细胞对机械刺激作出反应的机制对于细胞功能研究至关重要,但尚未得到很好的理解。许多已经开发的流变学工具可以表征细胞粘度和弹性特性,但是这些工具通常需要直接的机械接触,限制了它们的通量。我们已经开发了一种新的无标记、非接触、单次成像方法,通过测量细胞的机械刚度来表征亚细胞结构的组织特征。新的分析方法可测量折射率的变化,并将其与无序强度相关联。这些测量结果与细胞刚度进行比较,使用相同的成像工具测量,以显示流动剪切刺激的纳米级响应。通过比较具有不同力学性质的五个细胞群的剪切刚度和相位无序强度来显示该技术的效用。无序强度和剪切刚度之间的相反关系,表明可以使用这种新颖的非接触技术,以适合于高通量研究的形式评估细胞机械性质。我们将进行更多的研究,其中包括检查早期致癌事件中的机械刚度和研究特定细胞结构蛋白在机械转导中的作用。

为了实现非机械式大角度光束偏转,设计了一种基于电控相位延迟器与双折射棱镜级联的液晶光学相控阵系统。采用了VirtualLab软件中的相位调制元件,仿真分析了纯相位液晶空间光调制器对光束偏转的效果和光场相位分布图。介绍了半波液晶相位延迟器与双折射棱镜级联结构对角度放大的原理,分析了光束入射角及出射角的影响因素,提出了最优化参数组合方法。通过控制半波液晶相位延迟器的电压可改变入射光束的偏振态,提出了电压控制组合方法。实验结果证明利用电控液晶相位延迟器与双折射棱镜组合可以实现角度放大功能,最大光束偏转角实测为22.3°,该研究结果表明电控液晶相位延迟器可实现光束偏转的切换,在大角度非机械式光束偏转技术中可广泛应用。

针对频域内分析惯导误差比较繁琐的问题,在时域内结合惯导误差微分方程及误差协方差黎卡提方程,分析了双轴旋转调制对惯性测量组件系统性误差及随机性误差的调制机理。结合激光陀螺双轴旋转调制惯导的特点,采用仿真实验和实际实验相结合的方法对相关分析进行了验证。实验导航误差结果表明双轴旋转调制能够调制系统性误差的影响,但不能调制随机性误差的影响,该结论有助于指导高精度长航时惯导设计时惯性器件的选择。

采用单因素优化法对沉积条件进行优化以获得低电阻率的银薄膜。研究了溅射功率、气压和衬底温度对银薄膜的电阻率和沉积速率的影响。结果表明:低功率和高气压有利于降低电阻率。这是由于该条件下沉积速率较低,使银原子充分迁移,改善了晶格完整性。适当加热衬底也可降低电阻率,但不宜超过100 ℃。为了抑制薄膜在高温下的“团聚”,在溅射气体氩气中加入氮气。SEM、AFM和XRD的结果表明:氮气促进了(1 1 1)取向晶粒的生长,抑制了“团聚”,细化了晶粒。加入氮气后薄膜的表面粗糙度和电阻率也提高了,但经过退火后均下降。该结果对控制银薄膜的晶粒取向,获得热稳定的低电阻率的银薄膜具有一定的意义。

对比分析了单量子阱TE模和TM模增益谱及其折射率变化谱随应变、阱宽的变化规律,同时分析了应变和阱宽对兼顾增益和折射率变化的影响。进一步考虑波导的光学限制因子及多量子阱阱间载流子浓度分布的不均匀性,提出一种多参数调配方法,据此设计出C波段内兼顾增益谱和折射率变化谱的低偏振混合应变多量子阱结构。最后,通过分析选定合适的载流子浓度。当载流子浓度为3.22×1024m-3时,TE模和TM模3 dB谱宽交叠区面积分别为84.81 nm/cm和74.50 nm/cm,增益偏振相关性和折射率偏振相关性分别保持在4%和6%以内。该研究结果有助于未来全光网络中相关器件的优化设计。

193 nm ArF准分子激光光刻技术作为当前主流的光刻技术,可实现特征尺寸小于等于90 nm的集成电路制作工艺。光场均匀性及脉冲能量的准确性是实现高质量光刻的重要指标,提出了基于暗场噪声相消提高单脉冲能量测量精度的方法,通过对探测头获取的激光脉冲能量数据和暗场下探测头的脉冲能量数据进行暗场相消,获得真实激光能量。设计了暗场噪声相消控制电路,通过同步控制时序,有效去掉能量脉冲积分信号结果中所携带的噪声积分部分,从而实现对脉冲激光能量测量精度的提高。

