为获得高增益的电子轰击型CMOS（EBCMOS）成像器件，根据载流子输运理论，采用蒙特卡罗方法，研究了EBCMOS基底在不同掺杂方式和结构参数下的电荷收集效率。结果表明：当基底均匀掺杂时，减小掺杂浓度、降低基底厚度及缩小近贴距离可以有效提高电荷收集效率；当基底梯度掺杂时，减小重掺杂浓度区域的范围，可以有效提高电荷收集效率。仿真优化后器件的电荷收集效率最高可达到86.28%，为国产EBCMOS器件的研制提供了理论支撑。

为获得高增益的电子轰击型有源传感器（EBAPS），对EBAPS成像器件中电子倍增层的电荷收集效率的影响因素进行了研究。基于载流子输运理论，采用蒙特卡罗方法研究了钝化层种类、厚度、入射电子能量、P型基底厚度和掺杂浓度对二次电子分布及收集的影响。结果表明：为提高入射电子的入射深度进而提高电荷收集效率，宜采用密度小的SiO₂作为钝化层；为了减少钝化层对倍增电子的复合进而提高电荷收集效率，宜降低钝化层厚度和提高入射电子能量；为了降低倍增电子扩散过程中载流子的复合进而提高电荷收集效率，宜降低P型基底的厚度和掺杂浓度。

设计了一种联合功率与子信道的资源分配算法, 该算法用于正交频分复用(OFDM)的多色可见光通信(VLC)系统。相比于传统的单色光通信, 文章所设计的算法可用于多种可见光, 包括红、绿、蓝等多种可见光的OFDM信号传输。该资源分配算法目的在于最大化可见光传输网络的传输速率, 首先对三种不同的可见光进行子信道的优化分配, 得到该优化值后对其进行功率分配, 以达到最终的目标优化值。仿真结果表明, 相比于固定的资源分配算法, 该算法可以取得更高的传输速率。

基于Z、X、B三轴联动的数控机床, 提出了一种高次非球面的等端切角加工方法, 采用等弦长离散非球面型线, 并保持端切角恒定来计算数控机床的运行轨迹。等弦长可避免非球面型线因斜率变化引起的加工误差, 等端切角加工方法保证磨头同一工作点完成工艺过程, 提高加工精度和工艺稳定性。另外, 通过编程模拟了等端切角法加工高次非球面的工艺过程, 分析了端切角δ和距离C对机床工艺行程的影响, 并指出两个参数的选取应使机床工艺行程满足: 不存在磨头与工件之间的物理干涉; 不存在Z、X向导轨和B轴的反向运行, 避免将传动间隙误差引入到工件中; 运行控制点的步距不得小于设备运行精度, 避免机床跨点突进产生棱带误差; 机床运行的工艺行程应尽量小以提高加工效率。因磨头磨损带来的加工误差, 可通过磨头修锐或使用磨损边缘点作为工作点并重新编制数控加工程序来消除。

设计了电子倍增层的多种表层结构, 并模拟分析了表层掺杂分布对电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件的电荷收集效率的影响。结合离子注入工艺优化设计电子倍增层表层结构, 并利用离子注入模拟软件TRIM模拟分析了不同掩蔽层种类、厚度、离子注入剂量、注入角度和注入能量次数对掺杂分布的影响。再依据载流子传输理论并结合蒙特卡洛模拟方法, 模拟分析了相应结构下EBCMOS中电子倍增层的电荷收集效率。模拟研究结果表明: 通过选择SiO2作为掩蔽层、减小掩蔽层厚度、增加注入能量次数等方法可以提高电荷收集效率。在注入剂量选择方面, 对电子倍增层表层进行重掺杂, 使掺杂浓度下降幅度足够大、下降速度足够缓慢, 也可以有效提高电荷收集效率。仿真优化后表层结构所对应器件的电荷收集效率最高可以达到93.61%。

彩色数码设备色彩还原能力直接影响彩色图像的最终呈现效果, 是彩色数码设备性能设计优劣的一个重要指标。为研究低光照度下不同彩色数码设备的色彩还原能力, 本文提出了一种简便快 捷的可视化客观色彩还原能力评价方法,该方法首先将RGB三基色颜色空间转换到CIELAB颜色空间, 并基于CIEDE2000色差公式在CIELAB颜色空间建立全面客观的量化评价指标, 最终基于VC++软件平 台开发了上位机软件程序, 能实现对彩色数码设备的色彩还原能力的现场评价。实验结果表明, 该评价方法与主观视觉感受吻合较好, 能为低光照度环境下的彩色数码设备色彩还原能力提供一种有 效的评价方法。

采用自主研制的CCD光谱辐射计, 对CCD探测器的积分时间和光强灰阶2个关键参数的非线性参数依赖特性进行实验与建模, 给出CCD的微分非线性量化表征函数, 并以此为基础实现CCD在多级尺度下自动积分时间调整测量的非线性修正.以激光作为输入光源进行双参数调节响应特性测试, 并对CCD光电转换非线性特性进行分析.根据数据集曲线族的结构特征重构数据表征空间, 在新的表征坐标下进行CCD的参数依赖非线性变化关系的拟合建模.结果表明, 在多级尺度范围内, 该模型能够通过2个参量描述CCD光谱辐射计产生的非线性偏差变化的精确函数关系, 即实现了相关双参数在CCD光电转换过程中产生非线性偏差现象的精准量化表征.采用该模型进行非线性校正后与监测功率计进行比较, 发现该模型能够有效地将非线性偏差降低至±2%以内.

