物理学史上,有三大主宰着物理学发展的跨世纪大论战,其中前两次论战的主题是光的概念,第三次论战的主题关系整个现代物理,但整个第三次论战被光的概念所主宰。错误的光子概念与第三次论战占了上风的超距心灵作用结合形成物理学最严重的百年大错。研究发现了三大跨世纪论战中造成真理失败的根源。关于光的本性,论文提供了九项证据证明光只是波而不是光子。当人们一旦认识真相,光学、物理学乃至整个自然科学将出现一次突飞猛进的飞跃发展。论文只重点介绍前两次论战的根源和本质,并预测光学、物理学和各相关自然科学将出现的飞跃发展。

光束合成是研制高功率、高光束质量固体激光器的必由途径。建立板条介质固体激光器阵列光束合成的理论模型,从子束间距、整体相位差、偏振态、随机像差等方面,分析了合成光束的远场特性。通过数值模拟可以看到,子束间距决定了合成光束远场光斑的衍射旁瓣的大小和多少;子束间整体相位差决定着合成光束远场中心光斑是否分离,并影响着峰值光强和x方向半径大小;偏振态差异决定了合成光束是否为相干合成或强度叠加;子束随机像差降低了合成光束的远场光斑峰值功率,并引起光束的弥散。分析结论对激光器研制中合理分配设计容差具有一定指导意义。

对于沸点相近并且分子自由程相差不大的物质,常规分离方法难以实现有效的分离,激光分离有效地弥补了常规分离方法的不足。用脉冲CO2激光器和连续CO2激光器对大豆卵磷脂混合物进行了激光分离实验,用高效液相色谱对激光辐照前后的样品进行了分析。经192.31 W/cm2的脉冲CO2激光辐照,卵磷脂的质量分数相对提高了26.7%,经2.28 W/cm2的连续CO2激光辐照,卵磷脂的质量分数相对提高了25.74%。结果表明,利用不同物质吸收激光的选择性,可用激光分离液体混合物。脉冲CO2激光分离的效果比连续CO2激光分离的效果好。

在腔内倍频激光器中,非线性晶体的温度梯度造成的相位失配是影响谐波转化效率的关键。用半解析热分析方法得出了非线性晶体LBO在不同基频光参量条件下的温度分布,分析了不同参量对晶体温度分布的影响。分析了温度梯度引起的相位失配对谐波转化总效率的影响,并在不同参量情况下对谐波相对转化效率进行了计算。对腔内倍频激光系统的设计有指导作用。

LED作为照明光源在现代光电仪器中得到广泛应用,光能利用效率与光学系统形式密切相关。针对将大发散角LED的光高效会聚到光纤接收端面的需求,提出了一种椭球面和聚光透镜组合光学系统设计的思路。推导了椭球面几何参数、聚光透镜高斯参数等的计算公式,讨论了此类光学系统设计必须满足的约束条件。实例验证了设计方法的可行性。

光源是影响机器视觉输入系统的重要因素,直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果。在线扫描缺陷检测系统中,对光源的亮度、均匀性、直线性、寿命、光谱范围都提出了较高的要求。鉴于LED光源在机器视觉中具有许多优点,以LED线形光源为例,探讨了线形阵列LED光源照明光场分布的影响因素,结合柱面镜对光源单方向约束的特性,介绍了LED阵列和柱面镜组合的聚焦条形照明光源的设计方法。通过仿真,证明了该设计可满足线扫描系统对光源的要求。

变焦系统凸轮曲线设计是变焦系统后期设计过程中十分重要的环节,曲线设计的好坏直接关系到系统像面的稳定程度。针对ZEMAX光学设计软件界面编写了三组元变焦系统凸轮曲线设计程序,确保像面稳定、像质优良。程序可准确给出凸轮曲线的数据和形状,借助该程序对变焦系统任意焦距位置的光学性能和像差特性进行实时评估,提高了变焦系统的设计效率和精度,对变焦系统的前期和后期设计有指导意义。

光学窗口的强度分析是光电设备设计的重要依据,而现有文献中只提供材料泊松比为0.3的简化的计算公式,而针对不同泊松比的简支矩形板强度原始计算公式以复杂的级数形式表示不方便直接应用,为了方便设计者得到准确的强度理论分析结果,提供了一种简单的方法推导出适用于不同泊松比的简支式矩形保护窗口的强度简化计算公式,并验证了该方法推导出的简化公式的准确性。

处于倏逝场中的微小粒子会受到辐射压力的作用而朝着倏逝场的传播方向运动，基于此原理的微小粒子驱动技术可用于介质颗粒、胶体颗粒、生物细胞等微小粒子的捕获和驱动。由于倏逝场光学微操作系统不会受到物镜焦深和激光光斑尺寸的限制，因此它比自由空间系统的优越性更强，而波导形成的光学力可以应用于长距离驱动，其仅仅受限于系统的散射和吸收损耗。综述了基于倏逝场微小粒子驱动技术的最新进展，包括广域倏逝场微操纵、平面波导结构的倏逝场微操纵和光纤结构的倏逝场微操纵，并对其进行了比较，分析了它们的捕获能力、驱动效率、结构特点等问题，以及未来的发展趋势。

