分析了光码分多址(OCDMA)系统中超结构光纤光栅(SSFBG)编解码器的相关特性, 考虑了输入脉冲宽度、SSFBG编解码光栅之间的波长偏移以及光栅的折射率调制振幅对全光编解码性能的影响。结果表明, 随着输入脉冲宽度和编解码光栅之间的波长偏移量的增加, 自相关峰值旁瓣比和自互相关峰值比下降, 即编解码性能出现下降; 编解码器的插入损耗和相关性能间存在矛盾, 需要折中考虑SSFBG折射率调制振幅的选取。建立了基于SSFBG编解码器的时域相位编码OCDMA系统的数学模型, 考虑了差拍噪声、多址干扰、接收机噪声以及接收机的带宽限制对系统性能的影响, 采用全光阈值技术和turbo编码来提高相干扩时OCDMA的系统性能。

提出一种用非冗余轮廓波的中低比特率图像质量可伸缩编码算法。该算法采用双正交小波分解和方向滤波器组(DFB)实现图像的非冗余稀疏表示, 不但具有轮廓波对图像中线状奇异性边缘和纹理细节的稀疏表示特点, 而且克服了轮廓波变换系数4/3冗余的缺点。算法中对图像非冗余轮廓波系数各子带系数分布进行统计分析, 通过对变换系数的重新组合, 构造了有利于图像编码的空间方向树结构, 并统计验证了其零树特性, 采用分级树集合分裂和阈值量化达到图像质量可伸缩的嵌入式编码。实验结果表明,其解码算法在中低比特率压缩情况下, 压缩后重构图像的感知质量明显优于小波域SPIHT,JPEG2000编码标准, 峰值信噪比PSNR值与JPEG2000相当, 而图像纹理和边缘细节的视觉效果优于JPEG2000和小波域SPIHT算法。

提出了一种利用一维平面透射光栅作为敏感器件的滚转角测量新方法。利用聚焦透镜及光电位置探测器组成接收测量单元, 避免了直线度误差带来的影响; 利用光栅的±1级衍射光束构成双光路差动测量, 基本避免了俯仰、偏摆角的串扰, 实现了误差分离, 同时增强了抗干扰能力。通过详细的理论分析, 论证了方案的可行性, 并在此基础上通过实验得到了定标曲线, 其线性相关度为1, 滚转角测量的角度分辨率可以达到0.6″。测量方法简单灵活, 仅需更换不同线数的光栅便可满足不同测量精度的要求。

为了提高图像加密的安全性, 提出了一种多参数加权类分数傅里叶变换。此类多参数加权类分数傅里叶变换是C.C.Shih提出的四项加权类分数傅里叶变换的一种扩展, 除了分数阶数, 还有四个在四项加权系数之中的自由参数, 称其为向量参数。同时给出此多参数加权类分数傅里叶变换的离散形式, 并把这种算法应用到光学图像加密中。此算法在应用一次二维分数傅里叶变换可以有十个密键：一类为阶数参数; 另一类为向量参数, 因此这种加密算法在增加了安全性的同时, 加密过程的复杂度降低。数值仿真验证了此算法的有效性和可靠性。

在大气压条件下采用尖-尖电极放电系统得到了稳定的放电等离子体, 并应用发射光谱方法对放电等离子体进行了实验研究。等离子体发射光谱呈现连续谱背景迭加分立谱的形式。连续谱背景来源于放电等离子体内轫致辐射和复合辐射过程; 分立谱归属为N2 C3∏u →B3∏g , N+, N, O的荧光辐射。N+荧光辐射对应的上能级电子组态为2s22p(2P0)3p和2s22p(2P0)3d, 能级高度介于20 eV和23.6 eV之间。实验还结合时间分辨光谱技术, 对放电等离子体中N2(336.8 nm)、N+(500.5 nm)、N+(399.7 nm)荧光信号进行时间分辨测量。结果表明, N2(336.8 nm)荧光首先出现, N+(500.5 nm、399.7 nm)荧光同时产生, 且滞后N2(336.8 nm)荧光约25 ns。根据时间分辨测量结果和相关参考文献, 文章对放电等离子体中N+的生成通道进行了分析。

针对荫罩式等离子显示器屏板定位的特点, 研制开发了一套基于计算机视觉的荫罩式等离子显示器屏板精密定位系统, 系统以工业控制计算机为核心, 取CCD信号为控制信号, 由微机控制实现高精度位置检测及全自动精密定位, 从而实现等离子显示器前基板、荫罩和后基板三者之间的全自动精密定位。采用的快速图像边缘检测技术、特征图形标识识别技术和精密驱动控制技术, 可有效提高位置检测信号的灵敏度及定位速度。系统在软、硬件方面采取的一系列抗干扰措施, 确保了较高的定位精度及工作可靠性。实验结果表明, 基于计算机视觉的精密定位系统可获得±5μm的精密定位, 对荫罩式等离子体显示器的产业化具有重要的实用价值。

由洛伦兹规范下光场满足的矢势和标势方程出发, 探讨了初始光场具有任意对称性的一般非傍轴光束在空间的传输情况。利用角频谱并结合傅里叶变换处理得到了非傍轴光束的传输方程。利用扰动方法并结合新近似取法得到了非傍轴横向光场的扰动形式解, 该解对于近场弱非傍轴情况下的效果比强非傍轴条件下要好。给出了光束非傍轴传输高阶(八阶)修正解。对于零阶情况, 非傍轴光束退化为傍轴光束, 传输方程也相应退化为傍轴传输的模型方程。高斯解为扰动参量的零阶修正解。

以复Morlet函数作为小波母函数推导了2M路线性啁啾高斯脉冲堆积形成的整形脉冲的时间分辨能量谱密度解析表达式。通过小波变换获得了堆积啁啾脉冲功率和瞬时波长随时间的分布; 堆积啁啾高斯脉冲功率随时间呈现振荡变化, 瞬时波长在功率接近零的极小值点发生跳变; 啁啾的增大会加剧功率的时域振荡和瞬时波长的跳变; 瞬时波长的跳变仅发生在功率接近零的极小值附近, 脉冲的能量仍然主要集中在由基元脉冲啁啾决定的波长范围内。同时, 研究表明脉冲重叠因子的微小变化会极大地影响整形脉冲峰值功率与等效平均功率之比和包络平坦度, 且两者不能同时达到最佳, 需折衷选取。

星地激光通信中, 由于大气湍流等影响, 接收光信号将出现包络起伏现象, 严重时将引起接收系统突发误码。为研究其中突发误码的发生规律及其对通信有效性的影响, 对接收光信号包络起伏的仿真方法进行了研究。针对常规的仿真方法在计算量、资源消耗、仿真时间长度等方面存在的诸多弱点, 提出了一种使用Gauss随机过程的幂级数拟合接收光信号幅度的仿真方法, 该方法利用接收光信号均值、方差、偏态系数和峰度系数计算各阶系数, 最高取到3次方项, 并使用FFT/IFFT实现时间功率谱特征拟合。仿真结果证明了该仿真方法的合理性。

在对乙醇、甲醇等醇类溶液荧光光谱特性进行研究的基础上, 应用美国Roper-Scientific公司SP-2558多功能光谱测量系统, 对50多种品牌白酒及其年份酒在紫外光激励下的荧光光谱进行了检测。结果表明, 白酒在紫外光激励下能产生较强的荧光, 各品牌白酒及其年份酒的荧光光谱各有明确的特征。实验测得其三维荧光光谱, 由此构建了白酒荧光光谱指纹图库。分析各荧光光谱的特征, 以谱峰个数、峰值波长、最佳激励波长等特征值创建了各品牌年份白酒荧光光谱特征数据库。利用SQL 数据库软件和VB语言研制成一个能对白酒进行自动比对、识别的白酒荧光光谱智能鉴别系统,实现了白酒的智能化鉴别。研究结果发挥荧光光谱分析灵敏度高、准确度高和样品用量少、不需前期处理等优点, 为白酒检测、鉴别提供了一种有效的新方法, 能应用于白酒企业生产管理及白酒消费市场监督, 并为已引起广泛关注的酒类食品安全监管提供帮助。

