基于加权最小二乘法,建立了红外多站无源系统定位算法的数学模型,给出了方程的求解过程,并讨论了算法的实现.采用加权最小二乘法可有效的融合多个站点的信息,从而可提高系统的定位精度和可靠性.仿真结果表明:定位时所使用的站点数目越多,定位目标与站点的相对位置越好,距离越近,定位精度就越高,这对近程高精度定位的研究具有借鉴作用.

本文采用差异吸收光谱法对化学增强型细菌视紫红质的状态变化进行了实验研究.发现在585 nm处明显存在一个稳定的中间过程.从分子动力学和实验出发,提出了一个适用于差异吸收光谱研究方法的数学模型,对菌紫质受激以后的动力学过程进行了模拟与数值分析.

以菲涅尔-基尔霍夫衍射理论为基础,建立了非线性介质对高斯光束的衍射模型,对高斯光束通过非线性介质后的传输行为进行了详细的理论推导和数值计算,从一种新的角度解释了Z-扫描现象.理论推导出了考虑双光子吸收的闭孔和开孔Z-扫描曲线的统一公式,是计算非线性折射率和双光子吸收系数的一种新方法.数值模拟计算表明,对于考虑双光子吸收的闭孔Z-扫描曲线,其结果与经典的Z-扫描理论完全一致.而对于已给定的开孔Z-扫描曲线,用该理论计算出的双光子吸收系数是经典开孔Z-扫描理论计算值的1/3,其它结论与传统Z-扫描理论完全吻合.该理论的近似条件只要求薄样品和小非线性吸收,比传统理论具有更好的准确性.

以亥姆赫兹方程为基础,对传统的有限差分光束传播法进行修正,提出一种修正后的新算法,将修正后的算法与传统算法进行了比较,并给出了用其计算阵列波导光栅中的传输光场的应用结果.通过比较计算结果和应用结果得出结论:修正后的算法可以准确计算光波场,并提高了计算精确度,有一定实用价值.

根据超声衰减理论,研究了光声信号不同频率成份随距离的衰减差异,及其对光声图像重建的影响;提出了对光声信号不同频率成份进行衰减矫正的成像方法,此方法增强了光声信号的高频成份,突出了吸收体的边界变化和细微的结构特征,提高了成像系统分辨率,实验结果显示系统分辨率由0.3 mm提高到0.2 mm.实验所用的光源为YAG激光器,波长为1064 nm,重复频率为20 Hz,脉宽为6 ns,探测器为针状的PVDF膜水听器,接收面积的直径为1 mm.

在300MHz低强度微波电磁场作用下,菠菜和烟草叶片光合细胞叶绿素荧光动力学过程和光合色素呈现不同的变化.菠菜的荧光动力学参量F0和FVI/Fv减小,Fv/F0、△Fv/T和Fv/Fm升高;烟草的荧光动力学参量F0升高,FVI/F,没有明显变化,Fv/F0、△Fv/T和Fv/Fm降低.在微波作用下,菠菜和烟草叶片的光合色素系统的变化也有差异,菠菜和烟草的叶绿素含量均降低,但菠菜的类胡萝卜素含量明显升高.这些结果表明,低强度微波电磁场使烟草叶片光合机构受到抑制,光合色素系统受到破坏,因而光合作用下降;菠菜则通过光合细胞的光合机构中PSⅡ活性中心异质性的转变和光合色素中类胡萝卜素含量的升高来适应微波辐射的环境,使光合作用维持在较高水平.

针对<光子学报>文献[1]中实验结果与已有报道相关光谱特征的显著差异,利用多种光谱学手段对不同浓度下叶绿体延迟荧光行进了研究.实验结果表明:PS Ⅰ反应中心叶绿素P700对PSⅡ所发685 nm成份的吸收随叶绿体浓度的增加而增强,从而导致PS Ⅰ发出的730 nm成份增强,而使得延迟荧光光谱中730 nm成为主峰,甚至685 nm成份的消失.该研究结果表明:叶绿体延迟荧光光谱中730 nm成份,是由PSⅠ作用中心叶绿素P700对PSⅡ中所发685 nm成份延迟荧光的重吸收,产生激发态所发出的荧光.该结论有助于延迟荧光光谱中各成份产生机理的进一步研究.

