报道了利用Nd:YAG四倍频266 nm脉冲激光端面泵浦Ce:LiCAF晶体,采用平凹谐振腔,输出296 nm波长紫外激光.当输出镜透过率为20%,入射泵浦能量为13.5 mJ时,获得最大输出激光脉冲能量为270 μJ,脉冲宽度为3.4 ns,输出激光峰值功率为79.4 kW,光-光转换效率为2%,斜效率为1.6%.

采用钛宝石锁模飞秒激光器作为泵浦光源,利用1.8 μm纤芯的保偏光子晶体光纤的高非线性特性产生超连续谱,通过调节泵浦光源和光子晶体光纤之间的耦合,在可见光区,获得了中心波长分别在431 nm, 497 nm, 520 nm, 575 nm的mW量级的不同颜色的激光输出,并且测量输出的脉冲序列重复频率与泵浦光的一致,具有良好的稳定性.

利用有限元法模拟了金属板材中激光激发的声表面波经过缺陷位置时发生散射的瞬态过程,采用线状激光源作为超声导波的激发源.针对三种不同深度的表面缺陷以及三种亚表面缺陷的模型进行了对比计算,结果显示缺陷的深度及位置对声表面波的时域特征存在显著的影响.表面缺陷深度越深将产生较大幅度的表面反射回波,亚表面缺陷的影响将取决于缺陷上顶面距离板材上表面的距离.因此,数值模拟结果表明通过分析激光产生的表面波形可以判定近表面缺陷的尺寸和所处的位置.

对一种高双折射光子晶体光纤的偏振模色散进行了测量.实验用26 m长光子晶体光纤使皮秒光脉冲的两个正交偏振模产生了108 ps时延.运用脉冲时延法和固定分析仪法对这种高双折射光子晶体光纤的偏振模色散进行了实验测量,测量得到其偏振模色散参量可达4154 ps/km,对应的模式双折射度为1.25×10-3.这种新型的高双折射光纤可用于补偿光纤通信系统中的偏振模色散.

利用有限差分光束传播法和导模传输分析法,对GaAs/AlGaAs多量子阱波导型电吸收调制器和多模干涉型分束器的光传播特性进行了理论分析,提出了制作具有分光功能的电吸收调制器的设想,并进行了模拟和实验验证.

对二次离子交换制作自聚焦透镜的理论和工艺进行了研究.利用KNO3和NaNO3混合盐进行二次离子交换.对二次离子交换前后的自聚焦透镜的折射率分布和畸变进行了测试,结果表明,经过二次离子交换后,折射率分布明显改善,更接近理想折射率分布曲线,相对畸变由二次交换前的13.1%减小到7.7%.

结合掺杂薄层作为发光探针层的方法和亚单层(sub-monolayer)有机发光技术,利用沉积在有机发光器件发光层中的亚单层奎丫啶酮(Quinacridone,QAD)分子作为探针,同时改变QAD层的位置,对有机发光器件中激子的形成与扩散进行了研究,器件结构为ITO/NPB(60 nm)/ Alq3(x nm)/QAD(0.05 nm)/Alq3[(60-x) nm]/LiF/Al(其中x=0,2.5,5,7.5 nm).通过对各器件不同条件下的电致发光谱、发光强度和发光效率的对比研究,得到在x＝5 nm处引入亚单层QAD可以使QAD分子通过能量转移而获得的激子数量最多,进而可以实现高效率的发光.

在宽范围偏置条件下,测量了GaAlAs红外发光二极管(IRLED)的低频噪声,发现1/f噪声幅值与偏置电流的γ次方成正比,在小电流区,γ≈1,在大电流区γ≈2.基于载流子数涨落和迁移率涨落机制建立了一个GaAlAs IRLED 1/f噪声模型,该模型的分析表明,低电流区GaAlAs IRLED的1/f噪声源于体陷阱对载流子俘获和发射导致的扩散电流涨落,高电流区的1/f噪声源于结空间电荷区附近氧化层陷阱对该处表面势的调制而引起载流子表面复合速率的涨落.该研究结果为1/f噪声表征GaAlAs IRLED的可靠性提供了实验基础与理论依据.

把相移技术和迭代算法应用到综合鉴别联合变换相关中,计算机模拟结果表明,运用了相移技术和迭代算法后这种相关器的光能效率和鉴别率得到了很大提高,实现了高鉴别率和高光能效率的综合鉴别光学模式识别.进一步研究了输入噪声对相关器性能的影响,相关的抗噪声能力有待提高.

