通过对非线性薛定谔方程的求解,数值模拟了高功率激光系统中钕玻璃的B积分传输规律,并理论分析了B积分对光脉冲的波形和频谱的影响,详细介绍了几种消除B积分影响的方法.这对高功率激光系统中光放大有一定指导意义.

以波导结构的单向耦合器为例,将复坐标变量完全匹配层应用于光器件的模场分析,采用有限差分方法构造出模场的本征方程,通过数值求解得到器件的传播模场和等效折射率.结果表明等效折射率随间距变化而变化,间距越大,等效折射率越趋向于单根光波导的值,为准确分析无源光器件内部模场分布打下了基础.

大气激光通信中,湍流引起的光强闪烁严重影响通信系统的性能指标(误码率).通过对湍流条件下光强分布的数值仿真,得出弱湍流时接收光强服从对数正态分布,与Rytov理论一致.用随机过程分析的方法给出了系统误码率与光强闪烁的关系,并进行MATLAB数值模拟.研究表明误码率随对数振幅方差(湍流强度)的增加而上升,且当对数振幅方差在0～0.02时,误码率随对数振幅方差的变化较快,近似呈线性递增.在工程中,可采用自适应光学或多发射机等技术抑制湍流对大气激光通信的影响.

介绍了非视线紫外光传输模型,利用Monte-Carlo方法对非视线紫外光传输过程进行模拟,分别讨论了能见度、降雨量、风速、光源发射功率、探测器灵敏度对传输距离的影响.结果显示能见度、降雨量对传输距离影响较大,风速几乎毫无影响;随着探测器灵敏度的提高,传输距离增大很快;而当光源功率增大到一定程度后,传输距离的增大不明显.对非视线紫外光传输系统的设计提供了依据.

光纤与同轴电缆相比,具有抗干扰能力强、传输损耗小、质量轻等优点.采用高线性激光二极管直接调制的方法设计和研制了一种简单、实用和低成本的模拟信号光纤传输模块.测试结果表明,模块的3dB带宽为DC～3 MHz,0～5V范围内模块的非线性误差最大为1.2%,可以用于复杂电磁环境中模拟信号的无干扰传输.

采用菲涅尔原理和琼斯矩阵理论,分析了偏振光经过透镜后偏振状态的变化规律,得到了任意入射偏振光通过单透镜后偏振状态的一般表达式,讨论了偏振光通过共焦双透镜后的偏振分布.分析结果表明:对于单透镜,入射光偏振方向相对于入射面±45°时有最大的偏转量;入射偏振光在共焦双透镜作用下的偏振方向偏转量是单透镜时的2倍.

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备钕钡铜氧(NdBCO)超导原粉,并在不同的温度下进行烧结.用X射线衍射(XRD)分析表明烧结后的NdBCO超微粉在不同的温度下获得不同的相,其中800℃烧结得到的是Nd-123相,粒度计算结果表明粒径约为150 nm左右.差热-热重(TGDTA)分析结果表明,在500℃柠檬酸分解,800℃时NdBCO超导原粉结晶,为超导靶材的制备奠定了良好的基础.

利用单光束Z扫描技术,在波长532 nm、脉宽8 ns的条件下研究了新型的金属有机配合物[CuCl2(BOEP)2]的三阶非线性光学性质.由实验结果发现配位化合物虽然没有明显的非线性吸收性质,但是其三阶非线性折射率比相应配体大很多.探讨了配合物的结构和其三阶非线性光学性质的关系,认为配位化合物的π共轭离域体系的增大和金属中心离子与配体之间的电子转移是配合物具有更大非线性折射率的主要原因.选择具有π键的配体与金属离子合成为配合物,使其非线性效应明显增强,这对合成性能更好的非线性材料有一定的参考价值.

对传统结构的LiNbO3电光调制器进行了改进,并用有限元法对改进后的电光调制器进行了分析计算,采用T形电极、脊波导和空气背槽的新型LiNbO3电光调制器在进行了结构尺寸优化后,相速完全匹配,带宽可达98 GHz,特性阻抗为52 Ω,损耗系数为0.464 dB/(cm·GHz1/2),半波电压为7.13 V,其性能远优于传统结构的调制器.