实验演示了铒纤长度的选择对1550 nm双通后向超荧光掺铒光纤光源(DPB SFS)的平均波长以及谱宽性能的影响,特别是对平均波长稳定性的影响,实验分析了-20℃～60℃之间光源固有平均波长的变化,最终得到了铒纤固有热系数以及整个样机的平均波长稳定性随铒纤长度变化的实验曲线,对超荧光掺铒光纤光源的器件选择和优化设计具有重要参考价值.

光纤Bragg光栅对外界折射率的变化不灵敏,无法直接作为气体、液体等的敏感元件.侧面研磨的光纤Bragg光栅,一侧包层减小至几微米,其辐射场可通过包层透射到被传感物质,因而被传感物质的折射率的变化可以改变光纤的有效折射率,从而使光栅的Bragg波长产生位移.实验中利用不同浓度的NaCl溶液来改变光纤光栅的外部折射率,Bragg中心波长的偏移量和浓度近似为线性关系.同时,透射功率的变化量和浓度也近似为线性关系.

本文对基于步进啁啾光纤光栅编解码器的OCDMA系统性能进行了分析,通过数值模拟得到系统性能与系统参数满足的关系,为改善系统性能提供可靠的依据.本文是对基于步进啁啾光纤光栅的OCDMA频阈相位编码一文的深化.

利用速率方程分析了转换信号光的频率啁啾,考虑到了外界注入信号光的放大.转换过程中,信号光的注入将会导致了光腔内载流子数发生变化,进而引起激光器输出频率的改变,产生啁啾.研究发现,较大的激光器注入电流可以有效地抑制频率啁啾,较高的注入信号光功率则可以在保证高转换信号消光比的同时抑制频率啁啾.

利用扫描外腔二极管激光器(ECDL)后镜压电陶瓷(PZT)电压时频率变化和背景能量起伏之间存在相位差的特性,通过矢量锁相放大器将一个探测器探测到的信号成份和背景起伏噪声分开,获得标准的1f～4f信号.如果不存在这个相位差,则无法消除谐波信号背景干扰.这种技术简单、实用,对理论分析谐波信号以及实现高灵敏探测污染气体传感器的小型化都有重要的指导意义.

提出了一种全角度并且可以连续测量微小角位移(秒级)的新型光纤角位移传感器.利用微小光学谐振腔的基本理论,主要是基于光学法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔的基本原理研究特定光波下光强度的变化与角位移的线性变化关系,利用光纤技术、敏感技术融合微机械技术研发而成.适合于一些特定领域中对角位移的精确测量.

提出一种将两个光纤环形腔分别加入M-Z干涉仪两个干涉射臂中构成的交错复用器,得出了满足DWDM所需滤波性能的两个光纤环形腔的最佳耦合比.理论设计表明,这种新结构与已有的单环形腔的M-Z型交错复用器相比,同时具有更宽的0.5 dB透过带和25 dB截止带.分析了耦合比对滤波性能的影响.

研究了一种新颖的光纤加速度计,阐述了三光纤GRIN透镜加速度敏感元件的工作原理及其结构设计.该传感器包括三根光纤、一个GRIN透镜和一个质量块.根据光功率耦合原理,对透镜倾斜时的误差进行了定量分析.该加速度计具有结构新颖、体积小和灵敏度高等优点,是一种具有多用途的加速度传感器.

三分量光弹波导M-Z干涉型集成加速度传感器的研究,为高频高精度地震勘探提供集成化的高精度传感器.利用光弹原理,分析了光弹效应检测任意方向加速度的原理.在X切Y传LiNbO3晶体上,设计制作了光波导双M-Z干涉仪及各集成器件:波导相位调制器、波导偏振器.三分量光弹波导M-Z干涉型集成加速度传感器测试表明:该传感器动态范围宽、线性性好.主要参数为:相位灵敏度达1.81×10-4Rad/m·s-2;工作频带3～1506(Hz).