设计一种基于综合鉴别函数(SDF)的比例不变相关识别滤波器,将频域中被SDF调制的相关输出函数进行复数形式的四元量化(QFCQ),并采用叠代算法调整SDF的系数,使输出的相关峰尖锐,区分能力强,同时满足不同比例图像等相关峰输出的准则,从而达到了比例不变识别的要求.计算机仿真实验对属于训练图像系列的目标图像进行了识别,并与基本的SDF及二元化纯相位SDF做了比较,结果表明该方法具有较好的识别效果.

分析了离轴三镜系统中光学元件调整变量间的补偿关系和面形误差与调整变量间的补偿关系.调整变量中偏心变量和倾斜变量的位置失调常常会产生同种像差,存在一定的相关性.从失调像差理论出发,通过平衡偏心变量和倾斜变量产生的初级像差,得到偏心变量和倾斜变量间的补偿关系.利用Zernike多项式模拟面形误差,建立面形误差与初级像差的关系,使面形误差与调整变量联系起来.通过计算机模拟,给定光学元件一定的面形误差,然后调整光学元件的偏心、倾斜和横向位移进行补偿,发现当次镜带有1λ像散的面形误差时,补偿后系统波前误差只下降了0.01λ RMS.

采用一台大面阵CCD和广角摄影物镜的组合,研制成功一种新型的单面阵CCD航天立体摄影测量系统.该系统焦距为23.3 mm;视场角为40°;在空间分辨率为36 lp/mm时,MTF均值达到0.8以上;光谱适应范围为0.5 μm～0.75 μm.和国内外常用的三线阵CCD遥感立体测量相机相比,本系统结构更简单、体积更小,重量更轻,更加适用于航天遥感应用环境.

研究了单模圆石英光纤在不同偏振光泵浦条件下,受激拉曼散射(SRS)各级斯托克斯光的拉曼阈值和频移特性,同时测试了光纤输出端的泵浦光和斯托克斯光的偏振状态.分析了偏振光在单模圆光纤中传输时偏振状态的变化.

采用单光束Z扫描方法,对4 mm厚Nd:YVO₄晶体的非线性折射率进行了测量.采用薄样品理论对测量数据进行计算处理,所得出的结果与其他不同方法测得的结果相吻合.由此证明这种简单的测量和处理方法的合理性和有效性.

为了抑制温漂噪声积累,瑞利背向散射光窜扰反斯托克斯背向散射光,考虑了最近测量瑞利背散射光曲线解调反斯托克斯背向散射光温度曲线方法,即循环解调方法;该方法提高了系统的测温精度、稳定性,降低了系统的成本.实验结果与理论分析一致,系统的测温精度达±0.05℃.

运用多层模型和膜系传递矩阵以及非线性二乘法,模拟了B⁺注入碲镉汞外延材料的红外透射光谱,结果表明B⁺注入碲镉汞外延材料的红外透射光谱能够很好地理论再现,并由此获得了结区的自由载流子浓度分布、迁移率、面自由载流子浓度以及折射率和消光系数等相关参量,所得结果与微分Hall法测试的结果是一致的.计算结果也表明B+注入HgCdTe导致红外透射率变化的根本原因是注入层的高载流子浓度的等离子效应改变了该层的折射率和消光系数.

报导了一个利用LED作光源探测甲烷浓度的差分探测系统,分析了系统中各光学元件的作用,给出甲烷浓度的计算方法及实验结果.选用甲烷在1.65 μm附近2ν3谱带中的R支作为探测对象.利用法布里-珀罗标准具的透过率曲线与甲烷吸收线相互匹配的方法滤掉无用光,并通过压电陶瓷改变标准具的腔长,从而实现了差分吸收探测,进一步提高了测量灵敏度,取得了较好的结果.

改变ITO材料通常作为透明导电膜单独使用的状况,将其作为减反射膜系中的一层,能够在很大程度上增加ITO透明导电膜在可见光部分的透过率.通过使用将ITO材料置于膜系的内层和最外层两类不同的设计思想,可以使ITO透明导电膜达到相当优良的应用效果.使用低压反应离子镀方法制备了设计的两类减反射膜系,实验证明,膜层在可见光部分的透过率显著提高,剩余反射率明显下降,并得到了平均透过率为95.83%,最高透过率达到97.26%,方块电阻为13.2～24.6Ω/□的试验结果.

