光学相位式测量法的成功与否与光学条纹图的相位重建密切相关。相位重建就是把从条纹图中获取的相位值恢复成连续的相位值。在相位重建算法中有一个共同的研究方向就是构造一个优秀的相位数据评价机制——质量图, 以达到相位重建算法的最优化。通过对两个测量实验条纹图进行研究, 发现调制度对数(以常数e为底)幅值的梯度偏差可以作为质量评价依据, 其所反映的测量数据可靠性可与经典的相位导数偏差质量图相当, 一般情况下可以以它作为相位重建算法的导向或权值; 进一步提出了一种复合质量图-调制度对数幅值-相位导数偏差质量图, 把调制度对数幅值的梯度偏差与相位导数偏差相结合, 并对结合的参数进行了优化。这种质量图能够标识相位导数偏差质量图所不能标识的细节缺陷, 并对坏点的标识轮廓更为清晰, 其可靠度优于调制度对数幅值的梯度偏差和相位导数偏差图, 在相位重建算法的应用方面, 其结果连续性优于调制度对数幅值的梯度偏差质量图。

对太赫兹时域光谱成像在时域和频域两种模式下不同处理方法进行了研究。太赫兹波时域光谱成像技术与一般的强度成像不同, 它具有信息量大、同时含有振幅和位相信息等显著特点。根据不同需求, 可以选取不同的物理量来展示不同的成像特征, 以便提供更多、更精确的样品信息。每一个像素点对应一个时域波形, 可以从时域信号或它的傅里叶变换谱中选择任意数据点的振幅或位相进行成像, 从而重构样品的空间密度分布、折射率和厚度分布。在频域模式下以不同频率点的振幅、吸收率、折射率、功率作为参数进行成像, 进行了太赫兹波多光谱成像技术的初步研究。这些研究结果对提高太赫兹成像的分辨率和太赫兹图像识别有着重要的意义。

超声脉冲相位热成像技术是利用超声能量激励被检测材料, 如果材料中有表面或是亚表面的缺陷(裂纹或分层), 超声能量就会引起缺陷处摩擦生热或是产生热弹效应, 从而实现对缺陷部位选择性热激励。同时采用现代红外成像技术, 通过热像仪在计算机控制下进行时序热波信号探测和数据采集, 并将采集到的原始热图序列做傅里叶变换处理得到相位热图序列, 从而可定量获取材料内部缺陷的振幅及相位信息。利用这种技术对两个不同焊接能量的不锈钢激光焊缝试件以及某型号电锯锯齿轮试件进行检测, 并以图像形式直观显示了焊缝及缺陷的振幅和相位信息。

光的8-DPSK调制格式是一种新型光调制格式。它具有较窄的频谱宽度, 较高的频谱利用率, 近似恒定的包络特性, 同时能够较好地抑制光纤的非线性效应。根据8-DPSK的基本原理, 仿真分析了8-DPSK信号的调制和解调, 建立了8-DPSK的仿真系统。在此基础上, 研究了将8-DPSK调制格式应用于偏振模色散补偿系统的性能。从理论和数值上分析了不同占空比下8-DPSK信号的偏振度(DOP)和偏振模色散(PMD)的关系。结果表明, 不同占空比下, 信号的频谱结构不同, 因而DOP灵敏度不同。在PMD补偿系统中, 由于采用DOP作为反馈信号, 因此不同占空比的8-DPSK信号, 其补偿效果不同。通过数值仿真分析得出, CSRZ-8-DPSK信号由于其较窄的频谱宽度和载波抑制的特性, 是最具前景的调制格式。

针对遥感图像存在浓云或烟雾的覆盖无法判读地物的信息, 从大气散射模型出发, 研究了直接传播的衰减光和散射的大气光模型。由此采用改进型Retinex算法, 第一步, 先将原图像进行取补色, 灰白区域变成较暗的区域, 第二步, 经改进型高斯函数标准差较小的单尺度Retinex算法增强后, 突出较暗的区域内各层次信息, 第三步, 再进行取补色, 突出云或烟雾覆盖区域中地物信息。实验结果表明, 采用改进型高斯函数标准差较小的单尺度Retinex算法能去除云或烟雾, 特别对于浓云或烟雾效果好。

针对遥感图像由于云的覆盖无法判读地物的信息, 从云占据图像中的低频成分这一特征出发, 用小波分析法研究小波变换后在近似系数、小波系数的各个层次中云分布的特点, 运用权重法, 减少云噪声突出景物信息, 从而实现去云。采用图像信息熵和保真度来评价去云后的图像, 结果表明, 通过小波变换后增大细节系数权重, 实现去云, 发现分解级数在6以上, 增大细节系数的权重后, 重构得到的图像其信息熵随权重变化较小, 去云效果更好; 对于有厚云覆盖的遥感图像去云效果好的图像其保真度位于0.87±0.03区间内, 对于有薄云覆盖的遥感图像去云效果好的图像, 则保真度位于0.95±0.03区中; 采用Brovery变换后, 减少了彩色失真, 特别对于去除薄云的遥感图像彩色恢复得很好。

目前的虹膜识别系统常因图像采集环节中和光照相关的多种因素使虹膜图像出现光斑, 在很大程度上影响虹膜识别系统的识别精度。为了进一步使虹膜识别系统具有更高的准确性、更大的实用性, 提出了一种基于消除图像干扰点的虹膜识别方法。该方法首先用图像融合技术对不同位置出现光斑的同一虹膜图像进行配准融合, 消除虹膜图像上的光斑, 使虹膜图像更完整清晰, 然后采用图像灰度局部信息统计的方法对虹膜纹理进行特征提取和编码, 并运用海明距离进行虹膜匹配, 得到识别结果。在给定阈值为0.255的前提下, 达到99.74%的正确识别率。实验证明, 该算法有效消除图像干扰点, 识别率高, 满足虹膜识别的要求。

在一维紧束缚微带和接触库仑相互作用近似下, 利用扩展半导体布洛赫(Bloch)方程研究飞秒激光脉冲激励的太赫兹场驱动的半导体超晶格的光吸收谱及带间极化相干波包的时间演变。在直流偏置条件下, 超晶格的光吸收谱由无外加电场时的连续带状吸收变化成一系列等能量间隔的吸收峰, 能量间隔与外加的直流偏置电场成正比, 这些吸收峰称为万纳-斯塔克梯(Wannier-Stark ladder), 对应布洛赫电子和空穴在实际空间和动量空间中的周期性振荡运动, 即布洛赫振荡; 而在仅有太赫兹电场驱动的情况下, 无外加电场时的光吸收沿发生移动, 同时连续带状光吸收谱分列成一系列的等间隔吸收峰, 称为动态斯塔克梯(Dynamical Stark ladder), 能量间隔等于外加太赫兹交变电场的频率, 与外加太赫兹电场的幅值大小无关; 当直流偏置电场与太赫兹电场同时存在时, 超晶格的光吸收沿不再发生移动, 连续带状光吸收谱变为更复杂的结构, 这种复杂的结构可以通过万纳-斯塔克梯与交流斯塔克梯的组合来识别和解释。在直流电场和太赫兹交变电场同时作用时, 直流场的大小与交流电场的频率之比和交流电场的大小与交流电场的频率之比是起决定性作用的两个量。如果直流场的大小与交流电场的频率之比是整数, 一个布洛赫频率内就有该整数个谐波产生, 如果直流场的大小与交流电场的频率之比是分数, 将引起动态分数斯塔克梯(Dynamical fractional Stark ladder)的形成。而交流电场的大小与交流电场频率之比决定极化波包的空间扩展程度。

随着科学技术的发展, 光学实验的计算机仿真不仅在科学与工程计算方面发挥着重要作用, 而且在光学教学方面也引起了广大教育工作者的广泛关注。Matlab软件编程实现一般是用衍射积分方法和傅里叶变换方法实现夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的计算机模拟。使用傅里叶变换的方法把实际光学实验现象和Matlab编程结合起来, 通过大量的对比仿真实验验证了光学衍射的规律, 在光学教学起到了一定的积极作用。

