激光作为人造光源, 因其具有单色性良好、方向性强、相干性强、亮度高及能量密度高等优点, 在激光显示、激光照明等领域得到了广泛的应用。自半导体激光器问世以来, 其发展之快、成果之多、应用之广使其几乎占据激光市场的“半边天”, 它不仅能作为信息载体, 也能作为能量载体。伴随半导体激光器发展的深入和市场需求的变化, 利用半导体激光合成白光光源成为研究热点。半导体激光白光光源的出现不仅拓展了激光应用的新领域, 也为很多新技术的诞生奠定了基础。本文主要介绍了半导体激光白光光源的产生过程和其中的技术难点, 总结了近些年国内外对于合成半导体激光白光光源的研究进展, 分析了其应用及发展短板, 最后对未来半导体激光白光光源是否能在水下复杂环境中稳定输出进行了展望。

小麦是人类主要食物来源之一, 广泛分布于世界各地。赤霉病是小麦的主要病害, 目前赤霉病的检测技术无法实现小麦快速、无损的在线检测。为了研究短波红外成像光谱技术应用于小麦赤霉病检测的可行性, 基于LabVIEW开发专用于样品检测的数据采集系统, 利用短波红外光谱仪获取样本光谱图像并进行数据分析与处理。实验数据表明: 赤霉病小麦种子与健康小麦种子的短波红外光谱图像在1350~1600nm光谱范围内谱线数据特征差异明显, 证明短波红外成像光谱技术应用于小麦赤霉病的检测具有一定的推广应用性。

利用60吋全固态激光电视样机, 建立了原有的电视色度信号向激光电视色度信号转换的模型。根据激光显示的特点, 推导出以三色激光( 红: 660 nm, 绿: 532 nm,蓝: 457 nm)为三基色的激光电视颜色系统与荧光粉电视三基颜色系统的矩阵转换关系。利用解码模块、现场可编程门阵列(FPGA)色域转换模块和编码模块搭建了激光三基色系统和普通电视三基色系统的色域转换电路, 分析了电路中各个模块的作用及整个电路的工作过程, 实现了对高清视频信号的色域转换。对比了不同颜色在转换后的激光电视上与荧光粉电视上的显示效果, 对11个特征颜色的测量显示, 其色域转换误差小于9.8%。实验取得了很好的色域转换效果, 成功地验证了高清激光电视的色彩复现能力。

从三级像差理论出发，推导了光阑设于次镜镜框的共轴四反射镜光学系统的单色像差系数的表达式，并给出了四反射镜光学系统的基本设计流程图。在此基础上，对光学系统进行视场离轴，设计出了视场角为20°×0.6°，焦距为1343 mm的视场离轴四反射镜光学系统。该光学系统无中心遮拦，结构紧凑，成像质量接近衍射极限，适用于空间遥感。

为了将椭圆高斯光束整形为圆形平顶光束, 设计了一种无中心遮拦反射式两镜整形系统。根据能量守恒思想, 选择匀化洛伦兹函数作为出射光束平顶分布函数, 建立了入射面和出射面之间的坐标变换关系; 采用光程守恒原理和矢量形式的反射定律, 推导了积分形式的整形系统两反射镜面形方程。利用数值解法计算出两反射镜的面形数据, 经过光学设计软件仿真与系统参数分析, 得到的圆形平顶光束在目标区域的照度均匀性大于95%。结果表明, 这种整形系统可以明显提高椭圆高斯光束的平顶性, 具有现实可行性。

研究一种基于液晶光阀的动态光学目标模拟器用视景仿真镜头,给出了视景仿真镜头的设计实例。动态光学目标模拟器由内置液晶显示系统、视景仿真镜头、外置投影仪、计算机、电缆、调整机构组成。测试设备将命令发送到计算机,计算机根据接收的指令生成模拟地形图并控制液晶光阀将图像显示出来,液晶光阀位于视景仿真镜头的焦平面位置,视景仿真镜头对液晶光阀成像后形成平行光出射,可在有限距离上产生无限远效果模拟观测结果,光学敏感器接受模拟器的出射光线并成像完成模拟试验,视景仿真镜头采用二次成像的反远结构,同时为保证与液晶光阀出射光相互匹配,采用了远心光路的结构形式。视景仿真镜头的焦距f=-22.447 1 mm,视场角是对角线视场为45°,有效视场为30°1.5′×30°1.5′；全视场畸边＜1％,在Nyquist频率42.5 lp/mm处MTF＞0.45,系统长度325 mm；视景仿真镜头与敏感器镜头配合后在敏感器像面上的照度均匀性不小于95.4％。最后给出了视景仿真镜头的测试结果。

设计了一种采用全球面透镜并具有变焦距功能的光刻系统。系统具有4个机械变焦的位置，两片负透镜作为变倍组，两片正透镜作为移动补偿组，补偿在变焦过程中由于系统共轭距离变化造成的像面移动。该系统光学总长为653.67 mm，系统采用的22片透镜元件，全部采用球面设计，同时系统中没有使用特种光学玻璃。该系统工作在光刻常用波长405 nm下，其500 lp/mm调制函数值在4个变焦位置和所有视场内均大于0.40，绝对畸变小于六分之一特征尺寸。设计结果表明该系统成像效果良好，制作成本低，适用于工作在刻蚀微米量级分辨率、变焦距双远心光刻系统中。

针对空间对接时某些载荷表面喷涂的涂层受原子氧剥蚀的影响发生反射率退化,从而改变涂层成像特性的问题, 本文利用反射率退化一般规律数学模型计算出了在空间经常使用的SR107-ZK白漆两年衰减后的反射率理论值, 并根据此理论值为光学系统选择了适当的CCD。按照地球低轨(LEO)飞行两年的太空环境条件, 对SR107-ZK白漆试块进行了单一原子氧辐射试验。结果显示, 1.8×1022 atom/cm2原子氧通量辐射后的试验数据为0.814, 与数学模型模拟计算的数值0.793较为接近, 说明了数学模型理论的正确性。对辐射后的试块进行了成像试验, 结果表明CCD的合理选择是光学系统对反射率下降试块良好成像的关键, 进一步证实了数学模型的可靠性, 为今后此类工作提供了重要的依据。

研究了一种瞄准镜用飞行模拟器投射镜头的设计，并给出了模拟器投射镜头的设计实例。模拟器由显示系统、屏幕、投射系统、反射镜组成，模拟图像信号送入模拟器的显示系统，显示系统将视景仿真模拟图像信号投射到屏幕上，屏幕位于投射系统的焦平面上，瞄准镜对由模拟器进入的光线成像实现成像模拟。投射系统由周边系统、中心系统共9路光学镜头组成，投射系统周边系统、中心系统对应于瞄准镜的中心系统与周边系统，中心系统与周边系统的物面位置重合即共物面；中心系统采用摄远物镜镜形式缩短了镜头长度结构更加紧凑。周边系统焦距为f=26302 mm，视场角为2ω=17°，全视场畸边＜0.4％，在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF＞0.9，系统长度330 mm；中心系统焦距为f=295.00 mm，视场角为2ω=17°，全视场畸变＜0.37％，在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF＞0.9，系统长度283.2 mm。投射系统采用全口径出光,同时系统通光口径略大于敏感器的通光口径,降低了系统装配的精度。