介绍了温度场和应力引起光纤陀螺误差的机理, 通过对光纤陀螺的结构细分, 采用不同材料分别建立有限元模型, 进行模态分析、热应力分析和瞬态温度分析, 选取具有代表性的新型材料铍铝合金和因瓦合金与传统铝合金进行对比。结果表明, 铍铝合金可以提高光纤陀螺的固有频率, 同时提高光纤陀螺的温度性能, 因瓦合金可以大幅度降低光纤陀螺光纤线圈的应力变化, 将光纤陀螺结构细分, 进行材料优选, 可以显著提高光纤陀螺的温度性能和动态输出精度, 并得到试验论证。

为实现低频/宽频带/高强度振动能量回收及基于能量回收的主动振动控制, 提出了一种气体耦合式振动俘能器。介绍了俘能器的系统构成原理, 对其能量回收特性进行了理论与试验研究。理论分析结果表明, 俘能器的发电能力及特性是由环境振动强度、气缸/压电振子的结构与性能参数、系统质量/背压等多种要素共同决定的; 其它条件确定时, 存在使电压最大的最佳频率以及使俘能器工作与否的最低临界频率; 增加背压/质量可不同程度地提高俘能器的输出电压和有效带宽、降低临界频率, 但对最佳频率无明显影响。采用Ф60×0.9 mm3双晶压电振子及Ф16×100 mm3气缸制作了样机, 测试了不同背压及质量时俘能器的电压-频率特性。结果表明, 俘能器最佳/临界频率、最大输出电压及有效带宽等与背压/质量关系均与理论分析结果相吻合。不同条件下所测得的最佳频率均为55 Hz左右; 背压0.4 MPa、质量10 kg时所获得临界频率/最大输出电压/对应25 V输出电压有效带宽为9 Hz/88 V/72 Hz, 分别为质量2.5 kg时的0.36倍、2倍和2.2倍。

为了有效的记录和再现物体的数字全息图,搭建了以液晶光阀(LCD)为透镜的傅里叶数字全息装置。根据全息理论,分析了傅里叶数字全息的记录、再现及实验原理,并进行了相应的数字图像处理,结果表明,傅里叶变换数字全息再现算法简单,缩短了再现周期,可实现准实时化。并成功应用傅里叶变换全息来对字母和数字进行实时相干识别。

腐殖酸(简称HA)广泛存在于海洋、 河流和土壤中, 腐殖酸的研究对于土壤和水系的环境监测具有重要意义。 采用银溶胶作为活性基底对腐殖酸的表面增强拉曼光谱(SERS)开展了实验研究, 研究了激光照射时间、 腐殖酸溶液浓度及pH值变化对腐殖酸溶液表面增强拉曼光谱的影响。 结果表明, 当激光照射20～30 min时腐殖酸SERS信号比较理想; 利用不同浓度腐殖酸溶液1 379 cm-1拉曼谱峰的强度进行定标分析, 腐殖酸SERS信号强度与浓度呈很好的线性关系, 线性相关系数Ｒ２＝0.993; pH值变化对腐殖酸溶液SERS光谱有较大影响, 在pH 7的时候信号最弱, 而在酸性和碱性环境中信号较强。 最后本文还利用表面增强拉曼光谱对自来水中的腐殖酸进行了探测, 初步证明了表面增强拉曼光谱应用于自然水体中腐殖酸检测的可行性。

与传统二维投影显示相比，三维投影显示不仅可以使观察者看到更加生动形象的投影效果，并且可以提供丰富的三维信息，具有良好的市场应用前景。根据全息光学原理，提出一种基于全息透镜阵列屏的三维投影方法：利用多组相机进行原场景采样，经过图像处理后由多组投影仪投射到全息投影屏上，投影屏由一种全息光学元件全息透镜阵列构成，通过该透镜阵列能够实现对投影光束的定向衍射积分，使其满足双眼视差原理，从而再现原物像三维空间信息，实现三维投影。通过实验制作了该全息透镜阵列，探讨了采用此全息光学元件实现三维投影的方法。

针对水下物体的三维探测和目标识别，研究了一种基于线结构光扫描的三维物体探测和三维场景重建方法。该方法使用激光线光源扫描探测区域，用标定板进行定标，建立采样数据的二维像素坐标系与三维世界坐标系的映射关系，通过坐标系变换，将二维线结构光扫描数据转变为三维物体信息。在水槽中进行了实验：采用电荷耦合器件(CCD)相机记录了线结构光扫描的图像数据，利用Matlab软件编程实现了水下场景的三维重建，通过三维重建结果可以较清晰地识别出原目标物体的形状，分析了影响探测精度的原因和改进方法。实验证明了该扫描和三维重建方法应用于水下目标探测的可行性。

通过理论分析和数值计算, 对Cr4+:YAG飞秒脉冲激光器光路结构的优化设计进行了研究。提出了在谐振腔内插入一薄聚焦透镜代替另一折叠镜以降低光路的复杂性。为研究起色散补偿作用的棱镜对对腔的稳定性和像散带来的影响, 导出了棱镜对的光传输矩阵。通过编程计算得出了连续运转和锁模运转两种工作方式下的不同参数的谐振腔稳区图, 对激光器工作点的选择做出了论述。定义了像散补偿失配因子F, 做出了像散补偿区域分布图。指出F<0.05的区域具有良好的像散补偿特性, 也是激光器光路结构参数设计必须要考虑的重要方面。论证了改变抽运光聚焦透镜的位置可实现抽运光与腔内振荡光的匹配。

Due to the limit of response speed of the present single-photon detector, the code rate is still too low to come into practical use for the present quantum key distribution (QKD) system. A new idea is put up to design a quick single-photon detector. This quick single-photon detector is composed of a multi-port optic-fiber splitter and many avalanche photo diodes (APDs). All of the ports with APDs work on the time division and cooperate with a logic discriminating and deciding unit driven by the clock signal. The operation frequency lies on the number N of ports, and can reach N times of the conventional single-photon detector. The single-photon prompt detection can come true for high repetition-rate pulses. The applying of this detector will largely raise the code rate of the QKD, and boost the commercial use.

固体激光器的脉冲稳定性限制了激光器在很多方面的应用。从被动锁模Cr⁴⁺∶YAG激光器腔内脉冲的传播方程出发，得到了带噪声的非线性Schr?dinger方程，进一步分析了脉冲在激光器腔内的时间传播形式，建立了锁模Cr⁴⁺∶YAG固体激光器振脉冲参数的线性扰动方程，推导出了脉冲参数波动的动力学方程以及时间和相位的均方根波动关系式。提出了一个减少锁模Cr⁴⁺∶YAG固体激光器脉冲时间抖动的实验方案，旨为锁模Cr⁴⁺∶YAG固体激光器能够用作光纤通信和量子通信中的光源提供理论上的帮助。