微纳光波导的基本功能是实现光波的低损耗传输, 是芯片光互连的基础, 其传输损耗是评价微纳光波导加工质量和传输性能的基本指标。微纳光波导由于其尺寸比常规光波导小1～2个数量级, 光耦合的难度和不确定性都很大, 造成传输损耗的测量相对困难。探讨了可用于微纳光波导传输损耗测试表征的几种方法, 包括截断法、法布里-珀罗(Fabry-Pérot,F-P)腔谐振谱条纹对比度分析法、傅里叶(Fourier)变换法等, 对上述方法在测试精度、适用条件方面进行了分析对比。研究表明, 截断法受光纤耦合不确定性的影响测量误差较大; F-P腔谐振谱条纹对比度分析法能够消除光纤耦合不确定带来的误差, 但是只能测量单一F-P谐振腔的波导结构, 无法测量复杂的多腔结构; 傅里叶变换法能够消除波导和光纤耦合状态的不固定带来的误差, 并通过相邻峰位的比值来提取出波导的传输损耗。

为定量评价摄像机与景物高速相向运动中造成的图像辐射状模糊的退化程度, 以及科学地评价相关复原算法的有效性, 针对径向模糊度函数和基于图像结构信息的图像质量评价方法进行了研究。文章通过建立径向模糊度函数, 对不同场景图像的模糊度进行了定量描述, 得出该函数在描述该问题时具有一定不稳定性的结论。从辐射状模糊机理和人眼的视觉特性出发, 提出了可在无标准参考图像情况下, 用于评价辐射状模糊图像复原效果的基于图像结构信息的质量评价方法; 并运用该方法证明了正则化迭代法在复原辐射状模糊图像时表现了很好的容错性, 在工程实际应用中可行性较强。

采用全矢量有限元法, 研究了圆柱形介质柱、正方形格子的光子晶体波导耦合器的传输特性, 计算了不同耦合长度波导耦合器的分光比, 以及同一耦合长度下不同波长时的分光比, 并分析了改变介质柱折射率后的分光比。计算分析结果表明, 可以通过改变光子晶体波导耦合器的某些结构参数来控制各出口处的分光比, 实现光在传播过程中的平移、反向和分岔, 以满足光信息传输和处理的要求。

在传统的一维光子晶体中加入多个周期排列的双单负材料缺陷, 可观察到零有效相位带隙内的缺陷模。计算结果表明：若两种单负材料缺陷厚度相等, 增大缺陷层的总厚度会使零有效相位带隙内的缺陷模频率间隔变大, 对应的透射率降低。若改变两种单负材料缺陷的厚度比, 缺陷模的频率间隔也随之变化。当两种单负材料缺陷的厚度满足零平均磁导率和零平均介电常数条件时, 发生缺陷模简并的现象。另一方面, 入射角的变化对零有效相位带隙中的缺陷模影响较小, 但却可以产生新的角度带隙。角度带隙范围与缺陷层厚度无关, 会随入射角的增大而变宽。

引入扩径准直思路, 将集中平行测试的光谱轴线收入一口径恰好的自准直平行光管内, 宽距离的离散光轴或结构由特殊设计的扩径导引臂引入准直系统中测试, 扩径导引臂部分可绕自准直平行光管转动和径向移动, 便于取不同位置的目标, 其导出光轴与平行光管本身光轴的平行精度直接影响系统的测试精度。给出了扩径导引臂的多种导出方案, 以及高精度的自校正方案, 从而使问题大为简化, 且不失精度。实践分析, 导引臂精度优于0.01 mrad。

采用变温及时间分辨光致发光测量手段, 研究了分子束外延(MBE)设备生长的具有不同盖帽层的InAs量子点样品。发现InxGa1-xAs盖帽层可以减小InAs量子点所受的应力、降低位错及缺陷的产生, 使发光峰强度增大。但x值过大(x≥0.3)将导致材料质量降低, 产生多峰结构。随着温度升高, 载流子在GaAs势垒层和量子点之间迁移, 而介面势垒阻碍载流子的迁移。研究了InAs量子点的时间分辨谱, 发现了覆盖低In组分InGaAs层及AlAs层的量子点发光衰退谱符合双指数衰退规律, 分析了不同量子点的发光具有不同衰退规律的原因。

采用化学溶液沉积法和快速退火工艺在石英玻璃衬底上成功地制备了掺镧钛酸铋(BLT)铁电薄膜。X射线衍射测量显示, 生长在石英玻璃衬底上的BLT薄膜结晶良好, BLT薄膜的透射光谱测量显示生长在石英玻璃衬底上BLT薄膜在近红外具有较高透过率。通过对BLT薄膜椭偏光谱测量分析研究, 得到了BLT薄膜在300 ～1000 nm光谱范围的折射率和消光系数谱; 采用632.8 nm He-Ne激光器, 通过电致双折射方法对生长在石英玻璃衬底上的BLT薄膜的电光性能进行测量, 发现了BLT薄膜电致双折射的变化Δn与所加电场E呈平方关系, BLT薄膜的二次电光系数R=1.48×10-18 (m/V)2。

研究了飞秒脉冲与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)相互作用后产生光谱超连续的现象。采用飞秒激光脉, 波长为800 nm,频率为1 kHz, 脉冲能量密度为1012 W/cm2在PMMA中成丝, 产生渐变超连续光谱即从连续白光逐渐变为抽运光。发现当飞秒脉冲在PMMA体内在所成丝中会出现渐变, 以及在等离子丝中光场横向的环状结构和出现渐变白光光谱。实验发现, 激光照射时间对成丝影响显著; 飞秒激光脉冲在PMMA中的成丝的过程具有光折变特性。

采用激光加热基座法从粉末源棒直接制备LED白光源用Ce3＋∶YAG单晶光纤荧光材料。通过单次或多次生长可以得到直径150～1000 μm各种Ce3+离子掺杂YAG单晶光纤。实验测量了所制备荧光光纤在波长465 nm LED激发下的荧光光谱, 结果表明在550 nm附近存在宽带强荧光辐射。利用所制备Ce3＋∶YAG单晶光纤荧光材料与蓝色LED抽运光合成产生高效LED光纤白光源, 所得光纤白光源色温5881 K, 色坐标x＝0.310, y＝0.350, 显色指数为75.0, 表明光源输出光品质良好。由于Ce3+∶YAG单晶光纤既有晶体材料光学特性又有光波导的特点, 使得它比通常的Ce3+∶YAG粉体荧光材料具有较高的LED抽运效率和荧光收集效率, 有望用于未来大功率光纤白光源。

介绍了光码分多址(OCDMA)系统的相关进展。论述了基于光纤光栅的二维非相干OCDMA系统和相干OCDMA系统编解码器, 分别采用光纤光栅阵列和超结构光纤光栅作为编解码器, 有可能应用于实用系统。并分析了新出现的等效相移超结构光纤光栅制作技术, 该技术只需采用亚微米精度的制作工艺, 可大幅降低编解码器的制作成本。重点讨论了非线性光学环镜、色散平坦光纤、周期极化铌酸锂波导三种光阈值器件的工作原理及性能对比。光阈值器件可起到压缩解码信号脉宽, 消除多址干扰, 优化检测性能, 提高误码率(BER)性能的作用。相干OCDMA系统能实现超长的多极性光学码, 而二维非相干OCDMA系统重构性好, 可调谐, 使得这两种系统方案将有潜力应用在未来宽带接入网中。

以TiCl4为前驱体, 采用溶胶-凝胶法(sol-gel)制备了0.1%～3.0%(摩尔分数)Er3+掺杂纳米TiO2晶体。X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和拉曼光谱(Raman)分析了Er3+掺杂TiO2晶体的结构、组成和声子能量。TiO2纳米晶体颗粒大小随着Er3+掺杂浓度的增加而减小。在980 nm激发下, 样品发出很强的来自于Er3+的2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2(绿光)和4F9/2→4I15/2(红光)跃迁的上转换发光。研究了上转换发光强度与Er3+离子浓度、热处理温度以及激发光强度之间的关系。结果表明,在Er3+TiO2的样品中, Er3+离子浓度为0.5%, 热处理温度为800 ℃ 时, 其上转换发光效率最高。并分析了样品可能的上转换发光机理。

锗和一氧化硅是中波红外区域通常使用的薄膜材料, 研究这些材料的特性, 找到最佳制备工艺并拟合出材料的光学常数, 是设计制备中波红外光学薄膜的关键。最佳工艺条件下, 选用以上两种材料, 以蓝宝石为基底, 设计并制备出中心波长为3.5 μm, 相对带宽4.8%的三腔带通滤光片, 其通带透过率可达80%。经光谱测试和环境可靠性实验结果表明, 该中波红外带通滤光片满足工程使用要求。

