We propose and demonstrate an all-fiber liquid-level sensor using an in-line multimode-single-mode-multimode (MSM) fiber structure. A piece of single-mode fiber (SMF) is spliced to two sections of equivalent multimode fiber (MMF) which are used as both mode splitter and mode coupler. The cladding mode will be excited when the light propagates from MMF to SMF, and then it will be combined with fundamental mode to form a Mach-Zehnder interferometer (MZI) when the light propagates from SMF to the other MMF. The liquid level is detected by the selected resonant dips shift of the transmission spectrum. A sensing sensitivity of 264.6 pm/mm is achieved for the proposed sensor with an SMF length of 26 mm. Due to its compact structure, easy fabrication, and high sensitivity, the proposed liquid-level sensor is attractive for practical applications in a variety of fields, such as marine detection and chemical processing.

提出一种基于CCD相机和双朗伯靶的能流均匀性测量系统和方法。系统有两块朗伯靶,其中一块是固定的水冷朗伯靶,靶中心开孔处装有一个用来获得区域灰度值的热流探测器,另一块是可移动朗伯靶,用于拍摄没有探测器的光斑图像。所提方法可以直接获得探测器区域的像素灰度值,使得测量过程简单精确。详细阐述了测量原理和聚焦光斑灰度图像能流密度分布提取的整个过程,并搭建了平台,测量了多块小型定日镜的光斑能流分布,验证了所提方法的正确性和可行性。通过重复性实验和误差分析,结果表明,所提方法检测的峰值能流密度误差小于2.4%,所提方法可用于线性菲涅耳聚光系统二次聚光器开口平面处吸热管表面的能流分布检测。

为提高激光导引头测角精度, 研究了激光导引头测角误差的来源, 并分析了直写式激光导引头标定系统误差。首先, 分析了激光导引头内光学系统和探测器安装误差对导引头测角的影响; 其次, 介绍直写式激光导引头标定系统的工作原理, 给出理想条件下转台转角和导引头测角关系; 再次, 为了提高标定后导引头测角精度, 分析了标定系统存在的安装误差; 最后, 针对一次实际的标定过程, 结合文中分析方法对标定系统误差进行了校正, 导引头零位误差由校正前的2.5 mrad降低到了1 mrad以内。文中结论为直写式激光导引头标定系统中的结构安装精度要求提供了分析方法, 进而提高了标定后激光导引头的测角精度。

为了提高导引头稳定平台抗扰性及速度稳态跟踪性能, 提出了一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)的双积分滑模控制器 (Double Integral Sliding Mode Controller, DISMC)。首先, 采用二阶扩张状态观测器对系统的未知扰动进行估计; 然后, 采用了双积分滑模控制器实现了系统的低稳态误差跟踪, 同时采用了改进的幂次趋近律来削弱控制系统的抖振影响; 最后, 采用导引头稳定平台进行目标跟踪实验和隔离度性能测试。实验结果表明, 与传统基于扰动观测器(Disturbance Observer, DOB)的PI控制方法相比, 跟踪3 (°)/s的梯形波时, 在提出的控制器作用下速度跟踪快速性提高了48 ms, 跟踪误差标准差提高了0.0131 (°)/s。同时用转台模拟弹体扰动分别为sin(πt)°、3sin(5πt)°、7sin(2πt)°时, 系统的隔离度分别提高了2.91%、0.45%、0.7%, 表明基于扩张状态观测器的双积分滑模控制器对导引头稳定平台具有较强的抗扰性和较好的跟踪性能。

