数字全息成像由CCD记录数字全息图后经过计算机数值重建物光波场, 这个过程从傅里叶变换角度看等同于数字全息图的频谱分析。讨论了数字成像系统的脉冲响应函数, 并分别推导了其实像、虚像、零级像在平面波和球面波照射下的波前复振幅分布。结果表明, 实像和虚像是移位的夫琅和费衍射分布, 而零级像是CCD光瞳的菲涅耳衍射分布, 且与参考光波前分布无关。

论述了用激光干涉仪测量石英玻璃光学均匀性时测量范围扩展的问题。通过理论研究和实际测量, 完成了用180mm孔径干涉仪测量300mm孔径石英玻璃光学均匀性这一目标, 为实现用300mm孔径干涉仪测量直径500mm石英玻璃的光学均匀性测量问题奠定了理论与实践的基础。实验通过建立光学均匀性测量范围扩展的数学模型, 采用最小二乘法误差消除方法, 每步波面分别计算, 最后四步合成。创新性地设计了移动测量载物调整装置, 实现了高精度多维调整。采用8个子孔径就3块圆形玻璃进行了测试, 就拼接测量结果与直接全口径测量结果进行了对标, 其拼接波面的均匀性绝对误差平均值分别为0.13×10-5、0.14×10-5、0.03×10-6。

介绍了基于TI公司多核定点DSP (TMS320C6474)的高速实时数字信号处理系统。系统利用FPGA作为控制单元和转接芯片, 通过SRIO接口作为DSP芯片的数据输入输出接口, 具有信号处理能力超高、输入输出接口简洁、以及存储能力较大的优点。在软件实现中, 利用了乒乓数据吞吐, 静态内存分配技术和三核软件同步机制, 通过优化算法, 高效地实现了三核DSP实时信号处理, 计算效率达到了设计要求。在项目图像信号实时处理中得到了成功应用, 取得了良好的效果。

脉冲激光雷达探测的性能直接与激光束的质量和能量有关, 而激光驱动电路则直接决定了脉冲激光的功率和脉冲宽度。基于半导体激光雷达探测系统的要求, 设计出应用于激光雷达发射系统的大电流纳秒级脉冲半导体激光二极管的驱动电路。介绍了电路的系统结构和驱动级电路的模型及其理论分析, 推导其电流数学模型计算公式, 并对关键器件的选择进行了总结; 运用SPICE仿真程序对驱动电路进行了仿真。制作了印刷电路板, 得到峰值电流25A, 脉宽15ns的脉冲电流, 满足设计要求。

简述了某空间遥感相机中碳纤维桁架杆与钛合金接头的粘接工艺, 通过对粘接剂的选择、粘接表面处理、胶层厚度等粘接强度影响的分析和破坏性力学试验表明, J133胶粘剂适用于钛合金和碳纤维材料的粘接; 适当提高粘接表面的粗糙度、用化学法对粘接表面进行处理均可提高粘接强度; 对该例的套接形式胶层厚度控制在0.15mm-0.2mm可保证得到好的力学性能和粘接质量。

非致冷红外焦平面阵列(IRFPA)固有的非均匀性严重制约了系统成像质量, 其输出动态范围大和监视器显示输出动态范围小也构成了矛盾。为解决这些问题, 采用了复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计红外焦平面阵列输出驱动和视频编码芯片的显示时序, 以高速低功耗数字信号处理器(DSP)为核心, 实现了嵌入式红外图像实时采集与压缩校正硬件系统。提出了一种结合两点校正的灰度直方图统计阈值分段线性压缩变换算法, 并进行了实验。结果表明, 系统可以实时的对红外图像进行采集和压缩校正, 处理后图像的非均匀性得到很好的校正, 背景被抑制的同时目标和细节得到了增强。该方案简单可靠, 电路功耗较低, 可为小型化红外热像仪的研制提供参考。

基于对FY-3紫外臭氧垂直探测仪(SBUS)106动态范围线性测量的需求, 提出了一种将中性减光片法和双光阑法相结合的思路, 两者相互弥补, 得出了SBUS整个动态范围的线性度, 并进行了非线性修正。不确定度分析得出该方法的合成标准不确定度为0.44%, 而传统的距离平方反比定律法对于103-104动态范围的合成标准不确定度为0.62%, 证明了该方法对于大动态范围光电探测器系统线性测量的有效性和优越性。

针对低信噪比图像去噪问题, 提出了一种基于K-SVD(Singular Value Decomposition)和残差比(Residual Ratio Iteration Termination)的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit, OMP)图像稀疏分解去噪算法。该算法利用K-SVD算法将离散余弦变换(Discrete cosine transform, DCT)框架产生的冗余字典训练成能够有效反映图像结构特征的超完备字典, 以实现图像的有效表示。然后以残差比作为OMP算法迭代的终止条件来实现图像的去噪。实验表明, 该算法相对于传统基于Symlets小波图像去噪、基于Contourlet变换的图像去噪, 以及基于DCT冗余字典的稀疏表示图像去噪, 能够更加有效地滤除低信噪比图像中的高斯白噪声, 保留原图像的有用信息。