肿瘤靶向治疗的研究是当今生物医学界的研究热点。寻找具有肿瘤靶向性的高效体内运输载体是实现肿瘤靶向治疗的关键。采用整合素αvβ3单克隆抗体作为肿瘤靶向分子, 以单壁碳纳米管(SWNT)作为运输载体, 通过碳纳米管表面的适当功能化, 将整合素αvβ3单抗标记在碳纳米管上, 构建整合素αvβ3单抗标记的碳纳米管新型肿瘤靶向探针; 研究探针在人脐静脉内皮细胞HUVEC和整合素αvβ3高表达的人脑神经胶质瘤细胞U87MG的肿瘤靶向性。实验结果表明, 这种整合素αvβ3单抗标记的碳纳米管探针对U87MG细胞靶向选择性高, 将能成为一种有潜力的药物输送及肿瘤分子影像的新型肿瘤靶向载体。

采用光学浮区法生长了钙钛矿结构的YFeO3磁光晶体, 研究了影响晶体质量的关键工艺条件。结果表明, 原料棒的直径、均匀性和致密度直接影响晶体生长过程中熔体的稳定性,从而影响晶体的质量。在适当温度下多次预烧结和反复混料, 并通过最后的烧结可获得纯相、均匀和致密的原料棒; 原料棒直径一般控制在10 mm以内; 3～5 mm/h的生长速度适合晶体生长; 生长结束时缓慢降温和退火处理可抑制YFeO3晶体的开裂。在上述优化的工艺参数下, 成功地生长了Φ10 mm×40 mm的YFeO3晶体, 并测试了YFeO3晶体折射率和消光系数在可见光和近红外波段随波长的变化曲线。YFeO3磁光晶体具有较高的折射率。

采用高温熔融法制备了Yb3+与Er3+共掺的氟氧化物玻璃, 并与Er3+单掺的玻璃进行对比, 对其光谱性质进行研究。通过对样品差热分析(DTA)曲线的研究, 确定热处理温度为552 ℃, 在该温度热处理后的样品内部形成微晶。980 nm激光激发样品的近红外荧光光谱是在室温下进行的。结果表明, 随着样品中Yb3+含量的增加, 近红外发光强度增加。这是因为在980 nm抽运光激发下, Yb3+离子吸收能量, 电子从2F7/2能级跃迁到2F5/2能级, 然后处于激发态的Yb3+离子通过共振能量传递方式将抽运能量迅速传递到Er3+离子, 使其电子实现4I15/2→4I11/2的跃迁。

采用传输矩阵法系统研究了含空气缺陷层的单负材料一维光子晶体光学特性。发现在禁带中出现的透射峰随着缺陷层厚度的增加向低频方向移动, 这与传统正折射率材料构成的结构类似。但是, 该透射峰位置并不能用传统的有效介质理论来确定。而且, 透射峰的频率位置几乎不受入射角度和平面波的偏振状态的影响, 表明该透射峰的形成并不是由于布拉格效应, 而应归因于单负折射率材料的相位消除效应。因此, 含空气缺陷层的单负材料光子晶体, 其缺陷峰的性质具有与传统缺陷结构和纯粹单负材料缺陷结构不同的性质, 利用这些特性可以设计一种全角、可调的光子晶体滤波器。

探讨了掺杂酸性络合剂和连续过滤两种溶液处理方法分别对KDP晶体和DKDP晶体快速生长和光学质量的影响, 测定了不同部位晶体样品的光学质量, 包括透过率, 散射点分布情况和激光的损伤阈值。实验表明适量的络合剂能提高生长晶体的质量：晶体中杂质金属离子含量明显减少, 紫外波段的透过率得到增加, 晶体内部散射点密度明显降低。采用连续过滤条件生长DKDP单晶, 光学质量测试的结果显示：晶体散射点密度显著降低, 激光损伤阈值得到提高。

基于第一性原理, 采用广义梯度近似, 理论研究了新型三元系BxGa1-xSb合金的能带结构, 分析了硼(B)的含量对BxGa1-xSb合金能带特性的影响。理论计算结果表明, 硼相对摩尔含量在0～18.75%范围内时, BxGa1-xSb的Γ1c-Γ15v帯隙宽度值随硼含量单调递增, 平均增速为17.5 meV/%B, 其能带弯曲参数为2.23 eV; 其X1c-Γ15v帯隙宽度值随硼含量单调递减, 平均减速为12.8 meV/%B; 当x<10%时, BxGa1-xSb为直接帯隙化合物。同时还计算了硼相对摩尔含量为6.25%、12.5%和18.75%时BxGa1-xSb的形成焓。通过与BxGa1-xAs的形成焓对比, 预测BxGa1-xSb中硼的并入相对摩尔量可达7%。

在众多的测距方法中,激光测距因其良好的精确度特性而广泛应用在**和民用领域.为解决由于激光光源漂移和光路中光学组件畸变的激光测量问题, 提出一种新型的分光技术用于激光测量领域。实验中采用此分光技术产生的四束激光不但能量强度均等而且相位几乎均等, 因而为相位法激光测距提供一种光学技术上的支持。实验中发现虽然信号光斑有飘移, 但是信号光斑形状基本稳定, 即抑制了激光光源输出光束飘移带来的负面影响。 此种分光技术的有效性在激光测量实验中得到验证。

标定模拟星等的大小以及标定精度是检验被标定的光测设备探测能力的关键。首先描述了空间目标场景模拟器的模拟星等定标原理, 基于普朗克黑体辐射定律推导了星等模拟的理论公式, 给出了在内场环境下模拟星等与照度以及光子数的关系模型, 并分析了影响模拟星等大小的主要因素。其次在分析了弱星等定标所存在的问题基础上, 提出了采用星等相对定标法对空间目标场景模拟器的星等进行定标的原理, 给出了相对定标的误差理论公式, 对影响模拟星等误差的因素进行了分析。实验结果表明, 空间目标场景模拟器的模拟星等定标能力达12m星等, 定标精度在±0.2m以内。

在实时干涉测量中, 环境温度变化、空气扰动和系统内部参数漂移都会导致相位测量误差, 尤其在高精度测量场合, 这种误差的影响尤其明显。为此, 提出了抗干扰滤波鉴相式半导体实时正弦相位调制(SPM)面形干涉测量技术, 阐明其工作原理, 并用硬件实现实时鉴相与扩大量程。该反馈控制系统利用光电检测器(PD)从干涉信号中取出一点的干涉信号作反馈信号注入半导体激光器(LD), 使其波长改变, 将外界干扰产生的相位误差减小到可以忽略的程度, 从而大大降低外部干扰对测量精度的影响。利用归一化技术消除系统内部光路参数、电路参数漂移对测量精度的影响。对于70×70个测量点, 其重复测量精度约为3 nm, 测量时间小于12 ms。

理论上研究了在非消多普勒Λ型三能级热原子系统中基于相干烧孔方法的光速减慢。通过数值求解系统的密度矩阵, 全面分析了能级匹配、激发态能级的自发辐射弛豫和基态能级间的相干弛豫等条件对光速减慢的影响。研究结果表明相干烧孔方法由于引进了原子相干效应, 可以在三能级系统中获得比二能级系统中的普通光学烧孔方法更好的光速减慢效果, 而且不受能级匹配条件的限制。该方法有助于在具有非消多普勒能级结构的热原子系统中实现原子相干效应, 为在更一般的原子系统中实现光速减慢和光信息的存储提供可能。

对多种光纤的纤芯直径进行了测量, 提出一种准确、实用的基于数字图像处理的光纤直径测量方法。通过光学显微系统和图像采集系统对待测光纤进行图像采集, 将采集到的图像通过计算机进行数据拟合, 实现对光纤直径的测量。分别对空芯光纤和传感用非通信石英光纤进行了直径测量实验, 得出了相应的数据结果, 给出了误差分析。实验结果表明, 提出的光纤直径测量方法对于光纤的几何尺寸测量简便易行, 可应用于某些无法进行直接测量的领域。

电荷检测四极离子阱(QIT)质谱是一种快速测量微米粒子如生物细胞和气溶胶质量的有效技术, 这种技术通常是在低真空条件下扫描交流场的频率来实现的。介绍了一种计算单个粒子在阱中抛出时喷射点(qeject)的方法, 并分析了喷射点随缓冲气体变化情况。实验采用NIST聚苯乙烯球作为标准样品, 离子阱的频率扫描范围为450～100 Hz, 以扫描速率为70 Hz/s线性扫描, 交流电压恒定为1617 V, 在有5.33 Pa氦气作为缓冲气体时, 测量得到粒子的喷射点平均值为0.952, 而同样条件下, 没有缓冲气体时, 粒子的喷射点平均值为0.947, 平移了0.5%。结果表明缓冲气体对于离子阱中粒子的喷射有一定的影响。

