LED替代白炽灯和日光灯用于照明已经成为明显的趋势。LED可以同时用于照明与通信的特点,使得可见光通信(VLC)成为了近年来国内外研究的热点。由于其具有无辐射、抗电磁干扰、频谱使用无需授权等优势,VLC已成为下一代高速无线接入的新兴技术。目前VLC发展的主要挑战在于LED有限的调制带宽限制了VLC系统的传输速率。针对这一瓶颈,从VLC系统多维复用方式出发,详细介绍了波分复用、频分复用、偏振复用和空分复用四种复用技术,实现多路复用信号并行传输,从而有效提升系统的传输容量。通过对这四种技术原理和性能的分析与讨论,验证了多维复用技术在提升VLC系统传输容量上的可行性,表明了其在VLC系统中广泛的应用前景。

2014年6月18~21日,武汉·中国光谷,2014光电子器件与集成(OEDI)国际学术研讨会(Optoelectronic Devices and Integration,OEDI)在华中科技大学武汉光电国家实验室(筹)(WNLO)隆重举行。此次国际学术研讨会由武汉光电国家实验室(筹)(WNLO)和美国光学学会(OSA)联合承办,国家自然科学基金委员会支持,是第七届国际光子与光电子学会议(POEM 2014)与美国光学学会(OSA)联合举办的两个POEMOSA专题会议［即光电子器件与集成(OEDI)和光纤技术与应用(FBTA)］之一。

激光引信用脉冲半导体激光器驱动电路要求驱动电流大、脉冲窄，减小回路等效电感是设计的关键。选择电磁对称性器件、器件的对称分布、多个器件并联使用可以有效降低电路回路的等效电感。实验结果表明，驱动电路脉冲电流前沿可达1.9 ns，幅度50 A，脉宽7 ns，频率5 kHz。该研究为快速大电流设计电路提供了参考。

激光引信光电检测系统集光学、机械、电路、计算机技术于一体,实现了对激光引信光学组件参数的精确、快速、自动化的智能测量。对于激光发射组件部分,使用光谱仪、光功率计和电荷耦合器件进行中心波长、脉冲峰值功率和发散角的测量;对于光电探测接收组件部分,使用数字示波器配合双光路系统完成静态噪声、响应时间、接收视场角和响应灵敏度的测量,使用工控机自动控制检测过程。实验表明,新型激光引信光电检测系统测量精度高,数据重复性好。

水中粒子偏振效应的变化对激光水下探测领域的研究具有重要意义。针对不同粒子多次散射对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于激光偏振特性理论,通过实验测量的方法,对比分析了线偏振激光入射不同气泡大小和不同气泡数密度形成的气泡幕、不同气泡幕所在距离、洁净水与混浊水、不同入射角度情况下回波信号在强度和偏振度特性上的差异性,验证了水下激光偏振特性变化用于激光水下探测领域的可行性。

阐述了国内外在光子暗化效应测试、抗光子暗化性能提升及机理方面的研究工作。展示了测试的光子暗化效应对吸收光谱、特定波长附加损耗以及输出功率的影响。制备的一种新型抗光子暗化光纤,其抗光子暗化性能相对于常规掺镱光纤提升近15倍,斜率效率为81.8%。由此光纤制备的光纤激光器实现800 W功率的稳定输出,未观测到功率的衰减。

在考虑线性损耗的情况下,对硅基纳米波导中皮秒脉冲传输交叉相位调制不稳定性进行了仿真研究。采用微扰和线性稳定性分析方法,理论推导了调制不稳定性产生所满足的色散关系和调制不稳定性增益谱表达式。分析了脉冲光功率、线性损耗和群速度色散系数等参量对交叉相位调制不稳定性的影响,并进行了仿真分析。结果表明,即使在微弱的入射光功率下,仍然存在强烈的交叉相位调制不稳定性现象;交叉相位调制不稳定性不仅可以在反常色散区出现,而且在正常色散区也会发生。波导的线性损耗对交叉相位调制不稳定性增益谱有明显影响。