为获取细胞的内容物(蛋白质, DNA, RNA等), 探讨光电子技术在细胞破碎方面的应用, 理论上引入了BHK21(幼仓鼠肾细胞)的初始跨膜电位, 对BHK21细胞跨膜电压模型进行修正。设计了细胞破碎的控制及检测系统。制作的细胞破碎芯片电极的宽度和间距均为50 μm, 每个电极的长度为0.4 cm, 电极厚度为0.5 μm。搭建了用于细胞破碎、控制及自动检测的检测系统, 系统中以倒置显微镜作为主要光路部件, 采用300万像素的CCD摄像头采集图像信息, 并基于显微数字图像处理软件实现细胞图像处理。实验表明, BHK21细胞破碎的最佳电压幅度为3 V, 脉冲宽度为3 ms, 所搭建的光学检测系统能够自动识别BHK21数字图像, 并能对在显微视窗中的BHK21细胞实现自动计数等功能。

设计了一支3 mm 波段基波回旋速调管,该回旋速调管工作在低损耗的TE01模式,包含四个谐振腔。首先使用线性理论确定工作参数的大致范围, 然后采用HFSS软件设计单个谐振腔,通过调整谐振腔尺寸和腔壁介质层参数使谐振腔的谐振频率和Q值符合设计要求, 最后使用粒子模拟程序优化设计了回旋速调管的互作用电路,研究了谐振腔参差调谐方案, Q值对回旋速调管性能的影响, 互作用电路的稳定性以及电子注参数变化对注-波互作用性能的影响。PIC粒子模拟结果表明,在电子注电压65 kV, 电流6 A, α(V⊥/V∥)1.5, 工作磁场3.6 T时,回旋速调管的3 dB带宽约为600 MHz,在93.7 GHz获得139 kW 的峰值输出功率,效率为35.6%,增益为28.4 dB。模拟中没有考虑电子注速度零散的影响。

将现代光学测试技术、计算机技术和光电子技术相结合, 研究了基于面阵CCD,成像物镜和微机的微小尺寸检测系统, 实现了二维尺寸的高精度、非接触、实时自动检测。系统结构简单, 易于操作, 对环境要求宽松。为实现二维尺寸的非接触自动检测, 需要获得被测工件的边缘轮廓参数。解决了非线性平滑、阈值确定和边缘提取等关键技术, 利用边缘轮廓跟踪的方法获取工件的边缘轮廓图像, 系统可精确地确定工件的边缘轮廓曲线。作为实例对微米级玻璃珠的球度进行了测试。该测试系统为非接触式测量, 克服了传统测试方法一些固有的缺点, 不会对工件造成永久性损伤。实验表明该系统测量范围大, 绝对精度达到3.0 μm, 重复性好。

人体组织典型参数的获取对于各类疾病的诊断和治疗有着极其重要的作用。采用高性能显微图像测量系统实现人体组织典型参数在体测量, 对系统研制过程中所涉及的基本原理, 以及图像采集系统、成像系统与图像处理软件等关键性技术问题作了阐述。该显微图像测量系统能快速、有效地完成对人体组织典型图像指标的直接测取和定量分析, 基本实现了人体组织典型参数图像观测的数字化与检测的高智能化。实验结果表明, 采用该系统在体观测人体组织典型参数, 可以实时观测人体组织显微图像, 计算并保存毛细血管网络形态学参数和微血流动力学的各项参数, 同时具有快速简单、精确度高等特点, 可作为医学研究的重要手段之一。

针对全光网的网络恢复问题, 提出了一种基于免疫进化算法的恢复路由优化算法。算法以全光网络的虚拓扑为主要研究对象, 通过对网络虚拓扑的全局优化, 完成网络受损业务恢复。算法在优化过程中引用自适应参数进行调节, 避免了传统进化算法中可能出现的早熟或局部收敛等现象。同时, 算法中还着重考虑了网络资源的利用率问题, 使网络资源利用率最大化, 尽量减少失效造成的业务阻塞。仿真计算结果表明, 该算法在MESH结构全光网络的业务恢复中体现良好的性能优越性。

在超快激光与物质相互作用的实验中, 实现单束实时的频谱干涉测量对提高测量精度很重要。基于频谱干涉原理和线性啁啾脉冲瞬时频率与时间的线性关系对啁啾脉冲频域相移直接映射为瞬态时域相移的原理进行了理论研究; 推导出这种频域-时域相移映射模式成立的限制条件。对相移直接映射过程进行了数值模拟和分析, 结果显示, 该方法可以得到具有瞬态特性的时域相移, 具有单束测量的能力; 在微扰和带宽一定的条件下, 增加探测脉冲的啁啾量, 可以减小频域-时域相移映射过程中产生的误差。

在超短超强激光装置中, 强激光与靶物质相互作用产生等离子体, 为了获知等离子体的演化规律, 需要准确控制探针光与打靶主激光的相对延时, 精度须达到几十飞秒至几皮秒。为此设计了一台延时测量仪, 该测量仪基于超短脉冲强度二阶单次互相关测量原理, 利用非线性晶体的非共线和频效应, 采用线阵CCD采集探针光与打靶光产生的和频光空间光强分布曲线, 通过测量和频光强峰值的相对移动量, 反映探针光与打靶光的相对延时, 控制延时光路达到两光束的精确延时。详细阐述了该延时测量仪的构型, 讨论了超短脉冲强度互相关测量的原理, 理论分析了两光束的相对时间差与和频光峰值相对移动量之间的关系, 通过数值模拟给出了两光束夹角对延时测量精度的影响, 可根据不同要求改变两光束夹角更换晶体, 以满足延时精度及延时范围的要求。在理论分析的基础上进行了初步的实验验证。

基于通信速率和误码率在量子保密通信研究中的重要性, 采用1.55 μm上转换单光子探测器, 分析其量子效率随抽运功率的变化关系, 得出1.55 μm上转换单光子探测器较传统的铟镓砷二极管具有较高的量子效率和较低暗计数的优势, 并根据通信距离、上转换单光子探测器的量子效率和暗计数之间建立一种平衡, 得出每种距离上探测器的优化方案; 在考虑个体攻击无量子记忆的条件下, 比较BB84协议, BBM92协议和差分相移协议的量子密钥分配(QKD)系统的安全通信速率和误码率随通信距离的变化关系, 得出了差分相移键控协议的量子密钥分配系统是一个非常实用的, 通信距离大于200 km的很有吸引力的长距离量子密钥分配系统。

授时系统中信号单程传输时延的估算直接影响到授时的精度, 环路时延测试是估算单程传输时延的方法之一。在光缆授时系统中光纤的色散特性将导致不同波长光信号在同一光链路中的传输时延存在差异, 基于G.652光纤的色散特性, 提出的时延差精确估算方法, 能够得到这种传输时延的差异。仿真显示来回链路工作波长在1.55 μm附近时, 此方法能够很好地补偿时延差, 从而精确估算信号传输时延。

针对光码分多址(OCDMA)的多用户干扰问题, 研究采用APD光电检测器的系统中存在多种噪声情况下, 基于最大值判决的光码分多址并行干扰抑制方法的多用户干扰抑制效果。阐述了其工作原理, 即在发送端对比特“0”和比特“1”分别使用一个地址码和它的移位变形进行映射, 以避免发送比特“0”时无光脉冲通过, 实现并行干扰抑制; 接收端判决电路采用最大值判决, 以避免门限判决所引起的误判, 进一步减小多用户干扰。系统采用光正交码作为地址码, 分析推导了系统的误码率表达式。根据所得的误码率表达式, 进行了数值仿真并与其他多用户干扰抑制方法进行比较。仿真结果表明, 本方法对多用户干扰的抑制作用与系统用户数和码重有关; 与引入双硬限幅器方法、多比特传输方法的多用户干扰抑制作用相比, 抑制效果要优于多比特传输的方法; 当接收功率较低时, 该方法优于引入双硬限幅器的方法, 因此可以有效的抑制多用户干扰。

