为了有效实现对微波功率器件的热特性分析,在瞬态红外设备基础上开发了一套用于获取微波功率器件降温曲线的测量系统。分析了瞬态红外设备的原理,并根据降温曲线测量的需要对设备进行改造,开发了数据采集和处理系统,扩展了原有设备的功能,重新设计了测温流程、数据处理算法和相应的软件系统,实现了对GaN HEMT器件不同工作条件下降温曲线的测量。测量的降温曲线满足现有国际标准JESD51系列的要求,在器件热特性分析方面具有较好的应用前景。

为了分析三维光电振动测量仪测量的三维数据准确性,提出了一种利用标准小球做相对校准的简便方法。组成三维光电振动测量仪的5台激光测振仪发出的5束激光同时经过1个透镜,聚焦在位于透镜焦点处且安装在振动源上的标准小球球面上,软件处理小球振动时的三维分量,并与小球3个正交方向放置的3台激光测振仪测得的数据对比。通过微调小球的摆放位置,测量小球不同振动方向的三维振动信息,最后对数据进行误差分析,测量结果验证了该校准方法的可行性和适用性。

为了检测和表征斯密特棱镜的偏振像差,提出弥散圆检测法和B值检测法,对两种方法的原理进行了阐述,并对具体检测方法进行了介绍。弥散圆检测对传统弥散圆检测法进行了补充,增加光斑中心距和光斑变形度测量使它能够表征棱镜偏振像差。B值检测基于自然光的矢量衍射公式,通过对B值的检测分析了偏振像差产生的根源。

为研究光纤微弯位移传感器，在单模光纤传输系统中设计了一个光纤圈和光纤微弯传感器。通过改变光纤圈的直径,以获得两个光斑，通过移动光纤微弯传感器,记录输出光斑旋转情况，并分析了传感器的移动位移和输出光斑的旋转角度之间的关系。实验表明,光斑转移角度与传感器位移在一定范围内存在良好的线性响应关系,因此可通过检测光斑图像的旋转来实现位移量的测量。

提出一种基于像素光场的频域重聚焦算法。首先建立四维光场与像素光场的关系模型,然后基于傅里叶变换,建立了像素光场的重聚焦方法,并分析了傅里叶切片的作用和重采样的方法。在实验中,对比积分投影法,分析两种不同方法对同一场景的重聚焦效果,评价了两种方法的计算效率。实验结果表明,基于频域的傅里叶切片法在结果上等效于积分投影法,但是计算负担更小。

基于变换光学理论,提出了一种新型的各向异性均匀的压缩变换介质。通过坐标变换,该压缩变换介质将一片选定的均匀各向同性的自由物理空间“压缩”至一个小的变换区域,并通过补偿介质(ε=μ=-1)来补偿除了压缩区域之外的那片自由空间,以保持空间场分布的连续性。当两个分离的点光源分别处于该压缩变换介质之中的时候,它们能够形成完美的光学重叠效应,即形成完美的光学相干效应。利用有效介质理论,可以进一步简化变换介质参数,获得各向同性均匀的压缩变换介质实现光学重叠效应。该研究在高能相干激光中具有潜在的应用。

近年来,艾里光束因具有横向加速、无衍射以及自愈等独特性质引起了人们的广泛关注。该光束的光场振幅分布遵从艾里函数,并满足类似薛定谔型的波动方程。从理论和实验、线性和非线性、应用等多个方面对它进行研究。从理论上阐述了艾里光束产生的原理,用相位空间光调制器从实验上产生了艾里光束。在此基础上,采用瑞利近似方法,重点分析了在一维艾里光束作用下,粒子所受的光学散射力、梯度力以及粒子所受的光学散射力和梯度力与粒子半径、折射率的关系。

基于分组无线业务(GPRS)技术特性,采用无线射频传感网络的搭建、面向对象的软件开发语言(JAVA)、安卓技术、光的散射原理以及光谱水质检测技术,开发了面向水环境的自动检测、分析系统,该系统主要实现对环境水浊度的检测。利用无线分组服务数据通信技术远程传输检测数据,并将检测软件嵌入到手机上,实现手机随时检测水浊度,全面提升了系统的自动化水平;利用功放技术,使射频范围扩大至2 000 m,且实测丢包率小于0.5%;利用射频传感网络组网,实现2 000 m半径范围共用一个GPRS网关连接互联网,一个组网下挂探头最多可达255个,成本减少40%,同时读取255个探头的实测网络耗时不超过5 s。通过系统硬件与软件的设计,模拟实验结果表明，该系统可以实现可靠的远程管理和无线传感网络的高速率通讯。