在对散斑场的特性进行研究与分析的基础上,提出了时间序列动态散斑相关跟踪测量法,它弥补了一般散斑相关法不适合大变形测量的缺点,扩大了散斑相关法的应用范围.运用这种方法不仅可以测量大动态范围的面内变形,而且可以测量分析面内动态变形过程和变形速度.

提出一种基于像素置乱技术的多重双随机相位加密法,对该加密法中像素置乱操作的原理进行了阐述,并且提出在光学上实现像素置乱操作和解置乱操作的途径.在计算机上模拟实现了该加密法,并且得到很好的加密解密结果.仿真结果证实仅用部分加密图像来解密也能够得到原图像,并且得到随着待解密的加密图像像素的增加,解密图像的信号能量、噪声以及信噪比的变化曲线.最后分析比较了该加密法与双随机相位加密法,得到该加密法与双随机相位加密法相比具有更高的保密性,而且解密图像的信噪比也不会因为引入像素置乱操作而降低.

提供了一种可将离面位移与面内位移分离的三维位移场测量方法.在双光束电子散斑干涉中增加参考光,使这一路参考光为两光束所共用.两束光各自独立地对变形物体进行测量,结合相移技术,可分别得到包含离面和面内位移信息的二幅位相图.只需简单的位相运算就能够将面内位移场与离面位移场分离.在竖直方向上,采用两光束对称照明被测物,直接测量面内位移竖直方向分量.本文将该技术应用到柴油机油泵测量上,得到了油泵的三维位移场.该技术为三维位移场的测量提供了一种新的有效途径,也为柴油机零部件的强度和刚度分析评价提供了新的方法.

提出鱼眼镜头光阑球差的级数表达式及其基于有限差分的近似计算方法,解决了通常的光阑倒追方法面临的难题;讨论孔径光阑与入瞳的特殊"共轭"关系,分析了光阑彗差和像差渐晕;运用Aitkin插值技术填补"溢出"光线在像面上的落点,以保证像质函数定义的一致性,维持自动优化持续进展,从而克服频繁的光线"溢出"造成的严重困难;提出充分利用像差渐晕改善像面照度均匀性的方法;论述标定轴外光束边界的逐次渐近过程和运用入瞳距离变量实现孔径光阑位置全域优化的技术.

讨论了在高温环境下使用的电视摄像镜头的设计方法,分析了在这种特殊使用条件下的材料选择、光学参数的确定和光轴的指向问题.提出了一种采用三次成像的方法来实现设计要求,在保持系统各单元孔径都很小的前提下,拉长系统的结构长度,并给出了具体设计结果的评价参数,表明该系统可在较宽的温度范围内获得非常好的成像质量,设计思想适合于高温环境下光学系统的设计实践.

运用传播矩阵对不同种类的一维周期结构(periodic structure,PS)中的光场分布和局域化进行了理论分析.结果表明:当光以禁带频率入射到PS上时,绝大部分光被反射,在PS中是以衰减的驻波形式存在的.需要强调的是,当光以禁带带边频率入射时,光场在PS中有显著的局域化,在介质中引入适当的缺陷可以极大地增加这种局域化程度.另外,当光从掺杂有特定缺陷层的PS的左右两个不同界面入射时,可引起光场在PS中不同的分布,这对通过光的非线性调制实现的光学二极管非常有用.在线性吸收的PS中光强随光进入介质的厚度及消光系数的增加迅速衰减.

建立了折射光线轨迹的软件包和提出了波象差的计算方法.利用这个软件包,分析了双焦透镜的各类象差和象差与入射角的关系.这个软件包的特点是各种物理量的计算十分清晰,它为改进晶体元件的设计提供了理论依据.

采用光学传输矩阵法首次研究了无序一维三元光子晶体的带隙特性.研究发现,无序结构光子晶体与周期结构光子晶体相比其带隙显著加宽.取无序的介质元数越多,得到的禁带越宽.论文还计算和讨论了无序度和高低折射率之差值对光子晶体带隙的影响.

