用有限差分迭代求解光束传输方程,对1×2(Y型)耦合器和2×2(X型)耦合器分路的夹角大小对分路中光束分配比例的影响进行了模拟研究.模拟结果显示:耦合器夹角控制在一定的范围内,对分路中光束能量分配影响不大;2×2耦合器对分路夹角以及波导宽度的变化敏感.为飞秒激光加工光纤无源器件的可行性做了理论上的分析.

距离选通成像系统采用脉冲激光主动照明与ICCD选通技术相结合.为了在室内模拟测试一定大气条件下距离选通成像系统的分辨率,设计了一套模拟测试装置.采用两个模拟光源,分别模拟信号光和后向散射光.结合大气距离选通成像系统后向散射光和信号光模型的研究结果,采用阴极面等效辐射照度法,给出了模拟光源功率的计算方法和功率范围的确定方法,以S-20光电阴极的像增强器与CCD耦合为例,计算了模拟光源功率.

考虑LD泵浦光强和腔内振荡光强的空间高斯分布以及晶体热效应的影响,给出了Nd:YVO₄晶体GaAs被动调Q1.06μm激光的耦合速率方程组,数值求解该方程组获得了输出激光的平均输出功率、脉冲宽度、重复率随泵浦功率的变化特性,所得理论值与实验结果相符.

本文提出一种简单的掺铒光纤激光器的结构,在室温下实现了稳定的双波长激光运转.在该结构中,使用刻写在保偏光纤上的光纤布喇格光栅作为波长选择器件.实验表明,通过调整偏振控制器的状态,在室温下能够得到稳定的双波长激光输出,波长间隔0.52nm,16次重复扫描对应于每一波长的振幅变化及波长间振幅差异均小于0.2dB.

利用蒸发氧化铪和离子辅助蒸发金属铪反应沉积氧化铪薄膜,对两种工艺下制备的氧化铪薄膜进行光学和结构以及激光损伤特性的研究.实验结果表明,用金属铪反应沉积的氧化铪薄膜不仅结构均匀,并且具有较高的激光损伤阈值.文章对损伤阈值和薄膜的结构及光学特性之间的关系进行了讨论.

在应用时间与空间傅里叶变换的基础上,运用泰勒展开的方法,得出了一种对多周期超短脉冲光束进行非傍轴修正的方法,并将其应用于脉冲高斯光束.与数值结果的比较表明,对于束宽在波长量级的脉冲光束,二阶修正已经很接近非傍轴精确解,并在例子中观察到:由于超短脉冲光束中时空耦合效应的存在,脉冲的时间分布将会影响修正的空间分布.

用相位掩模法,在圆形掺Yb³⁺双包层光纤上制作了Bragg光纤光栅,并用它作为双包层光纤激光器的输出腔镜,在光栅反射中心波长1055.2nm位置得到了窄线宽的激光输出,FWHM为0.271nm,信噪比约为40dB.这种结构的双包层光纤激光器,在双包层增益光纤和后腔镜间没有连接损耗,减小了双包层光纤激光器体积.用自行制作的等强度梁对作为输出腔镜的光纤光栅做双向应力调谐,实现了激光波长无啁啾调谐输出,调谐范围1051.1～1060.04nm,调谐量达8.9nm,调谐过程中激光3dB线宽基本无变化.

实验观测了掺Yb³⁺双包层光纤激光器的时域特性和光谱特性.研究了抽运功率、腔损耗对激光器工作特性的影响.研究发现,利用单镜腔结构的光纤激光器,可产生自脉动、受激布里渊散射和受激喇曼散射等非线性效应;而采用双镜腔结构可有效抑制自脉动特性,提高激光器工作的稳定性,并对实验现象进行了定性的分析.