低密度奇偶校验码(LDPC)不仅有逼近香农限的良好性能, 而且译码复杂度较低, 结构灵活, 是近年信道编码领域的研究热点, 在光通信系统中有广泛的应用前景。针对非规则Tanner图上构造的低密度奇偶校验长码具有良好的性能, 以及其在光通信系统中的应用, 构造了几种LDPC码, 并采用置信传播(BP)译码, 在加性高期白噪声(AWGN)信道、二相移相键空(BPSK)调制下进行了计算机仿真。根据规则LDPC码和非规则LDPC码的误码率(BER)和FER曲线, 对规则码和非规则LDPC码在编译码方面以及性能方面作了分析和比较, 进而对构造在光通信系统中具有实用价值的LDPC码提出了看法。通过理论分析与仿真结果表明LDPC 码型具有良好的性能, 可以节省硬件开销, 比较适用于光通信系统中, 可作为超强前向纠错码型的候选码。

当考虑到五阶非线性对光脉冲传输的影响时, 光纤中类明孤子的传输服从含五阶非线性修正项的非线性Schrdinger方程。利用何氏半反推法建立该类明孤子运动方程的变分形式, 然后应用何氏变分法导出该方程基态孤子解的双曲正割表达式。同时, 受何氏指数函数方法的启发, 建立了一种新的高斯表达式。一方面, 基于得到的显式表达式相关学者可进一步研究五阶非线性对光脉冲传输的影响。另一方面, 该求解过程也进一步显示了用何氏变分法求解数学物理中非线性发展方程的简洁有效性。

光通信具有设备体积小、重量轻等优点, 为了保证长距离通信的顺畅进行, 需要对发射功率进行安全系数较高的计算。分析了发射功率、光束发散角和接收灵敏度对系统通信距离与性能的限制。针对光通信中发射功率计算提出了一种安全系数更高的计算公式, 计算公式表明需要求出最小探测功率, 当通信所要求的误码率确定时, 探测器所需最小探测功率可以通过信噪比与接收器所需最小探测功率的关系计算得出, 在实际通信系统中, 探测灵敏度可以测出, 实际通信系统的透过率也可以测出, 探测器所需最小探测功率也可以通过检测得出, 通过实践验证两者结果吻合, 从而验证了发射功率计算公式的可行性。通过计算公式对安全系数最大情况下所能达到的通信距离进行了模拟验证。

对服务质量(QoS)中的队列机制进行了重点的分析, 并对先进先出(FIFO)以及具有优先级(PQ)的两种队列机制的特点进行了详细的比较。具有优先级(PQ)队列可以降低高优先级业务的平均排队时延, 但却无法保证时延抖动的要求。提出了基于具有优先级队列机制的改进方案。仿真结果表明, 新的排队机制有效得解决了具有优先级(PQ)排队机制中无法保证高优先级(视频)业务传输中的时延抖动问题, 当初始时延分布差别很大的数据包在经过节点排队调度之后, 时延抖动有了明显改善。

调研了传统光传(FBL)网络的几种拓扑结构, 就可靠性和实时性两方面对它们进行了分析和比较。选择采用一个包含256个节点的mesh光交换网络, 它具有冗余拓扑结构能承受3处链路故障, 保证了网络的可靠性。以网络中发生链路故障的数目, 及多个故障同时发生时故障的邻近程度来衡量网络故障的严重性。对所有链路故障情形进行仿真, 测试端到端的通信延迟。仿真结果表明, 采用这种网络拓扑结构的光传网络, 即使在发生较为严重的故障的情况下, 端到端通信路由的跳数增加不大, 仍能满足实时通信的要求。

一直以来, 大气湍流对空间光通信影响的研究都是在柯尔莫哥洛夫(Kolmogolov)湍流理论的框架内进行, 该模型已经被人们广泛接受和使用。然而, 近年来国内外众多非柯尔莫哥洛夫(Non-Kolmogolov)湍流的实验报道则表明Kolmogolov湍流理论有时不能完全正确地描述大气湍流的统计规律, 尤其在对流顶层和平流层。为了全面了解大气湍流对空间光通信的影响, 研究Non-Kolmogolov湍流对光波传输的影响成为了首先要面对的问题。基于Non-Kolmogolov湍流功率谱密度, 运用几何光学近似方法推导了弱起伏条件下准直光束和聚焦光束的光束漂移方差, 并给出了简洁的解析表达式; 然后, 利用这一表达式进行了仿真分析。

偏振模色散(PMD)的自适应补偿已经得到了比较深入的研究。在实验中采用偏振度作为取样反馈信号, 粒子群优化算法(PSO)作为反馈控制算法, 比较了偏振模色散自适应补偿系统对于不同码型的补偿效果。结果表明, 传输信号质量严重恶化的情况下, 补偿之后, 对于不同的传输码型, 接收信号的误码率都可以达到一般光纤通信系统的基本要求(10-9), 说明了PMD自适应补偿系统对于各种调制码型都具有良好的补偿效果, 还可以看出, NRZ码相对于其他码型有较高的功率代价, 而RZ50码型在补偿系统中的接收性能最佳。

研究制作了基于宽谱光源的光纤传感波长解调系统, 以多光纤光栅作为波长参考基准、采用可调谐光纤法布里-珀罗(F-P)滤波器作为波长扫描器件。系统中采用三次多项式拟合的方法对滤波器锯齿波的扫描电压与透射波长关系曲线进行非线性拟合, 解决可调谐光纤F-P滤波器的电压—波长非线性关系对系统测量带来的较大误差问题, 实现波长的高精度解调。采用五光纤光栅做波长参考, 单根光纤光栅传感器的解调实验结果表明：待测光纤光栅布拉格波长短期测量分辨率为3.5 pm, 长期测量稳定性为7 pm。采用该系统对光纤非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)应变传感器的测试结果表明, 测量应变灵敏度为2.41 nm/με, 并且应变和波长之间存在良好的线性关系, 线性相关度达到0.99991。

在光突发交换网络中, 将竞争突发送入光纤延迟线(FDLs)缓存以避免丢弃被认为是一种便捷、有效的竞争解决方案。基于“提前预留”模型, 提出采用延迟抢占(DP)的方式来实现突发的竞争解决, 比较了全延迟抢占与部分延迟抢占机制的阻塞性能。为支持区分服务, 开展了两优先级系统中延迟抢占机制的研究, 建立了适用于两优先级系统的阻塞分析模型, 并对不同配比条件下延迟抢占机制的阻塞及延迟性能进行了仿真分析。仿真结果表明, 延迟抢占机制有效地保证了高优先级突发的低阻塞要求, 与低优先级突发相比, 其突发阻塞率要低约2个数量级。此外, 由于FDL的长度固定, 数据突发的时延要求也得到了有效保障, 流量载荷ρ=1.0时, 高优先级突发的平均延迟仅为10 μs。

提出一种新颖的时隙环网公平机制——环分布式时隙调度(DTSR), 该机制是分布式的, 适合所有目的节点剥离业务的时隙环网。DTSR通过在单向信道上循环传输的时隙控制头(TCH)内增加一个简单的域, 实现对环上“饿死”节点信息的动态收集, 协调各个节点占用资源的时间, 确保各节点之间的公平性; 在发现环上有“饿死”节点后, DTSR利用时隙环网空间重用的特性, 调度相关节点向不经过“饿死”节点的其他节点发送数据, 充分利用了环网资源; 此外DTSR机制具有良好的算法收敛性, 且接入时延较传统算法更小。最后,对DTSR的性能进行仿真, 并和几个典型的时隙环网的公平机制进行了比较。