提出了一种扩大人眼波前像差仪测量范围的方法,该法综合了波前重建展开算法和波前探测的模板技术,大幅度扩大了波前测量范围.在待测波前像差超出展开算法测量范围的情况下,此方法仍能对像差正常测量.与模板技术相比,该法大幅扩大了可测的曲率范围.以球面波前入射的实验数据表明,所提出的新方法所能测量的最小曲率半径由模板法的75 mm降低到10 mm,并且由于本方法突破了展开算法的极限,实际上对局部曲率更高的波前仍可测量.

基于Kirchoff定律,利用半导体激光器及钽酸锂热电器件设计了一种实用化的实时测温系统.根据待测目标的光谱辐出度及相对测温灵敏度随λT的变化关系,确定了系统工作波长的大致范围;通过对水冷遮蔽板的尺寸及其放置位置与波长间的关系、以及对大气的红外透射谱等的分析,确定了系统的工作波长;按照水冷遮蔽板的尺寸及其放置位置(H/R之值)对测温精度的影响,讨论了水冷遮蔽板的H/R之值,并由此分析了系统的抗干扰能力及测温精度.指出了引起系统测温不确定度的5种主要原因,并对其中的2种进行了简要的分析.实验结果表明,该系统的测温精度优于0.3%.

提出一种基于特征跟踪的视频序列稳像算法.该算法从视频序列的参考帧中提取出一组角点特征,然后在后续帧中基于模糊Kalman滤波进行特征窗跟踪,通过比较各帧图像中特征窗间的对应关系计算出补偿摄像机运动所必需的参数,使用这些参数将后续帧向参考帧对准,从而得到稳定的视频序列.实验结果表明该算法稳像效果好,运算复杂度低,且具有较强的鲁棒性.

利用正交双路光纤传输光电流信号的处理方法,满足了光纤电流互感器在电力系统暂态保护应用中的实时处理要求.此方法可从正交双路光信号中直接提取两路电流信息,减小了光路传输不理想对电流测量值的影响.结合模数变换过采样技术和先进的数字信号处理技术,提高了系统对暂态故障的响应速度,改进了检测性能.实验表明,此方法在暂态信号的采集和实时处理方面,比现有方法的迟延小且精度高.

研究了两个非等同二能级原子与双模腔场相互作用过程的腔场谱.导出了双模初始光场处于任意量子态时腔场谱的计算公式,给出了光场处于相干态和压缩真空态时的数值结果,讨论了相对耦合常数R=g2/g1和初始场强对腔场谱的影响.发现相干态光场的腔场谱在R很小时为双峰,在R接近于1时为3峰.压缩真空态的腔场谱在弱场条件下表现为复杂的多峰结构,在强场条件下则只有单一经典共振峰或裂距很小的双峰.

通过数值求解三维电场传播方程,理论模拟了飞秒强激光脉冲(50 fs,1016w/cm2)在氩气和中等尺寸氩团簇中的传播效应.结果表明,飞秒强激光脉冲经氩气传播将发生频谱蓝移展宽和光束发散;而经中等尺寸氩团簇传播,则存在一定程度的自聚焦效应.

同YLF和YAG基质相比,在Tm-Ho:GdVO₄晶体中Tm³⁺离子在800 mm附近有非常强的和宽的吸收带,所以该晶体非常适合商品化的GaAlAs激光二极管泵浦.在液氮制冷晶体条件下,利用光纤耦合激光二极管及消色差光学耦合系统端面泵浦双掺5%Tm,0.5%Ho:GdVO₄晶体,在泵浦功率14W、泵浦波长794nm时,实现了2.048μm激光输出,连续运转输出功率3.6W,相应的光光转换效率为25.7%,斜率效率26.6%.相对于吸收的泵浦功率,光光转换效率为35%.由于Tm³⁺离子间的交叉弛豫效应,泵浦量子效率达到1.3.

在TEACO₂激光器中采用印刷电路板预电离结构,在单节放电体积为5 cm×4 cm×90 cm的两节串连的激光器中获得了20.4 J单脉冲能量输出,电光转换效率达12.8%.激光器重复频率工作时,气体清洗系数大于3,在最高重复频率180 Hz下获得了3.6 kW平均输出功率.

