研究了衍射光学元件的温度特性以及混合红外光学系统的消热差设计方法.设计了工作在3.7～4.8μm,视场4.5°,具有100%冷光阑效率的折射/衍射混合红外光学系统.该系统在-30～70℃温度范围内成像质量接近衍射极限,可用于像元尺寸为30 μm的制冷型凝视焦平面阵列探测器上.

在近轴条件下,利用矩阵光学的方法研究了高功率高斯光束通过不同光学元件时,克尔效应导致的介质折射率的变化对鬼像位置的影响.计算了单个双凸透镜,单个双凹透镜以及4F系统中反射光线形成的低阶鬼像的位置移动,并将鬼像位置移动的规律表示为入射光束束腰和峰值光强的函数.

应用总能赝势方法和CASTEP程序对InxGa1-xN进行了模拟计算.利用第一原理密度泛函理论来探讨不含应力的闪锌矿化合物半导体InxGa1-xN在In的不同组分下的带隙值,并利用Vegard定理拟合出Bowing参数值为1.5728±0.14783 eV,认为其Bowing值应该在1.5 e V附近.可见InxGa1-xN材料有明显的Bowing现象,这一结果对于InxGa1-xN的异质外延有一定的理论指导作用.

采用RF-PECVD法在锗、硅红外光学窗口上制备了大面积(基底直径φ=150～250mm)类金刚石薄膜.采用拉曼光谱分析了大面积DLC膜的结构组成,对RF-PECVD法制备的大面积DLC膜的均匀性、红外光学性能、机械力学性能以及其抗恶劣环境的能力进行了检测和分析.膜层厚度均匀性在3%以内.锗、硅红外窗口双面镀制DLC膜后,极值透过率分别达92%和96%以上,可显著提高红外光学窗口的显微硬度.膜层具有极强的抗盐雾、耐海水腐蚀和抗摩擦的能力.

研究了应用于激光参数分析中的两种三维可视化数据场算法,通过比较确定了一种适合于本应用的算法,即采用OpenGL中的图元三角形面片带,在WIN API下实现了激光光斑光强场的三维可视化和激光参数的计算显示,以及点剖切轮廓显示.设计了将这些功能集成的分析程序,其运行结果可靠,绘图速度快,计算准确.

激光微加工技术以非接触加工方式,高效率、无污染、高精度、热影响区小的优点在微电子集成电路制造中得到了广泛应用.介绍了在集成电路制造封装中采用的激光微调、激光打孔、激光清洗、激光柔性布线和激光微焊技术.

从激光晶体能级结构出发,利用速率方程,分析了Nd:YAG激光系统的放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission,ASE)和激发态吸收(Excited State Absorption,ESA)对激光输出的影响.介绍了输出耦合及抽运和热效应对1 444 nm激光输出的影响.在反射率为0.80～0.95之间,输出耦合对输出效率影响不明显.

基于将Maxweil方程与四能级原子系统速率方程相结合而建立起的随机激光时域理论,并利用有限时域差分法,研究了一维随机激活介质中激光模式的输出强度与抽运速率之间的关系.结果表明,与传统激光模式相似,随机激光模式的强度随抽运速率的变化不仅具有阈值特性,而且具有饱和特性.用模式的空间区域来表征模式的局域化程度,发现局域化程度越强的模式,阈值越低.不过,这种关系不是一一对应的.这表明模式的局域化程度是决定阈值大小的重要因素,但不是唯一的因素.

分析了基于悬臂梁的光纤光栅线性调谐的基本原理及调谐公式,指出了调谐范围、调谐灵敏度和反射波谱展宽与悬臂梁结构的关系,并提出了优化方案.实验中选用适当尺寸的悬臂梁,对粘贴其上的光纤光栅的反射波长实现了线性调谐,并可对调谐范围、灵敏度等指标进行灵活控制.

