随着工业化进程加快, 大气污染监控已受到广泛关注, 为实现工业过程痕量气体浓度的准确监测, 采用可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)搭建了气体浓度在线监测系统, 并以LabVIEW为软件开发平台完成了可视化界面。重点设计了数据处理功能及浓度反演算法, 通过同步获取的环境压力参数对特征吸收光谱的有效拟合范围进行修正, 提高吸光度信号的准确性, 再通过读取的环境温度参数修正气体吸收线强以获得精确的浓度结果。将该系统应用于高温氨浓度在线测量实验中, 获得高温不同压力下的氨气浓度测量结果。实验结果表明, 在500 K温度下, 不经过压力、温度参数修正的最大氨浓度反演偏差为18.81%, 通过参数判断后再进行光谱提取和修正, 得到浓度最大偏差为3.96%。该系统能够准确反演不同环境参数(压力、温度)下的气体浓度, 实现了工业高温现场气体的实时、精确在线测量。

近年来近红外激光吸收光谱检测技术得以飞速发展，其中对吸收线的光谱解析是光谱检测的重要研究内容之一.文章建立了气体激光吸收光谱测量实验平台，重点研究了混叠吸收线光谱检测算法，以6528.8 cm-1附近氨气吸收线为例，开展了特征光谱解析实验与算法研究.结果表明，结合小波降噪方法后，信号均方根误差降低4.45倍，利用多线Voigt线型拟合算法实现混叠吸收线特征光谱解析，线型拟合残差优于±2%.实验获得了氨气在室温不同压力下的特征吸收光谱，并计算得到各条吸收线的线强参数结果.测量线强与Hitran数据库的相对偏差在5.67~8.2%之间，线强计算的不确定度约为4.6%.有效的混叠吸收线光谱解析算法可实现气体线强参数的准确测量，有益于提高氨气浓度反演的准确性.

激光在大气中传输时, 由于大气湍流的存在, 会导致光束漂移和能量集中度下降。校正倾斜像差, 可以提高激光在大气中传输的质量, 而快速倾斜镜正是倾斜像差校正的关键部件。设计了一个基于柔性轴结构的二维压电陶瓷型快速倾斜镜, 采用高压运算放大器PA96制作其驱动电源, 并选用TMS320F2812型DSP芯片作为倾斜镜控制系统的核心处理器, 经实验测试表明, 该快速倾斜镜的偏转范围达到1.8 mrad, 谐振频率为432 Hz, 角分辨力约为0.5 μrad。最后将此系统应用于激光大气传输倾斜像差校正实验中, 实验结果表明, 该系统能够有效提高光斑能量集中度并降低光斑漂移, 可以应用于激光大气传输中对倾斜像差的校正。

压电陶瓷致动器具有体积小、推力大、高频响和分辨率高等特点,广泛应用于精密制造、 光学仪器、振动控制等领域。为提高压电陶瓷型快速倾斜镜的控制精度和稳定性,根据压电陶瓷致 动器对其驱动电源的要求,设计了一种基于高压运算放大器PA96的驱动电源。介绍了该电源电路的基本 原理,并对放大器的外围电路进行了稳定性设计。最后通过实验测试表明,该电源线性度大于99%、静 态纹波小于10 mV、动态性能稳定,能够达到自适应光学系统中快速倾斜镜的控制要求。

设计了一种具有光栅结构砷化镓吸收层的薄膜太阳能电池, 利用严格耦合波方法对矩形光栅和三角形光栅结构砷化镓吸收层在300～900 nm入射波长范围内的吸收效率进行了分析。结果表明: 相比于平坦吸收层, 两种光栅结构在TE和TM偏振光条件下吸收效率均有提高, 峰值吸收率可提高55.9%。并对矩形光栅、三角形光栅结构参数进行了优化设计, 对两种光栅吸收层的角度依赖性做了分析, 得出在填充比和厚度相同的情况下, 正三角形光栅吸收层的角度依赖性最优。最后利用有限元法对入射光在电池吸收层的吸收增强效应进行了理论模拟, 通过与平坦结构吸收层的电场分布对比, 可以直观地看出入射光在光栅结构吸收层的吸收增强效应。该研究结果为制备高效率、高性能太阳能电池结构提供了参考依据。

A concave two-dimensional (2D) photonic crystal waveguide (PCW) with corrugated surface is theoretically used as a focusing structure. To design this structure, a genetic algorithm is combined with the finite-difference time-domain method. For PCWs with different degrees of concaveness, the power reaches about 80% at different focusing points when the morphology of the concave surface is optimized. More importantly, the focusing location is easily controlled by changing the location of the detector placed in the output field.

采用了结构为(B′A′)N(A′B′)N (B′′A′′)N(A′′B′′)N的光子晶体异质结来设计一维全方向滤波器。利用传输矩阵法对该结构的透射性能进行了分析, 并结合遗传算法对该光子晶体异质内各组元厚度比和组元的周期数进行了优化, 最终得到一个相对较优的一维光子晶体滤波器。该滤波器具有较宽的滤波频带, 并且具有很好的方向选择特性, 是一种高精度的一维全方向光子晶体滤波器, 可广泛应用于滤波器、光开关等光通讯领域。