高速公路“绿色通道”检查中, 利用比重法检查违规货品, 其中准确获得货车车厢体积是实现该检测方法的前提。为了能准确地测量货车车厢体积, 需要对基于激光三角法的货车体积测量系统进行标定。通过对摄像机内外参数和激光面进行标定, 就可以完成对货车车厢体积准确的测量。

为了实现水中氨氮质量浓度的在线检测, 基于光纤光栅传输理论, 提出了一种利用级联光栅, 双参量同步测量的传感方案, 推导出传感系统的灵敏度矩阵。实验测出了布拉格光纤光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG)的温度灵敏度系数、氨氮质量浓度灵敏度系数, 获得了传感系统的灵敏度矩阵。结果表明, 该方案结构简单、易于实施, 为水中氨氮在线检测的研究提供了一种参考方案。

提出了低偏振分离的立方棱镜带通滤光片的设计方法。为减小光在立方棱镜中s、p偏振光的偏振分离, 采用三种材料来构成带通滤光片的反射镜, 并采用不同折射率排列的反射镜结构构成嵌入式的多个带通滤光片, 既提高了s、p偏振光的通带透射率, 又减小了s、p偏振光在通带中的偏振分离和偏振位相差。通过改变反射镜的基本周期数和滤光片的周期数, 可以调节滤光片的通带宽度和截止度, 经膜厚优化, 得到满意的设计结果。

为了实现高灵敏度、低浓度的溶液分析与测量, 提出了一种基于多模光纤的分段式倏逝波传感器。采用有机玻璃板和高抛光PVC管构成光纤支架, 将60/125 μm阶跃多模光纤分段等长度剥除涂覆层后缠绕于光纤支架上, 其无涂覆层部分位于两两PVC管之间, 经过化学腐蚀去除包层后获得60 cm长吸收距离的光纤倏逝波传感器。用不同浓度亚甲基蓝溶液和宽光源对传感器特性进行研究, 实验结果表明, 这种分段式的光纤倏逝波传感器的灵敏度(1.298×10-5 L/mmol)远远优于直形不分段L=6 cm的传感器的灵敏度(1.020×10-2 L/mmol), 同时该传感器保持良好的机械强度, 可以更好地应用于低浓度溶液物质的定性定量分析。

根据光学系统的装校工艺过程, 应用开发工具Delphi, 研制了用于光学系统装校的光学系统中心偏误差分析软件。该软件提供了光学元件球心像位置计算和光学中心偏误差分析的功能, 人机界面友好、操作简单方便, 目前已经较好地应用于高精度光学中心偏测量仪的光学装校工艺过程的控制。

针对光纤陀螺采用分立光学器件组装的特点, 从光纤类型匹配、损耗匹配、偏振特性匹配几个方面讨论了对光纤陀螺精度的影响。给出了组成光纤陀螺各器件的理想匹配参数和光学器件的保偏尾纤连接时的对轴精度的优化, 提高了光纤陀螺批量生产的一致性、稳定性、重复性以及光纤陀螺的性能。

介绍了采用距离选通技术进行非视域成像探测的原理, 基于窄脉冲激光器和选通型成像器件搭建了非视域主动成像实验系统。以玻璃作为中介反射面, 以黑白条纹靶板作为目标, 对目标和周围环境处于不同光照情形时, 系统的非视域成像效果进行测试。结果表明, 基于距离选通的非视域成像技术是一种能够在不同光照条件下实现对视觉盲区进行有效观察的成像技术。

提出了一种掺入光纤布拉格光栅(fiber bragg grating, FBG)的玄武岩纤维增强塑料(basalt fiber reinforced plastics, BFRP)智能片材, 将其作为传感器用于混凝土结构应变监测。将FBG掺入BFRP可实现对FBG良好保护, 改善FBG传感性能。提出了FBG-BFRP智能片材的制备方法, 测试并分析了FBG-BFRP智能片材的传感特性, 证明FBG-BFRP智能片材具有较好的传感性能。

基于微纳光纤倏逝场传感理论, 通过调制微光纤包层空气的折射率, 来探究不同气体折射率环境对微光纤输出光强的影响, 从而为制作高灵敏度的特殊气体传感器提供实验指导。实验选择了折射率为1.359 0的丙酮液体和1.494 6二甲苯液体, 实验测得相同体积的二甲苯和丙酮在挥发完全后对微光纤束缚光的能力改变不一样, 二甲苯使纤芯传输的能量明显减弱, 倏逝场能量增强。

针对儿童斜视辅助治疗的色散问题, 提出了利用微棱镜阵列组消除压贴三棱镜中的色散现象的设计方案。通过压贴三棱镜平移光线, 用微棱镜阵列组进行色散补偿, 设计了一个新颖的组合光学系统。阐述了微棱镜阵列组色散补偿的基本原理, 并利用几何光学软件仿真了组合光学系统的色散、透过率等光学参数。点列图以及扩散函数图等仿真结果表明, 微棱镜阵列对于减少压贴三棱镜的色散有较明显的效果。