提出了基于最大收益的捆绑疏导算法(MRA)来解决光网络中具有多种物理约束的业务量疏导问题。MRA首先在物理拓扑上逐个放置业务, 随后捆绑细粒度业务、实现管道实例化。即考虑业务的路由情况, 将其在物理拓扑上的路由都视为单跳的细粒度管道, 然后使用基于深度优先搜索的方法来检查哪些业务能够捆绑到一起形成多跳粗粒度的潜在管道, 以节省中间节点的细粒度交换容量。再从这些粗粒度的潜在管道中, 使用最大收益的方法遴选出具有最大成本收益的无冲突集合, 并加以实例化。仿真结果显示, 在处理多个物理约束时, MRA在容量和实现成本上均优于现有的算法, 并且它能处理多达百个节点以上的大网络中的业务量疏导问题。

自由空间光通信(FSO)在开放的大气链路中传输光信号, 不可避免地会受到大气扰动和背景光噪声的影响, 导致系统的可靠性降低。为了抑制大气扰动等对FSO系统造成的不利影响, 提出一种新的光信号调制方式——圆偏振位移键控(CPOLSK)。该调制方式利用圆偏振光的两种旋光状态进行数据的传送, 接收端结合差分方法进行光信号接收。给出了CPOLSK的装置模型, 并对其性能进行了分析。与目前广泛采用的开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)方式相比, CPOLSK很好地抑制了背景光噪声的影响, 同时对光电探测器内部噪声也有一定的抑制效果。

在自动交换光网络(ASON)的控制平面内引入了通用多协议标签交换(GMPLS)协议, 使得光传送网络具备了更大的智能性。在控制平面拓扑和传送平面拓扑一致的情形下, 以GMPLS的“便道”技术为基础, 提出了一种改进型的基于标签交换路径(LSP )“双链路”恢复(DLR)的生存性机制。它对发生故障的节点两端链路同时实施迂回策略。通过对传统的链路恢复和“双链路”恢复进行细致地分析, 定量地给出了在这两种情形下, 信令恢复时间的比较方案。以美国AT&T实验室中研制的大型路由器上的数据为参数, 对上述两种不同恢复机制进行了对比分析, 进一步验证了该恢复策略提出的有效性。

空间光学系统的工作环境非常恶劣, 特别是在卫星本地时间的白天。太空中的太阳光、地气光以及各种热辐射构成了严重的背景噪声, 威胁着空间光学系统的成像质量, 甚至导致空间光学系统因无法成像而失去探测能力。挡光环的出现大大改善了背景噪声带来的不良影响, 可以直接阻挡视场外杂光, 从而影响着系统的杂光抑制能力。然而, 由于挡光环的尺寸较小, 当光线入射到挡光环的边缘时就会产生严重的衍射效应, 这种衍射效应对改善表面材料的散射特性起了反作用。因此, 怎样设计结构合理的挡光环成为了遮光罩设计中的重要环节。本文将机械设计中的聚焦组合创新方法应用到空间光学系统的挡光环优化设计中, 提出了新型结构的挡光环。通过与已有挡光环的结构形式做比较, 经计算机仿真, 验证了该新型结构挡光环的抑制杂散光的优越性, 为我国星载遥感器的挡光环设计提供一种新的方法。

菲涅耳透镜同时具有分光与会聚特性, 且体积小、重量轻和易复制, 使其在光谱检测中得到逐步应用, 但典型光谱成像仪采用菲涅耳透镜沿光轴扫描的方法来获得连续谱线, 不利于光谱仪的稳定性。考虑到气体探测需求, 选用多通道方式来获得多光谱, 提出了一种基于菲涅耳透镜阵列的新型红外气体传感器, 可实现吸收波长在3～5 μm的CO2,CO,CH4,SO2气体的实时检测。利用球面波的传输理论和瑞利判据, 推导了菲涅耳透镜光谱分辨率与透镜结构参数之间的函数关系, 并以光谱分辨率小于50nm为性能指标, 对1μm工艺的8台阶菲涅耳透镜阵列的结构参数进行了计算和误差分析。结果表明, 透镜阵列所需焦距为47.84 mm, 平均数值孔径大于0.4。

提出一种稳健的两阶段层次匹配稳像算法, 在频域结合相位相关和谱对消技术对抖动图像序列间的平移和旋转矢量获得亚像素估计精度。算法第一阶段首先在对数极坐标表示下, 利用相位相关法得到图像帧间的旋转角度和整数像素平移参数; 算法第二阶段运用谱对消技术确定亚像素平移参数。在建立参数运动模型的基础上,通过自适应均值滤波确定各帧修正矢量。实验结果表明, 该方法具有亚像素级的稳像精度。

瓣状光纤(SCF)由高折射率均匀芯层和高低折射率区域交替的皮层组成, 可有效地实现大纤芯单模运行。提出了采用复合纺丝法一步制备瓣状光纤。采用聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)成功地制备截面符合设计要求的聚合物瓣状光纤。所制光纤的纤芯直径为40 μm。并用白光作为光源, 考察了所制光纤在500～1000 nm波段范围的出射光谱。从出射光谱可以看出, 所制光纤在730～830 nm波段范围内透射率比较高。通过截断法对所得光纤在500～1000 nm波段范围的传输损耗进行测试, 结果表明所制光纤的传输损耗比较大, 最大为30 dB/m。采用532 nm绿色激光作为光源, 通过CCD采集60 cm所得光纤的光斑。

提出一种基于数字信号处理器(DSP)的嵌入式三维数字成像系统设计方案。该方案的硬件平台由条纹投影模块、数据采集模块、条纹自动分析模块及储存器等其他辅助电路组成。条纹投影模块将DSP输出的正弦光栅条纹, 经视频编码后用DLP投射到物体表面; 数据采集模块通过CCD相机采集被物体表面三维信息调制后的变形条纹图, 并进行视频解码; 条纹自动分析模块中利用相移算法计算折叠相位, 再结合相位展开算法求绝对相位分布。系统软件采用多线程技术并行控制三个模块。在相位解调过程中以软件流水线为主综合运用了循环展开、数据预取和内联函数等多种方法优化解调程序。实验结果表明, 该系统可以高速、准确地实现三维轮廓测量,优化后相位展开程序速度是优化前的7倍。

提出了一种将原子力显微(AFM)探头与位置敏感探测器测距探头相结合的双探头三维表面轮廓测量新方法, 可在获取样品表面轮廓的同时, 测定样品局部形貌。搭建了双探头三维表面轮廓测量系统, 阐述了系统的工作原理, 并对其结构组成包括双探头、步进扫描台和计算机控制平台进行了说明。用2000 line/mm的光栅进行了扫描实验, 对系统的测量范围进行了标定。以外径8 mm、内径4 mm的金属垫圈为样品, 进行了整体三维表面轮廓与局部表面形貌测量实验, 给出了垫圈表面图和局部三维形貌图。结果表明, 该系统能满足不同尺寸和材质的样品的测量要求, 即可实现对样品轮廓的大范围扫描测量, 又可对样品局部进行高精度形貌测量。

结合光分组交换(OPS)网络和光纤通道(FC)技术的优势, 提出一种下一代航电系统组网方案——基于光分组交换网络的光纤通道技术(FC over OPS)。建立了数学仿真模型, 研究了一种数据块填装算法与网络实时性之间的关系, 分析不同的参数如发送带宽、最低效率门限、发送定时的选取对网络实时性的影响。进一步完成硬件原型设计和仿真, 比较了软件仿真与硬件仿真的结果, 并分析该数据块填装算法的性能。

针对薄云覆盖的灰度遥感图像其清晰度低、难于判读地物信息等问题, 提出了小波分析方法用于灰度遥感图像去云。以256 pixel×256 pixel的灰度遥感图像为例, 进行1～8级分解, 重构时对细节系数放大1～10倍, 先选定小波函数确定图像信息熵取得最高时的分解级数为7和相应细节系数的放大倍数, 再确定双正交2.2型小波和离散近似Mery小波, 以0.1为步长的细节放大倍数作进一步分析。结果表明, 分解的级数较低时, 图像信息熵对细节系数放大倍数的依赖性很强; 放大倍数为1.1时得到的图像其信息熵取得极大值; 采用离散近似Mery小波, 当放大倍数为4.8和5.7时还出现2个峰值。

