从反射积分球模型入手,建立待测样品反射率同积分球及光源相关参数的关系,分析非中性对反射积分球模型的影响。将反射率验证转换为光谱辐射出射度验证,通过实际测量对比,验证了积分球出口处的光谱辐射出射度。结果表明:400～700 nm波段,反射积分球模型与实验测量值基本一致,非中性的影响较小;700～1 000 nm波段,非中性模型较普通模型相对误差较小。另外,500～850 nm波段非中性模型相对误差优于5%。

针对地下磁性掩埋物检测时,磁异常信号信噪比低的问题,提出基于小波熵的微弱磁异常信号降噪方法。小波变换对弱磁异常信号进行提取的关键在于确定小波系数的阈值。为此,引入反映信号能量分布特性的小波熵概念和一个调节因子,最终确定阈值,利用软阈值方法处理高频系数。通过计算机仿真对算法进行了检验。结果表明:该算法可以有效地提高信噪比,还原原始信号。

以分数小波变换为基本理论依据,介绍了一种基于分数小波变换的双随机相位光学图像加密技术,丰富了光学图像加密的方法。该方法通过研究分数小波变换和随机相位,得到了一种多密钥的选择性光学图像加密系统。其特点在于利用分数小波变换多层次分解的优势,结合双随机相位编码,不仅增大了密钥空间,增加了安全性,而且能够实现选择性加密,使加密技术变得更加灵活和多样。通过仿真验证了该方案,可实现多密钥加密,并结合仿真结果,理论分析了该方案的加密效果、密钥的安全性和选择性加密的优良特性。研究可知,该方案是一种新的有效的光学图像加密方案。

为了有效耦合平头发光二极管(LED),使用机械方法加工了锥球面塑料光纤(POF)微透镜。平头发光二极管由圆头发光二极管打磨掉聚光帽制得,其出光端面与芯片距离小于0.5 mm。锥球面塑料光纤微透镜用数控机床加工制得。采用光线追迹法对耦合模型进行了分析。实验优化了锥球面光纤微透镜的参数、锥角、小球半径、工作距离和单端/双端模式,并理论分析了双端锥球面微透镜耦合的实验结果。当双端锥球面光纤微透镜锥角为140°、小球半径为0.15 mm时,可带来20.4%的耦合效率增益。所用加工方法有利于微透镜参数优化,具有较好的加工精度和重现性,可以用于制作塑料光纤微透镜。

超大视场光学成像系统在各领域的应用越来越多,但却缺少能够对该类光学系统的像差进行参量化设计的方法。将遗传算法和逃逸函数相结合对超大视场光学系统进行了优化设计。首先,修正了基于平面对称像差理论的超大视场光学系统的评价函数;然后针对遗传算法在优化超多参量光学系统时,其优化解的鲁棒性较差的问题,采用在遗传算法中混入逃逸函数来改善算法的鲁棒性。最后应用改进的算法分别对鱼眼镜头和折反射全景成像系统进行了优化计算,结果表明,优化后光学系统的像质比参考设计有较大的改善。

利用人体指纹具有的唯一性,指纹识别系统越来越多地用于各种机密系统,同时,随着嵌入式指纹识别系统的快速发展,其正倾向于变得更小巧、轻便。因此,研制体积小、识别率高的指纹识别系统已经成为了嵌入式指纹识别领域的趋势。通过分解光焦度的设计方法、采用双高斯的对称光学成像结构、利用Scheimpflug条件设计指纹识别系统,其体积是在市面上现有产品体积的基础上减小了50%,且可以嵌入到考勤机,保险柜,二代身份证等等系统当中。在缩小体积的同时也提高了指纹识别系统的识别率。由于这种指纹识别系统体积小、识别率高、易加工等各种优点,很有普及价值。

近几年,双液体变焦透镜在其结构、变焦性能和实际应用中已有了长足的发展,国内也开始自主研发设计双液体变焦透镜。在测量法国Varioptic公司的双液体变焦透镜样品焦距的基础上,利用ZYGO干涉仪以及设计相关的光路,测定了透镜样品的像差,了解样品的像差特性。根据实验可得,Arctic 320型双液体变焦透镜在0 V、20 V、50 V和60 V时的Zernike多项式系数较小,残余均方根(root mean square,RMS)反应出整个变焦透镜初级像差较小,成像效果较好,为我国研究双液体变焦透镜提供参考和比较。

为了更加完整有效地研究As2S8薄膜波导的饱和光阻断和非饱和光阻断效应及其应用,提出并设计出了一种新型的、可有效实现光阻断效应的多模干涉型B270-As2S8复合光波导结构,该复合波导的输入端和输出端与单模条波导同基集成。利用3维光束传播方法(BPM)进行仿真运行,结果显示,该复合波导的端接耦合效率可以达到94.53%,插入损耗仅为0.6 dB。复合波导中的光场大部集中在As2S8薄膜中传输,并且具备了良好的导波传输特性,十分有利于光阻断效应的有效实施。

