贵重金属在纳米光子学中开始起着越来越重要的作用,特别是贵重金属的表面等离子体效应和人工电磁介质结构的应用。表面等离子体纳米光子器件能实现光学模的亚波长束缚,因此在超高集成度光路、发光二极管、传感器、探测器等应用中将起着巨大的作用。同时,亚波长金属材料组成的人工电磁介质也能展现出各种激动人心的物理特性和潜在的应用。表面等离子体器件和人工电磁介质结构都需要贵重金属(如金、银等)作为其基本的组成元素。在这里,将回顾我们研究小组最近在表面等离子体器件和人工电磁介质结构方面的一些进展。将系统介绍光通讯波段的亚波长表面等离子波导和普通硅波导之间的高性能耦合器,以及超薄、宽吸收角度的亚波长人工电磁介质完美吸收结构等内容。也将简单介绍我们利用表面等离子体效应和人工电磁介质结构在隐形方面的一些研究。

介绍了半导体激光器的温度控制原理，设计了基于FPGA的半导体激光器温度控制系统。系统采用数字温度传感器DS18B20作为温度测量器件,TEC作为控温执行元件,并采用模糊控制算法、PWM机制来控制TEC的驱动电流从而实现温控。基于QuartusII开发平台采用Verilog HDL设计了软件部分，最后进行了功能仿真。整个系统对硬件要求不高，实现简单。从仿真结果可以看出，控制系统能够满足半导体激光器温度控制的精度和稳定度的要求。

由于水体对激光存在着吸收和散射效应,距离选通水下激光成像系统所获得的图像存在不同程度的劣化问题,具有信噪比低、边缘模糊等特点。为提高图像质量,在分析水下激光成像劣化过程的基础上,研究了水下激光图像的基本噪声特征,并结合点扩展函数和调制传递函数,利用威尔斯小角度近似理论,将盲反卷积方法应用到水下激光图像复原中。在进行盲反卷积图像复原时,比较和讨论了将原始图像和经过降噪处理后的图像分别作为初始输入的处理结果;并对当人为改变调制传递函数和点扩展函数时所得到的图像复原结果进行了研究和讨论。处理结果表明该方法能达到抑制背景噪声、突出目标细节、提高对比度的效果,对水下激光图像增强十分有效。

介绍了非共轴激光雷达几何因子的物理意义,分别通过理论分析和试验测量给出了求解几何因子的方法。结合自行研制的CSY-1便携式能见度激光雷达,将两种方法得到的几何因子进行对比,讨论了系统参数对几何因子的影响,从而实现了对激光雷达系统优化设计的可能性。

针对光子晶体激光器的结构特点,并考虑到非辐射复合及增益饱和效应的影响,运用速率方程研究了光子晶体激光器的阈值特性。由爱因斯坦A、B系数的关系,得出了自发辐射耦合因子的变化并不独立于腔体积的结论,并给出其具体数学表达式。分析了自发辐射耦合因子、表面复合速率、有源区体积及品质因子对光子晶体激光器阈值电流的影响。结果表明,经过优化处理,可以较好地降低光子晶体激光器的阈值电流,为无阈值激光器的实现提供了理论依据。

分析了含气量对粘性液体中球形单空泡脉动特性的影响。研究结果表明:随着泡内初始含气量的增加,空泡达到最大泡半径的时间延长;空泡膨胀的最大泡半径、收缩的最小泡半径和脉动周期均随初始含气量的增加而增加;同时,空泡膨胀和溃灭时泡壁的运动速度均随空泡初始含气量的变化而变化。无论含气量如何,在空泡收缩到最小泡半径附近,泡壁运动速度(收缩或膨胀)要明显快于其在最大泡半径附近;此外,受液体粘性影响,空泡膨胀和收缩过程明显变缓。

热透镜技术按照测量方式的不同可以分为反射式和透射式两种。这两种方式的灵敏度强烈地依赖于样品的热物理性质,对于不同的样品,选择合适的测量构型尤为重要。采用高斯激光束作为加热光源,分别从理论和实验上比较分析了模式不匹配的反射式和透射式两种热透镜探测构型在测量以BK7玻璃和石英为基底的高反射光学薄膜弱吸收中的应用,结果表明,对以BK7玻璃为基底的样品,采用反射式探测构型具有较高的灵敏度,而对以石英为基底的样品而言,采用透射式探测构型则具有更高的灵敏度,为实际光学薄膜吸收损耗测试灵敏度的提高提供了理论和实验依据。