无载波幅度相位调制(Carrierless Amplitude and Phase, CAP)是超高速短距离光通信系统中的一种备选的方案,由于其成本低、频谱效率高、功耗小等优点,近年来越来越受到研究人员的关注。基于MATLAB与VPI联合仿真,探究10G/40G速率CAP系统中关键参数对系统性能的影响,包括数字滤波器滚降系数、滤波器抽头数,通过仿真找出最优系统参数值,同时对时钟偏移带来的影响也做了研究,以期为以后设计短距离CAP光通信系统有所帮助。

针对光载无线通信系统中并联双驱动马赫-曾德尔调制器(MZM)的四倍频方案产生功率周期性衰落效应,以及传输距离短的不足,提出了一种改进的抑制双边带调制产生光毫米波方案。首先在并联MZM后用波分复用(WDM)分离抑制双边带信号的两个边带,将基带信号调制到下边带,再与未调信号耦合后产生光毫米波,最后传输至加入前置补偿的光纤链路中。用optisystem7.0软件对改进方案进行了仿真,结果表明用此类结构不仅能得到高纯度的四倍频光毫米波,还可以消除上述的效应,实现了更长距离、更佳性能的传输。

光瞳像差的存在会导致实际光瞳和理想近轴光瞳的形状和位置出现差异,从而对光学系统的成像质量产生间接的影响。由于光瞳球差会影响光瞳的位置,而在某些使用机器视觉的测量系统中,入瞳位置作为摄像机的光心,形成了机器视觉中的一种重要参数,当入瞳位置发生变化时,将会影响到测量的准确性,尤其在高精度的测量领域。介绍了光瞳像差的基础理论,以SCOTS(Software Configurable Optical Test System)光学面形测量系统为例,通过计算入瞳球差,分析了光瞳球差对相位测量偏折术测量的影响。结果表明,双高斯物镜中光瞳球差的存在,对测量结果的准确性和精度造成了影响,故在使用机器视觉进行测量的系统中,需考虑光瞳像差带来的影响。

为了适应野外环境下的积分球操作,简化配件的使用和减少使用过程中误差的引入,利用LED的长时间发光均匀稳定特性,将LED作为定标光源内置于积分球中,设计了一种可便携式的自定标积分球。在验证LED稳定性的基础上,配合老化筛选装置,为定标光源选择最合适的LED器件,系统采用恒流源驱动,保证了积分球的长寿耐用。展示了积分球机械装配图,列出器件在积分球体上的安装位置,并进行了模型400~800 nm光谱波段试定标,其线性度达99.994%,球体设计直径500 mm,开口直径100 mm,总开口比约为6%,重量约为18 kg。建成之后将方便进行野外环境的实用工程。

通过采用无源抑制方法对雪崩光电二极管的弱光探测技术进行了研究，分析了工作在盖革模式下的InGaAs APD的特性。利用APD两端的偏置电压VB在其雪崩后趋于稳定的特性，确定了其雪崩暗击穿电压，并且在水冷温控系统中，测得了APD雪崩暗击穿电压与温度的关系。结果表明，APD的雪崩暗击穿电压随着温度的上升而增大，光子群（弱光）到达时，APD探测到的在某一幅值处的脉冲数明显增加，其脉冲幅度也将增大。

根据微型AM-OLED显示器的技术原理,提出了以双HDMI接口为视频输入接口、PIC16F1825为MCU控制芯片,以及双微型AM-OLED为显示器的立体显示系统的电路设计方案,主控芯片通过IIC串行总线对各模块寄存器进行配置。利用人眼的双目视差成像原理,通过配置HDMI解码芯片ADV7611和AM-OLED微显芯片的寄存器,使交错隔列立体视频源的奇数列和偶数列分离,视频源的奇数列和偶数列分别显示在左右眼相对应的AM-OLED显示器上,最终实现了立体显示。经测试,验证了系统方案的有效性。

