三维重建是层析粒子图像测速（PIV）中重要的一步，重建过程中的权重系数计算通常较为繁琐。基于此，提出一种层析PIV快速权重计算方法——正向投影面积（FPA）法，即将离散体素投影在相应像元上的面积作为权重系数计算的方法。首先，基于针孔相机模型构建三维空间内粒子多视角投影成像仿真程序，生成仿真图片用于方法分析与验证；其次，将FPA方法结合目前主流重建算法开展三维重建精度和耗时分析。结果表明，当用于本研究所述测量区域重建时，相比于传统后向方法与亚网格法权重系数计算方法，FPA法的权重矩阵元素个数分别降低了大约3个和1个数量级，计算时间分别减少了97%与85%，相应地降低了计算机的内存占用，且FPA法与传统后向方法所计算的权重矩阵的平均相似度高于0.9974。在常用实验粒子数分数（p_ppp=0.05）下，该方法结合目前主流重建算法的重建精度可达0.8以上。同时基于仿真图片分析了相机最佳采集角度以及实验相机噪声对重建结果的影响，结果表明，在实验噪声条件下重建结果仍然满足三维流场重建的要求。

通过对光纤信号合束器的锥区与输出光纤进行特殊处理，并对输出光纤进行扭转处理，实现平顶光输出。测试结果表明，20/130 μm（纤芯直径为20 μm，包层直径为130 μm）光纤输入、100/120/360 μm（纤芯直径为100 μm，包层直径为360 μm，纤芯和包层之间低折射率层的直径为120 μm）光纤或者200/220/360 μm光纤输出的4×1信号合束器的光束强度分布都不是平顶分布，强度分布较为分散。对输出光纤进行扭转处理后，更多的光纤模式将被激发。在锥区与输出光纤之间过渡一段200/220/360 μm光纤，所得的4×1信号合束器在光束束腰4.88 mm内的强度分布均匀，呈现平顶分布。通过计算可知，该范围内的光束平坦度在0.1以下，并且该光纤信号合束器可以承受的信号功率在2 kW以上。

基于半导体光放大器和高速光纤法布里-珀罗滤波器,搭建了一个用于产生高速扫频激光的短环形腔。滤波器从长波到短波扫描时,关闭半导体光放大器的偏置电流,可以获得50%占空比的扫频激光。借助交织器,可以获得占空比为100%的扫频激光。再利用二级半导体光放大器,可以进一步提高扫频激光的输出功率。经测试,本扫频激光的扫描频率为500 kHz,中心波长为1550 nm,扫描范围达到67 nm,有效相干长度为6.5 mm,平均输出功率大于20 mW。

为了制作高速扫频光源,基于光纤法布里-珀罗可调滤波器和半导体光放大器搭建了一个短环形腔。首先,通过半导体光放大器的通断电控制,实现占空比为50%的扫频激光输出。然后,利用交织器把激光分成两路再进行错位叠加,从而获得占空比为100%、扫描频率为可调滤波器振动频率两倍的扫频激光。最后,扫频激光经过二级半导体光放大器进行再放大,实现更高功率的扫频输出。所获得的扫频激光,扫描频率为245 kHz,中心波长约为1544 nm,扫描范围达到73 nm,有效相干长度为12 mm,平均输出功率大于20 mW。本文采用的设计方案对于制备高性能、低成本的高速扫频光源具有重要的实用意义。

通过控制光纤熔融拉锥参数,实现了光纤熔融拉锥后的抗拉强度增强。利用有限元方法进行模拟与仿真,结果表明光纤熔融拉锥后,光纤内应力的大小与光纤熔融拉锥完成后光纤被加热区域的降温时间有关,降温时间越长,内应力越小,且被加热区域边缘处的内应力值明显高于其他区域的内应力值。根据仿真结果设计实验,实验结果表明,当光纤熔融拉锥完成后光纤被加热区域的降温时间为10、600、1200、1500 s时,光纤熔融抗拉强度将逐渐增强。

使用耦合谐振电路理论设计微带交指滤波器具有较好的灵活性, 然而当衬底厚度和中心频率增加到一定程度时, 由传统的50 Ω抽头线得到的外部品质因数Qe达不到理论值。为了增大实际设计中的Qe, 同时匹配源和负载, 本文将传统的抽头结构改进为一段50 Ω微带线与一段较细微带线组合的类SIR抽头; 此外, 为了减小微带线阶跃变化带来的回波损耗, 将类SIR抽头改进为一段50 Ω微带线与一段较细微带线渐变式过渡的抽头。最终, 分别采用类SIR抽头和渐变式抽头设计了一个Ka波段微带交指滤波器。仿真表明: 使用类SIR抽头和渐变式抽头得到的Qe都能与理论值相匹配, 且带渐变式抽头的滤波器相比于带类SIR抽头的滤波器, 其回波损耗减小8.31 dB, 插入损耗减小0.16 dB。从而验证了所提出的两种抽头结构改进的可行性。

为了在高功率体声波谐振器的设计中考虑自热效应的影响, 提出一种声-电磁-热多物理场协同仿真方法, 来模拟自热导致的频率偏移, 并针对此频率偏移的消除问题, 提出了相应的修正方案。首先, 由常用的Mason模型设计出满足谐振频率要求的初始谐振器。接着, 通过声-电磁-热多物理场协同仿真得到自热导致的频率偏移。然后, 初步调整压电层厚度, 来抵消此频率偏移。最后, 对调整后的谐振器迭代进行声-电磁-热多物理场协同仿真, 以确定压电层厚度的调整量。结果表明: 自热效应会导致高功率体声波谐振器的谐振频率明显下偏(谐振器案例的频率偏移量为3 MHz), 通过减薄压电层厚度(案例中为1.7 nm)可彻底消除此频率偏移。所提出的高功率体声波谐振器的修正方案能有效地解决自热效应导致的谐振频率偏移问题。

针对相机式光束质量分析仪测量光束的结果不一致问题，分析了相关参数对测量误差的影响。基于高斯光束模型，并添加与实际对应的噪声，根据ISO 11146标准计算了光斑直径。结合实验测试时的实际操作过程，提炼出光强饱和度、积分面积比、信噪比和光斑尺寸4个关键参数。不仅阐明了相机参数对测量误差影响的关键趋势，还分析了各个参数之间的关联影响，最终对如何选择相机的像元、像素、动态范围、暗噪声，以及如何设置积分时间、计算区域等提出了更明确的要求。

针对体声波(BAW)滤波器声-电磁协同仿真结果中滤波器的左传输零点向左偏移的现象, 验证仿真中共地电感效应的存在并分析其对滤波器性能的影响。通过分别改变BAW滤波器原始布局中的并联薄膜体声波谐振器(FBAR) P1和P4引线到地的位置, 即将并联FBAR P1和P4引线到地的路径分别变短后进行声-电磁协同仿真。结果对比表明: 声-电磁协同仿真中并联FBAR引线到地与输入、输出端口之间存在共地电感效应。将并联FBAR引线到地的路径变短, 滤波器在声-电磁协同仿真中形成的共地电感效应减小, 带外抑制性能变好。共地电感效应对于并联FBAR谐振区面积越小的支路影响越大。故在BAW滤波器声-电磁协同仿真中需考虑共地电感效应对滤波器左传输零点和左带外抑制性能的影响。