比较介绍了相机用传统CCD和超级CCD SR的原理, 该超级CCD SR由面积较大、感光度高的“S像素”和为拓宽动态范围而特设的小面积“R像素”组成。实验以基于超级CCD SR的富士F100fd为信号采集器件, 对圆孔的夫琅禾费衍射图像进行采集, 最终的图像能够保证暗处正常表现的情况下噪声控制理想, 同时高亮度的部分没有溢出。实验数据表明, 与普通CCD相比动态范围可拓宽到约4倍, 验证了器件设计的合理性和有效性。

为求出自适应光学系统的最优校正电压, 提出了一种基于改进奇异值分解的闭环迭代控制算法。该算法可通过调节控制参量g1,g2和w,优化模式的收敛速度, 使控制信号快速收敛到一个可靠的局部最优解。搭建基于微机械薄膜变形镜(MMDM)的自适应光学系统, 测量光学影响函数并验证单个电极电压和镜面变形之间的准平方线性关系, 以及各个驱动器电极响应之间的线性叠加性。分别采用模拟眼和人眼出射波前作为原始波前进行实验。实验结果表明, 改进算法能快速有效地对静态或动态畸变波前进行校正, 为基于MMDM的自适应光学系统提供了算法支持。

采用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)对CO气体的浓度进行测量,应用整体二次谐波最小二乘法对测量信号的实验数据进行反演处理。基于可调谐二极管激光吸收光谱技术, 对CO在线监测仪测量结果的不确定度来源进行了分析, 采用直接评定法对各种因素引起的不确定度分量、标准不确定度和合成不确定度进行了评定。实验结果表明, 仪器示值引入的不确定度、标准气体浓度定值的不确定度以及环境温度变化和电源电压波动引入的不确定度是影响测量不确定度的主要因素。

初步利用美国生产的Pyrocam Ⅲ热像仪和SIFIR-50激光器构建了太赫兹(THz)面阵成像系统, 对20元人民币水印进行了2.52 THz激光成像实验, 探索了面阵成像机制和图像增强方法。针对5幅图像叠加后的太赫兹面阵图像, 研究了对比拉伸变换、直方图均衡化和中值滤波等图像增强方法的效果。实验结果表明, 利用此成像系统和后续的图像处理, 能够获得与成像物体较相似的图像; 对于比较暗的图像, 不能单靠对比拉伸变换。采用直方图均衡化方法效果较好, 在直方图均衡化后再运用中值滤波, 图像增强效果会更好。

为使现代电子侦察技术能适应信号密集、宽频谱、大动态的电磁环境, 提出了一种基于声光偏转器实现相关光信号处理的方法, 分析了射频信号频率变化与布拉格衍射角的关系, 讨论了声光偏转效应对信号频率的空间滤波特性; 在理论分析的基础上, 构建了在可见光范围内实现声光偏转的相干光信号探测的实验系统, 并通过计算机仿真对比, 验证了这种方法的可行性。实验表明, 采用波长为630 nm的单频激光, 带宽为200 MHz的声光偏转器, 其频率分辨率优于1 MHz, 频率信号的空间分离效果明显, 接收灵敏度和信噪比得到改善。

随着大于40 Gb/s高速光通信系统的出现, 为了保证光信号传输质量, 需要对光信号进行监测。对于带宽超过传统光电探测器和示波器可测量带宽的高比特率数据光信号, 光采样技术是进行时域测量的重要手段。采用固定频差的方法可以用百兆速率的采样脉冲对高速光信号进行采样, 降低了对采样后电数据处理系统带宽的要求。在对基于周期极化铌酸锂(PPLN)波导中和频效应的采样过程进行建模仿真的基础上, 实现了对Optsim获得的光传输线内10 Gb/s的非归零码(NRZ)和归零码(RZ)信号的采样。采用软件同步算法对采样数据进行处理, 获得信号的眼图, 这一方法可使采样系统对硬件的要求降到最低。与理想与门获得的采样结果进行比较, 对PPLN波导的光采样特性和采样质量进行了分析。

在光子相关光谱(PCS)颗粒测量技术中非线性累积反演方法是一种重要的算法。采用无约束非线性优化算法对反演过程中相关曲线的拟合问题进行了分析和研究, 实现了从任意初始值开始获取最优非线性拟合解, 并给出了算法的实现步骤。采用此方法对50 nm, 100 nm, 200 nm和500 nm的标准聚苯乙烯乳胶颗粒的实测光强自相关函数数据进行了拟合, 并反演了颗粒粒径, 与其他曲线拟合算法相比, 本算法不但对初始值的依赖性小, 而且得到的颗粒粒径更接近乳胶颗粒的标称直径, 测量误差更小。

三角测量法是一种位移测量方法, 其测量精度不但受到传感器本身因素如光源、探测器、机械结构特性等因素的影响, 还受到被测表面特性如色泽、材料、粗糙度、倾斜度以及外界环境的影响。国内外的一些学者提出了许多提高传感器测量精度的方法, 但这些研究都是针对某一特性表面进行的, 没有涉及到对不同表面的测量时存在的问题。利用随机行走理论对物体表面的散射场进行了分析, 给出了不同粗糙度表面下弱散射光强与散射角及入射角的关系。由于设计制造的传感器量程范围内接收散射光的角度在15°至25°内变化, 因此取20°作为散射角角度, 理论计算模拟的三种不同粗糙面散射光强变化最大能达到300%左右。该结果对于优化激光三角传感器的设计和提高测量精度有一定的意义。

现有干涉合成孔径雷达(InSAR)数据处理方法需要单视复图像对包含的所有四幅子图信息, 且生成的干涉相位图去相关噪声非常严重。提出了基于三幅子图的InSAR数据处理方法：等值线相关干涉法, 包括图像对配准和干涉相位图生成。首先介绍了条纹方向图和条纹等值线窗口求取的方法, 并对算法进行了改进, 然后采用相关的方法详细推导了在等值线窗口内InSAR图像的配准和干涉相位图生成的公式。模拟和实测数据表明, 等值线相关干涉法(CCI方法)仅需用InSAR复数图像对的4个实虚部子图中任意3个能得到基本无斑点噪声、无模糊效应的干涉相位图, 并且减少了数据的传输和处理量, 是一种InSAR数据处理的全新方法。

根据超分辨成像理论, 提出了一种基于光束扫描的超分辨数字全息记录与再现技术。用菲涅耳衍射理论证明了该技术可有效增大CCD探测器的等效尺寸和系统截止频率, 从而提高数字全息成像分辨率。计算机仿真验证了该方法的正确性与可行性。对光束扫描全息记录系统进行了详细描述, 对该数字全息术的再现方法进行了具体说明。对比合成孔径数字全息术, 该技术在全息记录中无需反复移动CCD探测器, 也不必反复调整参考光以避免出现欠采样。

激光雷达的弱小目标检测是激光雷达的关键技术, 其主要研究难点之一是在低信噪比下, 可用于区分目标与背景噪声的特征少。研究的对象是激光雷达的远距离目标回波, 主要指空中飞机目标。根据试验得到的数据, 发现目标点在背景中往往是一些孤立的点, 与背景的相关性较小。而背景中的任一点与前后背景点相关性较强, 可以用周围的点进行线形或非线性表示。为解决低信噪比下激光雷达的目标检测问题, 提出了基于背景特征参数的目标检测算法。运用高阶统计量作为背景特征值对杂波数据进行处理。在一个小区域内, 背景的高阶统计量不会有很大的起伏, 而目标在它所在的区域内具有相对突出的变化。信噪比得以提高, 然后通过恒虚警检测和多帧相关检测, 获取真正的目标。试验结果表明该方法非常有效, 实时性强, 具有较高的实用价值。

