针对近年来应用颇多的两种较特殊的光学元件——角锥棱镜和柱面(透)镜技术表述的不同形式,为使之逐渐趋于规范和统一,参照国外现行的一些技术要求以及国内公司几年来实施的具体事例,给出若干说明、建议、指标和数据处理方法,尤其推荐用光束平行差的均方差来替代最大光束平行差的指标,是评定角锥棱镜技术特性中一项关键的新指标。

用近红外傅里叶拉曼光谱研究了苏丹红Ⅲ分子在覆银纳米颗粒的抛光铝片表面上的吸附行为,得到了一系列高质量的增强拉曼散射(SERS)谱图。对苏丹红Ⅲ分子在银胶溶液、覆银滤纸、覆银粗糙铝片上的SERS谱进行比较,结果表明苏丹红Ⅲ分子在各基底上与银纳米颗粒表现出不同的吸附行为。在银胶溶液中,苏丹红Ⅲ分子主要是通过NN双键吸附在银纳米颗粒上的;在沉积了银纳米颗粒的滤纸表面,同样地,主要是由NN双键吸附;而在沉积了银纳米颗粒的抛光铝片表面,不仅NN双键参与了吸附,苏丹红Ⅲ分子中的羟基与银颗粒有相互作用,并且铝片上的氧化铝颗粒也可能吸附了苏丹红Ⅲ分子。

摄像机标定是三维重建必不可少的步骤,摄像机标定结果的好坏直接决定着三维重建结果以及其他计算机视觉应用效果的好坏。研究了影响摄像机标定精度的一些因素,并给出了在这些因素影响下,摄像机焦距、主点位置、倾斜因子、径向畸变等参数的误差分布曲线。通过这些曲线可见增加特征点和标定图片数量,减小特征点提取误差,将有助于减小标定误差。研究表明,特征点数量控制在90点以上,标定图片数量在4~10之间,可以有效减少标定误差。对摄像机标定过程中合理选择标定图片数量,确定特征点数量和提取算法提供了参考依据。

以卡塞格伦结构为例,利用ASAP光学分析软件,建立了红外光学系统的三维仿真模型,在光学元件表面存在均匀分布和非均匀分布的微粒污染情况下,对红外光学系统的杂散辐射特性进行了仿真和比较分析,对影响系统杂散辐射特性的主要因素进行了讨论,并对系统中机械元件的杂散辐射路径进行了分析。在此基础上,采用有效发射率对系统的杂散辐射性能进行了评价,讨论了镜面污染程度对红外光学系统杂散辐射性能的影响。

信号光束宽度直接影响着空间光通信系统误码性能,光束宽度的选择需要综合考虑多种因素。研究了激光在大气湍流中的光束漂移、光强闪烁和平均光强与光束宽度的关系,得到考虑漂移因素的光强闪烁和平均光强与光束宽度的关系。分析表明在弱湍流条件下,光强闪烁和平均光强与光束宽度和对准精度相关,讨论了在水平路径上未跟踪补偿和跟踪补偿的光束的光强闪烁和平均光强随光束宽度的变化趋势。利用数值方法得到光强闪烁最小、平均光强最大时的光束宽度取值区间,通过光强概率分布关系和实际应用要求实现了光束宽度的优化选取。结果表明,在相同系统信噪比情况下,跟踪光束与未跟踪光束相比,系统误码率低,光束宽度值相对较小,取值区间大。

采用预测校正分步傅里叶方法数值模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱产生,分析了初始光脉冲的中心波长、峰值功率和光纤长度在光子晶体光纤正、反常色散区对超连续谱形状和带宽的影响。结果表明,当初始光脉冲的中心波长在光纤的反常色散区时,产生的超连续谱宽要远宽于正常色散区,但是光谱的平坦性较差;当光脉冲中心波长在靠近零色散波长的反常色散区且其他脉冲参数不变的情况下,存在一个产生宽且平坦的超连续谱的最佳峰值功率和最佳光纤长度。对于超连续谱系统的优化设计与实际应用具有参考意义。

