旋光检测技术可以区分手性化合物的对称性,与色谱检测技术结合可以实现手性化合物分离,在生物制药、成分分析等领域起着重要作用。通过对纯净水和两种葡萄糖溶液进行旋光现象检测,用曲线拟合的最小二乘法处理数据确定这三种样品的偏振角度,具体分析了二次拟合和一次拟合两种算法。实验表明,一次拟合比二次拟合简单,精度很相近,从实验测量速度和精度综合考虑,一次拟合比二次拟合更适合于实验的旋光检测。

研究一种基于分布式光纤振动传感原理和电缆局部放电原理的电力电缆故障定位技术。通过在电缆上施加高压脉冲,使得电缆上有故障的位置产生局部放电,从而产生振动信号。并将放电脉冲信号同步传输给分布式光纤振动监测系统。通过分布式光纤振动传感技术来探测电缆沿线放电产生的振动信号,并对振动信号进行定位。将该故障定位技术应用于电力电缆沿线上监测电缆故障的状态分布,并进行试验验证。实验结果表明,该系统可实现监测多回路30 km电缆线路的故障分布状况,并对故障点进行准确定位。

基于Altera公司cycloneIII系列EP3C5芯片,提出了一种基于电定标热释电辐射计(ECPR)系统中一种数字相位计的实现方法。该相位计的作用是调整系统中被测信号 和参考信号之间的相位差,使得相敏检波的幅度达到最大,从而提高光功率的检测精度。将被测信号A/D转换成数字信号送到FPGA芯片中,与查找表中的参考信号做IQ正交解调算法,得到一组IQ值利用CORDIC算法计算arctan函数获取相位差,最后做出相应的信号同步调整。实验结果表明,该相位计使辐射计系统的测量光功率值的精度得到了改善和提高,系统运行更加稳定,当测量精度为1mW,其不确定度为1%。

为进一步研究涡旋光,推动涡旋光在通信和医学等方面的应用,需要产生稳定的各阶厄米-高斯(HG)光束。现通过对大数值孔径外腔式HeNe激光器进行结构微调,并采取自激励的方法直接产生各种高阶HG光束。此方法操作简单,激光模式稳定,同时利用MATLAB计算出对应的高阶HG光束模式的横向光强分布。实验结果和理论计算结果基本一致,该研究为今后气体激光器的模式控制和分析奠定了一定的实验基础,得到的高阶HG光束可以用于稳定涡旋光的产生。

为解决红外迷彩对传统热成像系统的干扰问题,达到在战场上识别红外伪装目标的目的,进行了长波红外偏振成像与光强图像融合的实验研究。采集了典型战场背景的长波红外偏振图像,利用MATLAB编程对红外偏振图像处理得到了长波红外偏振度图像,进一步对偏振度图像和光强图像进行了融合。实验结果表明,红外偏振度图像比原始红外图像的灰度均值提高了53%,灰度标准差提高了90%,平均梯度提高了2.04倍;融合后的图像比红外偏振度图像的灰度均值提高了15%,灰度标准差提高了4%,平均梯度提高了17%。

现代战争中,高光谱成像技术开始应用于伪装目标识别。为了加强对高光谱图像的信息挖掘,确定可以用来进行伪装识别的目标高光谱特征,对高光谱成像条件下的迷彩伪装特性及影响伪装效果的因素进行了综合分析。在光谱维,从高光谱图像中直接提取光谱曲线,确定了图像对比度高、迷彩伪装特征明显的光谱波段为650～740 nm、780～800 nm。利用光谱角进行相似度计算,分析了阴影对光谱曲线的影响。在空间维,通过主成分分析和灰度共生矩阵的计算,得出了迷彩伪装纹理具有均匀性好、相关性强、复杂程度低等特点。研究结果为迷彩伪装的设计及识别提供了理论参考。

