基于垂直微腔的光器件为自由空间与光纤中传播的光信号提供了简易的接入方式,极大地降低了器件封装的成本.垂直外腔表面发光激光器(也被称为半导体盘形激光器)结合了固态激光器和半导体激光器的优点,为开发新型紧凑的激光光源提供了新方法.对基于垂直腔的短脉冲源的研究现状进行一个简单的综述后,介绍了一些基于1.55 μm波长的亚皮秒光脉冲源的最新研究结果.这种脉冲源由InP基的垂直面发射激光器和GaAs基的半导体饱和吸收镜构成.

与其他利用太阳能的电池相比,有机太阳能电池成本低、易加工,而且拥有柔性,可大面积制备成半透明和不同颜色的器件,引起了科学工作者的广泛兴趣,这使有机太阳能技术在市场上具有巨大的应用前景,例如,智能传感器、发电玻璃窗、房屋建筑、温室、户外生活等.将讨论有机太阳能电池的基本光伏过程以及如何实现半透明有机太阳能电池光电转换效率和可见光透射率的最优化.

分析了大功率脉冲激光电源中IGBT模块所需驱动电路的基本要求,设计了一种IGBT驱动电路,并采用反激变换器作为其供电电源的解决方案.讨论了不连续导电模式情形下具有缓冲电路的反激变压器储能转换率的计算,由此确定了反激变压器和缓冲电路的核心参数.以单片开关电源VIPer22ADIP为关键器件,设计了输出为18V/5W的稳压型反激变换器,从而为实现全开关化的脉冲激光电源提供了可能.

设计了一款采用串联谐振全桥逆变电路结构的灯泵浦激光电源.在对电源信号发生电路、隔离驱动电路和逆变谐振电路等模块进行分析和设计的基础上,设计了一款重频达5 Hz,最高重频达10 Hz的灯泵激光器驱动电源.该电源不但满足5 Hz灯泵激光器的技术要求,而且具有尺寸小、充电效率高和结构简单等优点.

采用折叠棱镜腔电光调Q半导体泵浦板条Nd∶YAG激光器作为泵浦源,内腔泵浦Ⅱ类非临界相位匹配KTP光参量振荡器实现1.57 μm人眼安全激光输出,经测试,在-30~55 ℃宽工作温度条件下,激光器工作频率20 Hz时,单脉冲能量58.2 mJ,脉冲宽度7.56 ns,光束发散角约为2 mrad,连续工作1 min,能量稳定性(PTP)优于6.438%,光轴指向稳定性优于0.1 mrad,具备较强环境适应性,目前已实现工程化运用.

激光信号处理电路是傅里叶变换干涉仪的重要组成部分,为提高干涉仪控制器的控制精度,在分析干涉仪工作特点的基础上设计了激光信号处理电路,并着重分析了四阶Besell带通滤波器的误差传递路径,及各噪声对信号质量的影响,从而为低噪声电路设计提供一定的理论基础,具有参考作用.最后,半实物仿真结果表明所设计的激光信号处理电路精度达到0.01%，从而验证了所设计电路的合理性.

采用雪崩光电二极管探测微弱激光脉冲回波信号,依据相关检测技术对微弱的激光回波进行处理,从而获得较高信噪比回波信号.首先通过软件仿真验证了该实验方法的可行性,并在实验中采用消光比测量法对激光测距机测距能力进行了测试,将信噪比为-2.1 dB原始信号经过相关检测后提升至10 dB,消光比从原始激光测距模式的30 dB提升至44 dB.实验结果表明采用相关检测方法可以提高激光测距机测距能力及精准度,具有一定实用价值.

针对消防用光电观瞄系统对激光测距的高精度要求,提出了一种提高激光测距精度的方法.该方法采用基于FPGA的延迟线内插技术来减小计数量化误差,并且以差分GPS标定数据为基准,运用分段线性拟合的方法对实测数据进行修正,通过与差分GPS标定数据比对试验验证表明,该激光测距系统精度可以达到0.8 m,满足消防用光电观瞄系统≤1 m的测距精度要求.

分析了全光纤电流互感器(AFOCT)光纤元件的双折射来源和影响,针对其应力加载特征,提出一种适用于系统的光纤双折射参数测量方法.测量基于研究双折射对偏振态的调制情况,在邦加球上分析传输光偏振态随不同光程的演化轨迹,可获得待测光纤椭圆双折射参数,相对误差在2.85%以内.验证实验说明基于测量结果的变比估计相对偏差1.08%.该方法准确度优于传统方法,装置结构简单易于实现.由传感光纤双折射测量结果可推导AFOCT系统的变比,也可作为温度、振动补偿实验的依据.本方法可作为设计制作AFOCT系统过程中的一个有力的参考.

相干且频率锁定的正交多载波光源产生技术在光通信领域有着诸多应用,能广泛用于微波光子学、全光信号处理以及波分复用(WDM)技术和正交频分复用(OFDM)技术.互联网数据业务的快速增长使得超宽带大容量骨干网传输技术越来越受到世界各国的重视,而要实现Tb/s超大容量传输,目前使用的最主要的方法是光的波分复用(WDM)或正交频分复用(OFDM)技术.作为实现光WDM或OFDM的一项关键技术,相干和频率锁定的正交多波长光源技术引起了国内外各大科研机构的强烈关注.介绍了国内外多载波技术的现状以及多载波产生的多种方案,并对每一个方案进行了对比分析,为未来的研究提供了一些参考.

介绍了在燃料电池关键材料与电催化方面的一些研究进展,特别是理论计算与实验研究相结合对燃料电池催化剂构效关系和聚合物电解质的研究.主要内容包括1 nm Pt颗粒的构效关系;Pd催化活性的电子调控与形貌剪裁;以及使用非贵金属催化剂的碱性聚合物电解质燃料电池研究等.