目前, 气象业务观测普遍采用的积分型太阳辐射观测仪器存在观测数据信息量少、 数据差异大的观测瓶颈, 已无法满足目前众多应用科学研究领域对太阳光谱辐射精细化观测的需求, 具有高光谱分辨率的精密光谱辐射计的仪器研制及观测方法与技术已成为太阳辐射观测的前沿科技问题。 在此背景下, 为解决气象领域太阳辐射的精细化观测问题, 开展了深入的科学研究与技术开发工作。 重点阐述了仪器开发成果和数据观测分析方法, 首先介绍了开发研制的用于地基太阳光谱辐照度观测的光谱辐射计系统。 光谱辐射计的分光系统采用了平场凹面光栅结构, 具有低杂散光、 高收光效率和高可靠性的特点, 尤其适用于长期无人值守的户外观测。 系统所采用的平场凹面光栅的像差校正特性对于300～1 100 nm这种宽谱段的应用来讲更为合适, 在整个谱段范围内光谱分辨率变化很小, 不同波长通道的带宽基本一致, 使用25 μm狭缝时光谱分辨率(FWHM)约为2 nm, 像素采样间隔小于0.5 nm。 对于太阳辐射观测来讲, 这是一种谱段范围和分辨率都与需求十分匹配的专用光谱辐照度观测仪器。 其次, 在观测数据的基础上, 阐述和分析了气象等领域的光谱应用观测方法。 太阳辐射照度分布的能量通过不同参数化模型约束的接收系统收集, 将太阳光谱辐射在半球天穹中的变化及分布进行约束并划分为水平总辐照度(GHI), 法向直接辐照度(DNI)和水平散射辐照度(DHI)三种光谱辐照度辐射分量, 阐述了基于GHI, DNI和DHI三种观测形式下的数据特征与用途。 其中, GHI是地表实际辐照度水平, 适用于太阳能资源评估; DHI反映大气和云态; DNI作为直接透射形式, 可用于计算日照时数和分析大气参量。 并且, 进一步分析了观测形式、 光谱特征与地理(经度、 纬度、 海拔高度、 大气质量)及气象参数(云量、 大气吸收)之间的互易演算关系。 与传统的波长积分式辐射观测相比, 太阳光谱辐射计为辐射能量观测增加了波长信息维度。 从DNI形式的光谱辐照度数据中可以看出, 不同波长之间的辐射能量变化显著, 而这些变化与大气变化密切相关。 因此, 太阳光谱辐照度数据不仅仅是为业务观测提供更精细化的太阳辐射信息, 更提供了丰富的辐射能量的变化信息通道, 利用特征波长维度的辐射信息, 可进一步通过模型反演计算气溶胶光学厚度、 臭氧、 水汽等大气参数。 通过精密太阳光谱辐射计, 可将纳米分辨率水平的太阳光谱辐照度作为基础业务运行数据, 提供精细化的太阳辐射分布及变化信息用于气象与气候模型、 光伏资源评估与生态环境等研究; 同时也为辐射波长分布中所蕴含的气候、 农业、 生态等领域关心的各种通量监测和演化关系研究提供了有力的数据信息及观测工具。

太阳光谱辐射计作为一种专用光谱辐射测量仪器, 对于其宽谱段和大动态范围的测量特点, 准确完整地表征分光性能是十分重要的。 研究内容旨在为太阳光谱辐射计的研制与验证提供明确的理论依据和测试方法, 给出清晰而准确的机理模型和指标模型对光谱仪器系统的设计和评估提供指导。 因此, 重点阐述了光谱仪器系统的信号传递模型到性能指标模型的推导和建立过程。 线谱扩展函数这种串联卷积模型能够综合反映仪器的各个元件对系统的影响, 而且很容易通过窄带线谱光源测试而得到, 并且线谱扩展函数矩阵能够清晰完整地给出光谱仪器的分光性能细节特性。 而在线谱扩展函数的基础上再进一步提取关键几何特征, 通过简单的算法定义即可得到半高全宽(FWHM), 带外抑制和带外辐射这三项示性函数指标, 可以很好地对分光系统的性能进行定量表征, 是十分有效的光谱仪器系统性能评估的指标模型。