全光固体分幅相机技术是目前超快诊断技术领域最有前途的发展方向之一。因其在实现皮秒、亚皮秒量级时间分辨率、超高空间分辨率、拓宽探测信号波段范围、可靠性、稳定性、抗辐射抗干扰等方面拥有独特的优势, 引起了人们的广泛关注。文中将波分复用以及偏振复用技术应用到全光固体分幅相机系统中, 进行多分幅的方案研究, 在保证皮秒量级时间分辨率的前提下, 探索获得几幅到十几分幅数的分幅方案。最终, 在实验上获得了空间分辨达到60 lp/mm的四分幅图像。实验结果显示, 对于波分分幅的时间分辨率为1.414 ps, 偏振分幅的时间分辨率为15 ps。

利用Nd:YAG脉冲激光器, 在空气环境下作用于金属材料Cu, 分别获得了119.1、154.6、201.7、256.2 mJ[·]Pulse-1四种不同能量下的等离子体特征谱线, 选取[CuΙ]510.5 nm和521.8 nm两条谱线作为研究对象, 分析了谱线强度与能量变化之间的关系, 发现其展宽线型分别为Lorenz线型和Gauss线型。结果表明, 对于Cu等离子体发射光谱, 不同波段所对应谱线的展宽机制不同, 随着激光能量的增大, 谱线的强度逐渐增大, 谱线的半宽高也随着激光能量的增加有所增大。

对常见的单级、双级以及三级结构的C+L 波段掺铒光纤ASE光源进行实验研究, 对比它们的性能并分析各自的优缺点。结果表明, 单级和双级结构的C+L 波段掺铒光纤ASE光源C波段和L波段光谱很难实现最佳匹配, 导致平坦度不理想。虽然三级双泵浦结构光源结构较前两种较复杂, 但通过优化光源参数可以使输出光谱具有更好的平坦度, 从而更好地满足分布式光纤光栅传感系统、长距离光纤通信系统、光纤陀螺以及光谱测试等应用场合的要求。

基于多层衍射光学元件衍射效率的表达式, 推导出了双层衍射光学元件空气间隙与衍射效率的关系。分析了空气间隙、周期、入射波段对衍射光学元件在可见光波段、红外中波、红外长波衍射效率的影响。以[400~700 nm]、[3~5 μm]、[8~12 μm]波段为例, 分别以聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为可见光波段双层衍射光学元件第一、第二层的基底、以硫化锌(ZnS)和硒化锌(ZnSe)为红外中波和长波双层衍射光学元件第一、第二层基底材料。在特定周期情况下, 确定了双层衍射光学元件空气间隙的大小对多层衍射光学元件的衍射效率的影响。

针对半导体光波导实际制作过程中出现的典型工艺缺陷, 基于有限元法提出了有效的分析方法。首次计算了真实光场入射情况下, 缺陷存在时波导内部的光场, 并分析了缺陷位置、大小、缺陷类型和入射光波长对半导体光波导损耗和模式耦合的影响。分析结果表明, 波导传输损耗随缺陷大小和光波长振荡变化; 折射率较大的缺陷, 振荡频率较高; 缺陷从芯区中心移向边缘时, 传输损耗随波导结构尺寸振荡变化, 变为单调增大。损耗能量一部分形成辐射模进入衬底, 另一部分耦合成高阶模。缺陷明显增加半导体光波导损耗, 改变波导传输模式, 显著劣化集成光路性能。

利用掺镱双包层光纤, 建立了一套全光纤结构超荧光光纤光源的实验系统。研究了在正向泵浦情况下, 单程双向输出超荧光光源的特性, 并讨论了不同长度掺镱光纤对超荧光光源性能的影响。实验结果表明, 反向输出超荧光光源具有更高的效率和更宽的带宽。当增益光纤长度较短时, 其激光振荡阈值更高, 可产生更高的输出功率; 而当增益光纤长度增加后, 虽然最大输出功率下降, 但其能产生更宽的输出光谱。

以Nd:YAG晶体为研究对象, 采用二极管侧面泵浦方式, 应用电光调Q、多级放大、电控偏振态切换技术, 实现了1 064 nm/532 nm两种波长激光的自由切换输出, 得到单脉冲能量750 mJ的1 064 nm激光稳定输出, 当注入单脉冲能量230 mJ的1 064 nm激光时, 得到的532 nm波长激光的单脉冲能量可达106 mJ, 重复频率100 Hz, 转换效率可达46%, 且同轴输出指向稳定, 可用于星载、机载、舰载激光测距与照射、激光雷达和激光环境监测等领域。

采用LD泵浦Cr:YAG被动调Q的内腔式SrWO4锁模拉曼激光器获得了稳定的、调制深度100%的调Q锁模拉曼脉冲。在泵浦功率5.2 W时, 获得了968 mW的平均输出功率, 泵浦光到拉曼光的转换效率为18.6%, 调Q脉冲重复率51 kHz,脉冲宽度7 ns, 这是目前为止报道的内腔式SrWO4拉曼激光器所获得的最大的转换效率, 并对实验中出现的拉曼自锁模现象进行了分析。最后, 对实验中基频光与拉曼光出现的偏振状态进行了相关研究, 给出合理的解释。

由于环境干扰等问题造成振动光纤的漏报和误报是限制光纤应用推广的重要原因。如何提取能准确反映振动信号类型和强度的特征是降低系统误报率的关键。研究了基于马赫-泽德干涉原理的光纤传感器振动信号时域和频域的特征提取方法, 分析了常见振动源时频特征参数变化的规律, 并通过实验确定了常见振动源特征参数的阈值。实验表明, 通过对振动信号时频特征参数设定多重阈值可以准确识别振动信号的类型, 验证了文中特征参数提取方法的有效性和可靠性。

