近年来组织光透明技术的飞速发展,为现代骨科临床基础研究带来了新的契机。组织光透明技术主要通过多种物理、化学手段,降低组织的光散射和光吸收,使光能在组织中更好地传播,从而增加光学成像的深度和对比度。结合多种荧光标记策略,实现更深层、更高分辨的骨组织及三维空间微结构信息,为突破骨这种高散射组织及骨疾病的分子影像学研究带来新的视角与方法。对组织光透明技术的原理及机制进行介绍,并重点从骨组织光透明成像技术的应用现状、新方法及透明机制三个方面加以详述,最后对该技术应用于骨及骨疾病的分子影像学研究前景进行展望。

在相干光通信系统中,激光器相位噪声导致信号在复平面内发生旋转,因此需要在接收端对信号进行载波相位估计和恢复。在利用M次方载波相位恢复算法进行相位估计时,简化了对相邻N个符号进行求和取平均以减小加性高斯噪声影响这一步,将由残余频偏、相位噪声及加性高斯噪声引起的总相位偏移量看作一个整体,直接估计出每个符号的总相位偏移,之后再恢复出调制相位。通过仿真比较了该算法与传统M次方载波相位恢复算法的性能,用该算法进行相位恢复后,信号的相位与原调制相位之间的误差只有10 ^-16 rad,而采用传统算法相位恢复后的误差可达0.3 rad,表明所提算法能够更加准确地恢复出调制相位,具有更高的估计精度。利用本文算法可在没有进行频偏补偿的条件下,直接完成相位恢复,而传统算法只能对频偏补偿后的信号进行相位恢复。此外,由于减少了求和取平均这一步,本文算法的复杂度也得到了降低。

为实现对介质阻挡放电负载模型等效参数的有效预测, 引入放电区域面积作为中间变量。以平行陶瓷棒为负载, 通过Maxwell有限元仿真得到恒压静电场下的负载等效电容与放电区域的对应关系。结合恒压静电场下的电场分布, 提出了放电区域逐步扩张下的气隙首次击穿电压、负载外加电压峰值及气隙放电维持电压的预估方法。进而, 根据李萨如图形法求得各个工作点的功率。至此, 建立起了放电区域同各个等效参数间的量化关系, 并实现了对参数的预测。最后, 对气隙间距为1, 3, 4 mm的工况进行了实验验证。实验结果表明: 气隙放电维持电压预测值在局部变化趋势上与实测值存在一定差异；放电功率、负载外加电压峰值预测结果与实测值较为吻合。

随着激光技术、计算机技术与图像处理分析技术的飞速发展, 单一模态的医学影像技术正向一体化、多模态及跨尺度影像技术进行革命性转变。多模态影像技术不仅可以实现对同一生物体进行多角度、多参数及分子层面的结构与功能综合特征信息的提取, 而且可以弥补单一模式存在的局限性与不足, 从而提高疾病早期检测的准确性, 为患者提供更加经济合理、精准有效的诊疗方案, 对提高人们的生活质量具有非常重要的临床意义。本文重点阐述目前光声/超声双模态成像技术在生物医学以及脑相关疾病中的应用及新进展, 系统讨论了该双模态融合技术在未来生物医学领域中的发展前景。

为了满足全向激光探测的需求，提出一种基于2D MEMS镜扫描的激光雷达结构。激光器通过1×6高速光开关分时地给6个扫描子系统提供光信号，6个扫描子系统探测视场叠加起来可实现360°激光探测。每个扫描子系统的扫描范围为60°×30°，其中包含一个扩展MEMS镜扫描角度的发射光学天线和一个大视场有增益的接收光学天线。发射光学天线将MEMS镜±10°的扫描角扩展到±30°，发散度小于0.2 mrad；接收视场内的激光回波经过接收天线在探测器上所成的半像高小于1 mm，接收增益为3.65。通过计算修正后的激光雷达方程可得到发射功率20 W的激光束在工作距离100 m内的回波功率≥1 nW，结果表明该光学系统可适用于激光雷达系统。

提出了一种基于光纤耦合器的全光纤链路锁相方法。通过光纤交叉互联使得出射光束与本振激光之间以及光纤端面后向回光相互间在光纤耦合器内进行干涉以获得性能指标，利用随机并行梯度下降算法(SPGD)对性能指标进行盲优化控制，实现多路出射光束在光纤端面处的相位锁定。首先建立了这种锁相方法的模型，讨论其锁相控制的稳态条件。搭建了两路全光纤链路锁相实验，并对两路出射光纤激光进行准直发射，通过相机获得的远场干涉条纹图像来判定锁相精度。实验结果表明，在引入正弦相位扰动幅值4个波长和频率2 Hz的情况下，该锁相方法能够将10 s长曝光图像条纹对比度从开环时的0.25提升至闭环时的0.82，单帧短曝光图像条纹对比度从开环时的0.65提升至闭环时的0.98。

光电振荡器(OEO)具有低噪声、高频率稳定性和抗电磁干扰的优势, 突破了电子技术产生微波信号频率限制和信号稳定性差、噪声大的瓶颈, 成为微波光子学研究热点之一。研究了光电振荡器的基本原理、理论模型、实现方法等关键技术以及应用。提出了OEO应用于微波信号处理系统亟需解决的多光路降噪、光纤温度和应力补偿、光电集成等关键技术及其解决方案。

液晶光学相控阵具备非机械光束偏转能力, 将其应用到空间激光通信捕跟系统中, 能够实现快速、灵活、多用户的接入。提出了一种基于液晶光学相控阵的快速跟踪方法, 该方法采用电荷耦合器件(CCD)作为信标光探测器, 比例积分微分(PID)闭环控制算法生成光束指向角控制点数据, 实现对入射光束的捷变偏转, 指向捕跟探测器中心, 达到跟踪的目的。通过理论仿真可知PID闭环控制系统能够抑制高斯白噪声, 跟踪精度小于6.5 μrad。实验验证, 经过10 ms左右的调整, 系统进入稳定跟踪状态, 跟踪精度小于12.6 μrad。

在空间相干光通信应用中, 针对传统激光器线宽较宽、相位噪声大、易导致锁相环路失锁的问题, 研制了单频Nd:YAG非平面环形(NPRO)激光器, 其线宽小于1 kHz, 相对强度噪声(RIN)低于-150 dB/Hz, 具有窄线宽、低噪声的特点。搭建了光锁相环路, 在信号光功率-67 dBm的情况下实现了两台NPRO激光器的相位锁定。在此基础上开展了信号频率为10 MHz和1.25 GHz的模拟通信实验, 在信号光功率分别为-60 dBm和-53 dBm时可观测到较理想的眼图。在2.5 Gbps数字通信实验中, 接收灵敏度达到-50 dBm, 此时误码率为3.2×10-6。系统灵敏度可接近量子极限, 明显优于传统的IM/DD方式, 是一种适合长距离、大容量传输的空间通信方式。