暗态效应被广泛应用于量子信息处理。通过纤芯结构的设计,在三芯耦合波导中实现了该量子效应,并数值研究了非线性对暗态的影响。研究发现,在几个耦合长度内,当波导1中的输入为归一化功率等于1的低能量光脉冲时,波导2与3中没有光传输;当入射光的归一化功率增大到1 000时,波导2与3中依然没有明显光传输,且对比度超过4个数量级。然而,后者的非线性效应已很显著。计算分析表明,非线性效应本身即可在三芯耦合波导中产生暗态效应,实验观测到的暗态消失不能归结于“非线性对暗态成立条件的破坏”,更不能从暗态的变化来定量研究非线性对暗态的影响。

实验研究了掺锡As2S8条波导的光阻断效应,提出一种新型的基于掺锡As2S8波导的全光逻辑门方案,并试制了掺锡As2S8条波导全光逻辑门,实验结果显示该逻辑门具有良好的波形特性,表明该材料适合做全光逻辑门,具有一定的应用潜力。

现有技术制备的类金刚石(DLC)膜由于含氢、硬度低、内应力大、附着力差等特点,严重限制了其光学工程应用。激光法是近年发展的一种制备DLC膜的新方法,相比其他制备方法具有诸多优点。综合分析了激光制备DLC膜过程中,激光波长、脉宽、功率密度、衬底温度和偏压等因素对薄膜质量的影响规律。采用氧气氛辅助沉积、元素掺杂和双波长激光复合沉积等关键改进技术,实现了在Si、Ge等基底上激光制备DLC膜光学工程化应用。

为了使光学仪器能适应低温潮湿环境,设计了一种复合型的保护玻璃防水雾透明导电薄膜。采用非平衡闭合磁场反应溅射技术在K9玻璃基底上沉积了氧化铟锡(ITO)导电膜以及复合型的透明导电膜系。采用光谱仪、方阻仪测试了样品的透射光谱以及方块电阻,并对样品进行了环境试验。结果表明,样品的光学技术指标以及抗恶劣环境性能均达到了使用要求。

海洋环境下使用的光学窗口常因海水等附着而影响其光学性能。从固体-液体界面理论入手,分析了光学窗口的表面能对海水附着特性的影响,开发了一种外场环境下可以实施的光学窗口表面憎水改性工艺。该工艺采用一种含有氟烃基硅烷的活性物质掺杂于SiO2溶胶中,通过涂擦和低温固化方式,在光学窗口表面形成纳米憎水膜,该憎水膜可使SiO2表面能由30 mJ/m2降至5 mJ/m2以下,水接触角由47°增加至105°以上。试验研究了改性后光学窗口的盐水接触角、光学透过率及耐候性,结果表明,用于改性的憎水膜海洋环境使用寿命大于6个月。通过定期对光学表面实施憎水改性保养可以显著减少海水附着。

利用计算机视觉进行三维点云获取是一种实用方便的三维信息提取方法,在工业检测和三维建模等领域应用广泛。鉴于传统固定相机方法中存在着灵活性差,适用范围小的问题,提出了一种手持单相机的三维点云获取方法。实验结果表明,该方法在室外场景点云获取应用中较传统方法在灵活性方面具有非常明显的优势。

利用高帧频和高分辨率的数字相机作为系统的输入,采用DSP和FPGA以及大容量缓存的硬件架构,通过FPGA的逻辑编程灵活调配系统的资源,将图像采集、图像预处理、图像跟踪、图像显示等功能合理分配至各个硬件单元,提高了图像跟踪系统对小目标的跟踪精度。经实验验证,各个功能单元达到预期效果。基于Carema Link接口的图像跟踪系统具有图像分辨率高、跟踪带宽高的特点。

为了对光电对抗装备阵地配置方案进行分析评判,分析了影响要点防空作战中光电对抗装备阵地配置的战术因素和地形因素,建立了光电对抗装备阵地配置方案评估指标体系,对各指标进行量化,确定指标权重,对待选光电对抗装备阵地配置方案运用物元法进行分析评判,并给出了解算实例。

通过分析舰船光电对抗作战中烟幕干扰和激光引偏干扰的特点,提出了烟幕遮蔽和激光引偏在对抗半自主激光制导**时配合使用的作战样式,分析了各种作战样式的使用条件、工作流程和配合要素,以及作战样式的优势与不足,指出了多种干扰手段配合作战是发挥光电对抗系统综合对抗效能的关键。