提出双环掺铒光纤激光器激光混沌的偏振耦合控制以及部分偏振控制方法,偏振耦合控制能控制耦合相互作用以控制激光混沌,部分偏振控制是控制部分偏振耦合效应以控制激光混沌.数值模拟了偏振耦合控制混沌和某一个环的部分偏振控制混沌,它们都能实现把双环掺铒光纤激光器激光混沌控制到稳定态和周期态上;通过实时调控光的偏振方向,这两种混沌控制方法都能实时地、动态地、有效地控制激光混沌进入到稳定态和周期态上.

通过求解含朗之万噪声项的速率方程,给出了噪声特性解析表达式,建立了半导体激光器噪声特性神经网络模型.利用该模型对噪声进行了计算机仿真,取得了与数值计算相一致的结果.训练好的神经网络模型具有精度高、速度快等优点.

研究了差动多普勒技术和锁相放大器的频率跟踪技术,设计了一种精度高、动态范围大的激光多普勒差动检波系统.此系统结构紧凑,安装调节方便,可以充分利用激光光能.而且,它把两束高斯光束的束腰聚焦在被测物体上,获得了最小光斑和平面波的叠加,提高了分辨力、信噪比和信号强度.采用频率自动跟踪技术来解决信号丢失问题,抑制了各种噪声和干扰.模拟实验证明,振幅测量精度为1%,频率为0.6%;分辨力为50
nm,技术指标是令人满意的.

研究了端面泵浦Nd:YAG晶体热透镜效应,提出了一种新的测量热透镜的方法-干涉条纹法,并通过理论估算与用此方法所测的热透镜焦距相比较,表明此方法所测热透镜焦距随着泵浦光功率的增大二者越来越吻合,验证了该方法的可靠性.该方法解决了端泵Nd:YAG时,由温度梯度,热应力双折射和端面形变所引起的总的热透镜焦距难以测量的问题.

使用二维器件模拟软件Medici,对SiC_1-xGe_x/SiC异质结的光电特性进行了模拟.设计了N型重掺杂SiC层的厚度为1μm,P型轻掺杂SiC_1-xGe_x层厚为0.4μm,二者之间形成突变异质结.在反向偏压3 V、光强度为0.23 W/cm2的条件下,p-n+SiC_0.8 Ge_o.2/SiC和p-n+SiC_0.7 Ge_0.3/SiC敏感波长λ分别可以达到0.64μm和0.7μm,光电流分别为7.765×10-7A/μm和7.438×10-1A/μm;为了进一步提高SiC_1-xGe_x/SiC异质结的光电流,我们把p-n+两层结构改进为p-i-n三层结构.在同样的偏压、光照条件下,p-i-n SiC_0.8Ge_0.2/SiC和p-i-n SiC_0.7Ge_0.3/SiC的光电流分别达到1.6734×10-6A/μm和1.844×10-6A/μm.

针对高能电子束撞击重金属靶产生轫致辐射光子,利用蒙特卡罗方法详细研究了电子束半径与发射度以及靶的厚度对X光源特性的影响.结果表明:电子束半径与发射度不仅是影响照射量的主要因素,也是造成照射量分布不均匀的主要原因;给定电子束,存在一个靶厚度使得靶前1m处的照射量最大.因此,在X射线成像系统的设计和模拟过程中,应综合考虑电子柬半径与发射度和靶厚的影响.

提出了一种新的载波电子散斑干涉的处理方法,该方法将载波所形成的直条纹和包含物体变形信息的弯曲条纹在频域直接比较,避免了传统载波干涉方法中的载波频率计算和由此带来的误差.因此在准确程度和方便性方面都有明显改进.本文在给出理论分析的同时进行了实验验证.

利用Pspice等效电路模型,模拟了入射光波长、温度以及激励电压频率等典型参量对铁电液晶光电响应速度的控制作用.模拟结果表明,在可见光范围内,响应速度随波长的增加而减慢;温度参量则存在一个拐点,响应速度在该点达到极小值;同时,激励电压存在一个上界频率,当频率参量取值超过界值时会对响应速度产生较大影响.

