半导体激光器管芯与光纤光栅的对接耦合对光纤光栅外腔激光器的特性起到关键作用.利用散射矩阵分析了激光器管芯与光纤光栅外腔的对接耦合,发现对接的距离以及对接的耦合效率决定了光纤光栅外腔激光器的性能.在强反馈情况下,激射波长在光纤光栅外腔有效反射率决定的布喇格波长内随对接耦合距离周期性的变化,对弱反馈情况则有些不同.同时对比了两种情况的边模抑制比.该分析为实际制作器件提供了指导.

应用有限差分光束传播法和平面波展开法分别计算得到光子晶体光纤的基模有效折射率和包层有效折射率,结合阶跃折射率光纤的模色散方程解出该结构的等效芯半径.通过对不同结构下光子晶体光纤的研究,找到其等效芯半径随结构参数的变化规律,并根据计算结果将此规律以近似公式的形式给出.该分析和结果可为利用有效折射率法分析光子晶体光纤时等效芯半径的选取提供一定的理论依据.

介绍了一种采用有机预膨胀剂调节李普曼反射全息图再现波长的新方法.将水溶性的有机试剂丙稀酰胺作为预膨胀剂均匀加入亚甲基蓝敏化的重铬酸盐明胶(MBDCG)溶液中来制作全息干板,预膨胀剂在反射全息图的后处理阶段溶于水,明胶层发生均匀收缩,从而使再现波长向短波方向移动.通过控制丙稀酰胺浓度,可在整个可见光区大范围定量控制再现波长.

制作了一种新型的半导体可饱和吸收镜--表面态型半导体可饱和吸收镜.用表面态型半导体可饱和吸收镜作为被动锁模吸收体实现了半导体端面泵浦Yb∶YAG激光器被动调Q锁模.在泵浦功率仅有1.4 W的情况下,获得了调Q锁模脉冲序列,锁模平均输出功率1 mW,锁模脉冲重复频率200 MHz.

把基于高分辨空间光调制器(SLM)的动态计算全息波面变换系统看作一个相干光学成像系统,分析并推导了该系统的点扩展函数(PSF),进而研究了SLM像素结构所引起的固有切趾和展宽效应.通过计算机模拟考察了SLM填充因子和衍射距离对系统分辨率的影响,给出了满足抽样定理所要求的系统的最小衍射距离.最后提出了一种消除SLM像素结构影响的物波频谱预处理方法.这一研究为优化系统设计,完善波面变换系统提供了新的途径.

根据相息图的成像原理及其局部空间频率不同的特点,对相息图进行变频率采样,保证相息图上位相在(0,2π)或是(-π,π)取值时量化为相同的等级数,从而消除了相息图采样点的计算、存贮及传输的冗余.并且采用邻近数值等值插值恢复即可获得良好的再现像质.实验和理论均证明了该方法的有效性和可行性,为相息图的快速计算、信息存贮与传输提出了一条新的思路.

本文介绍了一种用连续激光制作室外自然场景体视彩虹全息技术.先用自制的透镜线阵照相机拍摄室外自然场景经透镜所成像的初级体视图,然后用连续激光照明初级体视图,原光路返回,透镜线阵此时不仅起到成像作用,而且起到了彩虹全息术中的狭缝作用.这种技术也适用于室外动态物体.本文制作了室外自然场景的体视彩虹全息图,并给出了实验结果.

利用建立的反射光谱分析系统(Rifs)和SiO2表面蛋白分布的原子力显微镜(AFM)表征,提出了利用生物膜层反射光谱曲线极值点波长变化实时监测抗体抗原免疫反应的新方法.实验表明,得到的生物免疫反应动力曲线与反应过程有很好的对应关系.该方法克服了目前生物检测中膜厚算法的不足,方法简单有效,能够实现对生物反应过程的实时监测.