制备了以分散橙25为客体的掺杂型有机聚合物PMMA薄膜样品,对之进行了全光极化研究,极化使薄膜产生诱导二阶非线性光学效应,种子光的强度越大,其二阶非线性极化率达到的饱和值越大;种子光的位相差、相对强度比、光场强度等因素影响薄膜的二阶非线性的优劣.

发现高频CO₂激光脉冲写入的长周期光纤光栅谐振波长的横向负载特性具有较强的负载方向相关性,而损耗峰幅值的横向负载特性的方向相关性较弱.不同圆周方向的横向负载对谐振波长偏振相关性的影响差异较大,但对损耗峰幅值偏振相关性的影响差异较小.利用横向负载引起双折射进而导致光栅的光学主轴旋转的相关理论,合理解释了该长周期光纤光栅独特的横向负载特性及其偏振相关性.

从光波电磁场方程的TEM10和TEM01模厄米-高斯光束出发,推导了自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率表达式.针对低轨卫星-地面站间激光链路,进行了单光子捕获分析.理论研究表明,对于低轨卫星-地面站间量子密钥分配,采用TEM10和TEM01模厄米-高斯型高度衰减激光脉冲作为单光子源是可行的.

结合理论分析和实验验证,探讨了聚焦法测量塑料光纤纤芯的折射率分布的可行性.结果表明,对GI-POF而言,聚焦法是一种简单可行的技术.但是对SI-POF,由于入射光线在光纤边界处发生交叉,聚焦法不能精确测量其折射率分布.

选用热膨胀系数较大的聚合物和某种偶联材料,采用特殊工艺用其对裸光纤光栅进行封装,消除了封装过程中所带来的光纤光栅啁啾现象,极大地改善了光纤光栅反射波的波形,提高了封装测试过程的重复性,为波长解调解决了一大难题.在30.6℃～120℃范围内,测量过程中波形很好并几乎不变,温度灵敏度为0.1173 nm/℃,温度分辨率为<0.43℃,比裸光纤光栅增加了11倍;平均灵敏度增敏倍数γ′=10.34,与理论计算灵敏度增敏倍数γ=10.76符合得比较好.聚合物封装光纤光栅的温度响应曲线具有很好的线性.

基于主偏振态理论,导出了光信号偏振度的解析表达式.并对40 Gb/s光传输系统中的信号偏振度受各种因素的影响进行了数值模拟,包括啁啾、脉冲形状、脉冲宽度、自发辐射噪声以及消光比等.结果表明,偏振度技术能有效地监测和控制40 Gb/s系统中小于37.5 ps的偏振模色散.而且发现就最大化偏振度技术对差分群延时的容许范围而言,脉冲的1/e强度半宽取0.45个位宽(11.25 ps)是最优的.

提出了一种多波长OCDMA(MW OCDMA)系统的光解码器方案,通过多个光硬限幅器来抑制多用户干扰.分析了使用该解码器的MW OCDMA误码率性能、频谱效率和归一化吞吐量性能.分析结果表明,该方案能有效改善MW OCDMA系统的误码率性能,在要求的误码率条件下增加同时用户数,从而能有效改善MW OCDMA系统的频谱效率.同时,采用光硬限幅器的MW OCDMA 系统的归一化吞吐量性能明显提高,特别是归一化吞吐量峰值提高了约一倍.

基于虚拟光学信息隐藏理论提出了一种三维空间数字水印算法.该数字水印算法能成为一种多媒体数据产权保护的有效方案.对算法的测试结果表明,该算法对于噪音叠加、剪切、旋转、有损压缩等常见的图像处理操作具有较高的鲁棒性.由于引入了虚拟光学信息隐藏思想,将虚拟光路的几何结构参数作为密钥,设计出了多重"锁"和多重"密钥".随机模板编码技术的引入,更进一步提高了数字水印系统的密钥空间.仿真实验结果表明该算法具有很好的安全性.