用束传播-自由空间辐射模(BPM-FSRM)混合法计算了SOI脊形波导和光纤耦合时的透射率,提出计算反射率的积分公式.将该混合法和一般FSRM、菲涅尔公式-重叠积分法的计算结果相比较,提出只有在弱导条件下,传统的菲涅尔公式法和重叠积分法才可以同时使用.

通过数值分析的方法推导出光纤参量放大饱和信号增益和信号输出功率的数学表达式.计算分三步,首先数值求解描述参量放大过程的非线性耦合方程得出一系列数值,然后用控制变量法找到饱和信号增益的函数形式,最后用最小二乘法拟合出系数(与数字积分结果比较,最大相对误差不超过0.46‰).同样也得出了饱和信号输出功率的表达式.计算结果与已有实验结果相吻合.

提出并成功研制了一种具有功能复用的新型的多功能光隔离器结构,对其进行了传输特性性能理论分析,分析表明,该器件具有与单尾纤光隔离器相同的低插入损耗,高隔离度等特性,实验结果显示,所设计的1550nm双通道多功能光隔离器插入损耗分别为0.28dB和0.11dB,隔离度分别为55dB和54dB,达到了隔离器需要满足的标准,性能良好,同时具有成倍降低器件制造成本的效用.

对布里渊散射分布式光纤传感器(DOFS)检测原理进行了分析,针对布里渊散射光信号的特点,应用光相干和外差技术来检测布里渊散射光信号.具体采用微波电光调制产生频率可调的参考光,和布里渊散射光进行相干检测,根据布里渊频移特性取出布里渊散射光信号,从而得到分布式传感信号.分别实现了25km光纤的分布式温度和应变传感,达到3℃的温度分辨率、100με的应变分辨率和10m的空间分辨率.

基于离子交换波导的集成型器件是氢敏传感器中很有发展潜力的一种.传感区域由离子交换波导及其表面的金属钯膜组成,通过有限差分法(FDM)计算了这种波导结构中的导模及表面等离子模的模场分布,分析了其传播特性与钯膜光学常数的关系,并结合束传播方法(BPM)对钯膜的厚度进行了优化,使其具有最高的灵敏度.

本文对均匀光纤光栅和线性啁啾光纤光栅的双折射效应分别进行了实验研究.利用压电陶瓷的压电效应实施对均匀光纤光栅和线性啁啾光纤光栅的侧向挤压,使之产生双折射,通过改变施加在压电陶瓷上的电压值,可以实现对光纤光栅双折射大小的控制.侧向挤压线性啁啾光纤光栅可以补偿光纤通信系统中的偏振模色散.

对IP/WDM网络的集成服务质量(QoS)控制技术问题做了研究,给出了基于通用多协议标记交换(GMPLS)技术的业务差分处理模型,设计了新的业务分类、光路分类以及层间映射/疏导/重构策略,给出了具体的映射技术方案.本方法具有三大特点:1)光电集成的差分服务模型;2)多粒度多优先级业务的自适应资源管理机制;3)支持电信级应用.该模型较好地折中了多种类型业务的QoS控制复杂性和有效性,具有较强的实用性和可扩展性,能够解决光因特网络中支持多媒体业务传送的QoS问题.

光纤通信线路检测到的电功率随差分群延迟变化,可以作为PMD补偿的反馈控制信号.给出了这一变化关系的理论计算和曲线并通过实验验证这一关系,确定电压信号与DGD的变化关系.建立了一套完整的实验系统,并考虑了影响反馈电压信号的多种因素以及减小这些影响的措施.眼图给出的实验结果说明了补偿的效果,还利用误码测试仪测量了补偿前后的接收灵敏度的改变以定量说明补偿的效果,最后比较了不同情况下的补偿结果.

给出了高阶非线性薛定谔方程的一个新型孤波解,该解描述了满足一定参数条件时光纤中超短光脉冲的传输,解的表达式可以表示为亮孤子和暗孤子和的形式.同时利用分步傅里叶方法在一定微扰条件下对脉冲传输进行了数值模拟.