首次导出了圆锥透镜对球面入射波的聚焦衍射计算公式,分析了其轴上能量分布与横向场能量分布特性.数值计算结果表明,选择合适的球面入射波可以扩展焦深,改善光强分布,同时保证横向场能量分布要求.对于半径20 mm,锥角θ=1×10-2的圆锥透镜,采用曲率半径为1200～1400 mm的球面入射波,可扩展焦深200 mm到120 mm,光强的均匀性有明显改善,横向场能量分布形状改变量不超过15 μm,完全达到应用要求.

根据桥梁挠度光电成像测量系统的要求,分别对实际野外工作条件下,系统的像面照度、成像对比度等光度学特性进行了分析、计算,讨论了系统的发光靶标、背景光、光电数字摄像机等系统参数与环境之间的相互制约关系,并讨论了在强烈日光条件下,用高反射率材料代替发光靶标以提高成像对比度的可能性.提出了桥梁挠度的光电成像测量系统设计中,系统参数选择的光度学设计准则.

为解决电视经纬仪跟踪测量系统中对运动目标快速识别定位的要求,在深入分析运动目标特性和电视经纬仪跟踪测量系统特点的基础上,利用经纬仪角度变化信息,对运动目标图像序列进行帧间差值计算以获得目标残差图,并基于残差图提出了一种新型的运动目标快速识别方法,大大减少了运算量.结合中值滤波和图像二值化,实现了运动目标的快速定位.通过对目标实测图像序列的实验,结果证明:该算法具有快速、稳定、有效等优点,能够满足电视经纬仪跟踪测量系统对运动目标快速识别定位?囊?

通过对图像进行特征提取和变换,图像的相似性匹配可以转换为高维向量空间内的点匹配.为了解决高维数据的维数灾难问题,提出一种基于多分辨率数据结构的向量近似方法.从低分辨率开始计算距离下限,如果距离下限大于目前结果集中的最大距离,则不需要在高分辨率上计算其距离而将其排除掉,从而降低了向量近似方法的运算复杂度.提出应用此方法的近邻搜索算法并运用到图像数据库的特征匹配中,实验证明:新方法搜索效率优于传统的向量近似方法.

报道了120 fs/795 nm的Ti∶sapphire飞秒激光在静态气体靶室中利用稀有气体氩作为非线性介质的高次谐波辐射,在静态靶室中获得高次谐波辐射,较常用的气体喷嘴具有结构简单,实验容易操作等优点,实验中在42 mJ和7.5 mJ线偏振激光驱动下观察了谐波辐射谱随气压变化情况.

利用数学形态学的基本理论,提出了一种基于局部最小代价分水岭算法的图像分割新方法.该方法应用数学形态学的腐蚀、膨胀及坎尼(canny)算子将图像中包含外边沿的部分分割出来;对该局部区域进行最小代价的分水岭变换;提出了解决过度分割问题的一些准则.实验结果表明,该方法不但节省运行时间,而且其能够提取出目标的完整精确的外轮廓边沿,从而在某些特定的应用领域具有独特的优势.

为了更准确地从两幅同一地区不同时间的遥感图像中检测出地物的变化情况,提出一种基于统计分析的方法.即:统计检验方法.这种方法是将局部回归方法应用于两幅不同时间遥感图像中的同一感兴趣矩形区域,当回归系数表现出较大的差异时,这些图像区域被分割成更小的子区域.与传统的变化检测方法相比,统计检验法不仅与脉冲噪音无关,而且也不受传感器灵敏度降低引起的外部变化和光源位置变化的影响.

提出了一种无压缩多路数字视频光纤传输系统,该系统基于时分复用技术采用比特串行数字视频传输方式实现在一根光纤中传输多路视频信号.介绍了系统设计思想、关键技术及高速数据接口设计,并通过实验证明该系统工作稳定、实时传输效果好、是远程视频监控系统及安防系统的实用方案.

用磁控反应溅射(RF)的方法制备了SiN_x薄膜.分析了以硅为靶材,用N2/Ar做溅射气体条件下不同的气流比率、总气压以及沉积速率对薄膜光学常数和表面结构形态的影响,得出较低总气压下气流比率对薄膜光学常数的影响是最关键的,而总气压较大的时候,水汽影响增大,气流比率的影响反而不明显.最后提出了合适的工艺条件来制备符合要求的SiN_x薄膜.

