针对宽光谱光学系统初始结构构建效率低、设计周期长的问题，提出基于遗传算法的宽光谱光学系统设计方法。推导等焦距、等像面成像条件，建立合理的优化目标函数，以光学结构参数作为遗传变量，利用研究的遗传算法解算出大量优异初始结构，筛选最优结构输入到光学仿真软件中，经过简单优化即可得到满足要求的宽光谱光学系统。以此方法设计了可见光、近红外宽光谱光学系统，系统成像波段为0.4~1.2 μm，焦距为40 mm，视场角均为±5°，波段范围内焦距差异小于0.03 mm，且宽光谱范围内成像质量良好。

固体氧化物电池(SOCs)作为一种绿色、高效的全固态能量转换装置, 既能在燃料电池模式下将氢、碳、烃、醇等燃料的化学能转化为电能, 又能在电解池模式下分解水制氢, 在缓解全球能源危机、实现碳中和等方面具有重要意义。然而, SOCs常用的Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)电解质材料在1 000 ℃以上才具有较高的离子电导率, 但过高的工作温度会提高运行成本, 限制材料选择, 并降低系统稳定性。因此, 降低工作温度一直是SOCs发展的核心问题之一, 开发高电导率电解质材料和降低电解质膜厚度是实现SOCs中低温化应用的主要路径。本文从材料开发和薄膜制造两方面对中低温SOCs各类氧离子电解质的研究进展进行梳理, 针对ZrO2、CeO2、Bi2O3及LaGaO3基固体电解质, 系统阐述了异价离子掺杂对提升氧离子电导率和稳定相结构的作用机制, 介绍了电解质薄膜的制备技术和导电性能, 为发展高性能固体氧化物电池电解质材料提供参考依据。

水面太阳耀光导致光学图像存在耀斑和舰船目标细节信息丢失。提出了一种偏振滤光结合多项式拟合的水面太阳耀光抑制方法。该方法基于水面太阳反射耀光的偏振特性,在成像光路中利用偏振片对耀光进行偏振滤光,对偏振滤光图像中的耀光区域采用多项式拟合估计进行修复。搭建了室外水面耀光偏振成像实验装置,采集得到水面耀光的偏振滤光图像,分别采用基于最小二乘法的多项式列方向曲线、行方向曲线、曲面、逐行多项式曲线拟合的方法对偏振滤光图像进行处理。实验结果表明:偏振滤光和逐行多项式拟合相结合的方法能够有效去除太阳耀光,使得处理后的图像亮度更加自然,既不包含饱和像素,又凸显舰船目标的细节信息。

消热差是红外光学系统设计的重要环节之一,本文介绍使用波前编码技术进行红外光学系统消热差设计的原理及方法,分析波前编码的基本原理,给出波前编码光学系统调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)的表达式。在此基础上,以三片式长波红外光学系统为例,利用ZEMAX光学设计软件分析其在常温(+20 ℃)、-40 ℃和+60 ℃下的成像质量。分析结果表明,该系统在常温下的成像质量接近衍射极限,但是当温度在-40~+60 ℃之间变化时,MTF值迅速下降且出现零点,说明系统的成像质量急剧恶化,不再满足使用要求。加入波前编码相位版进行消热差设计后,MTF值对温度不再敏感,在不同温度下可以得到较为清晰的目标图像,表明波前编码技术可以实现红外光学系统的消热差设计。

纳米连接涉及纳-纳、纳-微-宏跨尺度的材料连接,其在微纳电子元器件及其系统、微纳光机电系统等互连封装制造和研发中起到越来越重要的作用。目前已研发了系列纳米连接工艺方法,但在高操控性能量输入、多材料选择、低损伤互连等方面均有各自的局限性。超快激光具有峰值功率密度极高、多材料适用、加工热影响区极小等显著优势,进而基于超快激光制造的纳米连接是一个重要的发展方向。以本团队及合作者的研究为主,阐述了纳米尺度材料超快激光连接的局域能量调控和异质连接界面冶金与能带修饰、基于超快激光纳米颗粒薄膜沉积的低温连接新技术,以及基于超快激光纳米连接的新型微纳器件的制造与应用。同时,指出了超快激光纳米连接所面临的挑战和发展趋势,为未来纳米连接的研究和应用提供参考。