根据落射式微分干涉相衬显微镜中Nomarski棱镜的光学原理, 通过几何光学运算, 推导出棱镜主要结构参数的理论关系式, 利用MATLAB程序将关系式转化为二维曲线, 再根据关系曲线的变化趋势来确定适合于Nomarski棱镜主要结构的参数取值范围, 从而实现优化设计的目的。

车载扫描凝视系统在扫描成像时由于转台转动而引起的像移必然造成图像质量下降, 进而导致虚警率升高, 要消除像移必须进行像移补偿。基于像移产生原因以及双光楔对光束的导向模型, 推解出因转台旋转而需补偿的光楔的初始位置及旋转速度, 来补偿曝光阶段引起的像移。提出了基于双光楔的像移补偿的新方法。

设计了一种基于Altera的FPGA芯片EP4CE10F17C8以及基于Cortex-M3构架的ARM处理器STM32F103VE, 该系统通过FPGA对线阵CCD进行时序的驱动, 并完成像素信号的采集、硬件处理以及传输工作。ARM作为FPGA的外挂处理器, 实现数据信息的软件处理以及对整个系统的控制。介绍了该系统的基本原理, 并给出了详细的基于FPGA和ARM的软硬件联合设计方案。

针对LED照明通信集成芯片的应用, 设计了一种包括蓝光LED和GaN PD的双向通信集成芯片。工作时蓝光和紫外光形成两路光通信。集成芯片的小尺寸可使LED照明通信减少一半的灯珠数量以利于缩小系统体积。对集成芯片采用串口通信协议和开关键控(OOK)调制解调装置进行单向、双向通信测试及分析。实验结果显示, 集成芯片实现单向照明通信时, 紫外通信误码率在10-6以下, 在双向通信且蓝光LED电流密度不大于2.8 mA/mm2时, 紫外通信误码率在10-3以下。

为研究平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统的传输特性, 基于光学矩阵的方法和Collins公式导出了平顶高斯光束通过该复杂光学系统后的场分布的解析表达式和近轴光强分布值, 进而分析了平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统后的传输特性。研究结果表明, 平顶高斯光束通过高斯光阑透镜系统后, 实际焦点位置和几何焦点位置并不重合, 即发生焦移现象。焦移量的大小与高斯光阑宽度及光阑与透镜间的距离等因素有关, 即在一定条件下, 光阑宽度增大, 相对焦移量变小, 光阑与透镜之间的距离与焦距的比越小, 相对焦移量就越小。

单克隆菌落挑选仪是集光学成像、图像识别和自动控制等技术于一身, 应用于生物工程领域的一种高端仪器。对12×8阵列挑选针和无序排列的菌落目标, 只有对挑选路径和顺序进行优化, 才能有效提高挑选通量。针对这一需求, 利用蚁群算法的基本原理, 对单克隆菌落挑选仪挑选路径进行了优化。仿真实验结果表明, 该算法可以有效提高挑选效率。

对线阵CCD图像边缘检测的直接直线拟合法和基于梯度算子直线拟合法进行了比较研究。利用线阵CCD对线材目标进行宽度测量, 并分别用两种方法对采集目标图像进行边缘位置检测。经检测得到, 直接直线拟合法和基于梯度算子直线拟合法的检测精度分别为0.579％和0.039％, 标准差分别为0.037 mm和0.169 mm。结果表明, 直接直线拟合法精度较低, 但稳定性较好;基于梯度算子直线拟合法精度较高, 但结果容易受到随机噪声的影响。

目前微型紫外光谱仪多采用背向减薄式或镀膜CCD作为感光元件, 针对其价格昂贵的问题, 提出了将高性价比的CMOS传感器芯片S11639应用于紫外可见光谱仪中的设计方案, 系统采用非对称性的切尔尼特纳光学系统进行分光处理, 利用STM32微处理器芯片配合复杂可编程逻辑器件CPLD来设计电路将数据上传到上位机, 进行光谱图像显示。通过实验对比, 验证了用该方案设计的微型紫外可见光纤光谱仪, 具有良好的紫外敏感性, 频谱范围为200～900 nm, 分辨率可达1.5 nm。

采用真空电子束蒸发金属薄膜及后续热氧化技术在石英衬底上分别制备出了ZnO、Al∶ZnO以及Sn∶ZnO薄膜。通过X射线衍射仪(XRD), 紫外可见分光光度计和原子力显微镜(AFM)等分析仪器对比研究了Al、Sn掺杂对ZnO薄膜结晶质量、光学性质及表面形貌的影响。测试结果表明, Al、Sn掺杂可以使薄膜结晶质量得到提高, 薄膜应力部分释放, 薄膜表面的粗糙度也相应增加, 掺杂对薄膜光学带隙的影响在一定程度取决于金属薄膜的氧化程度, 氧化充分可以使光学带隙变宽, 反之则变窄。