提出一种基于相息图和小波变换的数字水印方案。利用迭代相位恢复算法将水印图像编码为相息图, 然后将经权重因子调制后的相息图嵌入到宿主图像的三层小波低频系数中, 完成整个水印嵌入过程。在水印提取阶段, 对宿主图像和含水印图像进行三层小波分解, 将得到的低频系数对应相减提取出水印相息图, 然后对此相息图进行傅里叶变换操作, 取其振幅即可提取原始嵌入的水印图像。针对不同权重因子的水印系统, 详细分析和讨论了所提出水印方案的隐蔽性和稳健性。计算机仿真结果验证了该数字水印方案的可行性。

采用发射光谱方法对大气压氩气介质阻挡放电(DBD)系统中的电子密度进行了诊断。通过考虑放电等离子体中的各种加宽机制, 采用自编的非对称卷积程序对氩原子发射谱线的线型进行分析拟合, 再通过反卷积的方法将各种加宽机制分离开来, 最终将Stark展宽分离出来进行大气压氩气介质阻挡放电电子密度的计算。诊断结果表明, 在大气压氩气介质阻挡放电中当有三个放电丝存在, 电子温度为10000 K时, 电子密度约为4.06×1021 m-3, 诊断结果和模拟结果符合得很好。此方法不仅可以应用在大气压介质阻挡放电中, 还可以用于其他含有非氢气体的大气压等离子体电子密度的测量。

CCD图像传感器是目前科学成像领域主流的固体成像器件。一般而言, 当成像系统中使用CCD器件时, 首先需要测量它的一些性能指标, 这是判断该CCD器件是否满足整个系统性能要求的重要依据。对CCD成像器件性能的测试方法进行了探讨, 涉及的参数包括增益、噪声、电荷转移效率、线性和满阱电荷等。研究重点是如何应用扩展像素边界反应方法及同位素X射线方法检测CCD的电荷转移效率, 以及利用X射线方法测量器件的增益。最后以理论研究为基础, 发展并提出了一套切实可行的CCD器件检测方法, 同时基于E2V公司4K×4K芯片CCD203_82进行了性能测试实验, 实验结果也验证了本文提出的测试方法的可行性和可靠性。

利用级数收敛理论, 推导出了基于Volterra级数理论的非线性薛定谔方程(NLSE)半解析解的收敛性质的表达式, 得到了保证级数收敛所允许的光脉冲最大输入功率、传输距离和所用Volterra级数模型的阶数以及与光纤参数之间的关系。利用数值计算得到了在给定光纤参数的情况下, 使用不同阶数的Volterra级数时为保证级数收敛所允许的光脉冲最大输入功率和传输距离的关系曲线, 结果表明, 使用不同阶数的Volterra级数来描述光脉冲传输时, 与阶数相对应的为保证级数收敛所允许的光脉冲最大输入功率也不同, 同时脉冲的宽度和光纤的色散都对为保证级数收敛所允许的光脉冲最大输入功率有影响。

采用延迟器与旋光器的串联模型, 研究磁场中双折射光纤的偏振传输特性, 将它们的琼斯矩阵按照两种不同的顺序级联相乘, 导出了两种等效模型中等效相位延迟量、等效快轴方向和等效旋光角的解析表达式。研究发现, 当光纤同时具有线双折射和圆双折射时, 单位长度的等效相位延迟量并不等于其固有的线双折射, 等效旋光角也不等于其法拉第旋转角, 它们同时都与光纤的固有线双折射和磁场引起的圆双折射相关联。且在不同级联顺序的两种等效模型中, 等效相位延迟器的快轴方向都不与光纤的双折射主轴重合, 而是分别向两个相反的方向偏移一定的角度, 偏移角为等效旋光角的一半。

将福卫三号星系计划(COSMIC)气象、电离层及气候卫星探测系统、大气红外探测器(AIRS)反演的大气温度和湿度廓线与时间、空间匹配的欧洲中心中期天气预报(ECMWF)、美国环境预报中心(NCEP)分析值和无线电探空观测值进行比较, 结果表明, COSMIC具有垂直分辨率高、全天候的观测特点, 反演的大气温度和湿度廓线相对于AIRS而言与无线电探空观测值更接近, 能提供大气廓线的更精细结构, 但受掩星事件发生时所能探测最低高度的限制, 不能得到该高度以下的大气信息。AIRS在晴空时大气温湿廓线反演精度较高, 但受云天的限制, 在云层以下, 反演精度就大大降低。

给出了一种基于均方误差估计的非本征光纤法布里-珀罗(EFPI)传感器的腔长解调算法。在参量估计方面, 均方误差将估计子的方差和偏差结合在一起, 具有更高的估计精度和准确度。如果给出某一个真值的一系列估计子, 则具有最小均方误差的估计子比其他估计子更为有效。在非本征光纤法-珀传感器的腔长解调方面, 则实际腔长对应于腔长均方误差估计取最小值时的腔长估计子。对一个非本征光纤法-珀压力传感器的测试结果表明, 腔长解调分辨率为0.18 nm, 对应的压力分辨率可达2.99 kPa。与传统的解调算法相比, 通过该算法可在较宽的动态范围内获得高的解调分辨率, 并实现绝对腔长的解调。

良好的线性度能提高有效测量区域的精度。为提高半导体吸收型光纤温度计的测量精度和范围, 根据光源发射谱应能覆盖半导体的吸收边原理, 利用在常温下发射波长为850nm的光源, 着重讨论了半导体吸收谱线和光源辐射光谱的相互关系对温度测量线性度的影响。通过对GaAs材料的吸收谱随光子能量变化规律的理论分析, 以及光源输出光强随温度变化的实验数据的分析, 将温度线性测量范围从20 ℃～80 ℃拓宽至10 ℃～90 ℃; 从光源的发射光谱特性和选用半导体材料的吸收谱线两个方面着手, 得出提高光源输出功率可相应拓宽温度的线性测量范围的结论, 为半导体吸收型光纤温度传感器的高精度测量提供参考。

非制冷红外焦平面阵列(UFPA)不可避免地存在无效像元, 这对UFPA的成像效果造成了极坏的影响。为解决这一问题, 在分析并总结各种非制冷红外焦平面无效像元识别算法优缺点的基础上, 提出一种新的无效像元识别与实时补偿方法。根据像元响应特性, 采用循环迭代法以搜索最优的无效像元判别阈值, 并据此标识出无效像元的位置。在硬件实现阶段, 对于M×N的UFPA器件, 在任意采样时刻, 利用移位寄存器保存当前采样点之前的M个响应值, 使其输出可实时更新为与采样点同列的上一个数据; 同时, 利用一般的寄存器实时保存与采样点同行的前一个数据, 采用同帧行列间内插法实现无效像元的实时补偿。该算法有效地解决了无效像元识别阈值选取困难及不易实时补偿的问题。针对320×240的UFPA器件, 该算法在基于FPGA的红外图像处理系统上得以实时实现, 成功地消除了无效像元对UFPA成像效果的影响。

自动聚焦是显微数字全息数值再现中的一项关键技术。基于菲涅耳变换重建算法, 采用实验验证的方法, 对显微数字全息成像中六种典型聚焦评价函数的性能进行了对比研究。提出了利用再现像部分区域进行调焦判断的方法。结果表明, 这些函数都具有较好的单峰性、一致的调焦范围和准确性, 但与梯度运算相关的调焦函数运算时间太长; 傅里叶频谱函数调焦速度最快, 是首选的聚焦评价函数。选取再现像部分区域作为调焦计算区域, 可大大缩短调焦时间。对于低信噪比全息图, 利用维纳自适应滤波进行预处理及对再现像进行后处理, 有利于提高自动调焦的准确性及再现像的质量。