提出了一种用于光滑表面粗糙度测量的方法,利用两个标准参考面和两个偏振片实现对表面粗糙度的测量,通过两1/4波片克服光路可逆性的缺陷,给出了测量系统光路图,导出了该方法工作原理的数学表达式,并对该方法产生的测量不确定度进行了理论计算与计算机仿真,最后通过对一标准粗糙度样块进行测量,证明了该方案的可行性.结果表明实测值与样块厂家提供的标称值相符,并可实现0.2 nm的测量精度.

介绍了表面粗糙度的检测方法,阐述了利用视频化改造后的9J型光切显微镜,基于光切法的表面粗糙度检测的数字图像处理方法,利用Canny算子进行边缘检测和保持连通的边缘细化算法进行细化处理,得到了较为理想的表面粗糙度轮廓曲线,为后续的表面粗糙度参数的计算奠定了基础.

介绍了用于设计栅条的光线追迹和三级像差理论,用MATLAB软件设计Ronchi栅条并给出了计算绘图的流程图.输入参数包括:大抛物面镜顶点曲率半径,点光源到光栅的距离等.得到包括偶数与奇数的不同数量的Ronchi栅条.结果表明:此方法可以准确快速的得到横向像差,为Ronchi光栅的设计提供了一种新方法.所设计的线条的绘制质量高,具有线条边缘清晰,光滑等优点.

光学均匀性是光学材料的重要指标,直接影响到透射光学系统的波面质量,改变系统的波相差.惯性约束聚变(Inertial Confine Fusion,ICF)激光驱动器的研制要求对材料的光学均匀性进行高精度的检测,同时兼顾洁净度要求.实验中利用斐索干涉仪实现了大口径光学材料光学均匀性的检测,并与国外检测数据进行了对比,对检测过程中的影响因素主要包括样品的厚度测量偏差及折射系数偏差进行了分析.结果表明,样品的厚度测量偏差及折射系数偏差对结果的影响较小,可以忽略.同时用两种干涉仪专用软件对大量样品测量数据进行处理,对比了不同干涉仪光学均匀性的计算结果,表明这两种情况下对光学均匀性的处理结果相符,解决了大口径光学坯件光学均匀性的检测问题.

利用SAGA激光器,输出脉宽为7.2ns、波长分别为1 064 nm、532 nm、355 nm的基频光和倍频光,对相同类型的5块石英基片用R∶1的方法分别测量了其损伤阈值,对比不同波长激光对石英材料的损伤行为差异.得出其损伤阈值在三种不同波长激光作用下分别为:46.78J/cm2、13.4 J/cm2、9.28 J/cm2;并利用尼康E600W光学显微镜对三种不同波长激光造成的损伤形貌进行了观察,结合当前光学材料的损伤机理,对比得出倍频激光对石英基片的损伤破坏能力远大于基频光,且对石英材料的损伤机理主要表现为多光子吸收导致的雪崩电离破坏,而基频光的损伤多为表面缺陷及杂质引起的热破坏的结论.Action of Fused Silica at Different Laser Wavelength

红外搜索系统作为被动式搜索系统,一般只能获得目标所处位置的方位角和俯仰角信息,缺乏距离信息,在无测距装置的条件下,只能依靠角度信息进行数据融合.依据角度值的三角函数关系,提出了一种新的分布式多传感器航迹加权融合算法,算法经仿真验证有效,降低了融合航迹的误差.在对量测数据进行误差修正的基础上,算法效果更加显著.

为改善光学空间滤波的效果,分析说明了低通滤波器窗函数对光学空间滤波效果的影响.提出了相同通频区域下选择窗函数的两个要求即更窄的频谱主瓣宽度和更小的旁瓣高度,并运用MATLAB模拟了基于4f系统的光学空间滤波.结果表明,窗函数频谱主瓣宽度直接影响滤波结果的轮廓可见度,频谱旁瓣直接影响着频域截断带来的吉布斯波纹的大小.为如何选择滤波器透过率分布提供了理论参考.