介绍了应用激光光热偏转成象法无损检测光学薄膜激光损伤的基本原理,由此建立了实验检测装置,对光学薄膜表面的激光损伤进行了扫描检测,并以直观的灰度象显示.实验结果证明了激光光热偏转成象法检测光学薄膜激光损伤具有直观、有效、可确定损伤阈值的优点.

采用光学传输矩阵方法,详细分析了反射镜以及键合界面的吸收对垂直腔面发射激光器光学特性的影响.结果表明,反射镜以及键合界面的吸收对反射镜和垂直腔面发射激光器的反射率和势透射率有较大影响,而对反射镜中心波长处的反射相移以及垂直腔面发射激光器模式的反射相移和模式位置影响很小.随着反射镜以及键合界面的吸收增大,反射镜中心波长处的反射率逐渐减小,垂直腔面发射激光器的模式反射率变化则是先急剧减小,达到一个极小值,然后再逐渐增大,而反射镜中心波长处以及垂直腔面发射激?馄髂Ｊ酱Φ氖仆干渎试蚨际茄杆俳档偷?此外,将有吸收的键合界面离有源区的距离远一些,有利于提高垂直腔面发射激光器模式处的光输出效率.

提出了一种基于目标面元三维坐标和脉冲飞行时间的激光目标探测装置的回波脉冲功率描述方法,理论推导了激光目标探测装置的探测目标和气旋粒子的面元散射光功率和回波总功率的计算公式,并给出了回波信号的仿真计算脉冲波形.同时根据目标和气旋粒子回波脉冲的幅度-脉宽信息,提出了识别目标与干扰脉冲波形的新方法.

采用等离子体辅助电子束蒸发方法在808 nm大功率量子阱半导体激光器腔面设计镀制了HfO2/SiO2系前后腔面膜.用直接测量法测量并比较了各种常用膜系的相对损伤阈值.增透膜的反射率为12.2%,高反膜的反射率为97.9%.对于100 μm条宽、1000 μm腔长的条形结构通过器件测量结果是出光功率提高79%、外微分量子效率提高80%、功率效率由没镀膜之前的22.2%提高到镀膜之后的39.8%.

在室温下通过外加电场极化法,首次用较低的极化开关电场～5.5 kV/mm,在厚为1 mm、长为20 mm、宽为18 mm的掺镁铌酸锂基片上成功的制备了周期为4.8～5.2 μm的一阶准相位匹配倍频光学微结构;并在室温下,以波长为980 nm的半导体激光器为基频光源,对所研制的微结构样品进行倍频通光实验,在入射基频光为800 mW时,产生约40 mW的490 nm的倍频光,其对应转换效率为5%,实验过程中未见绿致吸收光折变现象.

基于修正的非线性薛定谔方程,利用线性扰动理论和数值方法研究了单模光纤中的调制不稳定性.由于受激喇曼散射的作用,使得喇曼增益谱叠加到光纤中的调制不稳定性增益谱上.这样,原本调制稳定的光纤正常色散区也出现了调制不稳定性;而在反常色散区,随着初始功率的增加,常规的调制不稳定性增益谱的增益和频谱范围均增大,而喇曼增益谱的增益增大但其频谱范围基本不变,这样导致常规的不稳定区域逐渐侵入并最终掩盖喇曼增益区.数值模拟验证了解析结果的正确性,并证明了利用反常色散情形下的调制不稳定性可以产生超短脉冲序列,但这种脉冲序列的进一步传输将会出现喇曼孤子自频移现象.

运用矩阵传输法,并结合长周期光纤光栅的模式耦合理论,阐述了相移长周期光纤光栅传输光谱的形成原理.利用高频CO₂激光脉冲制作出相移长周期光纤光栅.该方法仅需用计算机绘制光栅结构图形,再由计算机依照此图形控制CO₂激光器对普通光纤曝光,就可自动完成光纤光栅的制作.实际制造出一条相移长周期光纤光栅,在1520～1570 nm和1610～1670 nm波长范围内分别呈现出相移图样,相移波段的通带中心波长分别为1546 nm和1640 nm.对光栅进行温度测试,观测1610～1670 nm范围内相移光谱的变化,发现相移光栅的通带及阻带中心波长具有相同的温度变化系数,其数值为0.064 nm/℃,另外又测试了光栅的应变特性,灵敏度约为-0.51 nm/mε.因此在利用光栅温度特性或应变特性做传感的过程中,可以仅测试通带中心波长的变化,实现低成本多样化的测量手段.

