在介绍短周期光纤光栅(FBG)和微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)折射率传感原理的基础上, 围绕如何提高FBG折射率传感灵敏度, 详细论述了腐蚀法和抛磨法两种折射率传感技术方案的研究进展, 对比分析了两种方案的优缺点。同时综述了微纳光纤和微纳光纤光栅应用于折射率传感的研究现状, 指出了目前研究所面临的技术难题与解决方案, 展望了FBG折射率传感技术的发展趋势, 可为进一步开展基于光纤光栅器件的折射率传感研究提供参考。

针对双波段红外探测设备不同波段的探测要求, 利用曳光管双波段辐射特性, 提出无人机加载曳光管作为低空移动光电靶, 实现同一靶标满足双波段测试要求; 通过对无人机航路距离和航向的统筹设计, 实现同一个飞行航次满足作用距离和目标数据精度等多个测试项目; 文中对目标航迹真值精度进行深入分析, 总结出在不同条件下, 航路、航向及布站等相关参数的关联和设置方法, 为该测试项目组织实施提供充分的技术准备和选择空间。

脉冲无线超宽带(IR-UWB)是超宽带技术(UWB)最经典的实现方式之一, 产生脉冲宽度在亚纳秒级别, 能利用具有低占空比的基带窄脉冲序列来携带信号。IR-UWB的发生器可以灵活的产生脉冲信号, 并且具有体积小、质量轻、噪声小、可调性高和抗电磁干扰等优势。文中具体研究了五种IR-UWB脉冲信号的光学生成方法, 分别是利用光脉冲压缩产生IR-UWB 脉冲信号、基于相位调制和偏振分束器IR-UWB脉冲信号、基于相位调制和切趾光纤光栅产生IR-UWB脉冲信号、利用光学带通滤波器产生IR-UWB脉冲信号以及基于半导体激光器产生IR-UWB脉冲信号。通过对比国内外在本领域的研究成果, 讨论和总结了以上几种IR-UWB的光学生成方法, 并比较各种实现方法的优缺点。

声光相互作用产生频移和拍频的理论已经较为完善, 但没有具体变化规律的描述。从实验出发, 利用高频探测器结合共焦扫描干涉仪和频谱分析仪, 用实验方法通过研究Raman-Nath衍射点的拍频现象直观地将声光相互作用产生拍频的现象展示出来, 对拍频的产生机理进行了相关分析, 并总结了拍频形成的规律, 对其产生的条件等因素做了探索。

对飞秒激光作用蓝宝石光纤产生超连续谱进行了实验研究。选用脉冲宽度为50 fs的飞秒激光器作为泵浦光, 9 cm蓝宝石光纤为非线性介质; 当激光器中心波长分别为1 200 nm、1 300 nm、1 400 nm 、1 500 nm时,在蓝宝石光纤输出端均可获得红外和可见波段的超连续光源; 为了寻求可见波段更好的超连续光源输出, 在实验装置中加入半导体可饱和吸收体(SESAM), 利用光纤端面和SASEM构成谐振腔, 通过SESAM的反馈实现多次作用光纤。结果表明, 在可见波段内能够获得460~780 nm平坦稳定的超连续光源输出。

应用有限元软件建立三维脉冲激光辐照芳纶纤维复合材料的物理模型, 获得了芳纶纤维复合材料的温度场分布及其变化规律。结果显示, 随着激光功率密度的增大, 芳纶纤维复合材料的温度逐渐升高; 不同激光功率密度作用下的芳纶纤维复合材料的温度在光斑中心处最大并随着各位置到中心距离的增大而减小。为验证数值分析模型并更好的研究芳纶纤维复合材料的热损伤规律, 试验过程中选用不同功率密度的纳秒脉冲激光辐照芳纶纤维复合材料。研究结果表明, 数值模拟温度与实验温度吻合较好, 最大相对误差为12.49%; 随着激光功率密度的增大, 芳纶纤维复合材料的焦化碳化面积逐渐增大, 熔融深度随之加深。

针对目前光测数据处理中, 应用多项式拟合原理进行参数估计与插值计算带来较大截断误差的问题, 提出了递推样条最小二乘拟合方法。该方法根据飞行目标航迹数据特点, 将样条函数和递推思想相结合。经仿真计算证明, 该方法能够提高拟合的精度与计算速度, 具有很实用的价值。

厚度是液体无损检测中一个重要的影响因素。而小波变换作为重要的信号处理手段对动态误差的阈值判断和多尺度小波变换在去噪方面有着巨大的优势。通过搭建的激光无损测试平台, 对获取的数据进行多阶小波分解以及软门限的阈值处理, 对比传统的滤波方法, 验证了小波变换在激光无损检测中运用的优越性。实验结果表明, 小波变换在激光无损检测中有着更好的去噪效果, 对公共场所的液体无损检测将具有巨大意义。

从眩光效应的相关定义和现象出发, 分析了眩光效应形成的基础, 并最终确定了眩光效应形成的作用量时变表达式, 建立了眩光效应作用机制模型, 为眩光效应的应用提供了一个理论分析方法。

