变换光学(Transformation Optics)可以使几何空间上的变化转移到非均匀光学超材料的光学参量的变化上。光学隐身就是其中典型的例子,就在几年前人们还认为这是不可能的。为了制备光频段、宽带、偏振不敏感、三维的光强、相位隐身材料,利用激光直写结合受激辐射耗尽技术,可以突破传统的衍射极限。这种变换的思想同样可以应用到其他领域,如力学(确切地说,弹性动力学)和热力学。还讨论了相关的实验过程和研究结果。

从理论上分析了玻璃微珠定向回归反射原理，利用近轴光线球面折射理论分析了玻璃微珠实现回归反射的折射率，并结合实际使用情况，在最大可能增加回归反射的基础上，讨论了入射光线到主光轴的距离与回归光线和入射光线夹角之间的关系，从而确定出了实现最大反射时玻璃微珠的折射率范围为1.80~1.95，研究结果对回归反射标志牌的开发具有重要的理论意义。

光作为信息的有效载体,现在已经在通信、工业控制、**等领域得到广泛运用。在许多领域,提供实际检测的光信号存在一定的困难,同时仿真信号比实际信号具有误差小、便于量化分析等优点。从光源的选择,驱动电路的设计和通过适当的数据变换等几方面考虑,设计出了一套精密的光信号源发生器。实验结果表明,该系统能够使LED在保持P-I曲线不变的情况下,实现光功率的线性输出。

动态傅里叶变换轮廓术是将结构光投影和傅里叶变换理论相结合的三维面形测量技术,它只需一帧变形条纹就可以恢复物体的三维面形,且速度快、精度高、易于实现,被广泛应用于各领域的动态三维测量。利用动态傅里叶变换轮廓术对扬声器在给定激励源频率下的振动过程进行动态测量,得到扬声器纸盆不同频率振动的三维面形数据。结合扬声器发声的机理,通过对振动扬声器三维面形数据的处理和分析,得到扬声器纸盆局部任意时刻的形变量,分析了产生纸盆自身形变量可能的原因,探究了纸盆振动对扬声器性能的影响,为扬声器的设计和改进提供依据。

阐述了光电平台内框架减振的必要性,对一种六自由度内框架减振系统进行了模型简化,并使用拉格朗日动力学理论对该系统进行控制方程的推导。系统的控制方程表明,当被隔振系统的质心与隔振器的几何中心重合时,系统是解耦的。扫频振动仿真分析表明该内减振系统能够隔离20 Hz以上的中高频振动,该内减振系统设计合理。

密度是过热水蒸气的一个重要参数,其测量方法多种多样。针对其传统的测量方法精确度偏低、稳定性较差的问题,提出一种基于光纤光栅传感器测量过热水蒸气密度的方法。在分析光纤光栅传感器测量原理与过热水蒸气参数测量对传感器需求的基础上,对光纤光栅传感器、信号解调仪进行选型,并进行测量系统设计。通过比较多种过热水蒸气密度计算方法,选择IFC密度模型计算过热水蒸气密度。误差分析结果表明:当只考虑压力或温度影响时,光纤光栅传感系统测量误差可以分别仅为传统方法测量误差的1/6或1/3。该方法对于高精度过热水蒸气密度测量以及其他过热蒸汽密度测量具有一定的理论指导作用和推广意义。

为了解决光学合成孔径系统成像模糊问题以及研究其相应图像复原算法,采用Zemax软件分析了四孔径光学合成孔径系统的MTF,以及其像质模糊原因。并用MATLAB仿真分析常用的Wiener滤波复原算法,得出该算法在处理合成孔径系统图像存在不足。提出了一种基于K值自适应改变Wiener滤波图像复原方法,通过计算机仿真验证表明,该算法可使合成孔径系统降质图像的像质得到较好改善,复原效果优于Wiener滤波,且其像质评价参数PSNR以及ISNR分别提高了6.89%和1.1 dB。

星点检测用于星图中星点质心坐标的提取,是星敏感器处理算法的重要组成部分。星点检测的准确度、精度以及处理速度对星敏感器整机性能具有重要影响。目前,成熟的星点检测方案是采用DSP+FPGA进行图像处理,通过高斯曲面拟合、平方质心法等方法提取质心坐标。提出了一种基于SOPC技术和FPGA图像处理实现星点检测的可行方案,详细介绍了关键算法设计及实现细节。在减小电路尺寸的同时,该方案极大提升了处理速度,实际应用中1 024×1 024分辨率星图可达到14 Hz帧率,这对于提高星敏感器实时性、丰富星点检测的实现方法具有重要意义。

提出了一种改进的速度加角速度传递对准的方法,该方法用主惯导输出的姿态角速度信息计算角速度,利用速度和角速度在导航系下的投影作为观测信息,直接估计子惯导姿态误差。仿真结果表明,在低海况情况下该方法比传统的速度加角速度匹配具有更好的估计效果。