由波动方程的积分解导出了光纤中各轴对称传导模式传输功率的解析表达式, 该式包含了入射光对模式功率的影响, 同时也反映了不同阶次模式间的差别. 在此基础上, 以高斯光斑模拟光纤端面的实际光斑, 讨论了聚焦情况对各轴对称模式间功率分配情况的影响. 结果表明, 把工作频率和聚焦情况综合起来加以调整, 可达到压制某些模式而提升另一些模式的目的.

畸变特性是光刻物镜的关键指标,目前少有报道,提出了一种大视场投影光刻物镜畸变测量原理,测量系统和测量数据的处理方法.利用该装置对研制的口径6英寸,分辨率3 μm的物镜进行了测量,得出该物镜在全视场的畸变值小于2.0 μm.

分析了空间双波段成像光谱仪光学系统的光学特性,提出利用光学材料间焦距位移系数的互补性,实现光学系统消热差、消色差设计方法,建立了一组既消热差又消色差的方程组.给出了利用这种方法设计的视场角10°,焦距100 mm,F数为1.98,温度范围在-20℃～70℃,工作波长为3～5 μm和8～11 μm具有100%冷光栏效应的双波段消热差、消色差光学系统,分析了系统各波段传递函数、波前差及像面位移随温度变化关系.

基于非成像光学的étendue量对液晶投影显示照明系统和投影物镜进行匹配,对液晶投影物镜的相对照度进行分析,根据étendue量计算照明系统液晶板照明面的发光强度分布,与根据朗伯体服从余弦分布的计算相对照度的算法进行比较,并对相对照度的Rimmer算法进行修正,分析和实验表明,修正算法得到的投影物镜相对照度计算更符合实际情况,对于投影物镜确定渐晕系数、校正像差有利.

在有限景深的光学系统中,由于发光平面具有纵深方向的分布而不能清晰地成像于一个像面上;X光激发的发光玻璃成像系统具有这种性质.针对不同发光平面的发光强度呈现指数衰减规律的发光玻璃的成像问题,用几何光学原理模拟了成像清晰度的变化规律,为这类成像系统的调节提供了依据,并获得了与理论推导的成像清晰度的变化规律相符的实验结果.

采用改进的反射式Mach-Zehnder干涉滤波器,对双程后向结构掺铒光纤超荧光光源(DPB SFS) 分别进行光谱分割和光谱预分割,构建了两种结构的多波长超荧光光纤光源(MW SFS),波长间隔为～0.8 nm时,在1550 nm附近(1542～1559 nm)20个波长的功率波动小于0.5 dB.其中前者消光比高达27 dB;后者消光比～18 dB,在泵浦光功率为72.8 mW时,最大输出功率25.3 mW,光光转换效率高达34.8%.改变Mach-Zehnder干涉仪的臂长??采用光谱预分割技术,得到1550 nm附近波长间隔～0.4 nm、消光比～16 dB的50个波长输出.

根据红外辐射的大气窗口特性、二元光学元件特殊的色散特性和多级衍射特性,提出了利用二元光学透镜的新型中波和长波红外双波段成像光谱技术,从理论上阐述了二元光学双波段红外成像光谱仪的基本原理和设计方法,实际例子证明了设计的可行性,利用此方法可研制轻型、价格低廉的双波段红外成像光谱仪.

以琼斯矩阵为数学工具,利用理论分析和计算机仿真的方法研究了线性双折射的色散特性及其对光学电流传感器灵敏度的影响.在光学电流传感器系统中,光源的驱动电流与环境温度改变,都会造成光源峰值波长移动.由于光学玻璃材料线性双折射的色散特性,会使光学电流传感器的灵敏度随光源波长的变化而改变.研究结果表明,线性双折射的色散特性会对输出曲线的尺度因子产生影响,但是影响很小可以忽略.本研究结果可为光学电流传感器的研究设计人员提供有用的参考.