基于随机并行梯度下降(SPGD)方法的自适应光学(AO)系统通过直接优化系统的性能评价函数来控制波前校正器以补偿光束中存在的波前畸变。为了提高这种无模型优化自适应光学系统的收敛速度, 提出了基于分区域耦合的新方法以改进传统随机并行梯度下降自适应光学系统的工作方式。将波前校正器光学孔径分成多块子区域, 每块子区域对应着的所有驱动器作为一个整体控制单元, 从形式上可以得到一个空间分辨率较低的分区域波前校正器。该校正器与原校正器同步工作, 并采用随机并行梯度下降算法对同一个性能评价函数进行优化, 从而构成了双校正器的耦合工作结构。对256单元分立活塞式波前校正器建立了自适应成像系统的数值模型, 结果表明这种分区域耦合的随机并行梯度下降自适应光学系统比传统随机并行梯度下降自适应光学系统具有更快的收敛速度和更好的渐近态。

根据比尔-朗伯定律, 设计了一种用于检测瓦斯气体浓度的新型光纤瓦斯传感系统。该系统利用光纤布拉格光栅优良的窄带滤波特性来产生差分吸收测量所需的窄谱光信号, 具有光路全光纤化、结构简单的特点。采用非球面光纤准直器构成光纤瓦斯传感探头, 提高了探头的光学稳定性, 进一步提高了测量灵敏度和测量稳定性。实验数据及结果表明, 系统具有良好的稳定性, 其测量灵敏度可达0.01%的体积分数, 测量范围大于5%的体积分数。

为了解决特殊环境下的瞬态高温测量, 设计了一种基于黑体辐射的光纤高温传感器及动态测试系统。根据辐射测温的基本原理, 结合光纤传感技术, 采用了“接触-非接触”测量方法和光纤光栅窄带滤波技术, 提高了测量精度, 减小了背景光的影响。由于瞬态温度随时间变化快, 动态误差大, 探索了一种利用大功率高频CO2激光器作为激励源, 用激光脉冲加热被校传感器。用测得的温度信号对被校传感器进行可溯源高温动态校准的新方案。实验结果表明, 系统测温范围为800～2000 ℃, 并具有精度高, 响应快, 抗电磁干扰, 性能稳定的特点, 解决了热电偶响应速度慢, 寿命短的缺陷, 为冶金、石油、化工、**研制等领域的瞬态高温测量提供了一种新的测试手段。

在超短脉冲的谐波转换过程中, 由于不同波包之间的群速度失配的存在, 非线性晶体的有效厚度、转换效率及带宽等将相互制约, 不能获得理想结果。基于耦合波方程, 在平面波和小信号近似条件下推导出了关于基频、倍频光群速度关系的解析表达式。通过对200 fs超短脉冲在II类KDP晶体中的混频过程的模拟分析, 发现在满足相位匹配的前提下, 三次谐波转换效率随着基频、倍频光群速度倒数的差值的平方呈现出指数衰减的关系, 与理论结果吻合。得出的关于基频光、倍频光群速度的表达式, 作为三倍频群速度匹配关系式的必要补充, 对寻找合适的色散晶体和选择有效的匹配措施, 实现宽带三次谐波转换具有理论指导意义。

理论上分析了静动结合的化学腐蚀法制备探针的具体机理及过程。在静态腐蚀的过程中, 利用流体力学Young-Laplace方程的一级近似解获得了光纤插入到HF酸中形成的新月形高度。在动态腐蚀过程中, 详细分析了当静态腐蚀时间和动态腐蚀时间分别取不同值时, 光纤移动速度对光纤探针结构的影响。利用此法可制备出尖端锐利、大锥角或多锥体等各种结构的光纤探针。这为实验上制备出性能优良的探针, 为拓宽扫描近场光学显微镜的应用范围奠定基础。将上述理论分析的结果与本文实验中所得初步结果进行了比较, 所得结果一致。

采用SG-12SA作为镀膜设备, 研究了当金膜厚度相同的情况下, 光纤表面等离子体波传感器在有粘结层和无粘结层时的光谱特性; 当粘结层厚度相同时, 光纤表面等离子体波传感器对应不同金膜厚度的光谱特性。结果表明：对镀有同样金膜厚度的光纤表面等离子体波传感器, 纤芯与金膜之间有粘结层相对于无粘结层, 共振波长出现红移, 且共振深度减小; 对镀有同样粘结层厚度的光纤表面等离子体波传感器, 随着金膜厚度的增加, 共振波长亦逐渐发生红移。这些研究成果为以后研制性能优良的光纤传感器提供了参考, 同时为在直径为微米级的三维圆柱面上镀膜提供一定的指导意义。

介绍了利用KrF准分子脉冲激光对氢化非晶碳化硅(a-SiC∶H)薄膜进行激光退火以实现薄膜的结晶化。利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)在单晶Si(100)衬底上制备a-SiC∶H薄膜, 再用不同能量密度的激光对薄膜样品进行退火。分析表明, 选用合适能量密度的激光退火能够实现a-SiC∶H薄膜的结晶化, 且结晶颗粒大小随着入射激光能量密度的增加而增大; 显微图表明当入射能量密度超过200 mJ/cm2时, 薄膜表面出现由热弹性波引起的表面波纹现象, a-SiC∶H薄膜结晶过程为液相结晶; 傅里叶红外谱(FTIR)表明随着入射能量密度增加, 薄膜中氢含量降低, Si-C峰增强并且峰位出现蓝移, 薄膜的结晶度提高。

针对光纤传输和干涉成像阵列中的相位误差, 提出了一种基于特殊光子晶体的全息相位校正方法。首先分析了光纤干涉阵列成像的基本原理和相位信息的传输过程, 以一维线性阵列建立成像系统相位误差模型, 通过对参考光束和探测器前的快门交替打开和闭合, 来分别实现在晶体上写入由光纤阵列的出射光束与参考光束干涉形成的含有相位误差的光栅函数, 和光纤中出射光束被该光栅衍射和相位偏移以消除相位误差, 从理论上分析了上述基于光子晶体的全息法相位校正原理。最后采用所建立的含有相位误差的干涉阵列进行成像仿真, 对未加校正、采用本文方法和采用冗余基线校正的结果进行了对比分析。

立体匹配通过寻找同一空间景物在不同视点下投影图像的像素间的一一对应关系, 最终得到该景物的视差图。在对匹配算法作了深入研究的基础上, 提出了一种利用图像分割的基于图割的立体匹配算法。算法把参考图分割成多个区域, 然后用平面公式在一个分割中建立视差。视差模板是从初始视差分割中提取的。每一个分割被分配到精确的视差模板。构建全局能量函数,能量函数的鲁棒最小化是由基于图割的最优化获得的。算法对低纹理区域和接近视差边界区域有很好的匹配效果, 同时, 又解决了传统的基于全局算法中计算量过大, 实时性不好的问题。实验表明, 本算法能满足高精度、高实时性要求。

在光电子学中扫描仪的色彩管理是彩色图像复制的关键技术之一。在分析扫描物呈色原理和误差产生原因的基础上, 提出了一种计算机扫描输入图像色彩管理新模型。重新解释了Yule-Nielson方程的参数含意, 使原本只适用于印刷网点图像的Yule-Nielson方程也适用于非印刷网点图像。采用了基于最小二乘法的分段曲线拟合, 以克服在数据点分段时算法过分依赖主观经验的不足。结合Yule-Nielson方程和拟合曲线算法, 分单色、双色和三色逐步导出输入图像的色彩修正方程。给出的实验结果表明, 模型提高了输入图像的色彩转换精度, 能够在工程中应用于输入图像的色彩转换。

为了对制导**实现有效的干扰, 必须进行码型的识别及预测。针对现有可查的激光制导**, 通过对其编码技术的分析, 深入讨论了激光脉冲信号的分选技术和码型识别技术, 结合雷达信号的重频分选算法(PRI算法), 提出了一种新的制导脉冲分选识别算法, 该算法融合了脉冲的分选及编码的识别流程, 并通过Matlab进行了仿真验证, 达到了预期解码识别的目的。基于FPGA, 在硬件上对该干扰流程进行了实现, 提供了简单的可行性方案。