利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对11种常见毒品进行了实验探测并得到它们在0.2～2.6 THz范围内的吸收谱, 然后利用径向基(RBF)神经网络对11种毒品的太赫兹吸收光谱进行了训练和识别。训练和识别的光谱在输入网络之前都经过归一化处理, 识别率达到了96%。RBF神经网络模型是用Matlab语言编制。识别结果表明, 利用RBF神经网络可以实现对不同种类毒品的识别, 而且训练和识别的速度非常快, 几乎是实时的。这也是RBF神经网络优于误差逆传播(BP)神经网络和自组织特征映射(SOM)网络的特点。因此, RBF神经网络为太赫兹技术用于毒品的检测和识别提供了一种有效而快捷的方法。

星敏感器中光学系统温度分布不均匀会对其成像质量产生很大影响。根据有限元方法, 采用I-DEAS软件, 求解得出在太空中指定材料情况下星敏感器及其光学系统的温度分布。分析了内、外表面涂层, 太阳入射角, 镜筒及填充材料导热系数对系统温度分布的影响。结果表明当外表面涂层吸收发射比从0.25增大到4时, 系统的平均温度从-78.10 ℃上升到66.53 ℃; 内表面发射率从0.2增大到1时, 系统平均温度从25.00 ℃下降到18.22 ℃; 太阳入射角从-60°增大到0°时, 系统平均温度从-9.59 ℃上升到18.22 ℃。当镜筒分别为钛合金或铝时, 系统温差分别为6.85 ℃和0.31 ℃; 填充材料有效导热系数为237 W/(m·k)时, 温差为2.37 ℃, 系统综合性能最好。

生物组织表面时间分辨漫射光中包含有组织体的光学特性信息, 通过测量组织表面的漫射光可间接获得组织的光学参数, 从而得到与组织光学参数密切相关的组织的结构及生理和病理状态信息。在多程测量的基础上, 使用单参数（约化散射系数）最小二乘牛顿法拟合方法和双参数（约化散射系数、幅度因子）最小二乘牛顿法拟合方法, 得到有限厚均匀组织的反射率分布和透射率分布公式中除去包含测量位置的指数项的其它部分对测量位置皆具有弱依赖性的结论, 并对拟合结果进行了分析讨论; 而对于有限厚平板状双层组织, 可根据对反射测量结果及透射测量结果进行拟合所得的约化散射系数间的差异及常数因子的正负判断双层组织的可能结构分布。

电流响应率是紫外探测器的重要特性参数, 光敏芯片与读出电路芯片耦合成焦平面组件后, 不能通过测试焦平面组件直接得到电流响应率参数。对128×1 电容反馈互阻抗放大器(CTIA)读出电路芯片进行了系统的测试, 得到了读出电路的积分电容、源随器增益。同时, 采用自研的紫外探测器高精度定标测试系统, 分别对128×1铝镓氮(AlGaN)紫外探测器光敏芯片、128×1紫外焦平面探测器组件进行测试, 求得了从焦平面探测器推算电流响应率的方法。结果表明, 直接标定光敏芯片的电流响应率与测试焦平面组件间接推算的电流响应率基本一致, 相对偏差约5%。该方法简便、准确, 可以为综合评价紫外焦平面探测器的性能提供重要参数。

对影响拼接精度的若干误差源建立了数学模型并进行仿真分析, 得出对精度影响最主要的误差为干涉仪测量误差;通过分析此误差源对拼接计算精度的影响方式。引入了奇异值分解(SVD)的方法处理计算中的病态方程问题以降低该误差源的影响, 同时为说明该算法的有效性, 与使用正交三角分解(QR)分解方法计算的精度进行对比。结果表明, SVD方法能够有效地提高子孔径拼接计算精度, 降低了子孔径拼接对高精度检测设备的依赖。

应用太赫兹时域光谱技术, 研究了四种对人体有重要作用的维生素, 即维生素B1, B2, B6和B12在0.2～2.6 THz波段的吸收谱和折射率谱。实验上, 通过比较发现它们有明显不同的指纹谱。理论上, 利用密度泛函理论(DFT), 对样品的分子结构进行了优化, 进而进行了频率计算。得到了其中三种维生素优化后的分子结构和振动频率, 与实验结果吻合的较好。模拟结果表明, 大多数吸收峰是由于分子内的扭转和摇摆引起的, 其余的是由于分子间相互作用或光声子吸收等造成的。这项研究不仅为研究维生素分子在太赫兹(THz)波段的光谱特性提供了很好的理论和实验方法, 而且对维生素的光谱检测应用具有参考价值。

金属共振环结构(Split ring resonator)是近年来新兴的一种微型阵列结构, 它所表现出来的共振吸收和透射效应引起了人们极大的关注。它的形状主要有圆形和方形两种, 并且环上都带有狭缝。这种微结构可视为周期排列的金属丝, 在时变电场和磁场的作用下会产生明显的电磁响应。采用太赫兹时域光谱系统, 通过改变入射太赫兹电波矢与样品平面的角度, 研究结构透射和吸收情况的变化。发现电波矢的改变会造成不同的偶极振荡模式, 从而影响吸收位置, 导致透射能量发生频移, 并对此现象进行了理论解释。而金属共振环结构的固有频率只与结构的尺寸有关, 不受传播模式的影响。为太赫兹相关器件的制备提供了参考。

在四能级梯模型系统中通过两个连续相干场作用, 建立起基态和中间激发态之间的相干和粒子数转换。稳态条件下, 注入脉冲探测场, 通过受激拉曼作用, 获得较短波长的反斯托克斯激光信号。通过数值计算和理论分析, 得出获得最大频率转换效率的必要条件, 研究分析了两相干场的强度和探测场的脉宽、强度失谐等因素以及原子的各项参数对频率转换效率的影响。

对单质炸药环三亚甲基三硝胺(RDX)、钝感RDX以及多种以单质炸药为主体成分的混合炸药进行了太赫兹(THz)谱的实验测量和理论分析。利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)给出了这些炸药样品在0.2～0.5 THz范围内的折射率和吸收系数; 并与理论模拟的结果进行比较。结果表明, 单质炸药RDX、钝感RDX与六种以RDX为主要成分的混合炸药具有相同的特征吸收峰, 实验测量与理论模拟结果符合很好, 利用THz-TDS技术可以对单质炸药以及以其为主体成分的混合炸药进行检测和识别。

为了研究爆炸物在太赫兹波段的光谱特性, 进而对爆炸物进行检测和识别, 利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS),对RDX, HMX,DNT,PETN,TNPG 五种纯品炸药以及以RDX为基底的混合炸药(8701,PW0,R791,R852,塑性炸药(SU-1))和以HMX为基底的混合炸药(8702)的太赫兹吸收光谱在真空条件下进行了测量。然后用两种人工神经网络(ANNs)—自组织(SOM)神经网络和多层感知器 (MLP)神经网络—对爆炸物吸收光谱进行了识别, 经过不断地学习和训练, 取得了较好的鉴别结果, 正确率高于95%。实验结果表明, 用两种神经网络可以实现对纯品炸药和混合炸药的识别, 为太赫兹光谱技术用于爆炸物的检测和识别提供了一种有效的方法。

介绍了一套垂直反射式太赫兹光谱系统, 系统的结构经过精心设计, 可以直接对液态样品进行探测。利用这一系统对不同浓度的农药液体样品进行了探测, 得到了不同浓度下农药溶液的太赫兹反射光谱。通过对比各个浓度的反射谱, 讨论了浓度与反射谱强度的关系。得到一种利用反射式太赫兹光谱系统测量溶液中农药浓度的方法。该方法可以应用于环境污染监控以及生产质量控制, 实现无损、快速的检测。

利用半导体激光器相位噪声分析模型, 分析了随机噪声对输出激光相位及复振幅的调制情况。为了分析实际的相位噪声特性, 设计了两个独立不同类型激光的拍频实验, 利用一个中心波长为1053 nm的可调谐半导体激光器和一个光纤激光器进行拍频, 考虑到光纤激光器输出激光的线宽远小于半导体激光器, 探测到的拍频信号能够较好的反映半导体激光器的相位噪声特性。设计了一个两光束频率实时对准装置, 通过高频示波器观察到了稳定拍频的信号。计算了相位噪声的统计性质, 提出了利用锁相技术抑制该噪声的方案, 并分析了两不同类型激光器相干合成的可行性。