为提高布里渊时域分析的传感精度,探寻一种相同条件下传感更为稳定、精确的传感光纤,通过实验得到一种布里渊频移与温度拟合线性度约为1的传感光纤.理论上分析了布里渊散射谱线宽度对温度传感测量精度的影响机制,在布里渊时域分析系统实验中分别以普通单模光纤与非零色散位移光纤(G.655)为传感光纤,测出在一定温度变化范围内标定点的布里渊散射谱线宽度和频移值.实验结果表明,非零色散位移光纤的布里渊散射谱线宽度随温度变化比较稳定,具有较高的传感精度.因此以G.655光纤为传感光纤更利于长距离监测场传感精度的提高.

针对目前红警系统多站被动交会测距误差分析过程中,存在几何关系复杂、数学推导繁琐的缺点,提出一种多站被动测距的单项误差解析及总体精度判定方法.该方法基于平面投影的几何关系,对测距单项误差逐一进行推导,得到相应的解析表达,几何关系直观、物理意义明确.通过仿真计算,分析了单项误差对总体精度的影响,发现方位角误差是测距误差的主要来源,讨论了双站及三站被动测距相对误差分布的特点与规律.

随着电子设备不断向小型化、集成化发展,热电制冷器作为一种有效的主动冷却器件被应用于精密恒温器、医疗仪器、电子控制元件等的快速制冷及在环境条件变化下的适应性调节,其非稳态传热研究具有重要价值.虽然国内外学者针对热电制冷器工作原理和制冷性能的研究已做了大量工作,但大多都将热电偶内焦耳热视为均匀内热源,忽略了微观导热情况.为了得到适于工程应用的分析方法,遵循实际情况,将焦耳热作为热电偶内非均匀内热源,建立了分析模型,并基于分流和叠加的思想,提出了一种热电偶内温度和热流量分布的工程求解方法,最终得到了热电偶在第三类边界条件下的温度和热流量分布公式.通过对结果的验算,证明了所得计算公式的正确性,为热电制冷技术的深入研究和应用提供了理论指导.

为了消除经典滑模变结构控制在导弹控制系统中产生的抖振现象,提出了一种新型的基于二阶滑模变结构控制的导弹姿态控制系统设计方法.为便于导弹姿态控制系统的设计,将复杂导弹姿态运动方程分解成三个简单的子系统,即俯仰通道子系统、偏航通道子系统和滚转通道子系统,同时将三个通道间的耦合项等效为外界干扰.当三通道间的耦合项有界时,分别给出了三个子系统的控制器.仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性,并且有效消除了系统抖振现象.

由于人们环保意识的提高,越来越多的场合期望提供实时的空气质量监测数据.对于这类应用场景,基于无线网络的远端监测站点与数据处理中心的系统架构已经十分成熟.给出了基于信号覆盖率最高的GSM中最可靠的短信服务作为数据传输媒介的远程空气质量监测系统的设计方案.方案中的硬件选型以性能、尺寸和功耗同时作为标准,力求使得系统具有更佳的工程使用价值,方便日后推广.同时监测中心除提供基本的监测软件外,还提供了开发库,便于用户利用监测站点的数据进行二次开发.通过对原型机的测试,该设计能够在无外部电源供电的情况下连续72 h对空气质量进行监测,具有实用推广价值.

为测量航天遥感相机因姿态不稳定以及各种扰动引起的图像运动,提出了基于光速处理的高精度光电混合相关探测测量方法.利用高速CCD和主CCD对同一目标进行成像,在曝光时间内高速CCD获取序列图像,利用联合变换相关器对所采集的图像序列进行光学运算,测量出相邻序列图像的运动位移.阐述了光学相关方法测量图像运动的原理,并模拟分析了噪声和不同运动条件下的测量精度.建立了相应的测量像移的实验系统,实验数字模拟及实验结果都证实了该方法的有效性,测量精度优于0.1像元,满足卫星遥感相机的使用要求.

扫描拼接技术由于原理简单、易于实现而被广泛应用于全景成像系统中,然而该系统中使用的二维扫描镜在工作过程中会引起图像旋转.对二维扫描镜引起的像旋进行特性分析能够指导全景成像系统中像旋校正.假设物理为球面,基于光学反射矢量理论基础对水平扫描和俯仰扫描进行像旋特性分析比较.仿真结果表明二维扫描镜在水平扫描时像旋角与旋转角比例为1∶1,而俯仰扫描不存在比例关系,可以对精确实现光机消像旋提供指导作用.

光刻空间像仿真作为各种计算光刻技术的基础,受到越来越多的重视.提出一种基于互强度傅里叶分析的光刻机投影成像快速模拟方法,从光刻成像互强度传播过程入手,基于傅里叶光学原理对成像要素进行多次空域-频域变换,得到一种快捷的空间像模拟途径.通过与标准解析空间像对比,发现该方法的计算精度可达10-4(最大光强归一化).该方法避免了部分相干成像的Hopkins方程中繁琐的积分运算,操作性强、计算精度高.该方法适用于各种灵活多变的曝光成像条件,具备广阔的工程应用前景.

设计了一种基于衍射元件的两档轴向移动式红外变焦光学系统.系统工作波段为3.7～4.8 μm,焦距为80/240 mm,F#为4,探测器采用640×512的中波制冷红外探测器,探测器的像元尺寸为15 μm×15 μm,该系统具有100%冷光阑效率.在光学设计中采用了衍射元件,大大提高了光学系统的像质,有效减小了系统的体积和重量.对光学系统进行了合理的公差分配和冷反射分析.仿真结果表明,该系统结构紧凑、变倍时间较短、成像质量优异.