传统的低相干垂直扫描方法在测量高度达数十或数百微米的台阶或沟槽类微结构的表面三维形貌时，测量效率低下。为此，提出一种基于光谱分布特性的快速垂直扫描形貌测量方法，该方法包含两次垂直扫描过程。建立描述单幅干涉图条纹对比度的评价函数，利用粗扫描来定位被测件上下表面的大致位置，并联系上下两幅粗扫描图像计算出覆盖被测件上下表面相干区域的精扫描采图区域。精扫描在其他区域直接跳过但记录位移量，结合π/2扫描移相的精扫描干涉图复原被测件的表面三维形貌。粗扫描的扫描步长由低相干光谱分布计算得到，精扫描步长为中心波长的1/8。以高度为7.805 μm的台阶板和深度为200.99 μm的沟槽进行实验，结果表明，所提方法相比传统垂直扫描方法的采图时间分别缩短了48.2%和55.2%。

研制了一款可在接收面上实现平面光谱分布均匀的直下式LED黄疸灯。首先, 按照LED数量从少到多的顺序, 在同一基板上依次对4种单色LED进行排布, 使其分别在同一出光面上形成大小相近且照度均匀的光斑, 进而使出光面乃至接收面上实现平面光谱分布均匀。其次, 对直下式LED黄疸灯仿真验证, 结果表明其确实可在接收面上实现平面光谱分布均匀。最后, 在出光面上分别放置扩散板和棱镜膜, 对两款直下式LED黄疸灯样品进行实验测试。测试结果表明：相较而言, 在出光面上放置增光膜的直下式LED黄疸灯样品可以使接收面具有较多的光能量。但无论出光面上放置的是棱镜膜还是扩散板, 在600 mm×300 mm的接收面上, 直下式LED黄疸灯都能实现99.9%以上的平面光谱分布均匀度值以及74%以上的照度均匀度值, 符合国家婴幼儿光疗设备安全标准。

为了精确提取相关干涉信号的峰值位置,为光楔式光纤法布里-珀罗传感器的相关干涉解调机制提供理论借鉴,数值模拟了3种典型的光源光谱分布的相关干涉信号,并对所获得的相关干涉信号进行了详细的对比分析,综合讨论了不同光源光谱分布条件下,光谱带宽对相关干涉信号宽度、幅值以及对比度的影响。分析结果表明,当光源在光谱上具有高斯分布且带宽较大时,得到的相关干涉信号噪声较小、条纹更稀疏、信号对比度更高,更便于准确寻峰和实现高精度的解调。

为了实现对光纤光栅回波光谱分布的控制, 利用传输矩阵法构建了分段调制折射率的数学模型。 通过在各个分段中以不同形式的折射率调制组合实现对回波光谱分布的控制, 研究了基于不同折射率分布条件下的谱形特性, 为实现获取任意形态的Bragg光谱分布提供了理论支撑。 系统结合耦合模理论与矩阵传输算法, 当分段后子光纤光栅尺寸符合边界条件时, 即仍可应用耦合模理论计算, 同时又可以将多段的耦合方程以正、 反向模式的形式通过矩阵函数进行表达。 由此可知, 虽然任意折射率调制组合构成的整个光纤光栅不具备通解形式, 但分段后的子光纤光栅具有可解析的特性, 同时再利用矩阵传输算法可以将m段子光纤光栅的正反向模式进行计算, 就能将任意形式光纤光栅的折射率调制函数转化为传输矩阵组, 再对其反射率分布场进行解析。 最终, 可以得到整个光纤光栅的等效正、 反模式, 即实现回波光谱分布的控制。 由理论部分可知, 回波光谱分布特性主要受正反向导模耦合系数、 纤芯位置、 分段数决定, 可由(z)和k(z)表示。 通过MATLAB仿真分析可知, 两参数在(0, 1)范围内对反射率函数具有明显的调制作用。 随着控制参数阶数的增大, 反射率调制斜率也会增大; 当k(0.38, 0.48), (0.52, 0.58)时, 反射率调制符合单调特性。 从而得到了不同控制参数条件下反射率函数的分布变化, 讨论了耦合系数对回波谱形控制的量化效果。 实验利用AVESTA公司的Ti: Sapphire飞秒激光器完成了四种不同结构光纤光栅的制作, 采用了四种折射率分段调制的FBG结构, 分别是: ①在m段中Λ1和Λ2交替均匀分布; ②在m/2段中Λ1和Λ2交替均匀分布, 其余段随机分布; ③在m/2段中Λ1和Λ2随机分布, 其余段也随机分布; ④在整个光纤光栅段折射率随机分布。 对以上四种FBG的回波光谱分布进行测试与比较, 可知采用分段折射率调制对Bragg光谱特性的作用效果。 实验结果显示: 当以矩阵组形式的FBG若在m段分布时, 则与传统串联型均匀FBG测试效果一致, 具有两个明显的Bragg特征峰; 而矩阵组在m/2段中分布时, 测试光谱仍能明显获取折射率调制特征信息, 即存在两个Bragg特征峰, 但峰峰值减小, 噪声谱增大, 半宽变窄。 同时, 相比交替模式而言, 随机分布形式此种变化趋势更为明显。 由此可见, 通过控制矩阵组分布对回波谱形中特征峰值、 半宽及功率谱进行调制。 该方法在预先设计折射率调制矩阵的条件下, 可以对Bragg光谱分布进行精确控制, 实现目标回波谱形的获取。