为了实现景物在强光照射下能够分辨图像的细节, 在液晶的光强局部选通成像器中, 使用光锥将TFT-LCD液晶耦合到CCD相机上以实现图像的实时传递。通过理论分析和计算, 采用光锥耦合获得的耦合效率为14.24%, 而透镜耦合则只有1.83%, 由前者耦合后构成的局部选通系统, 其调制传递函数曲线中奈奎斯特频率为0.518, 极限分辨率为34 lp/mm, 由此制作的器件, 在对高照度下图像的细节分辨, 明显高于透镜耦合的器件。分析了造成该系统MTF下降的因素, 并提出了进一步改善MTF的技术措施。

研制了一种基于VB平台可实时测量监控的可视化多波长便携式全自动太阳光度计DTF-6, 可实现瞬时太阳辐照度、整层大气气溶胶光学厚度和可降水量的实时测量与显示, 具有电机运转、太阳跟踪、加热温度等强大的在线检测功能。该仪器是在自行研制的第三第四代太阳光度计的基础上进行的改进, 仪器更方便使用、更适应恶劣环境、更小型化和具有更高的性能价格比。通过对实测结果的分析和比较, 该仪器令人满意, 并给出仪器标定结果, 同时对其应用进行了阐述。

提出了一种金属封装的光纤外腔式珐珀(EFPI)高温传感器。利用不同材料的不同热膨胀系数, 使EFPI的腔长对温度变化敏感, 可以应用在高温场合下。该传感器具有结构简单、灵敏度高、耐高温等特点, 测试结果表明, 灵敏度为0.3837μm/℃, 线性度为0.9956, 分辨率为0.26℃。它的正常工作温度范围为0-400℃。

在数字全息技术中无透镜傅里叶同轴数字全息具有高分辨, 再现速度快等优点, 因此有着广泛的应用前景, 但它也存在再现像与直透光场及其共轭像重叠, 较难分离的缺点。针对这一问题, 在分析了无透镜傅里叶同轴数字全息图记录和再现原理的基础上, 提出了单步相移倒频谱技术, 并在理论上分析了该技术对分离出清晰再现像的可能性和该技术适用的关键条件。通过仿真实验进行了验证, 结果表明: 单步相移倒频谱技术能够较好地解决无透镜傅里叶同轴数字全息技术中再现像与直透光场及其共轭像重合这一困难, 得到清晰的再现像; 同时给出了实际实验中单步相移倒频谱技术能够适用的条件参数, 这为后面的进一步实验提供了参考依据。

为了实现激光传感器测头可以根据现场条件来实时改变入射角度, 建立了结构可调的点激光测量系统。建立了相机的针孔模型, 利用张正友标定算法得到该相机模型的内部参数, 定义点激光测量系统中的光心角, 推导出利用像点坐标和相机内部参数实时求取光心角公式。建立了点激光测量系统的数学模型, 引入点激光测量系统的结构参数: 基线距和基准角, 利用零平面和两个基准面标定系统结构参数。利用标定得到的系统结构参数进行实时的逆向工程在线测量。实验结果表明: 测量系统量程为75mm时, 该标定算法最大标定误差≤0.02mm, 点激光测量系统的测量误差≤0.06mm, 达到精密测量的要求。

在理论上分析了傅里叶变换位相分析技术中的移频消去载频法, 由于采样的离散化, 不同的条纹周期对位相分析将产生不同的影响。利用计算机仿真, 模拟了不同周期的条纹图以及形变条纹图, 根据傅里叶变换频移法, 获得了不同周期条纹图的位相分布及误差, 同时与“减基准条纹法”获得的位相分布及误差进行比较, 验证了不同条纹周期对位相分析产生的影响。以花瓶为目标物体, 在实验中进一步验证了采样的离散化对位相分析带来的误差和影响。并且讨论了两种减弱这种误差的方法。

基于长周期光纤光栅的模式耦合机理, 提出一种快速模拟长周期光纤光栅折射率特性的方法。该方法在计算包层模式的有效折射率时分开计算, 在环境折射率小于包层折射率时采用二分法和分步搜索法结合计算包层模式的有效折射率, 在环境折射率大于包层折射率时采用Nelder-Mead加分步搜索法求解包层模式的有效折射率。在应用谐振波长的决定式求解与环境折射率的匹配的谐振波长时, 采用变区间应用二分法求解而不是传统的逐步搜索法求解谐振波长。数值结果与实验结果做了对比, 两者基本一致。实践证明, 该方法方便快捷, 比一般的方法速度提高7倍以上。

用高温熔融法制备了Eu3+掺杂的碲酸盐闪烁玻璃。测试了Eu3+不同掺杂浓度玻璃样品的密度、差热特性、吸收、发射、激发光谱及X射线激发下的闪烁光谱。研究了不同Eu3+掺杂浓度对玻璃样品的密度、光谱性能的影响规律及掺杂离子的浓度猝灭效应。研究结果表明: Eu3+掺杂碲酸盐具有较大的密度和较强的闪烁发光, 随着Eu3+浓度增加, 由于Eu3+间的间距减小, 共振能量转移几率增大, 致使发光强度增强; 但当掺杂到7mol%的高浓度时, 会发生浓度猝灭效应。