采用脉冲变压器隔离驱动桥式MOSFET电路,获得了幅度约5 000 V,上升时间48 ns的高压脉冲,只需控制Royer振荡电路电源电压就可以改变输出高压幅度,且输出高压是Royer振荡电路输出高压的四倍,大幅降低了器件的耐压值,减小了器件尺寸和功耗。输出高压与输入和控制电路电气隔离,减小了对其他电路的电气干扰,可广泛应用于激光、探地雷达、高速相机、电磁脉冲研究、加速器和高能物理等领域。

提出了一种通过相干平衡探测抑制ROF链路输出信号噪声的方法。此方法通过引入本振光与信号光进行耦合,输出光通过减法器抑制光信号的直流扰动进而抑制RIN,间接抑制输出信号噪声并提高输出信号的信噪比。通过optisystem仿真发现,当信号光RIN高于本振光RIN时,信号光功率越大相干平衡探测系统输出信号噪声改善效果越好,此时若本振光功率高于信号光功率,则相干平衡探测输出信号信噪比会得到改善。当激光器间存在0.1 GHz频率差时,相干平衡探测输出信号信噪比改善效果会得到提升。平衡探测法相比传统反馈法,可以有效减少外来电信号的接入,总结了平衡探测法抑制roF链路的最佳工作区域和环境,为对该方法后续的研究改进提供了实验参考。

提出了一种采用ORB算法匹配运动物体的特征点,实现目标物体在线三维测量的方法。仅将一固定的正弦光栅投影到匀速运动待测量物体,使用CCD等时间间隔拍照,获取物体的五帧变形条纹图并提取出背景光场。借助ORB算法对物体的背景光场进行特征点匹配,得到后四帧图像中的物体相对于第一帧的位移量。从而利用图像裁剪的方法获得一组等相移量的变形条纹图,即可采用等步相移算法重构出物体的三维面形。实验验证了该方法的可行性,适用于在线三维测量。

可见光小型无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)检测技术在反无人机、无人机管控领域有着特殊意义,由于目标大小、光照条件、复杂背景等因素的变化都会影响检测的结果。针对小型无人机目标检测问题,提出了一种基于视觉显著性的小型无人机可见光检测算法。采用基于直方图对比度的显著性计算方法,提取可见光图像中的视觉显著特征,利用选择性搜索技术给出无人机目标的候选区域集,结合视觉显著性分析结果进一步优化候选区域集,最后在每个候选区域内提取规范化梯度特征,利用线性分类器对区域特征进行鉴别,实现对无人机目标的快速检测。仿真结果表明,该方法的平均精度可达84.74%,在20 dB噪声条件下,仍然保持80.97%的平均精度,充分说明本方法对小型无人机目标具有较好的检测能力、抗干扰效果和工程应用价值。

大口径非球面的高精度检测中,补偿元件的质量对检测结果有直接影响。针对大口径抛物面计算全息板(CGH)因其空间频率高,误差控制难度大的问题,通过一个具体的设计,分析了加工过程中定位误差引起的光场畸变。为了减小误差的影响,采用双CGH光路进行非球面检测,具体分析了双补偿器结构非工作级次衍射光的分离情况,以及定位误差带来的光场畸变。结果显示：双CGH结构的最大空间频率远小于单片结构,其定位误差带来的光场畸变的RMSE值是相同条件下单片结构的0.65倍。这表明在补偿检测大口径非球面时,采用双CGH补偿元件,在满足设计要求的同时能很好的抑制其加工误差带来的影响。

高空间相干性是激光束的重要属性之一,在很多实际应用中,低相干性激光束即部分相干光束表现出独特的优越性,如关联成像(“鬼”成像)、亚瑞利成像、大气激光通讯、微粒操控、激光探测、微粒散射等。传统的部分相干光束具有高斯关联相干结构,近年来,对部分相干光束相干结构的调控引起了学者的广泛关注,具有非高斯关联相干结构的新型部分相干光束展现出很多奇异的特性,如自整形、自聚焦、自分裂、超强自修复等。调控激光相干结构可以用来有效地抵抗大气湍流引起的扰动、测量涡旋光束的轨道角动量、突破衍射极限以及实现纵向光场整形等。介绍了激光相干性调控研究进展,阐述了一种新颖的光束调控方法。