共焦激光扫描显微镜对物镜有高分辨率、易于实现纵向扫描的要求,为此设计了高分辨率6片式无限远像距显微物镜.它的前置物镜与辅助物镜之间具有一段平行光路,因此容易实现轴向扫描.根据使用要求总体计算该物镜的外形尺寸,以像差理论为基础选择6片式的消色差物镜初始结构,用专业光学设计软件OSLO对物镜和辅助物镜进行设计和像质分析.设计结果显示,独特的6片式结构的20×物镜分辨率达到了800 lp/mm,符合共焦显微镜的使用要求.

研究了金属纳米颗粒的局部表面等离子体共振(LSPR)行为,并讨论了其在光纤生物传感领域的应用.采用离散偶极近似(DDA)的方法,从理论上分析了金属纳米颗粒的尺寸、形状对其传感灵敏度的影响.计算结果显示,金属纳米颗粒的等离子共振吸收峰同时受到颗粒尺寸和形状的影响,但形状对其传感灵敏度的影响最为明显,计算结果与实验数据能较好地吻合.

利用非线性时域有限差分法(NFDTD)理论,导出了含Kerr介质的二维NFDTD算法的离散表达式,并对含Kerr介质点缺陷的二维光子晶体波导传输特性进行了分析,得到了相应的透射频谱和光场分布图.研究发现,对于输入该波导的归一化频率为0.419的光信号,当入射光强小于2.8×104W/m2时,信号几乎不能通过;当入射光强大于2.5×106W/m2时,信号能通过.这些结果将有助于光子晶体光限幅、光开关等器件的设计.

在光通信数字接收机中,为了达到系统的位同步,结合数字锁相环的基本原理,采用现场可编程技术,设计了位同步信号的时序逻辑电路,并用FPGA芯片实现了整个位同步电路.通过单片机实时控制FPGA,进行频带宽度和中心频率的实时调节,实现了位同步信号的智能提取.仿真分析和实际测试表明,该系统具有实时跟踪,提取快速且稳定,抗干扰能力强,升级方便等特点.

针对Nd:GGG激光器,介绍了荧光寿命测试原理,设计了低频窄脉宽荧光寿命测试系统.该系统由光源、光路系统、驱动电路和探测系统等几部分组成.利用脉冲取样技术测试了Nd:GGG晶体的荧光寿命约为250μs左右.

针对激光超声中固体表面波的传播特性,研究了一套斐索光纤干涉仪系统并实现了对YAG激发的铝材料表面波的检测.该光纤干涉仪基于共光路干涉原理,消除了其他表面波检测手段的诸多弊端,具有环境要求低、结构简单、易于调节、频响高且为非接触式测量等优点,实验表明该干涉仪适合于激光超声检测.

提出了一种相位测量方法,该方法可以准确检测从位标器陀螺仪输出的钟形光电脉冲信号峰值点的位置并以其为时间基准点进行相位测量,并可判断被测两信号之间的时间间隔以及超前滞后关系.针对在现场中的干扰因素,提出了相应的解决措施.该方法电路简单;测量速度快;精度高;可靠性好.

基于CCD图像测量技术,设计了一种利用CCD成像系统检测火车轮对几何尺寸的非接触在线测量系统,并给出了系统的结构及原理.激光束垂直入射到火车车轮上,再用透镜将火车车轮上的激光光斑成像到CCD上,当火车车轮产生磨损时,CCD上激光光斑的像也将发生位移.通过对CCD上弥散斑中心位移的测量,就可精确计算出火车车轮的磨损量.

在数据融合的基础上,以红外/毫米波双模传感器的智能融合结构为模型,将模糊神经网络与D-S证据理论相结合,提出了一种新的目标识别方法.该算法根据红外/毫米波传感器的性能及工作范围,构造模糊变量作为神经网络的输入,根据神经网络的不同输出判别目标的真伪,并利用D-S证据理论进行目标身份识别.仿真结果证明了该算法的可行性.

提出在三元复合宽带波片设计中,采用遗传算法在特定入射光频率范围内对复合波片系统的相位延迟误差和等效快轴方向夹角误差进行全局优化,并采用蒙特卡洛方法,通过程序仿真分析在晶体加工过程中尺寸公差对消色差性能的影响.结果表明,设计出的红外复合宽带波片在晶体厚度和方位角公差分别为1μm和0.5°时具有很好的消色差性能.