为准确估计捷联导引头视线角速率，建立了捷联式光学图像导引头数学模型，根据弹目运动相对关系进行视线角速率估计算法研究。定义了估计算法所需坐标系并建立了导引头与陀螺数学模型；根据弹目相对运动学及姿态关系建立视线角速率估计非线性状态方程；针对滤波精度与实时性应用的问题，提出无迹Kalman滤波(UKF)方法估计视线角速率，并建立半物理实验系统进行算法验证，实验结果表明：视线角及视线角速率的最大估计误差分别为0.37°与0.68°/s，估计精度分别为0.1008°与0.2116°/s；数字信号处理器(DSP)中算法运行时间约为3.8 ms，视线角速率估计算法同时能满足制导系统对精度与实时性的要求。基于UKF的视线角速率估计算法为捷联式光学图像导引头的工程应用提供理论依据。

讨论了一种新型光功能器件——光子晶体滤波器的工作机理，以带阻和带通滤波器构造多信道光子晶体滤波器，提出了能够用于光码分多址(OCDMA)系统编解码的基本原理。根据耦合模理论，缺陷谐振腔把光信号分成多个码片，完成对用户信号的频域编码。设计出中心波长分别为1527.70,1551.10和1570.00 nm的三通道滤波器作为OCDMA波导编解码器。为了保证码片的透射比，在主波导侧面附加缺陷介质构成带阻滤波器，使第二个码片透射比达到95%。谱宽为0.3 nm,信号基本上不会出现干扰，保证了用户发送和接收信号的准确性。该器件在整个编码过程中损耗的能量极少，这对于实现远距离通信很重要。

提出一种基于布喇格光纤光栅（FBG）和啁啾光纤光栅(CFBG)的二维编\解码器。分析了FBG编\解码器在对应波长不匹配时，造成了解码输出的自相关光功率的减弱，进而劣化系统的误码率。实验分析了解码器在不同波长偏差、不同跳频数下光功率的变化。根据CFBG反射宽光谱特性，提出了基于CFBG的解码器，给出了CFBG参数。结果表明，基于CFBG的解码器在一定程度上提高了解码输出功率，降低了对编解码器的波长匹配精度的要求，同时还可以实现色散补偿。

以光子晶体缺陷模理论和慢光效应为基础，提出了一种基于光子晶体的多通道滤波器结构用于二维光码分多址(2D-OCDMA)系统编解码的方案，并分析其编码性能。根据耦合模理论，通过缺陷谐振腔的滤波作用，用户光信号按地址码序列切割成多个脉冲序列，完成对用户信号的谱域编码。由于光子晶体波导的慢光效应，微米量级编码器结构的时延可以达到纳米量级，达到正确编解码的标准。设计的2D-OCDMA三码片编码器中心波长分别为1545.00,1555.30和1570.60 nm，缺陷间隔时延为0.4 ns。由于透射谱几乎不存在旁瓣，所以解码时信号基本上不会出现干扰，保证了用户发送和接收信号的准确性。

对高折射率纤芯掺铒布拉格光纤放大器特性进行实验研究，测量了正向抽运、反向抽运方式下布拉格掺铒光纤放大器的小信号增益和噪声系数。实验结果表明，与普通掺铒光纤放大器相比，二者的自发辐射谱形状基本相同，但是掺铒布拉格光纤放大器的效率较低。通过对光纤模场的理论计算，分析了原因所在并提出相应的改进措施。此外，对两种光纤放大器的饱和增益特性进行了比较。当普通掺铒光纤放大器和布拉格掺铒光纤放大器工作在相同增益水平下时，与前者比，布拉格掺铒光纤放大器具有更大的输入信号动态范围，可以应用于放大器的增益控制领域。

提出了一种基于时隙分组光码分多址(OCDMA)技术的无源光接入网模型,给出了一种时隙分组OCDMA的随机接入协议,系统采用比特填充单极性m序列为地址码。推导了此种随机接入协议下的无源光网络的网络吞吐量数学模型,并对网络的吞吐量性能进行了分析研究。理论分析和仿真结果表明,分组时隙OCDMA网络具有较高的网络吞吐量,单个用户接收功率的降低或多用户干扰的增加,会降低系统网络的吞吐量。随着负载的增大,单个用户接收功率越小网络的吞吐量越低。通过减小分组长度可以提高网络的吞吐能力。