为解决显微图像采集中聚焦的准确性和快速性,设计并实现了一种包括图像采集端、图像处理算法实现模块、OSD菜单实现模块、系统控制模块和HDMI输出模块等硬件采集系统。结合实际应用和现有的图像处理算法,提出了适合数字显微图像的图像预处理自动聚焦算法,在灰度差分绝对值之和函数的基础上增加了对周围点的判断,提高了算法的精确度。实验结果表明,通过对切片图像在显微镜物镜10倍、40倍、100倍下采集到的离、聚焦图像以及聚焦曲线呈现单峰性,无偏性等特点,能实现良好的聚焦能力。

长链的串联谐振腔结构可构成慢光传输的光延时线色散补偿器件,能有效补偿光纤传输的色散,补偿光纤长距离传输造成的脉冲失真。从非线性薛定谔方程的数值解法出发,详细分析了长链微环谐振器的周期性波导结构的各种非线性效应。分析并得到了几个关键系数(二阶色散,三阶色散,非线性系数)对长链微环结构的影响,做出了工作模式分区图以及在不同光学参数下的长链微环谐振结构的传输特性。该分析方法对于半导体环形光延时线的结构设计以及性能优化具有一定的指导作用。

为了提高激光多普勒测速系统的测量精度及其实用性,基于锁相放大器和光纤设计搭建了一套激光多普勒测速系统。该系统的优点在于,锁相放大器的引入能够放大信号并可避免杂散光影响,从而大大提高系统的信噪比;此外,利用光纤取代传统的传输与接收光路,有效避免振动、灰尘、杂散光等环境因素影响,使实验条件大大简化。利用该系统测量移动平面镜和漫射面镜的结果表明,该系统能够准确测量移动物体的速率,误差在1%以内。该系统将来可应用于在线监测活体组织的血液流速测量中。

在三角晶格和六角晶格基础上设计了一种五筒型光子晶体,分析了空气孔型和介质柱型两种类型光子晶体的带隙与晶格半径、介电常数和形状之间的关系:随着介电常数的增大,两种类型光子晶体的带隙所对应的归一化频率都逐渐减小;随着晶格半径的增大,介质柱型光子晶体带隙所对应的归一化频率逐渐减小,而空气孔型光子晶体则逐渐增大;对于介质柱型光子晶体,圆形晶格其归一化频率最大,方形晶格最小,而空气孔型光子晶体与之相反。

为了研究1.54 μm激光在不同条件下的大气传输特性,利用Modtran模型进行仿真计算的方法,得到了1.54 μm激光在大气分子、气溶胶粒子以及雨中的大气传输特性。结果表明:大气分子对1.54 μm激光的传输影响很小,基本可忽略不计;不同类型的气溶胶对于1.54 μm激光传输的衰减程度有很大差别,其中海洋环境较陆地环境衰减更为明显,且随着能见度的降低透过率也随之降低;雾对1.54 μm激光的衰减及其严重,基本很难透过;雨天对1.54 μm激光的衰减也很严重,衰减强度不及雾,但强于气溶胶,且随着降水强度的提高,透过率大幅降低。

为解决现有CCD实验仪对学生的动手能力锻炼不够,并且系统外扩困难、价格昂贵的问题,设计了一款CCD驱动实验仪。采用两块时序驱动板,选用Altera公司的EP2C8Q208C8N和EPM240T100C8N作为驱动板的主控芯片。设置扩展元件接线板和主芯片IO端口,方便搭接外围电路和系统外扩。对东芝公司的TCD1209D和TCD1304AP芯片进行了驱动实验,用Verilog语言编写驱动程序,由程序下载接口下载驱动程序到驱动板,通过Modelsim软件验证CCD芯片的驱动时序,通过示波器实测驱动脉冲,实验的测量结果完全符合CCD芯片的驱动要求。

实验研究了一种低成本的聚合物粘结剂固化封口的、光路不含胶的粗波分复用(CWDM)器件的制备技术,器件大量用于CWDM系统中,为了满足其对波分的各种技术指标要求,基于自动调芯仪的高精度结构微调,以及EMI3410固化胶的高热稳定性和低成本,讨论了工艺过程中涉及的在线监测的光路调节方法、元器件固定方法、湿气隔离手段等。采用了独到的对称填充石英纤维的技术,有效改善了器件的抗高低温冲击特性。实验中采用全玻璃全胶工艺所制备样品,其光学特性数据达到行业指标,并通过了可靠性试验。

主要研究基于表面等离子共振(SPR)技术的纳米级金属膜厚在线测量系统中的视频信号处理问题。由于CCD在动态连续采集图像的过程中会受到环境以及工作台旋转的影响,从而会随机地产生高斯白噪声和图像的扭曲现象,造成视频图像的模糊或者扭曲失效。通过对视频图像进行滑动平均滤波、小波分析以及动态补偿时域滤波的处理,消除了高斯白噪声和避免图像扭曲的发生,确保了CCD获取视频图像的有效性与清晰度,从而提高了从图像中获取的共振角度变化量的准确性,并进一步提高了金属薄膜厚度的测量精确度与可靠性。

研究了一种高温质子交换制备铌酸锂光波导的工艺技术,质子源是稀释的苯甲酸熔融液,通过提高蒸气压的方法实现了350 ℃质子交换,X线衍射测试表明波导层具有单纯的α相结构。采用该技术实验制备了铌酸锂Y分支波导,报告了波导单模特性的测试判断方法,研究了控制波导单模传输的工艺环节。测试表明,试制样品在1 310 nm和1 550 nm波长下具有良好的单模传输特性。