近年来,高速发展的激光技术已经广泛应用于医疗领域,比如眼科手术和光学相干层析成像。尤为特殊的是,飞秒激光更可专用于对活体细胞的基础研究。飞秒激光具有别种激光无法获得的特殊性质。它对于细胞的伤害很小,因为它的线性吸收和热效应远远低于连续光。此外,由于飞秒光的超高峰值功率,它可以对细胞形成多光子电离而在细胞膜上开孔,因此可以转基因和融合细胞,同时不会太过于伤害细胞。在这个报告里,将阐述我们的以下研究:飞秒光致转基因、细胞融合以及细胞在凋亡中的动态过程。在单细胞水平上提出了一些凋亡过程的可能机制,如活性氧化合物、核管和细胞内自由钙离子的产生。

水下航行体辐射的声波传播到水-空气分界面上时,会在水表面形成微扰,使水表面元产生微倾角。提出一种利用激光偏振特性对水下声信号进行探测的方法,不直接利用散射光强信息,而是利用激光在布儒斯特角附近入射水表面时,反射光偏振特性随入射角剧烈变化的特点对水表面微扰进行高精度探测。建立了该方法的理论模型,得到了入射波、出射波垂直分量与平行分量的功率比PA、PR与入射角θi之间的关系。通过分析发现,当光源为自然偏振状态时,该方法无需对PA进行测量就可以通过测量PR而直接计算出水面入射角θi,进而实现对水下声信号的探测。仿真结果表明,该检测方法测量精度高,抗干扰能力强。

活塞激光热负荷就是通过光学转光片改变激光在空间的能量分配比例。结合活塞激光热负荷试验工况,建立了活塞激光热负荷应力场模拟数学物理模型,模型中考虑了材料的热物性参数随温度的变化。结果表明:由于活塞顶凹坑位置靠近通油孔,导致其应力波动幅值比激光辐照区域大;活塞凹坑、通油孔和靠近活塞顶面的活塞内腔由于和冷却介质直接接触,是活塞激光热负荷易损伤区域。试验验证了活塞易损伤区域与数值模拟一致,说明了模型的有效性。

根据激光侦察装备的工作原理,分析了影响其作战效能的主要因素,用系统分析的方法,通过对系统的可用度向量A、可信度矩阵D和能力向量C的建模,建立了定量评价激光侦察装备综合作战效能的数学模型,并通过算例对模型进行了验证。

为了满足桥梁和大坝等民用建筑和航空航天飞行器等结构的健康监测与管理需要,设计并制作了两种分别用钛合金和不锈钢材料封装的光纤布拉格光栅应变传感器,并利用悬臂梁校准装置对两种传感器的应变特性进行测试。试验结果表明,钛合金封装的线性度及应变灵敏系数优于不锈钢材料封装的传感器。因此,在对结构的应变监测时,使用钛合金封装的传感器更能真实反映结构的应变变化,从而达到健康监测的目的。

M-Z光波导是有机聚合物电光调制器的重要结构单元。将有效折射率法与二维差分束传播法相结合,利用有效折射率法计算了聚合物脊形波导的横向折射率分布及有效折射率。由Maxwell方程出发,结合辐射透明边界条件,采用Crank-Nicholson差分格式,得出有限差分束传播法的计算格式。通过对M-Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析,研究了以IPC-E(20wt%)/PSU作为芯层材料的脊形M-Z波导,并对其结构进行了优化设计,得到了较为满意的结构参数。

光模块应用在光通讯的各个领域,数字诊断技术能在线对光电模块各种性能进行监测。数字诊断中的一个子项便是收光功率的校准,包括内校准和外校准。提出了一种内校准和外校准相结合的方法,实验证明该方法提高了小功率段校准精度,校准结果完全符合SFF 8472的要求。给出了自动化校准物理连接框图,编制了自动化校准软件。

基于面积编码的二值化算法,提出了一定改进,即在对二值化模板进行填充时,用分散的、尽可能等间距的填充方法代替分块的、非等间隔的填充方法,并将此光栅制作出来用于三维形貌测量。利用二元编码光栅的频谱分布特征和光学系统固有的低通滤波特征,可以将二元分布的模板转化为测量区域的正弦分布,同时又滤去了量化噪声,得到质量较好的正弦光场。计算机模拟以及实验验证了该方法的可行性。

提出了一种新的红外目标边缘检测算法,利用局部熵值分析法和过渡区提取相结合的方法,通过Top-hat与Bottom-hat变换,建立有效平均熵和对应灰度值的曲线关系,选择合适的阈值,在此基础上执行形态学闭合操作。仿真结果表明,该方法在去除不必要的细节的同时,能很好地提取目标的边缘信息。

在分析已有的仿生机器鱼视觉系统工作原理的基础上,提出了基于红外成像技术的视觉子系统改进设计方法。首先指出了现有的系统在数据处理速度上的不足,然后分析了其中的原因并提出了可能的改进办法,提出若将目标信息改为红外灰度图像将大大提高系统处理的速度,并据此选择红外传感器。在此基础上,给出了基于红外灰度图像的信号处理办法,做出了智能化系统设计,并对改进后的系统进行了仿真测试。结果表明,改进后的系统具有明显的优越性。所提出的改进办法对提高仿生机器鱼的反应速度和智能性有借鉴意义。

