计算层析成像光谱既有传统成像光谱仪获取目标二维空间和一维光谱“图谱合一”的能力, 还具有高通量测量和免扫描特性, 在光谱成像领域拥有广泛应用场景并得到大量研究。 根据中心切片定理, 计算层析成像光谱仪性能主要受焦平面阵列探测器(FPA)和二维色散元件的性能制约, 以往研究主要在改进二维色散元件设计以增加衍射级次和投影角度以提高精确重建光谱所需的采样量。 从FPA二维色散投影测量入手, 提出并行压缩感知理论和计算层析成像光谱结合的方法, 构建并行压缩感知计算层析成像光谱模型, 利用低分辨FPA实现更高分辨率的色散投影测量, 最终实现高于传统计算层析直接测量的性能水平。 该研究为验证该成像光谱模型的正确性与可行性, 先选用高光谱数据集对色散投影直接测量模型进行了三光谱立方体到二维色散投影和并行压缩感知测量模型重建的仿真实验, 在仿真结果正确的前提下使用连续谱激光器和反射式数字微镜进行了相应的光学系统实验, 完成了投影矩阵的逐点精确标定, 并提出提高标定效率的并行标定方法, 将标定时间降低到单点标定的四分之一。 结果显示并行压缩感知计算层析成像光谱可以获得更高的光谱重建质量, 能获得高于FPA自身性能的高分辨光谱投影并大幅提高光谱重建质量, 验证了所提并行压缩感知计算层析成像光谱的正确性与可行性。

压缩感知成像可突破Nyquist采样定理限制实现亚采样成像,同时还具备降维探测和高通量采集的优势。介绍压缩感知理论在单光子成像和成像光谱方面的研究进展,详细分析压缩感知单光子成像光谱技术。讨论压缩感知时间分辨成像中堆积效应的影响和去除方法,并对压缩感知在单光子时间分辨成像光谱领域的应用进行概述。

一种基于ZnS量子点的肖特基结日盲紫外探测器, 通过溶液工艺制备而成。其中ZnS量子点为立方闪锌矿结构, 平均直径2.2 nm, 禁带宽度约4.53 eV(立方闪锌矿ZnS体材料为3.68 eV)。器件对日盲波段有较好的光电响应特性, 在15 V偏压下对于光功率密度0.1 mW·cm-2的254 nm紫外光的开关比为9.2, 响应度1.60 mA/W, 探测率5.5×109 cm Hz1/2 W-1。由于器件电阻较大, 响应时间约1秒。实验结果表明, 基于2 nm直径ZnS量子点的光电探测器, 在日盲紫外波段有很好的应用和发展潜力。

为解决灵敏度达到单光子水平的面阵探测器件其单位像素上灵敏度有限和测量数多等问题, 研制了具有极高灵敏度的成像系统来实现欠采样的极弱光成像探测。该成像系统基于光子计数成像技术和压缩感知理论, 利用数字微镜器件(DMD)完成随机空间光调制, 通过单光子点探测器收集光子, 以计数形式记录下光强值。然后, 利用算法重建出极弱光照明下的图像。文中设计了相关实验, 研究了测量数、光强极弱程度和测量时间对成像质量的影响。最后, 引入了图像质量评价标准和系统信噪比, 分析对比了实验数据。结果表明, 当测量数高于信号总维度的19.5%时, 系统能完美成像, 信噪比可低至2.843 8 dB, DMD单位像素上的平均光子数可低于1.106 count/s, 成像的关键在于信号的波动大于噪声的波动。该成像系统基本满足了极弱光成像探测在光强、灵敏度和采样数等方面的要求。

为进一步提高CCD图像测角的摆角测量精度,提出一种基于多目标探测的摆镜动态角度测量方法。该方法采用多条等宽的平行狭缝作为CCD探测目标,首先利用灰度质心算法得到各狭缝的质心位置,进而将各狭缝的质心位置进行平均运算,得到摆镜的动态角位置。模型表明当使用m条等宽狭缝目标进行测量时,其动态测量误差方差为单目标方法的1/m。实验结果证明,该方法可以有效地提高摆镜动态角位置测量精度。

针对传统静态误差分析方法忽略目标运动对测量影响的不足, 本文在分析运动对目标形状影响的基础上建立了灰度质心算法误差与灰度噪声、动态目标尺寸的数学模型, 该模型表明当曝光时间内目标移动量远小于目标静态尺寸时, 动态误差与静态误差接近; 而当目标移动量与目标静态尺寸的比值大于 6%时, 灰度质心算法动态测量误差方差将比静态测量误差方差大 20%以上, 此时必须减小 CCD曝光时间、增加光源出射光功率, 以减小测量误差。

运用1.064μm连续输出的Nd:YAG激光器,对与InP晶格匹配的InGaAsP四元系量子阱材料进行了光子吸收诱导无序(PAID)技术的研究。通过光荧光谱(PL)的测量,证明有量子阱混合现象产生。衬底预加热和聚焦激光束结果表明,PAID中辐照时间与衬底温度、辐照的平均功率密度密切相关。聚焦激光照射后的荧光双峰表明PAID有一定的定域处理能力。

以有源法布里-珀罗谐振腔的增益特性为基础,研究了行波半导体光放大器的偏振特性。对行波半导体光放大器的偏振灵敏度与端面反射率、增益系数、光场限制因子等诸因素之间的关系进行了理论分析和实验研究。在此基础上,讨论了改善行波半导体光放大器偏振灵敏度的若干方法,并提出了新的偏振不灵敏行波半导体光放大器结构。

提出一种可用于生成计算机编码全息图的微小光斑光学系统，该系统结构小巧，稳定性良好，对防尘、减震的要求大为降低；分辨率高，所形成的相干光斑尺寸小于0.1 mm；光学系统与光源之间采用光导纤维相连接，具有良好的柔韧性。该系统有可能与激光器、计算机、平面驱动伺服系统一起构成一种全新的全息光栅图像制作系统。