建立了基于FTIR光谱测量系统光谱响应度的非线性标定模型,并基于三段式高温黑体辐射源对FTIR光谱测量系统进行了光谱响应度标定实验研究。三段式高温黑体温度覆盖600~950℃温区、光谱范围覆盖3~14 μm。与传统的分段线性标定模型进行了比对,结果表明:基于非线性标定获得的光谱辐射亮度与理论光谱辐射亮度平均偏差优于0.04%,而分段线性标定的平均偏差在0.93%水平,两者具有较好的一致性,非线性标定方法的精度比分段线性标定方法的精度提高了一个数量级。

针对远距离掠海小目标对比度低、容易受干扰、提取困难的问题,提出了一种红外掠海小目标的自动检测与威胁计算方法。通过对红外成像系统建模分析,结合图像海天线位置,确定目标威胁区域,然后利用形态学滤波器抑制图像背景,最后统计可疑目标的特征信息,对可疑目标进行威胁程度评估,选出威胁程度最高的目标进行跟踪。实验结果表明该算法对海天线附近的目标有很好的检测效果,海面目标威胁系数分布在0~5.104之间,且与目标亮度、尺度和位置相关,计算得到的威胁程度与人为主观判断符合度很高,该算法具有比较重要的参考价值。

数据精度是舰载IRST的重要指标,安装误差是影响该精度的因素之一。分析了IRST在船上安装存在的误差,根据其稳定平台的工作原理,建立了五个坐标系,通过矩阵变换,推导了安装误差对IRST精度影响的计算方法。计算了多种工况下导致的误差,结果表明,安装误差对IRST精度影响较大,在纵横摇较大的情况下容易导致数据精度超差,因此,需要对其进行控制或补偿。

提出了一种利用空间光调制器实现基于相位多样性的散斑成像方法,通过调制空间光调制器(SLM)改变成像系统的孔径函数,记录每次改变时相应的散斑图和孔径函数的变化,然后对记录的多帧结果采用最大似然估计法和拟牛顿算法重建隐藏目标图像。数值模拟结果表明,采用空间光调制器改变非相关成像系统孔径函数的方法,相比以往改变相机位置的方法,能够改善相机位置移动所带来的成像质量下降问题。

为了满足探测复合材料内部缺陷非接触无损检测需求,研究复合材料内部缺陷(以气孔为例)无损检测识别技术,提出了基于机器视觉的复合材料缺陷图像识别检测方法。该方法通过在数字化射线技术(DR技术)进行复合材料缺陷图像采集,同时针对射线图像对比度差等特点,采用自适应直方图均衡化来提高射线图像对比度,增强图像细节,使之易于分辨,修改基于 Yolo-v3的输入输出,并采用自行构建的数据集对其进行标注与训练,计算所得平均精度map为86.04%,实现了对复合材料孔缺陷的高精度快速检测与识别。

在采用散斑自相关方法,对基于辅助参考物的赝热光透过散射介质成像过程进行数值模拟的基础上,讨论了当成像范围超出一个光学记忆效应时,重建目标的质量随之变差的情况。通过对处在不同子光学系统的目标物和参考物,不断改变其点扩散函数的相关度,来近似等效它们超出光学记忆效应范围的程度,得出能够容忍的相邻光学记忆效应范围最低的点扩散函数相关度,并分析了点扩散函数的相关度对重建目标像质量的影响。随着相邻光学子系统点扩散函数的相关度逐渐降低,成像效果也逐渐变差。当这一相关度值低于0.3839时,重构图像已无法用肉眼分辨。对于同一相关度的点扩散函数,其空间分布函数并不影响成像效果的变化。同时,在相邻散斑相互叠加形成叠加散斑的过程中,叠加面积与模拟成像效果呈正比关系,即随着散斑叠加面积的减少,成像效果逐渐变差。

为了实现数字光具座多种指标如焦距、顶焦距、出瞳直径等实时自动化的测量,提出了一种适用于数字光具座的自动调焦算法。该算法采用Brenner清晰度评价函数,粗调焦阶段采用改进的自适应变步长爬山算法,精调焦阶段采用基于最小二乘法的曲线拟合算法。实验结果证明,这一算法能够准确、高效地找到焦面位置,调焦精度达到0.3%且重复调焦精度高。

根据激光陀螺抖动机构传递函数、抖动过锁理论、抖动加噪信号以及噪声的传递特性,研究了平稳随机调幅信号通过抖动机构的传输过程,从而确定了抖动随机噪声的理想带宽［0,0.1fd］,并通过实验进行了验证,该带宽的抖动噪声信号以及加噪后的抖动输入、输出信号均能满足通过抖动机构的传递需求,有助于进一步深刻理解激光陀螺的抖动机构特性,提高抖动控制精度。