光学头力矩器的空间磁场分布直接决定了力矩器的动态性能,对磁场进行准确分析是力矩器设计的前提。分析了悬线式力矩器的空间磁场产生机理,并采用有限元分析法进行了理论推导。以一款动线圈式二维对称型只读悬线式力矩器为例,采用有限元仿真软件(ANSYS)分析并设计了其空间磁场分布,对影响力矩器空间磁场分布的相关因素进行了分析。将采用有限元法对悬线式力矩器空间磁场仿真计算得出的力矩器动态特性参数与实测力矩器动态特性参数相比,其结果均符合力矩器的设计要求,证明基于有限元分析法的悬线式力矩器空间磁场设计是可行的。

针对传统莫尔条纹技术在测量物体偏转角度中不能对多维角度变化进行测量的问题,采用了一种分区间设计的组合光栅方法,并结合光学自准直成像方法构建了一种新的实验系统装置,利用该系统通过测量莫尔条纹的变化实现了对被测量物体偏转角度的三维测量,对合作光学反射镜的偏转角度测量精度优于1″,绕轴转动测量精度优于2″。

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是第二代光纤陀螺,其性能受各种噪声因素的影响。为提高谐振式光纤陀螺的性能,对谐振式光纤陀螺的瑞利背向散射、克尔效应、磁光法拉第效应和偏振态耦合等各种噪声进行了分析,并提出了对偏振态耦合噪声的解决方法。在此基础上,得到保偏光纤环旋转90°对接的谐振腔优化结构。该结构可以有效减小谐振腔的偏振噪声和磁光法拉第噪声,且可改善陀螺系统的温度特性。

当光纤受到扰动时,通过光纤中的光将发生强度、振幅、或相位等变化。通过检测这种光的变化量可以探测外界的入侵行为。基于马赫-曾德尔干涉原理设计了一种新型干涉式光纤入侵监测系统。通过光纤对入侵者的振动敏感,实现对入侵准确定位。通过差分检测提高了检测灵敏度,从而实现相位变化的解调。该系统结构简单,检测灵敏度高,抗电磁干扰能力强,可以实现远程监测。

为了满足实时、快速地获取并处理视频信息,提出以Altera公司Cyclone系列的EP1C12Q240C8为核心芯片构造硬件开发平台,使用Verilog HDL语言对CMOS图像传感器OV7620的驱动时序进行硬件描述。系统采用SCCB编程模式,建立FPGA芯片与CMOS图像传感器之间的通信,实现信号的控制与获取。为了实现在不同环境和需求下的操作要求,设定了CMOS图像传感器内部的相应寄存器和控制器。实验结果表明,该系统通过灵活控制CMOS图像传感器OV7620,为实现视频监控、工业现场监控等应用提供了稳定可靠的原始信息来源。

介绍了一种基于边缘特征的图像配准方法。首先利用Canny算子提取图像的边缘;然后以AM测度作为配准准则,在优化AM峰值和配准参数的时候,先用遗传算法将配准参数收敛到最优值附近,再使用Powell法进行局部搜索;最后对待配准图像进行刚体变换及双线性插值,从而实现图像配准。实验结果表明,此优化方法不仅提高了计算速度,而且提高了配准精度,配准结果达到了亚像素级水平。

对焦速度与精度是自动对焦系统中最重要的两个参数,它们决定系统能否迅速地定位到焦点处,以获取清晰的图像。通过对比连续帧图像局部区域清晰度评价函数值来判断对焦趋势,同时控制对焦驱动电机的转动方向,最后进行反向搜索并与最大判据值比较以寻找到最佳成像位置,成功对焦所需最长时间小于2 s。经过大量实验证明该方法具有较好的实时性和精确性。