提出了一种基于单端半导体光放大器(SOA)的交叉增益调制型(XGM)全光波长转换器结构,并针对这种结构建立了动态理论模型,以这个模型为基础分析了泵浦光功率、探测光功率、输出消光比、输入消光比对转换后信号啁啾的影响.结果表明利用这种结构的波长转换器实现波长转换,在提高输出消光比的同时也降低了转换光的啁啾,较传统的波长转换器是一种改进.

在网络恢复仿真实验中发现当WDM光网络中的工作通路的链路数目为2或3时,通路恢复资源能得到较大程度的共享.在此基础之上,提出了一种新的WDM光网络故障的恢复方案-分段共享恢复方案(SSR).与现有的基于通路共享恢复方案(PSR)相比,SSR的恢复时间大大下降,同时又基本上保持了PSR高效的资源利用率.阐述了SSR的分段规则和实现过程,并对SSR的性能进行了理论分析和计算机仿真.

卫星内无线光网络通信的基础在于卫星内无线光通信链路.为保障链路质量,必须解决适合卫星内环境的抗噪和抗多径损害等技术问题,以及相关设备的适当重量、体积和功耗等实现问题.其关键是结合载波和卫星环境的特性,并配合其它卫星技术研究无线光网络通信技术.实验表明,在卫星内实现适应编码调制和脉冲波形技术,无线光噪声复合消除技术、后验均衡技术和有序捆绑解调解码技术等,点对点和点对多点高速光链路误码率达到了正常通信要求.为进一步利用无线光属性组建高服务质量(QoS)网络,获得高的整体通信效率奠定坚实根基.

以大型结构设计软件SolidEdge建立了高分辨率空间相机的精确的几何模型,在此基础上用大型有限元分析软件MSC.Patran建立了相机的有限元模型,并利用MSC/Nastran对该相机整机进行了工程分析.其计算结果与试验结果相差10%以内.

应用有限元方法对干涉仪的装配前后的平面反射镜进行了静力学分析,对其在重力作用下水平和垂直放置时进行了分析,通过计算镜面变形的PV值和RMS值来评价是否超差及固定反射镜的结构是否合理.并通过Zernike多项式拟合进行了数据处理,分解出了引起的像差成分,并相应地提出了提高像质的措施.

在固体浸没透镜近场光存储中,光的偏振对近场光场分布具有很大的影响.采用三维时域有限差分法,对聚焦线偏振高斯光束通过固体浸没透镜后焦平面上各分量场分布及距离焦平面不同位置光斑图样进行了模拟.结果表明在焦平面上及距离焦平面较近的近场区域,出射光场在与入射光偏振垂直方向出现显著的场增强现象,从而使光斑图样呈近似椭圆分布;而在距焦平面较远的远场区域光斑图样趋向圆形对称分布.

设计了一种新型的体全息光栅透镜,在一块光学平板(体全息记录材料)内可以将输入光束产生横向传输并聚焦,或对输入光点产生横传的准直.它由一束平面波和一束球面波正交入射到光学平板上干涉形成的.研究了该体全息透镜的光栅间距变化情况,为设计和制备体全息光栅透镜及相关器件提供了理论依据.基于两光束耦合波理论,得到了该光栅透镜的耦合波方程,近似计算了该透镜的衍射效率及其达到高衍射效率时透镜的最佳尺寸.最后,讨论了该透镜在集成光学等领域中的应用.

提出利用直观、方便且具有普遍性的4阶龙格-库塔(R-K)方法求解基于多重散射理论推导出的声光耦合波方程,模拟计算布喇格衍射下衍射效率随各关键参数的变化关系,分析入射光偏离Bragg角对Bragg衍射光效率的影响程度,以及最佳Bragg衍射效率所需参数的选取问题.模拟结果表明:Q(Klein-Cook参数)=4π时Bragg衍射效率可达97%,证实了特征长度作为选取声光互作用长度的合理性.