运用边界元素法把圆形高斯镜平凹腔的自再现模的衍射积分方程转化为有限阶矩阵方程。计算了谐振腔在理想情况和高斯反射率平面输出镜倾斜情况下基模的场强分布、相位分布和本征值。研究表明, 腔镜倾斜使激光场模式分布沿发生倾斜的方向向镜边缘偏移, 而且在腔镜倾斜较严重时模式分布发生畸变, 不再是对称的拉盖尔-高斯基模分布。基模本征值随倾斜角增大而变小, 光束远场分布变差。减小高斯分布反射率的膜斑半径, 则能减弱因倾斜引起的模式畸变。

根据多频外差原理推导了三频光栅条纹解包裹的过程, 获取了光栅条纹的绝对相位值。同时, 为了减小误差, 提高测量精度, 提出了一种相位修正的方法, 比较了相位修正前后的相位图, 表明该方法能够非常有效地去除相位误差。通过将修正后的绝对相位值作为匹配的一个特征量, 利用机器视觉中双目立体视觉的方法求取物体的三维特征。实验证实了该方法的可行性, 并得到良好的测量结果。

提出了一种新的基于薄芯光纤模态干涉技术的光纤曲率传感器。在单模光纤的中间部分插入薄芯光纤用于传感光路, 没有插入薄芯光纤的单模光纤用于参考光路, 以消除环境对曲率测量的影响。由于插入的薄芯光纤和单模光纤纤芯失配, 导致包层的高次模被激发, 并与纤芯模在单模光纤内形成干涉。当改变薄芯光纤的曲率时, 沿纤芯和包层传播的模态和光纤长度会发生改变, 使得干涉谷峰发生平移。将传感光纤的两端固定的平移台上, 当调节平移台距离时, 薄芯光纤的曲率发生改变, 导致干涉谷峰向短波方向平移。通过观察谷峰的平移距离可以实现曲率的传感测量。实验表明, 该装置具有低损耗、低成本和高灵敏度的特点。

为实现小型化、非接触式、快速高精度的位移测量, 设计并搭建了基于光学彩色共焦原理的位移测量系统。系统中数据拟合采用的方法是, 对光谱响应函数极值周围的数据进行高斯叠加拟合, 以获得光谱响应曲线的峰值, 从而得到峰值所对应的波长。经过实验验证, 系统的测量范围为2mm, 测量精度可以达到10μm, 线性度为3.4%, 光谱响应的半高宽(FWHM)为49nm。因此能够满足一定精度的位移测量需求。

通过对半导体端面泵浦棒状Nd∶YAG晶体的热效应进行了理论分析, 研究了端面抽运圆形截面激光晶体内部温度场,建立了符合条件的激光晶体热模型。考虑晶体侧面与冷却液之间的对流传热, 以及晶体端面与外界非绝热边界条件,从而建立更为合理的边界条件, 得出更符合实际的晶体的温度分布场。研究结果表明, 考虑端面的对流传热后, 计算的晶体中心温度降低, 而相应的热焦距稍有增加;空气传热系数增加时, 晶体中心温度明显降低, 热焦距显著增加, 减弱了晶体热效应。

当具有足够大发散角的柱面光照射在匀厚金属薄膜表面时, 由表面等离子体振荡产生的光反射率角分布是膜厚的函数, 用CCD接收反射光分布信息并经过计算机分析处理,可实时、在线测量10nm内的铬、钛等金属膜厚, 这类金属的复介电常数的实部相对虚部是较小的负数, 故具有强反射锐峰及较平坦的吸收峰, 该两峰点可作为膜厚测量依据的特征标记点, 并通过建库进行曲线匹配而获得膜厚数值。实验结果表明, 该方法的平均测量误差可低于0.4nm。

当高速拦截器在空中高速飞行时, 拦截器上的光学侧窗头罩需要合适的冷却系统以确保拦截器的工作正常。为了满足光学侧窗头罩冷却系统的要求, 分别将内外两种冷却方式对光学侧窗头罩成像的影响进行了分析。提出了光学侧窗头罩内冷却窗口的研制工艺, 从如何选择红外光学材料开始, 对下料、粗磨、刻槽、精磨、抛光等光学加工环节分别进行了介绍, 描述了光学侧窗头罩致冷系统的光学加工过程。重点介绍了如何在光学材料上加工出沟槽, 完成光学侧窗头罩制冷窗口内冷却通道的加工工艺。

LED以其高效节能、体积小、寿命长等优点被认为是最有可能进入普通照明领域的一种新型固态光源, 但LED芯片的光提取效率仍较低。综述了LED外延片表面的各种基于微纳光学结构的加工技术, 如通过在LED芯片表面上加工粗糙微结构、LED芯片表面双层微结构、二维光子晶体结构、双光栅结构等。介绍了通过各种加工技术对LED芯片微纳光学结构的加工提高了芯片的外量子效率, 从而提高了LED的出光效率。