针对红外和可见光图像配准问题,采用仿射变换实现图像的几何变换,利用Canny算子边界相关运算求出边界相关性最强时对应的仿射变换参数,从而有效地实现了对原始红外和可见光图像的自动配准.实验结果表明,该算法有效,可以应用于实际的红外和可见光图像配准中.

针对光电探测器阵列型告警系统的体制特点,在分析已知编码规律的基础上,提出了一种基于激光脉冲到达时间的综合信号分选和码型识别算法.通过对该算法采用C++语言进行仿真表明:该算法具有处理速度快、精度高的特点,能显著提高系统的信号分选和码型识别能力.

在直接红外吸收式光纤气体传感器中,由渐变折射率(Graduated Refractive Index,GRIN)棒透镜构成的微型传感气室有着广泛的应用.分析了GRIN气室中的干涉噪声信号和甲烷信号,并利用MATLAB对干涉噪声信号的幅值与分布反馈式半导体激光器(DFBLD)的频率调制幅度之间的关系以及干涉噪声对气体检测灵敏度的影响进行了数值模拟与分析.当前谐波检测技术是气体检测的一种非常重要的技术,这种技术需要检测气体吸收信号的一次、二次或更高次谐波.而GRIN气室的二次干涉噪声对浓度信号有很大的影响,研究发现当频率调制幅度达到某些特定频率值时,二次干涉噪声信号的幅值变为零,通过调整气室参数和DFBLD的调制频率可以削减干涉噪声的影响从而提高谐波检测技术的检测灵敏度.

利用MATLAB提供的多项式拟合函数,对不同气象条件下我国地区8～12 μm波段的LOWTRAN大气透过率数据进行拟合,给出了相应的多项式拟合系数.计算表明当多项式阶次取6时,拟合曲线与原始数据几乎完全重合,两者之间的误差绝对值绝大多数都在10-4数量级,甚至更小.拟合函数构造简单,使用方便,容易与各种软件平台集成.

在分析激光主动探测中回波信号的噪声特性和小波变换去噪原理的基础上,提出了一种基于最大信噪比准则的小波阈值去噪方法.首先用最大信噪比准则对小波变换系数进行阈值选取,然后采用软阈值方法对小波系数进行量化处理后再重构.仿真结果表明最大信噪比准则小波去噪方法改善信噪比效果十分显著,检测下限达到-16.2 dB.证明了该方法在激光主动探测系统回波信号检测中的有效性.

应用虚拟仪器技术,在LabVIEW7.1开发平台上设计了利用IMAQ Vision for LabVIEW基于NI IMAQ 1405图像采集卡的图像采集系统.该系统对CCD电视、红外热像仪等输出的模拟视频图像具有采集能力,且结构简单,扩展方便,效率高,通用性强,显示了虚拟仪器技术的在信息技术研发中的显著优势.

介绍了一种制作真实三维物体计算全息图的新方法.用摄像机记录三维物体在非相干光照明条件下两个正交方向上不同视角的一系列投影像,将这些投影像导入计算机,在MATLAB中对其作快速傅里叶变换.对这一系列二维投影像的傅里叶变换图进行抽样,得到三维物体在透镜后焦平面上的光场分布,进而制成一张计算全息图.结果证明该方法可以实现对真实物体三维全息图的合成,并且在算法实现上更加简单,提高了程序的运行速度,有利于改善全息图再现像的质量.为解决真实物体相干全息记录中光源功率和相干长度对全息记录可行性的限制指出了一个新的方向.

阐述了纳米光镊技术的特点,它将操作和探测精度从微米提高到纳米.归纳和总结了纳米光镊技术最新方面的研究进展,叙述了一些先进组合技术在改进光镊装置构造、操作精度以及校准方面的应用,并在此基础上提出了一些构想和建议.

采用FDTD方法分析了二维光子晶体的分频特性,在二维光子晶体内引入线缺陷后形成波导,在波导附近引入点缺陷可将能在波导中传播的某些特定频率的电磁波分离出去;特定频率取决于点缺陷的性质;设计了一种多个相同性质的点缺陷与波导耦合的分频模型,计算结果表明,这种模型的分频效率明显高于单个点缺陷与波导耦合的模型,为制作光子晶体分频器件提供了理论依据.