利用天线共振子模型对钴钯铂的表面增强喇曼散射特性进行了计算和分析,计算结果表明钴钯铂的增强分别为1、≤4、2～4,实验测量的最大增强分别为≤5、105和140,在考虑化学增强的情况下,理论同实验是一致的;在经氧化还原过程处理的钴钯铂片上做了核酸碱基胞嘧啶的SERS谱,结果反映三种衬底上的SERS谱强弱不同,以铂最大,钴最小,而且,三种衬底对于胞嘧啶各振动模式的增强基本一致.

特征提取、度量与分析是高光谱遥感应用的基础.面?蚋吖馄滓８惺莸奶氐?将光谱特征划分为点尺度、面尺度和体尺度三个尺度的特征.基于特征属性与算法原理,构建了光谱曲线特征、光谱变换特征和光谱度量特征三个层次的高光谱遥感光谱特征体系,并对光谱特征提取与应用进行了深入探讨.光谱曲线特征包括直接光谱编码、光谱反射与吸收特征等,光?妆浠惶卣靼ㄖ脖恢甘⒌际馄椎?光谱度量特征则包括光谱角、SID、相关系数和距离等.在分析特征算法原理的同时对其特点和应用进行了探讨.试验表明四值编码、光谱角和SID在应用中能够取得较好的效果.

针对红外图像的特点,提出了一种基于平台直方图均衡化的自适应红外图像增强算法.该算法通过自适应地选择平台阈值,对红外图像进行增强处理,克服了采用一般直方图均衡化增强红外图像的缺点,同时算法的运算量远远小于其他平台直方图均衡化算法,便于实时实现.理论分析和仿真结果均表明,该算法对红外图像具有很好的增强效果,可较好的抑制背景的增强,突出目标.

利用图像自适应增强原理,推导出小波域中的等价表示.根据视觉生理心理学原理,具体的增益系数由图像的背景灰度确定.同时考虑到胸片中重要的细节信息位于中间频率的特性,增益系数需要进行调整.实验结果表明,调整增益后的小波自适应增强方法能有效的增强数字胸片中的细节信息.

在小波基下简单的阈值算法几乎是最优的非线性估计,若信号是分片光滑函数,小波阈值方法所得的风险就接近于最佳值.采用标准的小波阈值估计可较大幅度的提高PSNR,但由于图像的边缘被Gibbs类的振荡所影响,图像视觉质量较差.本文采用改进的平移不变阈值算法可获得更高的PSNR,更重要的是该方法明显地改善了图像的视觉质量.

用时域有限差分方法计算了多种准分形结构光子晶体的能带.数值计算结果表明,这些结构的光子晶体存在多频带隙的特点,且带隙的宽度及中心频率以及带隙中导带的中心频率均随准分形光子晶体单胞内结构单元几何形状的改变而改变.

介绍了血液体外循环治疗仪工作原理.对含不同浓度血浆的血液体外循环治疗仪废弃液进行了紫外吸收光谱的实验研究,发现此混合液在278nm左右存在明显的吸收峰.在血浆紫外吸收光谱的实验基础上,开发出了与血液体外循环治疗仪配套的血浆泄漏监测系统.血浆浓度在0～0.06ml/ml连续变化的废弃液的监测实验结果表明此系统具有较高的灵敏度.在血浆浓度为0ml/ml、0.015ml/ml、0.03ml/ml时的连续监测实验结果显示此系统具有良好的稳定性.结论表明基于紫外吸收光谱的血浆泄漏监测系统用于血液体外循环治疗仪治疗过程中的血浆泄漏监测是完全可靠的.

裸光纤光栅压力灵敏度只有-2.05×10-6/MPa,这样并不能将其用于低压力范围内的测量.本文改进了封装结构,利用金属管结构对光纤光栅部分封装,制作成双波长高灵敏度光纤光栅压力传感器.其压力灵敏度在0～0.44MPa的范围内可达-2.44×10-3/MPa,是裸光栅的1200倍,大大提高了光纤光栅压力传感的灵敏度.