为提升超高性能混凝土(UHPC)工作性能，制备了聚氧乙烯基(EO)聚醚型与环氧丙烷嵌段聚氧乙烯(EO/PO)聚醚型两种不同结构的减水剂(分别简称PCE-1和PCE-2)。通过测试净浆流动度、浆体黏度、总有机碳、表面张力，研究了上述两种减水剂在低水胶比水泥-硅灰浆体中的性能差异，并对相关作用机理进行了探讨。结果表明：在硅灰掺量(质量分数)5%~25%，水胶比0.16条件下，PCE-2相比PCE-1对硅灰具有更强的吸附-分散作用，水泥-硅灰浆体流动度更高；嵌段聚醚结构可调节间隙液的表面张力和黏度，降低水泥-硅灰浆体黏度。

为将单根纳米线成功组装至微电极两端, 在介电泳力的基础上附加考虑粘滞阻力及布朗力的影响, 建立了单根纳米线受力及运动模型, 通过数值仿真得到纳米线在三维空间中的运行轨迹, 并基于可控介电泳工作区模型(DWS-DEP)获得了可实现准确跨接的初始点分布区。为选择合适的电极组装单根纳米线, 对三种不同尖端弧度的电极稳态区进行仿真, 结果显示圆弧状电极更易实现一维纳米结构的跨接组装。利用所设计的Ti/Au电极进行纳米线介电泳组装实验, 得到了与仿真相一致的结果。

通过在光学系统的光阑面上加入一个非球面相位板,使得光学系统的成像对离焦不敏感.但当入射视场角较大时,图像的边缘发生变形且难以恢复.针对此问题,提出了两种解决方案,方案一是把相位板移至光路中光线较为平缓的区域,但不是系统的光阑位置;方案二是保持相位板位置不变,优化整个光学系统,使相位板前的光线能够平缓地入射到相位板.实验中对一个EFL=12.5 mm,F/#=1.3,半视场角为13.5°的波前编码实际系统进行仿真比较,得出方案二可以有效地消除波前编码相位板引入的视场效应.

开发了一个用于多焦面显微图像融合的插件,该插件能支持任意大小的图像处理,由输入的多幅不同聚焦面的局部清晰显微图像,融合得到完整清晰的图像.重点研究了基于小波变换的多焦面显微图像融合的算法,通过Matlab仿真确定较优算法,采用C++语言编写插件,实现图像融合的功能.该融合插件操作简便,融合效果好,用软件的方法扩大了显微物镜的焦深.

波前编码(WFC)是一项使光学系统在维持相对孔径的同时扩大焦深的新技术.现以光学传递函数稳定性作为目标函数,以遗传算法作为搜索算法,优化得到一个适用于焦距f为100mm,光圈F为5,最大半视场角3°的双胶合透镜系统的波前编码相位板的修正形式的三次项系数.模拟结果表明在像面固定的情况下,传统光学系统只能在无穷远到300m内清晰成像,而经优化的波前编码系统可以在物距无穷远到5m内清晰成像,大幅度增加了光学系统的景深.

提出了一种简单的可用于光学系统中子午弧矢方向白光OTF稳定性评价的波前编码相位板参量优化方法.该方法仅以标准偏差来评价OTF在目标景深范围内的稳定性,并且结合自适应模拟退火算法在参量空间内优化得到相位板的最佳参量.使用该方法优化得到的相位板参量,可以大幅度提高光学系统的景深,并且可以获得更为清晰、稳定的成像.对应用波前编码技术前后光学系统的成像性能作了比较,并且考察了优化参量的容差性.

照明系统作为投影仪的重要组成部分,对于整个系统的亮度和均匀度起着决定性作用.本文提出了一种特殊的复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator,CPC)作为回复反射器微型投影仪照明系统,目的在于利用CPC特殊的几何结构对UHP(Ultra High Performance)光源发出的部分光线进行收集循环利用,以提高整个系统的光能利用率.通过在Tracpro软件中建立整个单片式LCOS微型投影仪照明系统进行光线模拟,结果表明:使用特殊CPC回复反射器以后,投影到屏幕上的能量提高约为单纯利用椭球形反光碗收集光线时的两倍.

基于几何光学理论利用光线追迹方法得到了适用于任意面型相位板的大视场平行光入射情况下的光线像差近似表达式,并在此基础之上分析了奇对称型相位板波前编码系统的点列图的大小、边界以及光线结构等特性,研究了大视场角平行光入射下的光线像差增强及点列图形变等现象,并且给出了相应的近似数学解析式来描述这些特性。通过对奇对称型相位板波前编码成像系统的点列图特性分析,有助于进一步的理解波前编码技术并且指导实际系统的设计。

波前编码技术在大幅度地增加光学系统景深的同时,可以抑制各种离焦类型的像差。目前波前编码系统的成像特性分析大多是基于空间频率域的分析,在应用稳定相法导出三次型相位板波前编码系统的点扩展函数近似解析式的基础之上,描述了点扩展函数的边界、带宽与振荡等特性,分析了波前编码系统对离焦、像散、彗差等常见像差的敏感性,从空间域进一步分析了波前编码系统的成像特性。

在兼顾图像恢复能力的基础上,将不同物距下点扩展函数相似性的评价函数费希尔信息量(Fisher Information,FI)应用到波前编码实际光学系统相位板的优化设计中。在焦距和孔径之比为3、有效焦距为100 mm的无穷远成像的双胶合系统的基础上,设计得到了双胶合－波前编码系统。通过解码前后的点扩展函数模拟和实验结果表明,该系统在5 m到无穷远的物距范围内很好地调制了系统的点扩展函数,使得它对物距不敏感。最后通过对位于5 m,10 m和15 m的三人分别进行传统双胶合成像和双胶合波前编码系统的成像实验对比,有力地证明了双胶合系统的清晰成像的物距范围从10 m到无穷远扩展到5 m到无穷远,这使得光学系统景深得到很大的延拓。