在多色空间完全相干光经过环形光阑衍射后远场处光谱变化的基础上进一步研究近场处的光谱行为, 并给出了详细的数值计算结果和具体实例。研究表明, 在一般情况下近场光谱与源光谱有所不同, 近场光谱与源光谱和光谱变换因子成正比, 而光谱变换因子则取决于中心拦截比ε和观察点到光阑的距离z以及观察点到z轴的距离r, 并且随着中心拦截比的增大近场光谱性质逐渐表现出远场光谱的特性。数值计算结果表明, 同远场一样重要的光谱变化发生在衍射光强为零的点附近, 即奇点一侧光谱发生红移, 奇点另一侧光谱发生蓝移, 而在奇点处光谱则发生了红移和蓝移之间快速的转变。

在**领域, 能见度是飞机和舰船安全航行、雷达、光电测量装备定标、**目标打击等**行动的重要依据之一。从能见度的定义入手, 论述了现有的包括光学成像法、气溶胶采样法、光学参数测量法等能见度光学测量方法的原理、特性及适用范围。通过对比各种测量方法的优缺点, 指出后向散射能见度测量方法具有仪器收发合一、无须合作目标、采样体积大等优点, 特别适合于舰载、机载平台, 以及对仪器体积、高能见度测量有要求的场合, 因此该种能见度测量方法的研究将是今后研究的重点。

纳米流体导热特性优异, 其中纳米粒子的运动是纳米流体导热系数显著提高的主要因素。利用激光散斑测速法测量定向纳米流体中纳米粒子的运动。针对纳米粒子的光学特性, 对传统的激光散斑测速(LSV)系统进行了改进, 使之可测试流体中纳米粒子的运动, 且利用实验、数值模拟证实了激光照射纳米流体确能形成散斑。根据改进的实验装置建立了层流物理模型, 基于散斑的统计特性, 通过数学推导得到：在Fresnel衍射区域, 纳米粒子的运动速度等于接收屏上散斑的运动速度。进而构建了定向纳米流体实验装置, 获得了时间间隔很短的序列散斑图。最后对相邻两幅散斑图进行图象处理和信息提取, 得到了纳米粒子运动矢量图。

基于FLUENT软件建立了导弹羽烟紫外辐射模型, 针对固体火箭发动机的羽烟中包含大量的高温反应气体和金属氧化物, 其中, CO+O的化学反应是紫外波段的主要辐射源, 氧化铝颗粒的热辐射与散射作用直接影响紫外辐射的能量分布等情况,按照氧化铝颗粒的直径分布服从Rosin-Rammler分布, 忽略气相的散射, 通过灰气体加权平均模型(WSGGM)来计算变化的吸收系数, 采用离散坐标法求解辐射传递方程, 给出了导弹羽烟紫外辐射分布仿真结果, 并与其他仿真结果进行了比较分析。

研究在递增强度运动过程中人体骨骼肌内氧合血红蛋白(HbO2)含量相对变化的拐点与呼吸商拐点, 比较两者在时间上出现的先后次序及规律, 分析它们不同步的生理机制。选取赛艇专项运动员12名为被试者, 在赛艇测功仪(CONCEPT Ⅱ)上做等级性递增强度运动, 起始功率为50 W, 此后每3 min增加50 W直至力竭。运动中利用近红外三波长便携式肌氧监测仪监测被试者股四头肌中HbO2含量相对变化, 并通过MAX-Ⅱ心肺功能仪同步记录其摄氧量, 包括氧摄入量(VO2)和二氧化碳呼出量(VCO2)。呼吸商拐点相对于HbO2相对变化拐点有一个延迟效应。结论：近红外光谱肌氧监测系统可以比呼吸系统更及时的反应运动员在运动中的无氧工作状态。这为利用肌氧监测系统测定HbO2变化来推测呼吸商拐点提供了有力的佐证, 这将有可能提供新的摄氧量测定方法。

活性氧对生物活性分子如蛋白质、脂类等具有强烈的氧化作用, 从而对生物细胞产生杀伤作用。光敏反应过程会产生大量的活性氧, 利用光子监测判断光敏反应的氧化伤害程度和光敏作用剂量具有重要意义。实验表明, 体外人血清白蛋白在光敏氧化反应后具有长寿命的化学发光过程, 这种氧化损伤的滞后特性可实现暗背景下的低噪声光子监测; 光敏作用后光子检测证明, 不同的光敏剂都存在生物分子的氧化化学发光(CL)。同时, 肿瘤细胞的光敏作用实验中也观测到较强的化学发光信号, 且信号的积累与光敏作用剂量有相关性。因此检测化学发光的实时信号和积累可以评估光敏作用对生物活性分子和细胞造成的损坏程度, 将有望应用到光动力肿瘤治疗等光敏效应的剂量监测上。

基于传统的迈克尔逊干涉仪, 提出了微振动的四路平衡测量法。该方法无需PZT外加高频载波调制, 通过在光路上获得的四路正交信号来取代常见的由相位载波零差解调法在电路上获得的两路正交信号, 克服了PZT高频调制下的非线性效应, 并简化了解调电路。同时, 四路平衡法也降低了光源的强度噪声。通过合成利萨如图形, 验证了四路信号的正交特性。实验结果表明, 该方法能实现微振动信号的测量, 对微振动位移的测量范围可以达到5～775 nm。

为解决激光测速仪测速范围和测速误差的校准问题, 满足激光测速仪的校准需要。根据激光测速仪的测速特点, 提出了一种基于模拟目标的激光测速仪校准新方法,并构建了校准装置, 该校准装置可以模拟匀速移动目标（代表匀速移动的车辆）提供标准速度值, 激光测速仪接收移动目标的反射光波后, 将给出该移动速度的测量值, 从而得到测速误差, 调整目标的速度, 即可实现对不同速度值的校准。经校准重复性试验和校准范围试验, 证明了该校准装置校准范围宽、重复性好、通用性好, 可以满足激光测速仪测速范围和测速误差的校准需求。

体全息的多重存储需要解决两个问题：一是复用的全息图达到最大的衍射效率, 使复用全息图的数目最大; 二是使重构的每个全息图的衍射效率均相等。在多重体光栅中后写入的全息图会对之前的全息图产生擦除效应, 进而导致最终各全息图的光栅折射率调制度不同, 衍射效率会呈明显的不均匀性。利用光折变效应的动力学方程, 定量分析了晶体的有效电光系数(reff)、稳态空间电荷场(Esc)等影响饱和折射率调制度的因素与耦合光路几何组态的关系。reff与Esc会随着所记录的不同光栅矢量与光轴的夹角以及晶体内参考光与物光夹角的变化而不同。通过考虑这些因素对被记录全息图的光栅折射率调制度的影响, 对多重体光栅写入方法进行了修正, 得到了改进后的曝光时序。最后, 采用该写入方法完成了多重体光栅的存储, 并对多重体光栅衍射强度进行了分析。实验结果表明, 此方法使多重全息图存储中的衍射效率均匀化问题得到明显改善。

提出了一种基于空间正弦相位调制来消除镜像的复谱域光学相干层析(OCT)成像的方法。在参考臂引入正弦相位调制, 对得到的干涉光谱进行谐波分析, 获取干涉信号的两个正交分量, 以构成复数干涉信号。复数干涉信号的傅里叶变换, 可以消除复共轭镜像以及自相关项和直流项。利用建立的谱域OCT系统对平面镜样品成像, 验证了方法的可行性, 复共轭抑制率可达35 dB。通过在参考臂实施正弦相位调制的同时对样品进行横向扫描, 可以实现高速二维成像, 而且成像深度范围扩大到原来的两倍。

温度变化所造成的电路参数改变是影响光电轴角编码器测量精度的重要因素之一。当环境温度变化时编码器机械形变、光源电路和接收管温度特性变化, 引起光电信号幅值变化, 综合反映在编码器前置放大器输出信号幅值的改变, 对幅值细分的高精度编码器引入测量误差。介绍了一种温度补偿方法, 可在-40 ℃～+80 ℃范围内, 修正温度变化带来的影响并稳定输出信号幅值。实验结果表明, 某21位编码器在65 ℃时, 幅值信号变化为20％, 加入温度补偿后幅值信号变化约3％, 补偿效果明显。

高双折射保偏光纤和萨尼亚克环构成的萨尼亚克(Sagnac)梳状滤波器的透射谱具有很好的可调特性。将这种滤波器和掺铒光纤环形腔结合设计了一种新颖的波长数可切换的光纤激光器。通过仔细调节梳状滤波器内的两个偏振控制器的偏振方位, 实现了室温下单、双、三、四波长激光切换输出。由于实验中使得增益铒光纤达到了深度饱和诱发非均匀加宽特性占主导使得多波长输出情况下也较为稳定, 多波长输出间隔1 nm, 且波长间隔可以通过改变滤波器腔内保偏光纤的长度来调节。

