鏡’一樣的設(shè)備掃一下就能實(shí)時(shí)成像。”物理212班的王媛媛是該顯微鏡研發(fā)項(xiàng)目的核心成員之一。“我把這個(gè)想法向?qū)W業(yè)導(dǎo)師吳育民老師表達(dá)了，沒想馬上得到肯定，他還鼓勵(lì)我試一試。”2023年7月，8位00后物理學(xué)專業(yè)本科生組成團(tuán)隊(duì)，在吳育民、初鵬程老師的指導(dǎo)下，歷經(jīng)一年多時(shí)間，順利完成了調(diào)研、設(shè)計(jì)、研發(fā)。

“這臺(tái)顯微鏡基于反射式數(shù)字全息顯微技術(shù)，通過緊湊的一體化光路設(shè)計(jì)配合高精度的實(shí)時(shí)在線算法，大幅縮減了儀器體積與成本，測(cè)量物體的橫向分辨率達(dá) 2微米左右，軸向分辨率最高達(dá)100納米，”王媛媛介紹道。

實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)結(jié)束后，產(chǎn)線的適配成了難題，數(shù)字全息技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室條件下能廣泛應(yīng)用，但是真正適配不同工業(yè)檢測(cè)與實(shí)際復(fù)雜環(huán)境應(yīng)用中卻常伴隨著適配難，精度穩(wěn)定性差的挑戰(zhàn)。“技術(shù)推演階段我們信心滿滿，但在真正動(dòng)手制作的過程中，零件的選擇、聯(lián)動(dòng)、組裝總是有誤差，”項(xiàng)目另外一位核心成員物理232班張風(fēng)瑞回憶道。為了解決這一難題，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)每天在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試到凌晨，不斷調(diào)整方案和編程細(xì)節(jié)。

一個(gè)月后，顯微鏡終于以數(shù)字全息數(shù)值重建算法和噪聲去除算法為突破口實(shí)現(xiàn)快速、高精度三維測(cè)量，并在不斷迭代升級(jí)中產(chǎn)生了數(shù)字全息顯微4D成像系統(tǒng)的工業(yè)級(jí)機(jī)器。“我們還實(shí)現(xiàn)了5000元以內(nèi)的超低成本研發(fā)”，張風(fēng)瑞說道。

“該顯微鏡使用的數(shù)字全息顯微4D成像系統(tǒng)擁有廣闊的應(yīng)用前景”，項(xiàng)目指導(dǎo)教師吳育民表示，數(shù)字全息顯微4D成像系統(tǒng)不僅可以在高校光電實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用，還可以應(yīng)用于半導(dǎo)體薄膜檢測(cè)儀器中的薄膜厚度與完整度分析，MEMS器件在工作狀態(tài)下的微結(jié)構(gòu)形變與振動(dòng)模式優(yōu)化與故障分析等不同領(lǐng)域。

目前，數(shù)字全息顯微4D成像系統(tǒng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的技術(shù)日趨成熟穩(wěn)定，商業(yè)化運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)正在緊鑼密鼓組建，團(tuán)隊(duì)學(xué)生發(fā)表SCI高水平論文3篇，申請(qǐng)發(fā)明專利2項(xiàng)，已與專業(yè)從事光電領(lǐng)域的森泉光電等4家企業(yè)初步達(dá)成融資意向。

未來，團(tuán)隊(duì)將在落地應(yīng)用中不斷探索，在高精度光學(xué)元件、集成電路等工業(yè)產(chǎn)品的表面缺陷檢測(cè)領(lǐng)域不斷突破，推動(dòng)高端數(shù)字全息領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程，助力國(guó)家在高端制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)核心技術(shù)自主可控，為建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)貢獻(xiàn)力量。