InGaAs近红外相机在有效工作波长范围内具有很高的量子效率和极小的暗电流,具有室温工作或热电制冷的特点,在小卫星遥感系统领域得到广泛应用。针对大阵列InGaAs近红外相机在遥感测绘中数据信息量大,高帧频弱小目标提取非常困难这个问题,结合相应的探测器阵列,从系统整体结构设计与硬件实现两个方面给出了InGaAs近红外相机开窗口功能的实现方案,并且在实验中验证了该功能,解决了近红外相机高帧频弱小目标提取问题,达到应用目的。

设计了多组多孔径光阑,将激光扩束后通过自制的多孔径光阑,获得多光束相干激光光源。基于多光束干涉理论,通过改变不同的光阑,得到多组点状阵列分布的远场干涉图样,结果表明远场中心主瓣具有随着占空比减小能量降低、旁瓣增多的分布规律。实验结果表明,相干源呈正三角形分布时能量集中度较好。对高功率激光相干合成具有一定的参考意义。

为了解决智能交通系统中运动车辆检测鲁棒性问题,分析了阴影产生的物理机制和运动投射阴影的视觉特性,提出一种新的阴影抑制方法。该方法首先采用帧间差分法获得运动车辆轮廓和运动阴影轮廓,然后应用霍特林变换消除RGB颜色分量的相关性,最后构造了一种阴影测度来进行运动车辆和阴影的检测。实验表明该方法能有效地抑制阴影并完整地分割出运动车辆目标。

介绍了一种能稳定快速跟踪复杂背景下目标的算法,该算法在传统相关跟踪算法的基础上进行改进。当目标进入红外(电视)摄像机视场时,视频信号中包含有目标信息和背景信息,信号处理器先将此信号进行数字化处理,形成具有一定灰度等级的数字化图像阵列,然后采用边缘检测、阈值分割等算法对包含有目标信息的图像进行边缘处理,提取出具有特征的目标点,从而将目标从背景中分离出来,再采用相关算法对目标进行跟踪。试验证明,对于传统算法无法稳定跟踪的目标,改进后的算法能够稳定跟踪。

为了精确检测大口径非球面面型质量,将CGH作为补偿器应用于凹非球面的离轴全息检测系统中。根据计算全息图的离轴全息检测系统检测凹非球面的基本原理,分析了离轴CGH的计算、制作过程,实现了对口径为150 mm,近轴半径为1 499.7 mm,非球面系数为-1的凹非球面镜的检测。实验结果与轮廓仪检测结果吻合得很好。

在折转光路中,由于安装误差,平面反射元件会存在三维方向的微偏角。根据棱镜调整理论,分析了由于平面反射元件的安装误差所导致的光束转向、光轴偏离系统光轴的情况,并推导出相应的精确表达式。讨论了光轴偏离后,光斑在靶面上的漂移情况。给出了一种用于修正平面反射元件在光学安装中存在轴向偏转的调整方法,并通过实验验证了该方法的可行性。

用MLC-7700-100向列相液晶制备了不同结构的电控双折射无刻痕液晶光栅。用波长为632.8 nm的He-Ne激光为光源,测量两种液晶光栅的光学衍射特性,用偏光显微镜观察不同电压下两种液晶光栅的液晶分子偏转状态和织构态改变的情况,并进行分析对比。发现双面电极条纹液晶光栅的电控衍射特性比单面电极条纹液晶光栅好。此结果对液晶器件的设计、制作、使用都具有一定的参考价值。

通过分析激光陀螺锁区的形成原因,给出了进行锁区控制的基本方法。对锁区误差检测补偿、锁区调制、锁区信号伺服控制三种方案基本原理进行了说明,通过对三种方案的特点进行对比分析,得出锁区信号伺服控制为最佳控制方案,并给出了基于该方案的工程实现方法,具有较好的应用前景。

应用ANSYS公司的HFSS和Designer对一种内嵌共面波导电极结构的聚合物电光调制器进行了协同仿真,设计出了带宽为56 GHz的聚合物电光调制器。通过对光波有效折射率和微波有效折射率的优化,实现了速度匹配。同时利用协同仿真方法对电极进行了优化设计,实现了阻抗匹配并降低了微波损耗。结果表明应用协同仿真方法可以提高计算效率,有助于对各种结构的行波电极进行优化。

液晶光谱成像技术是基于液晶可调滤光片的新型光谱成像技术。利用向列相液晶材料的电控双折射效应,液晶可调滤光片可在工作谱段内进行连续光谱调谐,实现光谱成像系统的小型化、多用途、实时控制。获取高空间分辨率和高光谱分辨率的光谱图像,是今后航天航空遥感的一个重要发展方向。结合液晶光谱成像技术的国内外研究进展,分析了其目前存在的主要问题,并提出了可能的解决途径。展望了液晶光谱成像技术的发展和应用前景。

以天文陀螺、激光或光纤陀螺为核心器件的光电导航技术正处于蓬勃发展阶段,是各国竞相研发的重点。介绍并分析了俄、美等发达国家光电导航技术和装备的发展规划、最新成果和研制应用现状,提出了光电导航技术和装备发展趋势。

为研究高能脉冲激光远场光束质量,设计了一套激光远场多参量测试系统。首次将远场激光束的空间分布、脉冲波形和中心能量测试纳入到一个体系中。从总体设计、硬件构成、软件设计等三个方面对系统进行了阐述,重点介绍软件系统的实现过程。光束质量测试系统能够有效地获取远场激光的时空参数,为进一步进行远场激光性能评价奠定了基础。

介绍了材料复介电常数测量方法的研究进展,包括理论基础,发展过程,以及最新的应用。其中主要以谐振法,传输反射法,自由空间法为研究对象,就各类方法的优缺点与适用情况进行分析,也简要介绍了时域测量法。