为了防止突然断电时造成数据错误, 增量式光电轴角编码器通常采用零位光栅提供绝对零位信号。在对零位脉冲产生原理进行研究的基础上, 建立其数学模型, 并结合实际应用中的一些客观要求, 采用阈值法通过VB语言进行可视化编程与模拟, 计算出最佳零位光栅刻线序列, 这对设计零位光栅特别是刻线数较多的零位光栅提供了理论依据和实现途径。同时, 为了给出测绘出的零位光栅序列的光通量曲线和对其进行部分截取或改变后的光通量比是否变化, 又进行了反演计算, 并给出了改变后的光通量变化曲线, 这对测绘零位光栅带来了便利。通过具体的实例对这种方法进行了验证, 证明这种方法设计出的零位光栅最大剩余电压低、峰值电压高, 大大方便了电信号的提取, 满足了增量式光电轴角编码器对零位光栅设计的需要。这说明该种方法在保证零位光栅最大光通量和对比度高的基础上, 和传统穷举法相比具有运算量小、编程复杂程度低等优点。

红外焦平面技术目前已经进入第三代。读出电路作为焦平面的重要组成部分, 为了使它达到理想的工作状态, 需要提供时钟驱动脉冲和偏置电压。设计了一种基于atmel89s51单片机设计的红外焦平面线列的时钟驱动电路。此电路灵活性强, 具有很强的驱动能力, 驱动电流在输出高低电平时分别为4 mA和28 mA, 实现了128×1红外焦平面阵列的驱动。而且电路通过程序上简单地修改, 调节时钟脉冲频率、积分时间和读出时间等参数, 拓展到256×1红外焦平面阵列的脉冲驱动。

温度烘烤是pn结型器件加速实验的常用方法之一。针对室温工作的短波碲镉汞(HgCdTe)红外探测器开展了真空烘烤实验研究。实验样品分为四组, 对应的烘烤温度分别为60 ℃, 70 ℃, 80 ℃和90 ℃。在实验前后测试了器件的R-V特性曲线, 并进行了R-V特性的理论拟合分析。分析结果表明真空烘烤对器件的影响主要表现在三个方面：串连电阻的增大、隧道电流效应的减弱及产生复合效应的增强。串连电阻的增大主要是由于电极接触电阻在长时间温度烘烤下增加引起的。温度烘烤可以消除能带内的缺陷能级, 从而削弱间接隧道电流对I-V特性的影响。分析推测较高温度的烘烤会损伤器件表面钝化膜的质量, 从而使得器件的产生复合寿命降低。

焦平面读出电路在工作时需要提供多路数字驱动脉冲, 信号发生器、分立元件、单片机、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等常用于设计驱动脉冲。利用CPLD开发板设计了一种脉冲驱动电路, 该电路可以为电容负反馈放大型的线列焦平面读出电路提供驱动脉冲。通过在信号输出端串联电阻消除了脉冲信号的过冲振铃, 实验结果显示输出脉冲可以驱动焦平面稳定工作。该电路体积小易便携的优点使其可用于焦平面的可靠性测试实验。实验和设计值的比较结果显示该输出脉冲的精度较低, 和高精度信号发生器相比, 该电路不适合用于焦平面性能参数的精确测量。

显示器的精确颜色特性化是色彩管理的基础工作之一。液晶显示器(LCD)由于其通道干扰和色品非恒常性等原因在特性化时存在很大困难。采用增益-偏置-伽玛(GOG)模型、双通道干扰(TPC)和分段分空间(PP)模型对同一台液晶显示器进行特性化实验研究。使用CIEDE2000色差公式来评价特性化精度。实验结果表明：三个模型的精度相差较大。PP模型的平均色差为1.2260个CIEDE2000单位; GOG模型的平均色差为3.9849个CIEDE2000单位; TPC模型的平均色差为5.8779个CIEDE2000单位。GOG模型和TPC模型的平均色差均可以满足一般的应用需要, 而PP模型可以用于对颜色复制有较高要求的场合。

声光可调谐滤波器是一种利用反常声光作用原理研制的分光元件, 它在众多领域中广泛应用。光谱分辨率是评价声光可调谐滤波器性能的主要指标之一。系统分析了影响光谱分辨率的诸多因素, 指出通过优化单一的声光可调谐滤波器的参数设计在光谱分辨率提高方面受到制约。提出一种能够有效地提高光谱分辨率的新方法——二次滤波法。通过阐述二次滤波法的基本原理以及讨论利用二次滤波法来实现光谱分辨率提高的关键技术环节, 说明了利用该方法提高声光可调谐滤波器光谱分辨率的可行性和优越性。二次滤波法为声光可调谐滤波器光谱分辨率的提高开辟了新思路。

从某高功率固体激光装置的实际需求出发, 优化设计了能够满足装置需求的组合透镜组, 并基于公差分析给出了各组组合透镜加工装配的公差要求, 为组合透镜在高功率固体激光装置中的工程应用提供了有力的支持。组合透镜在高功率固体激光装置中的应用对降低装置工程造价和提高光路的稳定性有较大意义。

非制冷红外焦平面组件是功率器件。红外焦平面组件的温度会随着工作时间的增加而变化, 温度的变化直接影响红外焦平面组件的性能稳定性。为了稳定非制冷红外焦平面组件的温度,设计了一种基于比例积分控制(PI control)的制作简单调试便捷的温度控制装置, 在印刷电路(PCB)板上实现了温度的监测与控制, 预设温度可以根据标定对照表直接在面板上设定。该系统由热电制冷器(TEC), PI控制电路, 铂电阻(Pt100)温度传感器组成, 能够将焦平面阵列的温度稳定控制在25 ℃～15 ℃范围, 稳态误差小, 控制精度达到±0.1 ℃。可以保证非制冷红外焦平面组件在室温下稳定工作, 不会引进额外噪声。

基于实际大型激光系统中光束波前随机变化的特征, 提出了针对任意入射光进行光束匀滑的连续相位板设计方案, 并建立了评价连续相位板在光路中匀滑效果的方法。利用随机理论对光束通过相位板前后的统计性质进行了分析, 计算了激光通过相位板后的传输特性, 分析了透射光的远场分布。计算了光场的复振幅及光强的一阶统计性质, 并根据远场光斑的复振幅及强度分布的数值特性对匀滑效果进行分析。设计了一个可用于实际光路束匀滑的相位板, 并对其面形特征进行了评价。

基于有限体积数值方法, 给出传统脉冲工作模式下等离子体普克尔盒内流固耦合对流换热系数, 根据重复频率应用下热学要求, 对放电腔进行重新设计以增大对流换热强度。数值模拟显示：由于工作气压低、抽速小、放电腔设计未考虑热学需求, 传统工作模式下对流换热系数太低, 为1.01 W/(m2·K); 通过改变流体抽速、流体工作气压、增加进出口管道、改变进出口管道排布方式、增大进出口管道管径有效地提高了对流换热强度, 对流换热系数达到8.02 W/(m2·K)。

扫频光学相干层析技术(SSOCT)相比于传统的时域OCT技术(TDOCT)在系统的成像速度和灵敏度方面都有了显著的提高, 已成为目前OCT领域的研究热点。报道了基于一维扫描光纤探头的SSOCT成像系统。该探头利用光纤悬臂的共振特性, 通过对压电陶瓷施加接近于该共振频率的驱动信号, 实现光纤悬臂的单驱动一维扫描。为了保证系统轴向分辨率, 需要对干涉光谱信号进行k空间标定, 系统采用基于马赫曾德尔干涉仪(MZI)的同步标定方法, 轴向分辨率达到8.3 μm。应用所研制的光纤扫描探头于SSOCT系统, 在20 kHz的A-Scan速率下, 成像速度达20 frame/s, 横向范围1 mm, 横向分辨率10 μm, 获得初步的实验结果, 验证了方案的可行性。

台面铟镓砷(InGaAs)探测器制备工艺包括n型InP欧姆接触和较好可靠性的延伸电极。采用Cr/Au作为n型InP欧姆接触, 通过传输线模型和俄歇电子谱(AES)研究了Cr/Au与n型InP在不同退火条件下的欧姆接触和界面结构, 实验表明Cr/Au在未退火条件下与n型InP形成较好欧姆接触, 退火条件的引入导致Cr/Au与n型InP欧姆接触恶化, 其原因是离子束溅射沉积的Cr中含有的Cr2O3在退火过程中O扩散进入Au层。采用未退火的Cr/Au作为n型InP欧姆接触和延伸电极实现了台面InGaAs探测器制造工艺的简化。