利用新型实用的晶体材料V:YAG作为被动调Q元件,实现了激光二极管泵浦Nd:YVO₄的1.34μm激光谱线调Q运转.研究了饱和吸收体小信号透过率对激光稳定性的影响,得出使用小信号透过率T0小的V:YAG可使激光脉冲能量和重复频率稳定的结论.在1.6 W的泵浦条件下,T0为96%、89%和85%时,4 h脉冲能量和重复频率稳定性分别为15%、10%和5%.使用T0为85%的V:YAG,获得了平均功率输出功率96 mW,脉宽8.8 ns,重复频率25 kHz,峰值功率436 W,脉冲能量3.84μJ的实验结果.

从光器的速率方程出发,对光纤激光器的工作原理以及输出特性进行了研究,得到了光纤激光器在稳态条件下阈值条件和激光器输出功率的表达式.利用数值模拟结果对光纤激光器基本参量进行分析和论证.为光纤激光器的优化设计提供理论依据.并提出了全光纤型光纤激光器的实验方法.获得了最大功率7.5 W、波长1080 nm、峰值半宽0.11nm的连续单模激光输出.

设计研制了一种亚毫秒级微机械光开关阵列.该阵列驱动电压为5 V,开关时间小于750μs,插入损耗在0.6 dB～0.8 dB之间,串扰＜-70 dB.具有结构简单、成本低廉、可大规模集成的优点,能很好地解决智能光网络节点连接设备OADM快速信号转换和串扰问题.详细介绍了该光开关阵列实现原理,报告了器件性能测试,并应用FEA软件分析了开关单元中磁场和开关驱动过程.

给出一种较为简便的全电极脊形波导的分析方法,即采用有效折射率方法把此金属包层脊形波导化成一个二维等效平板波导,然后利用微分法得到模的有效折射率满足的方程和吸收损耗系数的解析表达式.作为一个特例,用这种方法对SiO2全电极脊形波导光传输特性如光传播常数和损耗进行了计算,并得到一些有益的结论.

对自聚焦透镜的二维傅里叶变换性质,成像性质以及脉冲响应作了系统论述.并从理论上对自行研制的自聚焦透镜的光斑尺寸进行了计算.在不考虑像差的情况下,直径为1.8 mm的透镜其出射光斑直径为1.2μm,利用狭缝扫描法进行了实际测量,测量值为1.5 μm,理论值与实验值基本吻合,从而说明理论分析的合理性.

提出了一种利用非线性二次曝光技术制作三角形光纤Bragg光栅的新方法.该方法只使用普通Bragg位相模板,采用两次曝光技术,通过控制光纤光栅的本地谐振波长和反射率,达到控制光纤光栅谱形的目的.第一次直接对光纤曝光,用来控制光纤光栅谐振波长;第二次通过位相模板曝光,用来控制光纤光栅的反射率.考虑到光敏光纤感光特性曲线的多项e负指数变化规律,按照"分步写入光纤光栅设计软件"进行曝光分布设计,利用"分步曝光光纤光栅写入系统"进行曝光控制,使用信息产业部第46研究所生产的DCS-01型光敏光纤,得到了线性范围1.24 nm、反射率为0～64%的三角形光纤Bragg光栅.三角形光纤Bragg光栅作为光纤光栅传感解调器件,在光纤传感领域具有重要应用价值.

对于X切H:LiNbO₃光波导,在532 nm和1310 nm波长下,用棱镜耦合器进行了工艺仿真研究.对于在150℃,180℃和200℃用苯甲酸质子交换的光波导,分别求得交换厚度与交换时间的关系曲线,在此基础上给出质子交换的扩散系数与交换温度的关系曲线.对于在180℃质子交换并在350℃退火的光波导,给出以交换时间(交换厚度)为参变量的表面折射率增量、有效厚度与退火时间的关系曲线.研究结果可供低损耗a相单模波导的设计和制备做参考.