为了有效的记录和再现物体的数字全息图,搭建了以液晶光阀(LCD)为透镜的傅里叶数字全息装置。根据全息理论,分析了傅里叶数字全息的记录、再现及实验原理,并进行了相应的数字图像处理,结果表明,傅里叶变换数字全息再现算法简单,缩短了再现周期,可实现准实时化。并成功应用傅里叶变换全息来对字母和数字进行实时相干识别。

微分方程求解法是设计自由曲面最常用的一种方法之一,此方法是通过建立照明源与被照明面之间的几何关系,来实现自由曲面的数值求解。通常会基于照明光源的光分布与被照明面的照明要求,建立一组偏微分方程,方程组的未知数为自由曲面的每一个节点的坐标和曲率值。通过能量守恒原理,解出所需要的自由曲面每个节点的具体坐标值。在现有微分方程理论的基础上,通过分割自由曲面和变步长的龙格-库塔算法,大幅改善了矩形照明斑的形状、能量利用率及均匀性等,对矩形照明斑质量实现了优化。

针对目前工业检测用的连续变倍显微物镜分辨率低的问题,结合机械补偿结构的变焦原理,实现了基于Zemax的简单连续变倍显微物镜设计。该物镜由6片材料为F1、K9、ZF3组合的双胶合组构成,结构简洁成像质量接近衍射极限,可以0.7×~4.5×连续变倍,能与1/3英寸CCD匹配。利用MATLAB对变倍组和补偿组的运动轨迹进行拟合,验证了其可行性,结果表明整个连续变倍显微物镜满足工业视频检测的使用要求。

为提高光学显微成像及微粒控制的效率,提出一种通过双环形旋涡相位板对入射光为拉盖尔高斯柱矢量光束进行波前相位调制的多焦点产生方法。通过Debye矢量衍射理论分析了该相位板对焦点区域光强分布的影响。分析表明,经调节内外环旋涡相位拓扑数及内环的半径,可以对焦点区域光强分布进行整形,在焦平面上产生多焦点,而且通过改变入射柱矢量光束的偏振态,可以进一步得到光场由轴向分量为主的多焦点及由横向分量组成的多焦点。通过改变旋涡相位板的拓扑数及光束的参数,可以达到对光斑的数量的控制。这对于捕捉折射率高于周围环境折射率的微粒具有重要的应用价值。

针对扫频光源相干层析成像系统(SSOCT)光谱的非高斯型分布,对采样到的干涉光谱实施了基于汉明窗函数的光谱整形。利用选用的汉明窗整形算法,成功地实现了对样品(镀膜的塑料卡片)上界面层析成像纵向分辨率的提升,使其上界面膜层的分辨率从128.9 μm提高至109.4 μm。由于更好地压缩纵向扫描(Ascanning)信号的展宽,因此基于汉明窗算法的光谱整形的方法比传统对原始数据直接快速傅里叶变换(FFT),能够实现更高的纵向层析分辨率。基于这个选定的算法,通过光谱整形后,软件呈现了样品的实时结构层析图像。

为了减少FPGA综合时FIR滤波器硬件资源的占用,提高运算速度,在分析分布式算法基础上,提出分布式算法的改进算法,以解决分布式算法大量占用存储器空间的问题,提高硬件资源的使用率和运算速率。在QuartusII软件环境下,结合算法进行了仿真。验证了算法的正确性和有效性。

研发了一套基于连续扫描的激光共焦扫描显微镜(laser confocal scanning microscopy,LCSM)系统。该系统采用工作台连续运动方式实现扫描,提出了利用单次采集的数据滤除随机噪声的方法,避免了多帧取平均对成像速度造成的影响。实现连续扫描的关键在于解决工作台运动与数据采集的同步问题,利用采集卡有限采集模式,合理匹配工作台参数和采集参数,成功解决了这一问题。详细介绍了影响分辨率的因素,通过合理选取探测器针孔直径,取样间隔,确保了实现高分辨率的要求。系统利用Visual C#开发的控制平台,成功地对生物细胞进行了扫描成像。实验结果表明:基于连续扫描的LCSM具有较高的分辨率,生成的显微图像没有任何畸变,并且成像速度有了大幅度提高。