针对频域同态滤波中运算量大、运算时间长、不能满足实时性要求的缺点,提出了一种基于Laplacian增强算子的空域同态滤波算法。首先对原有的Laplacian增强算子做改进,使其在增强图像高频成分的同时能够适当地抑制其低频成分,再将改进后的Laplacian增强算子同图像函数作卷积,快速实现空域内的滤波增强。实验表明,该方法不仅有效地压缩了图像的亮度范围,增强了图像的对比度,还大大提高了运算速度,节省了运算时间,适用于对快速性要求较高的实时性场合。

介绍了一种基于Visual C#的发动机气门尺寸计算机视觉检测软件系统。根据发动机气门尺寸计算机视觉检测的功能需求,采用Visual C#开发平台,设计开发了检测软件整体结构。通过调用运动控制卡中的运动函数库,在闭环控制状态下实现对伺服电机的控制。设计了控制线阵CCD进行图像采集程序和检测结果输出控制程序。实现了对各软件功能模块的调用与管理,并已实际应用于汽车发动机气门尺寸自动光电检测系统中,取得了良好的应用效果。

采用原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)对不同处理流程后的InP(100)表面粗糙度及化学成分进行测试分析,优选出C、O元素浓度较低,且表面均方根粗糙度影响较小的表面清洗方法。通过比较键合结构的薄膜转移照片可知,表面清洗后的干燥与除气步骤可较好地去除键合界面中的空洞和气泡,从而提高键合质量。键合结构的电子显微镜(SEM)照片,X射线双晶衍射曲线(XRD)及I-V测试分析表明键合结构具有良好的机械、晶体及电学性质。

摘要干涉波面数字化和测量分析处理方法是激光数字平面检测系统中的核心技术,只有掌握了此核心技术的关键内容,才能够真正实现对光学平面的快速高精度检测。对光学干涉波面的拟合函数系的选择、拟合算法、系统像差以及被测表面平面误差类型进行了理论分析和算法优化,并进行了实验测试,完成了系统的构建。发现了Zernike多项式阶选择法则,提出被测光学表面误差类型的判别标准以及一种全新的在“Zernike像差空间”确定激光数字光学平面检测系统精度的理论和方法,为实现检测自动化奠定了理论基础。

对垂直多腔F-P规整膜系进行了结构上的划分,以反射膜系、腔层、耦合层为单位将膜系划分为若干个结构单元,利用史密斯方法将结构分为A、B两个系统。改变内膜系单元参数,得到了两腔F-P结构A、B系统反射率变化规律;改变A、B反射率的曲线交点和相位正弦值零点的位置,分析了透射曲线平顶响应的形成原因,得到了影响平顶响应薄膜滤波器性能参数的因素。得出透射性能良好的三半波膜系结构。其0.5 dB带宽为0.52 nm,3 dB带宽为0.67 nm,25 dB带宽为1.59 nm,矩形度为2.37(小于3)。

Gabor滤波器的参数设计是Gabor特征提取过程中的一个重要环节。根据坦克的外形特点及对方向的敏感性对其进行了针对性的参数设置,实验结果证明得到了很好的滤波效果。根据Gabor核函数的窗口特性,提出了一种自适应的基于Gabor滤波器的特征提取算法。该算法应用Gabor滤波器的多尺度特性与样本图像进行卷积,对Gabor域响应进行局部极大值提取,经过该方法得到的特征点有效地减少了数据冗余,并且具有较好的图像表征能力。

潜艇升降装置技术随着潜艇总体技术和观通设备技术的发展而发展，经历了圆柱式升降装置和导流罩式升降装置的发展过程。简要介绍了导流罩式升降装置中关键部件下导流罩制造中采用的分块设计方案、组合成型工艺、制造导流罩专用的复合材料与防雷达铺层，其应用突破了导流罩制造技术中的瓶颈，为我国潜用光电装备的研发奠定了基础。

望远镜指向精度是卫星激光测距系统的一项重要指标。分析了望远镜指向偏差产生的各种因素,提出了一种通过建立望远镜指向误差模型来修正望远镜指向误差的方法,建立了转台模型修正误差,并用实际观测值进行了验证。

阐述了掠海导弹红外特性模拟的意义,通过分析红外成像系统对点源目标探测的影响因素,确定了红外辐射强度、光谱分布、空间分布、运动速度为模拟特征量。以红外辐射、反射理论为基础,研究了模拟特征量估计方法,给出了两种典型模拟器实现方法。