简易适配 高精度测量 青岛理工大学00后学生研发数字全息显微镜用于物理实验

半岛网5月15日讯  5月13日，由青岛理工大学物理学专业本科生完全自主研发的数字全息显微镜正式通过学校大学生物理实验中心试用，将代替传统迈克尔逊干涉实验仪器，将干涉、衍射现象与空域、频域相结合，实现4D实时可视化，为物理专业学生带来实验新体验。

“这是学校首次将本科生的发明创造成果应用于教学科研实践，这次成功试用，不仅证明了学院本科生的创新能力和实践能力，也说明了学校在培养高素质创新型人才方面取得的显著成效。”理学院党委副书记、副院长薛诚表示。

“实验课上，我发现传统的光电实验仪器只能二维成像，而且操作起来很复杂，我就想能不能有一个像‘显微镜’一样的设备扫一下就能实时成像。”物理212班的王媛媛是该显微镜研发项目的核心成员之一。“我把这个想法向学业导师吴育民老师表达了，没想马上得到肯定，他还鼓励我试一试。”2023年7月，8位00后物理学专业本科生组成团队，在吴育民、初鹏程老师的指导下，历经一年多时间，顺利完成了调研、设计、研发。

“这台显微镜基于反射式数字全息显微技术，通过紧凑的一体化光路设计配合高精度的实时在线算法，大幅缩减了仪器体积与成本，测量物体的横向分辨率达 2微米左右，轴向分辨率最高达100纳米，”王媛媛介绍道。

实验室的研发结束后，产线的适配成了难题，数字全息技术在实验室条件下能广泛应用，但是真正适配不同工业检测与实际复杂环境应用中却常伴随着适配难，精度稳定性差的挑战。“技术推演阶段我们信心满满，但在真正动手制作的过程中，零件的选择、联动、组装总是有误差，”项目另外一位核心成员物理232班张风瑞回忆道。为了解决这一难题，实验团队每天在实验室测试到凌晨，不断调整方案和编程细节。

一个月后，显微镜终于以数字全息数值重建算法和噪声去除算法为突破口实现快速、高精度三维测量，并在不断迭代升级中产生了数字全息显微4D成像系统的工业级机器。“我们还实现了5000元以内的超低成本研发”，张风瑞说道。

“该显微镜使用的数字全息显微4D成像系统拥有广阔的应用前景”，项目指导教师吴育民表示，数字全息显微4D成像系统不仅可以在高校光电实验中应用，还可以应用于半导体薄膜检测仪器中的薄膜厚度与完整度分析，MEMS器件在工作状态下的微结构形变与振动模式优化与故障分析等不同领域。

目前，数字全息显微4D成像系统项目团队的技术日趋成熟稳定，商业化运营团队正在紧锣密鼓组建，团队学生发表SCI高水平论文3篇，申请发明专利2项，已与专业从事光电领域的森泉光电等4家企业初步达成融资意向。

未来，团队将在落地应用中不断探索，在高精度光学元件、集成电路等工业产品的表面缺陷检测领域不断突破，推动高端数字全息领域的国产化替代进程，助力国家在高端制造领域实现核心技术自主可控，为建设科技强国贡献力量。