首先对未来系统光子器件的关键问题进行了综述。并且对半导体纳米结构，特别是基于量子点材料的超快开关器件取得的最新进展进行了讨论。其中包括基于量子点的半导体光放大器，其在超过40Gb/s的速率下展现出偏振不敏感特性;新型基于量子点的垂直腔结构的光开关，其展现出超快、节能、全光开关的特性。概括和讨论了未来基于纳米结构的光子器件的应用。

捷联式惯性导航系统通常采用卫星导航系统的位置、速度信息对惯导解算误差进行校正,但对于水下载体惯性导航系统而言,由于只能获得点位置信息,对惯导的校正精度以及校正参量有限。针对上述问题,提出了基于天文/卫星组合校正捷联式惯导技术,通过卫星精确定位信息和天文快速观测信息,全面修正惯导系统误差、提高导航精度。仿真结果表明,基于天文/卫星组合校正算法对惯导进行校正,相对于传统校正算法精度可提高约50%。

针对光电多目标切换跟踪中的预测跟踪问题,提出了一种基于灰色理论的目标位置预测方法。以传统的灰色模型为基础,充分考虑光电跟踪的特点,分别从原始数据预处理、背景值和时间响应函数三个方面对GM(1,1)模型和GM(1,1)幂模型进行优化,并修正了GM(1,1)幂模型中幂指数的确定方法,最终建立新陈代谢模型,将两者均运用到对光电跟踪目标的位置预测过程中,实验结果表明,优化后的模型预测精度更高,可应用于光电预测跟踪。

双波段成像光学系统要达到像素级图像融合,两幅待融合图像间的空间差异要保证在一个像元范围内,因此必须从光机结构设计的层面上保证两个成像光学系统的光轴平行性达到所要求的精度。而由于制造、安装等误差的存在,光学系统在调焦过程中不可避免地会导致其光轴发生偏移。运用Zemax对调焦过程中影响光轴平行性的因素进行了仿真分析,并对光学系统进行了建模、成像误差分析与计算,最后得到了红外系统中可调焦镜片和可见光系统的最大容许安装误差,对于实际光学系统的装调具有一定的指导意义。

设计了一种高功率1.06 μm激光泵浦单谐振中红外PPLN光参量振荡器并对其进行了研究,研究证明在MgO∶PPLN极化周期29.1 μm,工作温度40 ℃时,采用工作频率10 kHz、脉宽10 ns 、功率34 W 1.06 μm激光进行泵浦,光参量振荡器输出3.81 μm中红外波段激光,平均功率5.4 W,光光转换效率15.88%。研究结果可为设计和研究中红外激光光源提供参考。

对超光滑加工散粒研磨工序中采用的三级精磨法,进行了实验研究,通过改进差分化学刻蚀实验测出各级损伤层的厚度,利用损伤层厚度对加工余量匹配进行了优化。研究表明损伤层厚度与砂粒的粒径和压载之积成线性关系,与研磨时长无关;实验测得W28、W10、W5号磨料在实验条件下研磨加工产生的损伤层厚度分别为12.4 μm、8.2 μm、5.8 μm;并根据损伤层厚度提出了加工余量的匹配建议方案。损伤层的相关研究为超光滑加工中提高生产效率以及减少麻点产生几率的研究提供了参考。

采用圆极化变参数摇摆器能延缓自由电子激光器件进入饱和,提高束波互作用效率。通过计算电子运动的柯尔莫哥洛夫熵来研究变参数摇摆器自由电子运动的稳定性。研究结果表明:摇摆器无论采用正坡度还是负坡度,平衡态电子的柯尔莫哥洛夫熵值均小于零,稳定性均比无坡度时好,但电子的运动轨迹趋于发散;当有激光场存在时,正坡度破坏电子运动的稳定性,负坡度改善电子运动的稳定性。其结果为电子运动稳定性的进一步研究提供参考。

光谱成像可同时获得光谱和空间信息,这使得光谱成像技术在解决复杂海洋环境背景下目标探测与识别时表现出独特的优势,已成为光电目标检测领域的一个前沿研究方向。对光谱成像技术的原理、特点进行了讨论并重点列举了该技术在探测领域的应用;介绍了光谱成像技术在海上目标探测识别中的研究进展,并对光谱成像技术在该领域的应用价值进行了探讨。

Ⅲ族氮化物(又称GaN基)宽禁带半导体属于新兴的第三代半导体体系,在短波长光电子器件和功率电子器件领域具有重大应用价值。过去10多年,以蓝光和白光LED为核心的半导体照明技术和产业飞速发展,形成了对国家经济和人民生活产生显著影响的高技术产业。近年来GaN基功率电子器件受到了学术界和产业界的高度重视,形成了新的研发和产业化热点。首先介绍了半导体照明技术和产业的发展历程和现状,分析了当前GaN基LED芯片技术面临的关键科学和技术问题;然后重点介绍了GaN基微波功率器件和电力电子器件的发展历程和动态,包括微波功率器件已经取得的突破性进展和产业化现状,电力电子器件相对Si和SiC同类器件的优势和劣势,并对GaN基功率电子器件当前面临的关键科学和技术挑战进行了较详细的分析。