Based on the 1 550 nm all-fiber pulsed laser Doppler vibrometer (LDV) system independently developed by our laboratory, empirical mode decomposition (EMD) and optimally modified Log-spectral amplitude estimator (OM-LSA) algorithms are associated to separate the speech micro-vibration from the target macro motion. This combined algorithm compensates for the weakness of the EMD algorithm in denoising and the inability of the OM-LSA algorithm on signal separation, achieving separation and simultaneous acquisition of the macro motion and speech micro-vibration of a target. The experimental results indicate that using this combined algorithm, the LDV system can functionally operate within 30 m and gain a 4.21 dB promotion in the signal-to-noise ratio (SNR) relative to a traditional OM-LSA algorithm.

为了明确超快激光损伤典型成像探测器膜层结构的物理机制, 对飞秒脉冲激光辐照硅基多层膜的损伤特性, 以及各种损伤效应对应的激光能量通量范围和阈值条件进行研究。利用波长为800 nm、脉冲宽度为100 fs的脉冲激光和金相显微镜研究了硅基多层膜在不同激光能量通量和不同脉冲累积下的损伤效应。在能量通量为101~247 J/cm2的激光单脉冲辐照下, 激光作用区域可观察到氧化/无定形化、非热烧蚀和激光诱导等离子体烧蚀所引起的表面损伤, 其损伤效应与激光能量通量有明显联系, 激光作用区域尺寸随能量通量线性增大。在242 J/cm2到247 J/cm2激光能量通量范围内, 可在辐照表面观察到激光诱导压力导致的多层损伤, 损伤概率随激光能量通量的增加由1%增大到51%。在激光能量通量为101 J/cm2的连续多脉冲辐照下, 烧蚀区域尺寸几乎不变, 但烧蚀深度逐渐增加, 其多层损伤机制为表面损伤的累积效应。通过单脉冲损伤实验数据拟合计算确定, 飞秒激光诱导硅基多层膜表面损伤阈值为0543 J/cm2, 应力多层损伤阈值为216 J/cm2。低激光能量通量(≤101 J/cm2)多脉冲辐照累积作用同样可造成硅基多层膜深层损伤。

In a typical infrared optical system, the “Narcissus” effect exists extensively. This concept can be extended into a heterodyne detection. In a heterodyne detection, besides the probe and local oscillator beams, a third coherent beam or even more beams caused by spurious reflection might interfere with each other on the surface of the photodetector. Generation of heterodyne signal is dependent on the interference effects between regular and unexpected waves. Based on the theory of PM demodulation, we analyze the effect of multi-beam interference competition in a laser Doppler vibrometer (LDV). A mathematical analysis demonstrates that the signal competition depends on the modulation index, the amplitude ratio of competing signals and their relative phases. The distortion of demodulated signal due to the appearance of ripples or spikes is also predicted in this study. These effects are verified by setting up an all-fiber LDV system for measuring vibration.

为了获得TEA CO2激光器高质量的单纵模输出，对种子注入锁定的TEA CO2激光器进行了研究。首先，本文提出了一种透射耦合输出的虚共焦非稳谐振腔方案，利用Glad软件的Prony法对腔模的演化进行了仿真分析，并实验记录了近场与远场的光斑光强分布。仿真结果与实验结果吻合，验证了此腔型方案的合理性。其次，在此腔型的基础上进行了腔外种子注入锁定实验，实验结果显示：自由振荡时存在频率为195 MHz的拍信号，当种子注入锁定成功后，输出激光拍频消失,波形变光滑,峰值功率降低48.6%,脉冲产生时间缩短20 ns。实验结果与已有成果吻合，验证了此种透射式非稳腔的TEA CO2激光器具有输出高质量单纵模的能力。

为了获得Risley棱镜系统光束指向控制精度指标设计及性能提升的依据，对系统光束指向控制精度随轴系角度测量精度的非线性变化规律进行了研究。首先，以一级近轴近似矢量合成模型为基础，采用正解方法根据双棱镜方位推导了出射光束指向的解析表达式; 然后，结合单自由度轴系伺服控制经验，通过泰勒级数展开的方式推导出了光束指向控制精度与轴系角度测量精度之间的非线性解析表达式，并由此获得了界定限判据; 最后，分别对小偏向角系统和大偏向角系统进行了仿真分析，获得了光束指向控制精度在全视场区域内的变化情况。结果表明，本文研究所得的非线性解析式描述了影响系统光束指向控制精度诸多因素之间的相互关系,能够为Risley棱镜光束指向系统的设计及整体性能的优化提供依据。

点云分割是点云分类、识别以及三维重建等处理的基础, 分割结果对后续应用影响巨大。本文提出利用连通点集改进局部表面凸性算法中邻近点关系的方法, 解决目前激光三维成像系统点云分割算法在处理复杂环境散乱点云时存在分割过度及分割不充分的问题, 通过主顶点与周围点构成连通集, 作为分割判断局部子点集, 形成有效分割区域。该方法解决了常用点云分割方法无法对形状不规则物体进行有效分割的问题, 提高了分割精度。算法实验结果表明, 相比于最小切割算法和区域生长算法, 基于连通点集的改进局部表面凸性算法对实际路面环境信息的分割效果更好, 并能在一定程度上避免分割过度和分割不充分的情况, 证明该方法适用于复杂环境散乱点云数据分割。

针对光电跟踪系统目标的快速捕获过程, 本文提出了时间最优滑模控制方法。该控制的滑模面函数为时间最优控制系统状态最优运动轨迹, 保证系统状态变量沿着最优轨迹滑动; 设计相应的指数趋紧率, 使状态变量快速平稳趋近滑模面。以180°、90°、60°阶跃信号为捕获目标进行仿真与实验研究, 实验结果为时间最优滑模控制调节时间比时间最优控制和滑模控制分别减小了约43.66%、59.67%, 超调量为0, 稳态波动量为0, 稳态误差减小了约为44.94%和6234%, 与仿真结果相吻合。结果表明该方法调节时间短, 超调小, 稳态值平稳, 稳态误差小, 鲁棒性强等优点适合应用于光电跟踪系统目标快速捕获, 具有重要的研究与应用价值。