采用电流-电压曲线研究近红外铟镓砷(InGaAs)光敏芯片的暗电流, 并分析了InGaAs光敏芯片暗电流与InGaAs焦平面组件暗信号的关系。结果表明, 温度下降到273 K时, 反向偏压-100 mV时, 扩散电流是光敏芯片暗电流的主要机制, 反向偏压-400 mV时, 产生-复合电流是光敏芯片暗电流的主要机制, 偏压较小时, 界面电流对光敏芯片暗电流贡献增加。光敏芯片各元的暗电流是产生焦平面暗信号的主要原因, 反向偏压3 mV时InGaAs光敏芯片的最小暗电流0.92 pA, 积分时间为50 ms情况下在读出电路输出端上产生了2.87×105电子数, 焦平面对应元的动态范围最大56 dB。同时读出电路CTIA反馈端元与元之间固有差异导致探测器上实际加载上不同的偏压, 也增加了暗信号输出的非均匀。实验表明进一步降低光敏芯片暗电流是提高InGaAs焦平面组件动态范围的重要途径之一。

针对影响高速电荷耦合器件(CCD)性能参数的主要因素, 如CCD的频率特性、接地回路、电磁干扰、图像串音等进行研究, 设计研制出400 pixel×400 pixel高速可见光CCD, 测试分析显示, 该器件实现了高灵敏度、高动态范围、低噪声等性能指标, 较好地解决了高速CCD多抽头输出一致性、噪声、信号串扰等问题,从而验证了设计的合理性和有效性。

对埋沟电荷耦合器件(CCD)的势阱形成机理进行了描述。基于泊松方程求解, 通过计算埋沟CCD信号电子进入势阱后填充的耗尽区大小, 得出了埋沟CCD电荷处理量的计算公式, 同时得出了埋沟CCD所需的最佳驱动脉冲。分析计算了埋沟结深、衬底掺杂等对CCD最佳工作点及最大电荷处理量的影响。根据理论计算, 设计制作的6000元线阵CCD信号处理量达到了4643 e/μm2。

目前常见的衍射型或折射型多焦人工晶体能够为患者提供一定范围内不同距离的视力, 但也造成了视网膜图像质量的下降。提出了一种新型的非球面人工晶体设计方法, 使双眼中的主导眼在瞳孔较大时保持良好的远视力, 同时通过球差优化使该眼在瞳孔较小时获得一定范围的近视力; 非主导眼在瞳孔较大时保持良好的近视力, 同时通过球差优化使该眼在瞳孔较小时获得一定范围的远视力。当双眼注视不同距离物体时, 都将获得良好的双眼视力, 同时由于双眼视网膜像比较接近, 双眼视功能不会受到影响。报道了基于由非球面角膜和晶状体组成的模型眼, 采用ZEMAX软件进行光线追迹, 通过球差优化获得基于双眼平衡单眼视的非球面多焦人工晶体的设计结果。

引入了由非球面角膜和晶状体组成的模型眼, 采用ZEMAX软件进行光线追迹, 为无晶状体眼的人工晶状体的设计提供理论依据。计算表明, 球差是影响人眼像质的关键因素。一般对于正常眼来说, 晶状体的负球差可以部分补偿角膜的正球差, 从而降低整个人眼光学系统的球差, 以保证较好的视觉功能。随着年龄的增长, 晶状体的球差逐渐由负球差转变为正球差, 这样晶状体对人眼整体像差的补偿作用就会减小甚至消失。为了减小球差的影响, 人工晶状体的表面结构需采用非球面设计。当其非球面系数Q值固定时, 人工晶状体的球差主要受到其本身的屈光度的影响。要想优化整个人眼光学系统的球差, 人工晶状体必须要引入一个负的Q值。

可变形反射镜是自适应光学系统的核心组成部分之一, 在人眼像差的检测与校正等方面得到了广泛的应用。目前自适应光学系统最常采用的变形镜主要有两种：微加工薄膜变形镜和压电式变形镜。基于两者结构原理的不同, 它们在自适应光学系统中的表现也存在着差异。采用59通道微加工薄膜变形镜和37通道压电式变形镜进行对比实验。利用同一闭环自适应光学系统针对4阶以内的常见像差(包括散光、彗差、三叶差、球差)观察两者的泽尼克系数生成情况。结果表明, 目标值较小时, 微加工薄膜变形镜和压电式变形镜的泽尼克系数实际值误差都比较小; 目标值增大时, 压电式变形镜可以比微加工薄膜变形镜更接近理想值。

大模场面积(LMA)双包层光纤的采用, 极大地促进了光纤激光器单纤输出功率的提升, 但同时也使得激光器变为多模运行,输出光束质量变差。采用光纤拉锥的方法, 对大模场面积光纤激光器的输出模式进行了控制。实验采用43 μm直径,0.08数值孔径的双包层掺Yb大模场面积光纤, 在激光输出端前约10 mm处拉制了一20 mm长、纤芯最小直径9 μm的锥形区, 当抽运功率为119.1 W时实现了56.4 W的单横模激光输出。在实验的基础上, 对拉锥后光纤激光器的热力学特性进行了理论计算, 计算结果与实验现象相一致, 并为进一步提高拉锥光纤激光器的单模输出功率及其冷却方案的设计提供了一种思路。

为了简化手术灯照明系统的光学结构, 设计了一种新型宽入射角调色温冷反射镜。分析了医学手术灯的光谱技术要求, 分别使用三角垂直插值法计算光源系统的相关色温和标准三刺激值计算法计算显色指数编制程序计算。对比一种普通色温调整膜系的计算结果, 通过膜系和反光镜面型的优化设计, 得到了一种新型宽角度调整色温薄膜。实现了光线入射角度较大的范围内变化时, 出射光的色温变化小的要求, 显色性良好。这种薄膜减了小了手术灯整体结构的复杂程度, 提高了光能利用效率, 可以替代传统的手术灯光学结构。

提出和展示了一个基于对称非线性光纤环镜的多波长光纤激光器。非线性光纤环镜的强度相关传输能有效地抑制均匀加宽增益介质掺铒光纤中的模式竞争, 从而使光纤激光器在室温下产生稳定的多波长输出, 实验实现了8个波长的多波长激光输出。另一方面, 实验中利用了在线型的双折射光纤滤波器, 它是一种新型的周期性梳状滤波器。实验研究了多波长输出光谱随抽运功率的演化, 结果表明, 抽运功率对多波长光谱的均匀性有较大影响。

调制传递函数(MTF)是评价红外光学镜头性能的最基本的技术指标之一。对刃边扫描法测量红外光学镜头的MTF进行了研究, 并对f=50 mm, F=1.2波长范围为8～12μm的红外光学镜头的MTF进行了测量。得到了在几个特征频率下的MTF值, 并给出了MTF的曲线图。

采用周期极化掺镁铌酸锂晶体作为光学参量振荡器, 在声光(A-O)调Q的1064 nm抽运光作用下, 获得了信号光和闲频光的调谐输出。实验中, 在极化周期为29.0～31.5 μm,温度范围为30～180 ℃内, 得到了信号光在1450.2～1839 nm范围内的准连续调谐输出, 其范围覆盖了光纤通信的S+C+L+U波段, 相应的闲频光调谐范围为2909～3990 nm。当注入抽运功率为830 mW时, 获得的信号光最大输出功率为139.7 mW, 光-光转换效率为16.8%, 最低激射阈值为88 mW。该可调谐光源基本达到了光纤通信系统的功率实用化水平。

作为一种非线性光学成像手段, 多光子激发已经在生物医学影像学域发挥了重要作用。虽然更短的脉冲可以激发更强的非线性效应, 但由于高阶色散的存在, 目前国际上的多光子激发成像工作一直采用大于100 fs的亚皮秒脉冲激发。通过多光子脉冲间干涉相位扫描法, 成功地将10 fs脉冲引入到多光子生物成像领域。通过补偿高阶色散后, 荧光信号得到了显著增强, 探测深度明显增加, 且可使多种染料同时被激发。

简要介绍了连续太赫兹波远距离反射式成像系统及其在安全检测领域中的应用。该系统采用耿氏振荡器作为辐射源; 无偏置的肖特基二极管作为探测器; 工作频率为0.2 THz; 成像距离为25 m。样品放在由计算机控制的X-Y二维平移台上, 通过控制样品的二维移动来实现扫描成像。由菲涅耳聚乙烯透镜准直后的太赫兹波束在空气中传播, 然后用另一个菲涅耳聚乙烯透镜聚焦到样品上。通过逐点扫描的方法得到样品不同点背向散射的太赫兹波的强度信息, 进而绘制出样品的二维灰度图像。通过对25 m远处的多孔铝板、飞机模型以及装在纸盒内的玩具手枪进行成像, 结果表明连续波远距离成像在安全检测领域具有广阔的应用前景。

