根据波前径向斜率测量原理,提出一种利用五棱镜扫描方法实现了新型自基准哈特曼波前传感器,其突出优点和特点是毋需任何外部信标或标准大平面反射镜提供工作基准.理论分析和实验结果表明,该传感器波前传感灵敏度与干涉仪相当,而对工作环境和光源并无苛刻要求,可用于天基主动光学系统、地基天文望远镜和大口径平行光管等的装校检验.

用矢量模式场来描述二维金属光栅各层中的电磁场.由边界条件,推导出模式场方程组;借助反射透射系数阵递推算法,得出了方程组的解.这种矢量模式方法物理概念清晰且稳定收敛,可以处理任意偏振态平面波入射到二维亚波长金属光栅中的衍射问题.

提出一种实现双通道旋转互连的新型对称光学耦合结构,并应用光学结构设计出无源双通道光纤旋转连接器.利用自聚焦透镜发射光信号,使其通过自由空间传输,被另一个自聚焦透镜接收.在自由空间可以实现旋转连接并实现光信号的双向传输,通过分析该光学结构设计原理和光路计算,发现每组透镜中两个透镜焦距之比为20-50,离轴距离为4-10mm范围时,才能保证光信道之间不发生干扰且信号持续传输.

基于气体在其特征吸收波长下光的吸收随浓度变化的机理和空分复用技术,复用多个气体吸收型光纤传感器,并通过谐波检测技术对微弱信号进行处理,设计了一套甲烷气体多点光纤传感系统.研究表明,该传感器的精确度为5ppm,精确度和稳定性均可满足实际要求,仪器可在多场合进行多点在线测量.

小型固化光学相关器,以偏振分光棱镜和反射型傅里叶透镜作为基本部件,并采用透明固体介质填充光学系统的空隙.该系统通过各元件端面相连,简化了校准难度;使用反射型透镜,具有色像差和轴外像差小的优势.模拟分析表明,这种固化结构具有良好的系统性能,并满足识别的需要.

通过光线追迹ICF(惯性约束聚变)驱动器的靶场光路,建立靶场角漂的修正模型.在每次打靶实验中,实时测量靶场光路的角漂;将此角漂输入角漂修正模型,计算最后两块伺服反射镜的调整量,并调整这些反射镜,修正下次打靶时的角漂.其结果为角漂和修正偏差的比值大于1.在八组实验中,角漂平均减小了7.3倍,最小修正偏差0.009°,平均修正偏差0.02°.

研制了一种大扫描范围原子力显微镜(AFM).设计了新的扫描驱动电路,使单幅图像的扫描范围大幅度提高;用步进电机和扫描器配合扫描,得到序列图像,序列图像拼接后获得大范围样品图像.实验结果表明,采用这一方法,在±150V的电压驱动下,AFM的扫描范围可增大到10 μm-1 mm的量级,同时保持1 nm量级的测试分辨力.

根据光的干涉理论,讨论了条纹周期数对测量薄膜折射率不确定性的影响,推导出干涉条纹错位量与薄膜折射率和厚度的关系式.由此提出采用光栅衍射干涉测量薄膜折射率的方法和实验方案.实验表明:该方法的干涉条纹测量精度达λ/10～λ/20,薄膜折射率测量精度可达0.01以上.

由透过率和波长的函数关系可知,膜系中每一层都可能存在若干波长的光信号会出现极值偏转.利用这些波长作为每层膜的监控波长,满足光电极值法的监控条件,由此提出了一种监控非规整膜系的新方法.这些波长可以通过波长搜索的方法而得出.从监控模拟和随机误差曲线可知,该方法继承了光电极值法简单易行以及自动补偿等优点,其反射率在0.1%范围内变化,与理论曲线基本吻合.

提出一种光谱分析仪光学系统的优化设计方法.该方法以光线光学为依据,在光源和光瞳上以高密度取样,将追迹实际取样光线得到的点列图作为评价依据,根据光谱分析系统的评价指标,将整个系统以单色器入口为分界点分为两个子系统,分别对其进行优化设计,研制了对结果的后处理模块,并将其集成到光学设计软件中去.给出了一个原子吸收分光光度计光学系统实例,使用波段为190～860nm.设计结果和样品实验表明,该系统达到0.3nm的光谱分辨力要求.