利用美国国家图像解译力标准NIIRS和通用图像质量方程GIQE分析了影响可见光相机图像质量的各种因素。以“全球鹰”无人侦察机所装载的电光相机为例,模拟计算了成像高度、成像角度、光学系统焦距、探测器间距、归一化相对边缘响应几何平均值、噪声增益及信噪比对成像质量的影响。研究结果能够为可见光成像任务规划,航空可见光相机设计提供基础理论支撑。

提出了一种利用模糊共现向量改进统计纹理特征法并同时融合多种特征的运动物体检测算法。该算法简化了传统的统计纹理特征法的计算过程,同时由于融合了多种特征,进一步提高了提取运动物体的准确性。将其该算法其他的目标检测算法进行对比。实验验证了该算法的有效性。

在惯性约束聚变(ICF)终端光学组件(FOA)的精密装校过程中，超大超薄KDP晶体面形在重力作用下会发生畸变，从而导致晶体内部晶轴发生改变，进而由于波前相位失配而极大地降低高功率激光的频率转换效率。针对大口径薄型Ⅰ/Ⅱ类KDP晶体在非垂直放置状态下出现的附加面形问题，利用有限元分析软件，建立了具有不同初始面形的KDP晶体及其“杠杆式”夹持系统的模型，对晶体经夹持系统夹持后的附加面形分布进行了仿真计算，并讨论了支撑条上表面的加工误差类型及大小、晶体初始面形对KDP晶体附加面形的影响。研究结果表明: “杠杆式”夹持系统能有效改善大口径薄型KDP晶体因重力作用而引起的附加面形变化;晶体边缘部分的加工误差对KDP晶体附加面形有较大影响。

脉冲星因其具有良好的周期性,成为了非常良好的天文导航信号源,经过多年的观测分析,大量脉冲星的基本观测量已经被精确测定,通过理论模型分析,脉冲到达时间可以作为导航滤波的基本观测量,能提供时间与空间位置信息,因此,脉冲星可以为近地轨道和深空探测提供导航信息,从而替代传统的GPS导航定位以及深空网导航。介绍了脉冲导航的发展历程、脉冲星导航基本原理以及脉冲星导航系统实现框架与应用,并对脉冲星导航系统的进一步发展的难点进行有效分析。

时统系统是各种光电设备、导航系统上必备的高精度电子设备。针对天文导航和惯性导航设备对时统信息的需求,设计了一种多路串行时码输出的时统系统,阐述了设计方案及软硬件实现流程。基于FPGA实现了多路串口通信,可方便扩展更多路串口,通过DSP控制串口工作方式及GPS信息处理,可适用多数GPS接收机,处理系统输出格式。实验证明该设计功能齐全、可靠性高、易于调试,适用于为导航设备提供时间信号和频率信号以实现整个设备的时间和频率统一。

针对直下式液晶电视LED背光系统，提出了一种轻薄化的均匀照明设计方案。采用二次曲面光学透镜，可有效避免光学透镜在大角度均匀照明下全反射的发生，且能在目标面达到符合标准的亮度及均匀度。实验结果表明: 采用21颗1 W灯珠，在灯箱高度为25 mm的情况下，背光系统可达到31.5寸液晶电视背光源的亮度和均匀度要求，相对于传统的直下式背光系统，大大减少了器件的使用数量及灯箱厚度，提高了器件的出光效率和系统稳定性。

基于潜望镜的基本原理,设计了一种用于教学训练的对有限远目标成像的潜望镜,该潜望镜是将投影仪投射出的有限远的模拟目标经物镜前组准直成平行光,再分别经物镜后组与转向透镜前组组成的望远系统、转向透镜后组与目镜组组成的望远系统传递到人眼,实现单双目变换、准双目观察、光学测距等功能。该系统视场光阑与孔径光阑重合并设置于转向透镜组之间的平行光路中。系统经仿真验证及像质分析证明,各项性能指标均满足设计要求。

设计了一种适用于三档变焦镜头的旋转切换变焦机构,包括机构的方案设计、组件设计、驱动设计、装调设计和安装设计。实现了结构紧凑、变焦速度快等目的。实际应用表明,该变焦机构能在1 s内实现三个焦距的快速切换,有利于目标的跟踪与捕捉。