高速全光逻辑门是实现光分组交换、光计算和未来高速大容量光传输的关键器件,近年来受到广泛的关注。半导体光放大器(SOA)因为具备体积小、工作波长范围宽、响应时间短及良好的非线性特性等优点,成为研制高速全光逻辑器件的首选。采用分段模型分析了SOA的稳态增益饱和特性,通过数值求解载流子速率方程和光传输方程对其特性进行了仿真实现。结果表明,SOA在入射光功率不同时会表现出明显的非线性;在一定范围内增加光功率,SOA增益持续增加,继续增加入射光功率,SOA逐渐进入饱和吸收状态,增益反而降低。

从PPLN波导微结构出发分析准相位匹配倍频过程中的相位补偿机理,以极化畴为单元,通过耦合波方程计算极化畴内产生的二次谐波电场,通过电场相干叠加计算倍频效率。分别在小信号近似和基频光高消耗情况下计算准相位匹配倍频效率,结果显示:倍频效率小于5%时,两种情况下的计算结果吻合得很好;随着转换效率增大,小信号近似不再适用,需要在基频光高消耗情形下计算倍频效率。研究了基频光功率密度与准相位匹配倍频效率的关系,定性分析了极化周期存在误差时,误差对倍频效率的影响。

星体跟踪器是机载天文导航设备的重要组成部分,随机振动是其结构失效的重要因素。采用有限元分析软件Ansys workbench对某机载星体跟踪器进行了随机振动分析,获得了1σ响应值与随机响应谱。根据分析结果进行了随机疲劳计算,得到了疲劳寿命使用系数。该分析方法同样适用于其他光电设备的随机振动与疲劳分析,对光电设备的结构设计有一定的指导作用。

高性能的伺服控制除了需要高质量的控制器,还需要高质量的反馈信息。对于光电跟踪系统,通过位置和电流传感器可以提供位置和电流信息,而速度信息则需要通过处理测量信息得到。传统的差分方法会放大位置信息中的量化噪声,从而降低光电跟踪系统的精度。介绍了全维状态观测器及其基本原理,结合伺服控制系统电机模型架构,设计了一种线性速度估计器,并讨论了其参数选择问题。采用抗积分饱和PI控制器和积分分离PI控制器作为三环控制回路的控制器,在某型号光电跟踪系统对该算法进行了实验。实验结果证明,采用该算法的伺服控制系统基本无超调,上升时间0.43 s,稳定时间0.65 s,跟踪精度为1.78″,完全满足实际工程要求。

对水下激光距离选通成像质量与系统增益的关系进行了分析,提出了一种基于图像亮度特性统计的普适性自动增益控制方案。该方案通过设定不同灰度统计阈值,甄别目标图像的亮度特性,并以此作为控制系统增益的主要依据。在对水下大动态范围照度目标或慢速运动目标等进行成像的特殊场合,该方案也具备较强的适用性,能实时反馈控制系统增益,使成像质量优化。

针对红外与可见光图像进行提升小波变换后低频图像的特点,提出了一种低频分量的融合算法,高频分量采取邻域方差取大为准则进行融合,然后进行提升小波逆变换得到融合图像。通过与传统小波融合方法进行比较,并引入信息熵、清晰度、Xydeas-Petrovic客观性能指标对融合后的图像进行分析。实验结果表明不论从视觉效果还是从客观性能指标上,该算法都优于传统的融合方法。

针对化纤企业生产、检测的需要,研制了一种粘纤单丝数目自动检测系统。系统采用环形光源,从周围均匀照明经静电和高速风两次分离的粘纤,再由成像物镜将分离的粘纤清晰成像至高速面阵CCD传感器靶面上,基于Directshow技术自行编制出图像采集程序。利用自主研发的图像处理软件,处理粘纤图像信息,自动计算其单丝的数目,并给出判别结果。在图像处理方面采用分行消包络阈值分割法和连通域跟踪计数法,解决了粘纤计数中的胶丝重叠、分叉等关键技术难题,保证了计数准确率。该系统具有精度高、检测速度快等特点。

针对CCD信号相关双采样(CDS)难于实现的问题,介绍了一种简单实用、易于实现的线阵CCD信号相关双采样电路。该电路采用CPLD、AD9844实现了线阵CCD时序驱动、信号相关双采样、自动增益、A/D转换等一体化设计。实验表明,设计的采集电路能有效地消除复位等多种噪声的影响,实现对背景光的自适应调整,达到提高信噪比,改善视频图像的目的。