针对现有光学非球面度计算方法不统一的问题,在分析常用方法特点的基础上,对于高次光学非球面度的计算提出最小最大残差法.寻找最接近球面,使其沿法线方向与非球面的最大偏离量最小,此时的最大偏离量即为非球面的最大非球面度.该方法适于计算机编程,计算结果准确,且可完全统一二次曲面和高次非球面的非球面度计算.

针对具有复杂背景的可见光图像中弱小目标很难探测这一问题,研究了一种面形态学空间滤波器可以在单帧图像中检测出比局部背景灰度值高出10%以上的候选小目标;在经过空间滤波和帧相关滤波后的多帧图像中提取出每一个候选小目标的一组特征矢量;特征矢量的融合算法可以排列出多个小目标的威胁次序.仿真试验表明该算法可以探测出多个与背景灰度接近的可见光弱小目标,并可以对其威胁次序进行排序.

人眼像差哈特曼测量仪利用Hartmann-Shack波前传感器探测波前,并用Zernike多项式实现波前的重建.测试结果的重复性对该仪器来说是至关重要的.此仪器对模拟人眼静态像差和活体人眼动态像差分别进行单帧采集和连续采集,所得的模拟人眼静态像差Zernike系数的标准偏差的最大值,PV与RMS依次为0.016λ,0.061λ和0.006λ;活体人眼动态像差Zernike系数的标准偏差的最大值,PV与RMS依次为0.045λ,0.167λ和0.030λ,这些指标都小于λ/5,表明该仪器具有较高的重复性.

探测能力的强弱是广大凝视型红外搜索跟踪系统设计者和使用者一直关心的问题.对作用距离数学模型中影响探测能力的主要因素如目标、光学系统口径等进行了分析,还讨论了模型中未曾提到的一些因素,如路径辐射、光谱匹配等对探测能力影响的方式、程度.分析结果为增强凝视型红外搜索跟踪系统的探测能力提供了理论依据.

介绍一种采用高速线阵CCD数据采集系统的设计过程.通过一片MicroChip公司的在线可编程微控制器对采集系统进行控制,并用标准RS232串行接口与外部进行数据通信和控制.在时序逻辑设计中,较好地解决了数据的存储、读取和点像元数据连续监测.实际应用表明该系统能满足光学干涉计量中线阵CCD数据采集要求.由于可以对线阵CCD进行单点、多点和整块数据的读取处理,因而可适应于不同周期、不同像素数目的线阵CCD传感器,以满足多种不同需求.

由于处理时间及存储空间的限制,常规的区域标记算法往往无法满足实时图像处理的需要.针对这些不足,提出了一种新的快速区域标记算法.通过改变游程编码的存储结构,建立编码间的亲缘关系,实现快速地址寻访,完成二值图像中所有区域目标对象的标记过程.与传统的标记算法相比,降低了算法复杂度,缩短了处理时间.

CCD/CMOS图像传感器的饱和电流和背景噪音使得一次曝光很难超过60-80dB的动态范围.用LIP(Logarithmic image processing)模式将图像转换为灰色调函数,再将基于LIP模式的非线性多重微区域图像分解算法进行改进,可以适应不同亮度的单幅图像处理,提高了可分辨信息量和图像对比度,同时抑止了噪声.质量评价显示,该算法能将MOS等级四的源图像提高到等级一.

根据实时数据库,内存数据库的基本理论,提出了将内存数据库思想溶于传统磁盘数据库中的内存数据访问技术.通过对应用程序与数据库系统之间接口的重新封装,实现了此技术在数据访问对象(DAO)中的应用,使数据库检索、存取等过程能在有限的内存中进行,避免了大量磁盘数据的I/O,提高了应用系统的执行效率.

以衍射光栅为例,用标量理论和严格耦合波理论的对比,分析衍射光学元件各参数对标量理论适用范围的影响.结果表明在光栅周期减小,刻蚀深度增加,光栅折射率增加,光束入射角度增加以及填充因子偏离50%等情况下,标量理论的误差将逐渐增大,其中光栅周期和刻蚀深度对标量理论的影响较大,光栅周期小到5倍波长或者刻蚀深度大到5倍波长时,标量理论将不再适用.