为了探索怀特池在不同特性光源条件下的性能,在使用虚拟仪器技术对怀特池反射光程进行仿真的基础上,研究了提高反射次数的一般规律和方法,同时特别研究了具有一定发散角的光束在怀特池中反射的模型,提出了光束直径及发散角与反射次数之间的关系,该关系可用于指导非激光光源的怀特池应用。仿真结果证明,光束直径和发散角越小,可达到的最高反射次数越多,实验也证明了这一点。

为了研究温度传感器测量小热惯量温度场的准确性和即时性,对2 ml沸水分别利用水银温度计、热电偶和金属管封装的光纤光栅温度传感器进行测温,所测温度的值分别为94.0 ℃、95.0 ℃和98.6 ℃,三者的响应时间分别为10.0 s、8.5 s、2.5 s。可见,小体积金属管封装的光纤光栅温度传感器测量精度高,响应速度快。并对不同封装工艺的光纤光栅温度传感器的传感特性进行比较,结果表明,对于小热惯量温度场的监测,传感器的封装方式应采用小内径金属管封装方式。

低损耗薄膜背散仪是测量高反射膜片背向散射光的一种非接触式测量仪器。由于背向散射光很弱,在仪器设计过程中,光传输时的能量损耗必须尽量少,而根据低损耗薄膜背散仪的设计要求,必须要实现s、p偏振光的测量。提出了两种实现s、p分量转换的方法,对两种方法能量损耗的大小进行比较,得出了能量损耗为零的s、p分量转换方法,以及转换部件的结构。

光子计数位置灵敏探测器在光子、粒子成像领域应用广泛,而图像采集系统是其重要组成部分。在介绍光子计数位置灵敏探测器的工作原理的基础上,分析了实现计数成像功能的软硬件需求,并设计了一套满足该需求的软硬件平台;依据该设计搭建了图像采集系统的硬件平台并采用LabVIEW编写了图像采集软件;最后进行成像实验验证了该套图像采集系统的性能。实验结果显示,基于该图像采集系统光子计数位置灵敏探测器能够将空间频率为7.14 lp/mm的目标分开,表明该图像采集系统实现了其预期功能。

针对传统光谱仪在实验教学方面存在的问题,设计了一种成本低、体积小的简易光谱实验仪。该光谱实验仪可以探测340~1 000 nm光谱范围内的光。基于光敏三极管良好的光电特性和光谱特性,用中心波长不同的窄带滤光片将入射光分光后分别照射到相应的光敏三极管上。定量反映光照度的各光敏三极管所产生的光电流,经电路转换成电压并放大后被计算机实时采集,利用相应VB程序的处理,在程序界面上实时呈现光谱图。通过探测卤钨灯的光谱,与传统光谱仪探测的光谱图相比较,观察得到两者光谱图包络基本一致,满足了教学实验仪的需求。

中性度是表征中性密度滤光片中性程度的一项重要指标,为了对中性度进行评价,通过分析和总结现有工程中的一些关于中性程度的表述,并结合密度滤光片的测试光谱曲线,总结出了光密度曲线的归一化比较方法。为进一步对中性度进行量化,提出了标准中性度的定义,并给出了中性度的具体算法。该算法简单、易行、直观,便于实施推广。经过该方法量化后的中性度指标不仅可用于标注标准密度滤光片产品的中性程度,也可用于非标产品中性程度评价和约束。

光纤传感器以其独特的优点得到了人们的普遍关注,尤其分布式光纤传感技术在土木工程等大范围测量领域成为研究热点。通过对目前分布式光纤测温技术的系统论述,提出了分布式光纤测温技术的两个研究方向:基于光纤后向散射的光时域及频域反射技术的分布式光纤测温和基于光复用技术的光纤光栅分布式测温。通过对分布式光纤测温技术两个方向的工作原理、特点及性能的理论分析及仿真实验,综合论述和分析了分布式光纤测温技术两个方向的优点和缺陷,以及在具体工程中的实际应用。