光纤中的传输效应(如色散、偏振模色散(PMD)和非线性效应等)会严重影响传输速率和传输距离的进一步提高。因而有必要研究性能更好的新超强前向纠错(Super-FEC) 码型,使其在光通信系统中获得更高的编码增益和更好的纠错性能。简单介绍了低密度奇偶校验(LDPC)码, 然后提出光通信系统中一种基于LDPC码的超强前向纠错(Super-FEC)码型,构造了冗余度为6.68%的新颖LDPC(3969,3720)码, 并给出超强FEC码型的仿真结果。通过与RS(255,239)及BCH(3860,3824)+BCH(2040,1930)进行对比分析, 还分析与探讨了新LDPC码型的编译码电路的设计实现问题。通过理论分析与仿真结果表明这种超强 FEC 码型具有良好的性能, 可以节省硬件开销, 比较适用于光通信系统中, 可作为超强 FEC 码型的候选码。

在研究单次散射模型的基础上, 针对单次散射模型不能对天气变化对紫外光信号造成的影响做出模拟的不足, 结合大气散射理论构建了紫外光传输的二次散射模型。研究了瑞利散射和米氏(Mie)散射在四种典型天气条件下的散射相函数, 仿真得出了紫外光被大气中的粒子散射后的能量分布情况, 将其引入二次散射模型, 并确定了各种天气条件下的散射粒子浓度后对紫外光通信系统做出性能仿真。计算结果表明, 二次散射模型可以仿真不同的天气条件下的紫外光通信系统的性能, 从仿真结果上验证了非直视通信的可实现性。并得出, 在雨、雾天气下, 紫外光信号衰减剧烈, 接收仰角不可过大; 在天气晴好时, 能更好的实现紫外光非直视通信, 接收仰角可达到180°。长距离通信时, 天气状况变化对通信性能影响更大。

采用矩阵形式描述光子的偏振态和大气散射理论, 分析了“BB84协议”中四个不同偏振光子经单次散射后光子的偏振度与前向散射角的关系。发现单次散射不改变偏振光子的总偏振度, 但改变偏振光子的线偏振度与圆偏振度, 尤其对垂直偏振光子的线偏振度与圆偏振度改变明显; 当前向散射角小于0.25 rad时, 四个不同偏振光子的线偏振度基本保持不变, 量子信息仍然保持; 同时分析了大气散射对不同波长的垂直偏振光子线偏振度的影响, 发现长波光子偏振度保持度高。

提出一种基于格雷码-相移的组合光编码技术, 以格雷码技术自身的误差不累加性优点保证了光编解码的稳健性, 针对格雷码对视场解析的有限性缺陷, 提出将格雷码部分作为编码的整数部分, 综合使用相移编码作为小数部分, 实现了视场空间的无级细分, 提高了编码的分辨率, 对编码技术中常见的两种错误, 使用提出的编码校正算法有效的减少了编码错误及重建误差的产生。试验结果表明这种光信号编码方法在三维测量中的有很高的稳健性。

放大自发辐射(ASE)光源是非高斯型光谱光源, 干涉时不可避免地产生旁瓣信号, 特别在测量大小与分辨率相差不大的细胞分子时影响尤为明显。利用小波变换去噪功能, 采用Daubechies 10小波对干涉信号进行3层分解, 各层频率信号分别采用不同阈值进行去噪, 不仅可大大减少旁瓣影响, 还能保留大部分主瓣信号, 结果表明该方法有利于提取有用信息。通过对颗粒样品的测量表明, 测量样品厚度大约为30 μm, 证明了该系统具有分辨率高的优点。

根据图像的几何结构特性,从人类视觉系统特性出发,建立了Gabor感知多成份字典,进而模拟人类视觉通路的层次处理机制,构建了稀疏编码网络,能够有效去除图像中的高阶冗余,形成更为稀疏的表示。对稀疏表示系数重组后进行比特平面量化,实现了低比特率的可伸缩编码。实验结果表明,在低比特率下,本文算法压缩后重构图像的感知质量要明显优于JPEG2000,峰值信噪比也与其相当,并且对于图像中的边缘和纹理等细节保持效果更佳。

根据广义的惠更斯-菲涅耳原理, 研究了涡旋光束在湍流大气中的传输特性。研究结果表明, 涡旋光束在湍流大气中传输时, 截面光强会从空心分布转化为高斯分布。光束所带的拓扑电荷数以及大气湍流均会影响光强分布的变化。研究结果还表明, 涡旋光束能够抑制大气湍流对光束扩展的影响, 这一现象得到了实验上的证实。通过杨氏双缝干涉的方法, 还研究了涡旋光束经过湍流大气传输后的拓扑电荷数。研究发现, 涡旋光束经过湍流大气后, 拓扑电荷数将发生波动。

在傍轴近似条件下, 可以利用光强传播方程(ITE)对畸变波前进行相位恢复。对于衍射受限的光学系统, 很难获得相位的边界径向斜率值作为边界条件, 此外, 要获得精确的圆域边界采样值也并非易事。为了克服上述困难, 进一步研究了相位恢复改进方法, 即改变了方程的表示形式、计算区域和边界条件, 并用多重网格法进行求解获得重构相位, 最后再将其修正。为了验证算法的精确性, 搭建了实验系统对算法进行实验验证, 将由CCD探测的光强分布进行计算得到的相位分布与相位恢复算法(PR算法)的结果进行比较, 证明在光强分布非均匀的情况下, 该方法恢复的相位均方根误差能够达到017 λ, 可以适用于波前传感精度要求不是很高的相位恢复。

为了获取超细颗粒动态散射光模拟信号, 在分析超细颗粒动态散射光信号特性的基础上, 通过建立动态光散射随机过程的自回归(AR)模型, 利用Levison-Durbin递推算法确定模型参数, 并给出了单峰、双峰分布颗粒信号模拟的模型阶数确定方法, 从而提出了一种基于AR模型的态光散射信号模拟方法。分别对50 nm, 300 nm, 1000 nm, 50 nm与1000 nm, 100 nm与500 nm, 300 nm与1000 nm的单峰、双峰分布颗粒在模型阶数分别为1, 1, 1, 57, 28, 40时进行了模拟, 得到的模拟信号的光强自相关函数与理论值吻合, 用累积法对单峰分布颗粒反演和双指数法对双峰分布颗粒反演, 相对误差分别小于0.58%和3.7%, 因此, 单峰分布颗粒信号模拟需一阶模型, 双峰分布颗粒信号模拟粒径不同所需阶数不同。

全息光盘存储(HDS)技术作为一种非常具有潜力的新型信息存储技术, 是下一代光盘发展的目标。在全息光盘存储系统中, 为了实现数据精确快速地写入和读出, 降低误码率, 需要在整个高分辨率页面上实现空间光调制器(SLM)与光电阵列耦合器(CCD)之间1∶1像素匹配。在体全息存储理论和光学设计理论基础上, 研究实现SLM和CCD像素1∶1匹配的方法, 提出了实现像素匹配的要求和条件, 并且按照此要求完成该全息光盘存储器的光学系统。实验中, 分别使用随机数据掩膜版和SLM实现了对CCD的512×512精确像素匹配, 在光学系统中引入存储介质条件下, 图像质量良好, 掩膜版和SLM原始误码率分别为2.5×10-4和1.5×10-4。

大气信道中的大气湍流是影响无线激光通信系统性能的主要因素之一, 其引起的强度闪烁效应会对接收信号的提取和还原造成很大干扰。基于Gamma-Gamma概率分布的大气湍流信道统计模型, 研究了利用副载波相移键控(PSK)强度调制技术的大气光通信系统的误码特性; 推导了副载波二进制相移键控(BPSK)及开关键控(OOK)两种调制模式下的系统误码率表达式; 对在一定条件下的大气光通信系统, 比较了副载波BPSK和OOK两种调制模式的误码特性; 分析了链路特征、接收口径尺寸、通信波长和天顶角等因素对系统误码率的影响。结果表明, 增大接收孔径和通信波长都能有效地降低系统误码率, 而天顶角的增大则会使系统误码率增加, 副载波BPSK调制模式的误码特性要优于OOK调制模式的误码特性。