光纤光栅传感器最大优势是复用能力强, 易实现大规模远距离测量。但目前使用的光纤传感网络多采用波分复用技术, 系统规模增大时, 测量精度明显下降; 且光源与传感器串联在同一根光纤上, 信噪比低、可靠性差、难于扩展, 限制了光纤传感器的复用能力。为此提出二线制光纤传感网络, 它采用并联结构, 光源与传感器并联在两根彼此独立的光纤之间, 信噪比高, 可靠性好, 容易扩展; 同时, 通过对光电二极管输出信号的自相关运算, 可以区分中心波长相同但谱线形状不同的传感器, 保证测量精度不受系统规模影响。理论分析和实验研究表明, 二线制光纤传感网络的信噪比固定, 测量精度不受系统规模影响, 且故障率低, 因此是一种适合工程应用的光纤传感网络。

APEX方法是一种非迭代式的点扩展函数(PSF)估计方法, 适用于实时性要求较高的场合, 但其估计出的PSF在有限支持域内不能保证退化过程能量守恒。在APEX方法的基础上, 针对光电图像的退化特征, 在估计PSF时加入非负限制和归一化处理, 并对APEX方法中的近似常数A和频域中心区域Ω的选取加以改进, 增强了其实用性。最后用慢演化连续边界(SECB)方法重构复原图像, 同时就SECB方法中的两个重构因子K和s的选取给出参考结论。通过仿真, 验证了改进算法不仅增强了稳定性, 而且复原效果也有较大改进。

光学相干层析成像(OCT)作为一种新型的成像技术, 已广泛应用于临床检查, 但成像速度和分辨率较低。为了提高系统的成像速度及分辨率, 提出一种基于低速面阵CCD高速图像传感的正弦相位调制OCT检测技术。在迈克耳孙干涉仪参考镜的背面粘贴一个压电陶瓷(PZT), 加一正弦相位信号控制PZT的振动, 使参考镜沿光轴方向连续改变参考臂的光程, 对样品进行深度扫描; 推出了基于正弦相位调制的OCT干涉信号光强表达式, 并对其成像技术进行了讨论; 因PZT连续移相, 面阵CCD同一像素可探测物体内部断层结构。因此, 该技术利用面阵CCD能得到被测样品内部断层结构信息。该技术无需步进移动参考镜和横向机械扫描, 具有成像速度快、灵敏度高、信噪比高、成本低廉等优点。

离轴非球面元件的应用可以使光学系统在成像质量和轻量化程度上得到最大限度的提高。但最接近球面以及研磨去除量的求解仍然是加工环节中极为重要的问题,为此, 提出了一种同时考虑研磨去除量最小准则和研磨变化量要求的最接近球面及研磨去除量的求解方法, 可适用于二次及高次离轴非球面最接近球面及研磨去除量的精确求解, 具有普遍意义。通过编程实例计算了最接近球面的半径、最大研磨去除量和研磨去除总量, 与经验公式计算结果的比较表明了该方法求解结果的优势, 同时离轴非球面加工中的实际应用也证明了该方法的正确性。该方法的提出对离轴非球面加工具有一定的理论和实际指导意义。

为了进一步改善声低通滤波光纤水声传感器对高频声信号的抑制功能, 在以往报道的二阶结构的基础上, 提出了一种新型的四阶结构。利用电声类比理论和电路分析方法, 建立了四阶声低通滤波光纤水声传感器的一般低频集中参量模型, 并对其声压频响进行了理论分析。在驻波罐中对自制的四阶光纤水声传感器进行了测试, 实验曲线与理论值具有大致相同的变化形式, 测得的两个共振频率分别与各自的理论值基本一致, 低频响平坦且非常吻合, 平均声压灵敏度为-140 dB, 高频差异较大, 主要受低频模型的限制。实验结果较好地验证了低频集中参量模型和理论分析的正确性。为解决光纤水声传感器系统实际应用中遇到的高频干扰引起的信号混叠问题提供了一种新的有效技术途径。

研究了基于双平板剪切干涉形成阵列光镊的装置, 并将其应用于聚苯乙烯颗粒的捕获, 此技术有望成为一种新型的细胞等生物颗粒的分选方法。首先对传统光镊理论进行修正, 确定适合本研究方案的理论模型, 并对模型中的具体参数采用Matlab软件进行仿真分析。根据理论分析的结果确定相关光学元件参数, 搭建阵列光镊系统。通过调节两干涉场之间的叠加角度, 可以获得不同分布特点的二维阵列光镊。将该系统用于颗粒捕获实验, 成功实现对6 μm聚苯乙烯小球的捕获, 证实系统设计方案合理可行。

参照国际标准ISO 11146-1: 2005, 提出一种新方法研究平面光波导TE0模衍射光束的模场半宽度、远场发散角半宽度和光束传输因子三个光束参量。在傍轴近似下, 推导出TE0模衍射光束参量基于波导芯层参量、包层衰减参量 、芯层半宽度与狭缝半宽度的解析表达式。数值分析了光束参量与狭缝半宽度的关系, 结果表明, 光束参量随狭缝半宽度变化而变化, 且当没有充分考虑包层场分布时, 光束质量因子小于1。

研究发现完全非偏振随机电磁光束和完全偏振随机电磁光束在自由空间传输的过程中, 只有在特定的条件下才会保持其光谱偏振度不变, 即保持其完全非偏振或完全偏振的状态; 否则随着传输距离的增加, 这两类光束都将转化为部分偏振光束。通过数值计算和理论分析得到了以下结论：随机电磁光束在自由空间传输的过程中光谱偏振度的变化分别取决于决定光场相互关联的参数δ, 以及决定光源强度分布的参数σ。

实时成像是太赫兹成像技术的发展方向之一。利用美国相干公司生产的CO2抽运的THz激光器, 采用124×124像元的面阵探测器对人民币水印进行了成像实验研究; 实验中所用激光频率为2.5 THz。同时, 采用多幅图像平均等方法提高图像信噪比, 最后采用阈值分割方法实现水印提取。利用此成像装置已获得较清晰的人民币水印实时图像, 通过所用的图像处理方法以使水印更清晰可辨。实验结果表明, 此种成像方式在图像分辨率和成像帧频方面具有很大的优势。

研究了随机电磁光源辐射光束的偏振度的轴向演化规律和在垂轴截面内的分布情况, 探讨偏振度传播规律的主要影响因素, 并发现存在相干性和偏振度以外的其他因素影响辐射的偏振性质。以高斯-谢尔模型光源为例, 导出了其谱相干度、偏振度和交叉偏振度与光源各参数依赖关系的解析表达式, 在此基础上指出具有相同相干性和偏振度的一组光源可具有不同的交叉偏振度。针对相干光源和非相干光源两种情况, 各计算了一组光源的辐射场偏振度随传播距离的变化曲线及其在与光束轴垂直的横截面内的分布情况, 结果表明, 在交叉偏振度中出现的光场两垂直分量间相关系数可显著影响辐射光束偏振度纵向变化规律。

随着图像处理技术的广泛应用,图像伪造技术也越来越容易。恶意篡改的图像常出现在新闻、司法等领域中,造成极大的负面影响。论述了高阶统计量法、相机响应函数法、直接转矩控制(Direct torgue control,DCT)系数检测法等目前常见的拼贴图片盲检测方法, 分析了各种方法的适用条件和局限性, 并对该领域未来的发展作出了展望。

为了实现彩色图像原稿在数字化复制过程中色彩的精确还原再现, 基于色度特征化理论, 应用多项式回归法, 提出一种以扫描仪和彩色喷墨打印机组成的彩色图像数字化复制系统为应用对象的闭环式颜色还原校正模型, 通过直接修正图像像素的三基色值, 对彩色图像在扫描和打印这两个图像复制环节实施颜色复合统一校正。同时, 采用循环逼近的校正方法, 有效提高了颜色还原校正的精度。理论分析和实验结果表明, 经过该模型的颜色还原校正后, 复制稿与原稿的最大色差从未经校正的48.51ΔE*ab降到了7.90ΔE*ab, 平均色差由15.91ΔE*ab降到了2.69ΔE*ab, 达到了颜色精确还原再现的目的。