抑郁症是一种患病率高、易复发的精神疾病,会造成生活质量下降,认知功能损伤等问题,严重时还会产生自杀想法和自杀行为。研究表明,机体褪黑激素含量的减少可能引发抑郁症。研究光照强度、光谱分布等对褪黑激素分泌的影响,光线疗法对抑郁症的作用以及利用 LED光谱可调且智能化的优点,根据不同场合和时间段的需求,整合出不同维度的光,给人们带去舒适的体验,创造利于身心健康的光环境,从治疗和预防两方面更好控制抑郁症。

为了实现大功率激光焊接状态的实时检测, 采用了基于传感器信号多特征融合进行焊缝成形预测的方法,以大功率碟片激光焊接304不锈钢为试验对象, 应用分光仪获取焊接过程中的光谱分布, 并用紫外波段和可见光波段高速摄像机采集金属蒸气视觉图像, 对所提取的特征参量与焊接状态之间的关系进行了理论分析和实验验证。结果表明, 通过建立后向传播神经网络焊缝成形预测模型, 取得了熔宽和熔深的预测绝对误差平均值数据分别为0.18mm和0.72mm。该方法能够准确反映熔宽及熔深的状态变化,这一结果对大功率激光焊接状态在线监测是有帮助的。

基于现有的LED植物光源在植物培育中光照不均匀的问题, 对目前的植物工厂中使用较为广泛的红、蓝LED阵列型光源进行优化设计。通过对比四种不同的LED阵列排布方式, 采用9点法进行PPFD值的测量和光谱的测量, 进一步观察平面上光量子通量密度的均匀性和光谱分布的均匀性, 进而寻求效果较好的LED阵列排布方式。结果表明: 红蓝LED芯片交差分布和阵列行列交错分布的排列方式有利于提高光源阵列光谱的均一性。

针对光谱仪在测量窄带宽光源的光谱分布时出现的光谱变形现象, 提出了一种带宽修正方法—七点修正方法。 首先, 利用泰勒级数和相关的导数公式, 得到了七点修正公式的数学解析式; 其次, 用光谱线型为正弦函数的模拟光谱对七点修正法进行验证, 采用正弦函数来模拟真实光谱, 通过光谱仪的带宽函数计算出测量值, 然后应用七点修正公式, 对测量值进行修正; 最后利用中心波长为365 nm的LED光源对七点修正法进行了实验验证, 用双光栅单色仪来测量LED光源的光谱辐射照度, 光谱仪带宽分别选为5与0.5 nm, 将七点修正公式应用于测量值, 得到修正值。 模拟结果表明: 在选定的模拟条件下, 修正后得到的中心波长处的峰值可以达到真实值的99%以上; 实验结果表明: 修正后中心波长处的峰值可以达到真实值的95%以上。 由模拟结果和实验结果可知, 七点修正法与三点修正法和五点修正法相比, 修正效果有明显提升, 这种带宽修正方法可以广泛应用在光谱测量领域。

为实现基于相关光子的光电探测器在连续宽波段量子效率定标,研究相关光子光谱和速率分布具有重要意义。通过理论模拟相关光子光谱和速 率分布规律,建立了连续宽波段相关光子光谱和速率分布测量实验系统,利用该系统测量了450～700 nm连续宽波段相关光子的光谱 和速率分布,将实验测量的光子速率分布与理论模拟结果进行比较,两者曲线形状相关系数为99.39%,表现出高度的一致性。实验结果表明: 相关光子具有连续宽波段光谱分布,有望为实现基于相关光子的光电探测器在连续谱量子效率定标提供理论依据和实验指导。