自动对焦技术是精密光学仪器中的关键技术。随着科学技术的发展和应用要求的提高,对具有精度高、速度快和稳定性好的自动对焦技术的需求越来越迫切。针对以上问题,基于显微镜系统简要介绍自动对焦技术,并提出一种快速离焦深度计算方法,不但减少了估计离焦量的计算量而且不需改变光学系统内部参数,尤其适合显微对焦系统。同时还提出结合型的对焦新方法,实现高效率、高精度的对焦。

根据相移切趾器原理设计了七环π相移切趾波带片,准直光束经波带片与透镜聚焦后产生局域空心光束。理论上根据标量衍射理论研究局域空心光束的光场分布,并对其光强分布进行仿真,证明光束的三维“密闭性”。实验中基于空间光调制器与透镜相位得到暗斑最大半径为50.4 μm的局域空心光束,且光强为零,其实验结果与理论分析基本吻合。

为了提高红外探测器在实际工作中的性能和稳定性,设计了一种针对高发热红外精密传感器的自动调节探测器外围温度的装置。该装置利用 C8051F350单片机对半导体制冷片进行制冷、制热和不同功率运行的控制,保持探测器外围温度的稳定。通过PID算法编程,结合多点测量实现环境温度的均匀性和稳定性。实验结果表明,在一天的工作时间内,该装置可使探测器外围的温度控制在20 ℃,控制精度为±0.5 ℃,显著提高了探测器的性能。

颗粒流模式转变的研究具有重要的理论和现实意义,以滚筒内的颗粒流作为研究对象,采用动态散斑测量法研究了颗粒流的间歇崩塌和连续流动2种模式之间的转变机理。目的是利用动态散斑方法对滚筒颗粒运动进行研究,并尝试从两种状态持续时间的概率分布上对其转变机理做出阐述。通过CCD相机得到散斑图像,对散斑图像做对比度分析得到滚筒内颗粒运动速度跟时间的图像,进而提取出崩塌时间、连续时间、崩塌持续时间、崩塌间隔时间,并对其进行分布统计、曲线拟合、结果显示，两种状态转变不是突变性,而是存在一个2种状态共存的过渡状态,并且是随着各自的存在概率变大或者变小而逐渐地稳定下来。

为了便于对微型线阵CCD光谱采集系统采集的光谱数据进行分析,需要对光谱数据采集过程中出现的噪声进行降噪处理,以提高光谱数据的信噪比。首先,根据线阵CCD参数指标,设计了一种硬件降温结构,并用它对线阵CCD进行降温去噪。接着,根据递归最小二乘自适应滤波算法对采集好的水样品光谱数据进行去噪处理,然后和未去噪的水样品数据对比。实验表明,硬件电路降温去噪能够衰减线阵CCD上的暗电流噪声,使用递归最小二乘自适应滤波方法能够有效消减光谱采集系统中光谱数据的噪声。

为在环境风洞实验中模拟污染物的扩散流场及变化情况,基于光学粒子散射理论和数字图像处理技术,并利用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术,研制了一套具有全流场量测、非接触及低成本等特征的瞬态流场定量光学测量系统。将系统用于环境风洞模拟中,可对城市小区、街道峡谷及交通高架污染物等的扩散状况进行定性观察,还可对污染物的流场进行定量量测。可为污染物流场的理论研究、数值计算及环境规划提供参考。

研究了一种基于短相干光相移干涉法的便携式光学表面轮廓仪，分析了短相干光干涉显微镜相移干涉技术,实现了基于该项技术的光干涉显微系统。采用光路集成化的设计方法,实现了一体化轮廓仪光路集成,优化了机械三维调整测量台,实现了可用于大、小口径元件表面测量的正置、倒置两种测量模式。测试结果表明,仪器的粗糙度测量精度为0.1 nm,重复性误差优于0.01 nm,横向分辨率优于1 μm。

基于导模共振效应的亚波长滤波器具有高峰值效率、宽窄带以及低旁带等特点,是一种性能优良的滤波器结构。简要介绍了导模共振滤波器的基本理论、分析方法和一维双层亚波长光栅结构,从可调谐、多通道以及彩色滤光三个应用方面总结了导模共振器件的研究进展,并分析了关键技术和技术难点。阐述了该器件的重要研究意义和应用价值。

为了满足物体振动的测量要求,基于双目立体视觉测量的原理,设计了一套可以在线采集、离线处理的非接触式低频振动测量的视觉系统。通过滤波去除噪声,采用Canny算子和最小二乘法椭圆拟合提取到标志点的轮廓和中心坐标,在已知特征点的空间分布规律的条件下,通过相应的坐标排序方式,对左右视图对应特征点进行准确的匹配,获得了特征点的三维坐标数据。最后对比每一帧图像中对应特征点三维坐标数据,得到待测物的振动信息。通过直线导轨作为振动源带动待测物运动的方式进行了测量实验,实验结果显示,该系统的检测精度达到±0.15 mm/m以上,基本满足低频振动测量的稳定可靠、精度高等要求。