介绍了一种改进的Mach-Zehnder干涉仪型传感器,采用微弯结构波导代替了传统的MZ干涉结构的两臂.利用三维波束传播法(3D-BPM)对传感器的敏感区域,微弯结构的形状进行了研究,同时研究了微弯结构的振幅和周期对灵敏度的影响,并采用梯度算法对这两个最重要的参数进行综合优化.模拟结果表明,优化后的传感器敏感度比优化前提高了一倍多.

通过系统仿真和数值分析,全面地分析了光分组交换网中分组组装机制对自相似流的整形效应,结果表明:光分组组装机制通过改善流量的关键特性,包括:自相似性、短程相关性和边缘分布,来实现自相似流量整形.而且,业务强度越小、光分组组装门限越大、组装计时间隔越小,光分组组装机制对自相似流的整形效果越好.

以啁啾高斯脉冲在单模光纤中的传输为例,分别就线性初始啁啾对光纤二阶和三阶色散的补偿进行了系统的理论分析和数值计算,结果表明:线性初始啁啾对光纤的二阶色散(线性色散)有一定的补偿作用,但不能有效地用于三阶色散的补偿.

研究了异步光分组网中的输出光缓存问题,与以往不同的是在处理光分组到达时间间隔时采用Weibull分布,以便更有效地描述互联网中的WWW业务流量类型.通过建立基于Weibull分布的排队模型,得到了排队模型中的丢包率的解析式,并根据数值解得出了光缓存系统的丢包率、系统实际利用率、服务窗口利用率以及平均排队时间随光纤延时线单位缓存时间变化的关系曲线.研究结果表明:在不同的业务强度和缓存深度下选取恰当的单位缓存时间,可以优化光缓存系统的性能.

应用光频域反射复用技术与波分复用技术,解决了光纤光栅传感网络的寻址问题;使用可调谐滤波器,实现了复用信号的解调;具体地分析了光频域反射复用技术的基本原理,从理论上推算了系统的空间分辨率和测量范围,并进行了3×3光栅阵列传感网络的实验研究.该方案充分利用了光信号的频率和波长信息,在光源功率足够大的前提下,显示出新设计的传感网络具有寻址和解调几百个光栅信号的潜在能力,在大型建筑设施分布式二维或三维应力监测中有很好的应用前景.

用琼斯矩阵本征分析法和邦加球法,分别测量了22 km和75 km G.652单模光纤中的二阶偏振模色散,并对其平行分量、垂直分量、PCD(Polarization dependent chromatic dispersion)、消偏振项、各个分量的统计特性及其影响进行了详细的分析,得到了二阶偏振模色散随波长的分布情况及统计特性.从统计结果可以得到,与PCD项相比,消偏振项在二阶偏振模色散中起主要作用.该研究对二阶偏振模色散的补偿有一定的指导意义.

利用一维金属/介质光子晶体对BaF2晶体闪烁光谱进行修饰.以Al₂O₃/MgF₂/Al/ MgF₂为周期构成光子晶体,讨论了周期数、金属层的厚度以及在低折射率层中的相对位置、入射角度等与光子晶体能带特性的关系及其对BaF₂晶体闪烁光谱进行修饰的效果.结果表明,在所考虑的发射角范围,光子晶体对快成分的衰减小于5倍,对慢成分的相对抑制比超过20倍,采用合适的探测角度,可使对慢成分的相对抑制比提高到100以上.

设计和制备了ZnS/ZnSe叠层共20个周期的非线性一维光子晶体光开关与光双稳器件.理论模拟了波长514.5 nm的氩离子激光,在阈值功率密度1.0×105 W/cm2下,完全移出光子禁带,实现了光开关.同一器件也可作为光学双稳器件,实验测出其阈值功率密度为1.38×105 W/cm2,双稳开关时间为100 ps.理论与实验结果基本一致.