卫星工具软件(STK)是广泛用于航天工程全过程的先进卫星系统分析软件, 具有准确的仿真能力, 但如何将STK与应用程序进行接口集成, 即如何将二者高效集成是一个非常困难的问题。文中介绍利用STKX模块实现STK与MFC(Microsoft Foundation Classes)集成的方法, 并在目标识别仿真的应用实例中说明了两者联合编程的步骤。实际运行效果表明, 由8台机器组成的PC仿真平台能够有效稳定的运行, 并且STK与MFC两者的结合极大地提高了灵活性和高效性。

基于较简单的物理模型和矩阵光学方法, 推导了激光发射光学系统发射平面波、球面波和高斯光束的调焦公式, 并计算分析三种波的聚焦特性: 平面波调焦时, 随着调焦量绝对值减小, 聚焦距离增大, 当调焦量靠近零时, 聚焦距离增加的速度较快; 球面波调焦时, 存在聚焦距离为无穷大的准直发射状态, 若调焦量逾越该状态对应的值后, 则发射光束成为发散光束, 同时, 随着入射球面波的曲率中心距次镜的距离增大时, 准直发射状态对应的调焦量右移趋近于零; 高斯光束调焦时, 在相同调焦量下, 高斯光束的束腰位置与平面波焦点位置在远距离上存在明显的差距, 可以通过增加入射高斯光束的束腰宽度、增加激光发射光学系统的扩束比、选用波长更短的光束来减小这种差距。

针对海上舰船摇摆引起的舰载经纬仪巨大定位及测量误差问题, 提出一种船摇误差修正的高精度解决方案。利用惯性导航系统测量出的船体摆动姿态角和GPS局部基准定位信息, 对舰载经纬仪实时站址数据和测角数据做了船摇修正处理, 并研究了站址误差对测角精度的影响。通过对修正前后数据做误差比对分析, 提高了海基测控装备外弹道的测量精度。试验证明, 该方法简单、实用, 修正后精度满足使用要求, 可以推广应用。

紫外吸收全光谱法用于探测海水中硝酸盐浓度, 具有测试结果准确可靠, 简单快速, 实用性强等特点。文中实验采用紫外吸收全光谱法在200~370 nm波段测试了硝酸盐和溴离子、氯离子、亚硝酸盐、浊度, 以及他们与硝酸盐的混合溶液。分析了这些对测定海水硝酸盐有干扰影响的物质的紫外吸收光谱, 并与硝酸盐做了对比分析, 获得了硝酸盐和干扰物质的紫外吸收光谱特性, 以及吸光度随波长变化的规律。通过硝酸盐浓度与吸光度的线性拟合曲线, 显示二者有良好的线性关系, 验证了实验的准确性。结果表明, 使用紫外吸收全光谱法可用于测定海水中的硝酸盐。

研究了光电成像系统中广泛存在着的“猫眼”效应, 针对“猫眼”目标的回反射特性, 建立了不同情况下回波强度的数学模型, 并据此模型, 借助TracePro软件对典型目标在不同激光发射距离、不同镜头离焦量、不同入射角度下的“猫眼”效应进行仿真计算分析。结果表明, 理论计算和仿真结果一致, 因此可以用于指导未来激光主动探测系统设计。

为了获得较逼真的红外图像, 提出了一种利用低空图像反演红外图像的新方法。首先, 利用改进的K-均值聚类算法将低空图像按照不同的地物属性进行材质分类, 进而计算出特定波段内进入仿真红外热像仪的总辐射能, 并模拟传感器成像原理得到仿真红外图像。结合该算法和实测环境气象参数完成了某区域红外场景序列图的生成。实验结果表明, 该方法生成的时序图与实拍红外图像的变化规律基本一致, 从而为低空图像仿真生成红外图像提供了一种有效途径。

光束的轴向扫描在光学三维成像、光学材料制造等领域中具有十分广泛的应用。然而, 现有的光束轴向扫描方法均存在着各自的不足, 或是扫描速度过慢, 或是扫描范围有限, 又或是会影响生物样品的活性。文中基于光斑操控理论, 通过对照明光束进行相位编码, 改变相应的聚焦光斑轴向位置, 实现光束的轴向扫描。通过模拟计算, 验证了方法的可行性。模拟结果表明, 本扫描方法具有较好的线性度, 线性拟合因子R2=0.993 9。由于该方法不涉及机械移动, 因此具有扫描精度高, 对生物样品影响小等优点, 有潜力在相关科研领域得到很好的应用。

对于配用电光通信网中无源光网络多层级、多节点网络规划问题, 首次提出采用基本遗传算法实现多层级的循环继承的层叠遗传算法。其采用外层分光网络继承内层网络基因用于本层网络的适应度函数选择, 该算法解决了多层级无源光(PON)网络各层级分光优化的问题, 并且通过仿真证明了其可行性, 实现了四层级网络星形结构拓扑优化。优化后的网络获得了最优的星形网络拓扑和通信建设成本的降低。

研究了受控Gibbs激光系统的动力学行为。首先介绍了Gibbs激光系统模型, 给出了Gibbs激光系统的Lyapunov指数随参数的演化图像以及与之对应的系统状态变量与参数的关系曲线。进一步仿真模拟了反馈信号强度对系统动力学行为的影响。结果显示, 通过调节反馈信号强度, 系统存在倍周期分岔、周期并合以及混沌等多种非线性效应。