提出了利用时间延迟反馈控制的方法来抑制单模激光系统的涨落。通过小时间延迟近似, 导出了单模激光场的定态几率分布函数的解析表达式, 计算了激光强度的平均值、归一化方差和偏度系数。结果发现, 时间延迟反馈控制能很好的抑制激光系统的涨落。同时利用Matlab进行了相应的数值计算模拟。结果显示, 数值模拟的结论与解析解符合得很好。

根据工程需求研究了基于投影特征的图像识别方法。根据生产线实际, 不需要对图像进行预处理, 直接对图像进行八个方向投影, 提取图像特征压缩。采用神经网络对图像进行识别。对投影进行归一化特征提取, 自适应共振型ART-1神经网络通过学习训练对模板图像特征具有记忆, 选择能够代表模板图像特征的神经元I; 当输入待识别图像特征时, 网络选择能够代表它的神经元I2, 如果神经元I和I2相同, 则认为待识别图像与模板图像相同; 否则, 认为待识别图像与模板图像不同。识别误差和警戒参数[ρ]的设置有关。较好地实现了对图像的识别。

光场成像数字对焦是图像处理中的重要技术。文中分析了数字对焦的基本原理, 不同景深对应的对焦结果不同。针对传统的灰度方差评价函数对光场成像系统引入了过多的梯度信息, 从而影响评价函数的灵敏性。就这一缺陷, 提出一种改进的图像清晰度评价算法。该方法采用对图像局部区域进行评价, 首先利用图像灰度梯度能量函数即Tenengrad函数来提取高频信息来评价图像的清晰度, 再加入一个阈值区分边缘点和非边缘点来减少图像对比度不明显的区域对评价函数的影响。与其他几种传统梯度评价算法相比, 该算法的优势在于取得了更高的识别精度。通过MATLAB平台进行了仿真, 实验结果表明, 该算法与传统的梯度算法相比, 其灵敏度有很大的改善。

飞行器由北斗回传地面导航台前面若干个时刻的飞行状态数据来实现实时监控, 需对飞行器当前乃至后续若干时刻的状态进行预测。通过Kalman滤波、粒子滤波等方法对飞行器飞行状态进行预测与估计的研究, 提出采用多点状态数据的动态加权平均得出飞行器当前及后续的飞行状态数据, 并在数字地球上实时显示, 从而实现飞行器实时监控, 获得很好效果。通过对飞行器真实数据抽取后预测进行算法对照实验, 平均相对误差为0.03%。

针对目前大多数红外图像去噪方法只能集中在空域或频域中进行分析的缺点, 提出了一种基于小波变换阈值萎缩法的红外图像去噪算法。该算法具有在时间域和空间域同时进行分析的特性, 利用小波变换对确定信号的一种“集中”的特性, 使一个信号的能量在小波变换域集中于少数系数上, 再对小波系数进行阈值化, 可以在小波变换域中除去低幅值的噪声和我们不期望的图像信息。实验结果表明, 基于小波变换的阈值萎缩去噪算法能有效的提高图像质量, 增强图像的视觉效果, 以及准确获取所需要的图像信息。

针对瞄准镜在射击前后会有一定的变动量即零位走动量。文中介绍了一种测量零位走动量的方法, 该方法采用CCD测量总的零位变化量, 再通过光电自准直仪测量出重复装卡时产生的误差, 两者的差值即为纯粹的零位走动量。针对之前无法剔除重复装卡引起误差的方法, 该测量方法的优势在于可以测量纯粹的零位走动量, 通过对工作原理的介绍以及实验分析, 结果表明, 白光瞄具的纯粹零位走动量[σ]值不大于6.48″(0.03 mil); 该方法所测得的零位走动量精度高, 符合技术指标要求。

设计了一种基于ATMEGA1281的钝感型电点火具触发器。该触发器可以控制产生多路用于触发钝感型电点火具的大电流脉冲。在设计中实现了脉冲通道工作状态检查、带载状态检查以及对脉冲电流的实时检测, 体现了良好的测试性设计。同时, 在设计中设置了多重保护电路, 有效提高了触发器的可靠性和安全性。

基于热极化光纤设计了电调谐光纤布拉格光栅。通过光纤热极化二维载流子模型分析了热极化致内建电场的形成。结合紫外光在热极化光纤二阶非线性周期性擦除以及在光纤光栅制作中的作用, 设计了周期性极化的布拉格光纤光栅。研究结果表明, 利用非线性擦除区域与非线性区域电致折射率改变的不同, 调节光栅的折射率差, 可以实现电调谐光纤光栅。针对电调谐光纤光栅, 研究了一定电压下初始折射率差、光栅长度对反射率的影响。文中结论对于光纤光栅在全光纤器件方面的应用具有重要参考价值。

针对红外图像在传输过程中易受到噪声干扰以及对实时性要求较高, 通过与其他两种红外图像增强算法作比较, 提出了一种经过修正的红外图像直方图投影增强算法, 该算法不仅满足了实时性要求, 而且易于硬件实现。采用了内部逻辑资源丰富的现场可编程门阵列(FPGA[1-2])作为核心处理器, 来完成红外图像增强算法的硬件实现, 实验结果证明了文中的设计方法是可行的。

运用部分相干光基础理论和广义衍射理论, 从理论上主要研究了多色部分相干光经过多缝系统后的光谱变化和光谱开关现象。讨论了多色完全空间相干光经菲涅耳波带片衍射后, 光学奇点附近的光谱变化和光谱开关现象, 并且运用Mathcad数值计算软件对光谱变化和光谱开关现象在不同参数下进行研究。根据以上理论和实验研究结果, 描述了光谱变化和光谱开关在信息编码和传输中的潜在应用。