针对纸币图像的特点,在一个系统同时提取两组表示纸币新旧的图像特征,采用级联的组合方式,设计了一种新的BP-LVQ神经网络组合分类器对纸币进行新旧识别。经过实验对比验证,该方法有效提高15%的系统识别率,可应用于清分系统的纸币新旧识别。

为研究CO2激光预处理参数对熔石英基片表面的影响,采用波长为10.6 μm,重复频率为100 Hz的CO2激光对完好的熔石英基片进行单点单次辐照处理。实验发现,对于不同的修复程度,面形变化不完全相同,损伤斑的形貌也各不相同。实验得到了适合修复的参数范围,并研究了修复对于材料粗糙度和疏水性的影响。对中度修复的取样点表面的局部粗糙度进行了统计,发现预处理过程中的污染沉积物在一定范围存在。在此基础上对污染的影响范围分布规律进行了统计。

为了改善腔增强吸收光谱的探测灵敏度和光谱分辨率,通过将激光光束离轴注入光学谐振腔中,减小了谐振腔内振荡,提高了模式密度,使得谐振腔被近似看作为“怀特池”。采用记录波长在扫描过程中实际变化的方法,对光谱数据进行了非线性校正,省去了参考光路的布置,简化了实验光路。对二氧化碳在1.572 μm处的一条弱吸收谱线进行了测量,得到了大小为1.98×10-7 cm-1的最小探测灵敏度。实验结果表明同等实验条件下,光束离轴入射时比正轴入射时的腔增强吸收光谱具有更高的信噪比和光谱分辨率。

提出了基于酞菁染料的全息记录材料,与目前已报道的基于丙烯酞胺基单体光聚合型全息记录介质相比,该聚合体系显示了优良的全息特性:全“干”热后处理,良好的抗水性和环境稳定性,制备过程简单和低毒性,并可制备成较厚的感光膜层。针对存储过程的页间和页内串扰做了理论分析和MTALAB仿真,采用自主研制的抗水性光致聚合物材料记录多幅不同图像的实验方案,分析了本抗水性全息材料的角度复用性能。

针对特殊环境下光学系统的需求,设计了一种具有三层结构的新型光学耐压保护窗口,其外层为石英玻璃,内层为开有小孔的化学钢化K9玻璃,中间为夹有电阻丝的PVB(聚乙烯醇缩丁醛)胶层,电阻丝通过内层玻璃上的小孔引出。通过强度仿真优化得出了内层玻璃最佳开孔位置和孔直径,设计了这种三层结构的保护窗口的工艺流程,并对具有三层结构的保护窗口进行了性能测试和验证。结果表明,这种新型耐压窗口集成了透光、耐压、抗冲击、加热、表面快速脱水等功能。

设计了一个在微波频段对极化不敏感的超材料吸波体。该超材料微观单元由4个互相垂直的电谐振环和短导线构成,这种结构克服了Landy提出的结构对电磁波极化敏感的缺点,对垂直极化和水平极化电磁波都有很好的吸收效果。采用数值仿真方法,在12~18 GHz波段提取了这种超材料的S参数,计算了其吸波率。单层超材料吸波体在14 GHz处达到吸波峰,吸波率达57.4%;多层组合吸波体在15 GHz处吸波率峰值达到87.6%。

利用泄漏模共振效应以及等效介质理论设计出工作在近红外波段的一维亚波长硅光栅偏振器。采用散射矩阵方法和时域有限差分方法对结构进行设计和优化,模拟结果显示在正入射条件下,该偏振器在1 284~1 575 nm波长范围内的消光比大于100(20 dB),而TM模的透射率高于98%。同时对该偏振器的角度特性以及制备容差进行了讨论,计算结果表明该偏振器具有较大的角度与制备容差。

介绍了人眼的视觉特性和中间视觉的特点,提出通过选择合适的s/p值LED可提高中间视觉下LED照明的光效,并结合基于人眼视觉转换特性的动态调节技术和LED背光源照明技术,实现了真正意义的节能、舒适、人性化的LED照明。

社会的发展对光电工程师能力提出新的要求,高校必须探索新的人才培养路径。通过对华中科技大学光电学院应届毕业生的问卷调查,了解本科生创新能力发展状况,分析创新环境、主动学习以及实践环节三者对创新能力的影响,提出了大学培养光电专业本科生工程创新能力的多种路径选择。