为测量硅橡胶与接触物间的摩擦因数(COF),以光纤光栅为传感元件,结合硅橡胶及有机玻璃支架,构建滑块型COF检测传感器。理论分析了光栅应变测量值与COF的关系,滑块滑动时,以光栅的应变均值及应变标准差识别COF。实验结果表明:当COF为0.34~0.435时,应变均值随COF递减且最大灵敏度为-443.7481 με/unit;应变标准差随COF呈指数型递增,最大测量灵敏度为284.5672 με/unit。此方案可应用于机械手触觉感知领域,应用前景广阔。

采用高能激光大气传输四维仿真程序模拟计算了高功率固态激光在非Kolmogorov湍流大气中聚焦传输时的湍流与热晕效应。数值分析了接收平面处光斑的63.2%环围能量半径、光束质量因子随非Kolmogorov湍流谱指数α和传输起伏强度D/r₀的变化,比较了非Kolmogorov湍流与Kolmogorov湍流条件下激光传输结果的相对偏差。结果表明:非Kolmogorov湍流谱指数α越小,湍流效应和湍流热晕综合效应导致的光斑扩展越大,光束的能量集中度越低;已建立的描述聚焦高斯光束大气传输光束扩展的定标关系式在非Kolmogorov湍流条件下不再成立;在传输参数条件下,仅考虑湍流效应时,非Kolmogorov湍流与Kolmogorov湍流下光斑半径的相对偏差最大值可达87.7%,存在热晕时的最大相对偏差达43.7%,可见热晕降低了两种情况下传输结果的相对偏差。

介绍了功率谱法、Zernike多项式法、分形法模拟生成非Kolmogorov湍流相位屏的过程, 并利用这三种方法对符合非Kolmogorov统计特征的大气湍流相位屏进行了模拟。将不同方法得到的相位屏的相位结构函数与理论结构函数进行对比, 分析了三种相位屏模拟方法的准确性和模拟速度。结果表明: 添加次谐波和增加Zernike多项式阶数分别可以弥补功率谱法和Zernike多项式法生成的相位屏低频和高频不足的缺点, 但导致模拟效率下降; 分形法生成的湍流相位屏高频和低频都较为充足, 且模拟效率较高; 随着非Kolmogorov湍流谱幂率的增加, 功率谱法所需要的次谐波级数增加, Zernike多项式法所需要的Zernike多项式的阶数减少, 分形法生成的相位屏的精度更高。

激光钠信标的光斑漂移、光斑半径的变化对自适应光学校正有直接的影响。在激光钠信标光斑漂移方差和有效 半径理论模型的基础上,采用数值模拟的方法,在三种大气湍流模式下,具体研究了激光钠信标光斑与激 光光斑漂移方差和有效半径的差异,计算了不同发射口径时激光钠信标光斑的长曝光与短曝光有效半径的平 均值,分析了有再泵浦能量激光对激发钠信标光斑漂移方差和平均有效半径的影响。研究结果表明,大气 湍流强度、激光发射口径以及再泵浦激光能量都能够影响激光钠信标光斑漂移和光斑半径。

利用数值模拟的方法研究了平面波在弱湍流大气中沿水平路径传播时的闪烁特性，得到了传播路径上既包含Kolmogorov 湍流(简称K 湍流)又包含非Kolmogorov 湍流(简称非K 湍流)时，平面波的闪烁指数与光传播距离、非K湍流谱标度指数、非K 湍流所占百分比等参数之间的关系。对比分析了平面波在混合湍流路径下的闪烁效应与在单独K 湍流和非K 湍流下的闪烁效应。结果表明：当路径上湍流为K 湍流和非K 湍流的组合，且非K 湍流谱一定时，闪烁指数随传播路径上非K 湍流所占百分比的增加而增加，随K 湍流所占百分比的增加而下降；当传播路径上只有非K 湍流时，闪烁指数随非K 湍流谱幂率的增加呈先增加后下降的趋势。

非Kolmogorov 大气湍流中的光传播及其对光电工程的影响已成为当前应用光学的研究热点之一。详细对比讨论了真实的非Kolmogorov大气湍流的光学特性和理论研究中的非Kolmogorov湍流谱模型；从一般光传播效应，各向异性湍流中的光传播效应，特殊光源、部分相干光、阵列光源的传播效应以及这些效应对光电工程的影响6 个方面分析了光波在非Kolmogorov 大气湍流中的传播效应及对光电工程影响研究的最新进展和存在的相关问题；从大气湍流测量技术、非Kolmogorov 大气湍流光传播的数值模拟及其与实际光传播实验的对比分析三个方面提出了对今后这个研究领域重点研究方向的建议。

针对合成双射流激励器大功率LED灯主动散热方案, 利用Ansys软件对LED灯模型在表面射流不同流速下的散热进行仿真, 并结合试验结果验证, 得到气体流速和pn结温度的散点图, 利用Matlab进行Gauss曲线拟合, 得到pn结温度与射流速度的关系;利用阿伦尼乌斯(Arrhenius)加速模型对pn结温度与LED灯寿命的关系进行预测, 得到LED灯寿命与pn结温度的一般数学关系, 进而得到LED灯寿命与合成双射流流速的数学关系, 结合LED灯的经济性要求, 建立了基于合成双射流的LED灯散热的费用模型;通过费用模型寻找最优解, 可以确定LED灯单位时间最小费用及相应合成双射流最佳速度和LED灯寿命。

宽带、圆偏振的宏微脉冲激光能够有效地激发大气中间层钠原子，为自适应光学波前探测提供较多的回波光子数。在二能级光学Bloch方程的基础上，考虑不同大气湍流模式下激光光强在大气中间层的分布，通过数值模拟的方法，计算三种大气湍流模式下的钠信标回波光子数，然后根据经验确定大气相干长度的范围，估算宏微脉冲激发钠信标回波光子数的平均值，所得的平均值与实验测量值比较接近。由于宏微脉冲激光与钠原子作用可以忽略反冲、下抽运、地磁场等因素的影响，因此可以用计算有效截面的方法估算钠信标回波光子数。但是由于这种方法没有考虑激光的偏振态、光束质量因子以及光强的随机分布对钠原子激发态概率的影响，导致计算结果偏小。

高亮度的激光钠信标有利于提高自适应光学波前探测的准确性和灵敏度，但是在激光与钠原子作用的过程中，反冲和下抽运限制了钠原子激发态概率的增长，减小了钠原子的自发辐射速率和回波光子数。通过对窄带/宽带激光与钠原子作用产生反冲和下抽运效应的研究，结果表明：对于低能量的连续激光与大气中间层钠层作用，窄带激光反冲和下抽运效应比宽带激光严重，但是自发辐射速率比宽带激光大很多，获得的回波光子数明显多于宽带激光；对于宽带激光，其激发的回波光子数较少，但是具有不易饱和、反冲效应小的优点。

在微扰理论的基础上导出高斯光束相位归一化频谱的普遍表达式,进而求得归一化光束抖动频谱的普遍表达式以及准直光束和球面波光束在均匀光路条件下的分析表达式。计算表明这些频谱中存在一个与湍流外尺度、横截风速有确定关系的峰值频率。文中根据这个特征利用大气相干长度测量仪进行了湍流外尺度的遥感实验,与此同时用五台三杯风速计测量了光路中的平均风速。结果指出,离地面8 m高度上的湍流外尺度在2.6～7.0 m之间变化,平均值为4.9 m。