采用层叠算法求出尺度函数和小波函数的离散采样序列的逼进,将不具有基函数解析表达式的母小波用于虹膜特征提取,并利于实现连续小波包变换.针对虹膜光学识别应用背景,提出采用基于连续小波包变换的多消失矩联合最优小波包基来改进特征图像相关识别的最优基,并用统计识别方法进行后处理以增强算法适应性,同时提出通过体全息相关系统来实现,以发挥光学高并行性的优势,模拟结果表明可获得比已有方法更高的识别率.

根据光折变多重体光栅的滤波原理,在10×10×10 mm3的LiNbO₃:Fe晶体中利用循环曝光法写入了光栅波矢夹角为0.037°且衍射效率均衡的8重体光栅,实验上证实了光写入多重光折变体光栅应用于波分复用系统的可行性.利用LiNbO₃:Fe晶体制作了一个原理性双通道波分复用器,成功地实现了对相同方向入射的波长分别为635 nm和650 nm的两束光的有效分离,并根据布喇格条件,将光折变体光栅应用于光波波长的测量,测量精度可达10 pm量级.

二次曝光全息术是诊断等离子体电子数密度的一个有效测量方法,具有非接触式测量及不受等离子体发光干扰等优点.根据阿贝尔变换公式,通过计算机应用matlab程序数值模拟了各种不同电子数密度状态下的等离子体干涉图.同时拍摄了航天器中微波等离子体推进器羽流的二次曝光全息图,再现了不同状态下的干涉图样.通过分析和对比两次干涉图,得出了羽流的电子数密度.

通过选择合适的化学原料(Li₂O:48.6mol%, Nb2O5:51.4mol%)、控制生长速度(<3 mm/h)及固液界面的温度梯度(20～40℃/cm)与温场,用坩埚下降法成功地生长出了Zn、Cr双掺杂初始浓度分别为3 mol%、0.1 mol%,以及6 mol%、0.1 mol%的大尺寸铌酸锂晶体.生长的晶体无宏观缺陷,在He-Ne激光的照射下,无散射中心.测定了晶体的宽带荧光光谱(700～1200 nm)及R带(710～740 nm)的精细变温光谱.这些R带的光谱线由Cr离子所取代的Li(Cr³⁺Li)与Nb(Cr³⁺Nb)的发光中心以及声子辅助吸收所致.

利用完全势缀加平面波局域密度泛函近似研究PbWO4(PWO)晶体的光学性质.计算了完整的PWO晶体的电子结构、复数折射率、介电函数、光电导谱和吸收光谱.介电函数的虚部、吸收光谱、折射率等的峰值位置存在一一对应关系,这与电子从价带到导带的跃迁吸收有关.完整的PWO晶体在可见光范围内没有吸收,所以完整的PWO晶体是无色透明的晶体.

为了能充分地展宽一维光子晶体的全方位禁带,从一维光子晶体禁带结构的特点出发,对于不发生Brewster效应的一维光子晶体,提出了通过两个或两个以上一维光子晶体的组合来实现和展宽一维光子晶体全方位禁带的理论依据和最佳组合方式.并给出了所提出的组合方式下相关参数的定量计算公式. 最后用传输矩阵法进行了数值模拟计算,对提出的组合方式进行验证,计算结果与预期结论符合很好.

利用数字投影栅线技术, 采集变形前后的两幅图像,存入计算机中,然后根据Fourier变换原理进行处理,解调出物体的形貌信息.整个过程自动化程度较高,尤其是投影栅线为正弦栅线且栅距随意可调,比栅板投影栅线所含噪音小,因此精确度较高,而且使用的仪器常见,对环境要求低,简便易行,有利于进一步推广.给出对爆竹像的实际测量结果,结果表明了该方法的实用价值.

通过对比互相关技术和多普勒技术的差别,从一个新的角度把互相关技术应用于尾流测速的研究中.实验中利用高速CCD相机拍摄模拟尾流图像.利用快速傅里叶变换实现互相关算法,为提高计算准确度采用高斯曲线拟合互相关函数的峰值并给出拟合公式,得到了亚像素级的运动速度.为标定互相关算法的准确度,文中采用图像平移的方法验证算法的可行性和可靠性.最后把算法应用于模拟尾流的实验中.该方法有望在舰船尾流速度信息的实时获取上起到重要的应用价值.

基于非载波条纹图的条纹灰度分布的极值准确定位,提出了一种新的由单幅条纹图解调相位方法.该方法首先准确定位每个条纹灰度的极值包括最大和最小,再基于极值图将条纹的强度值分布线性地变换到-1和1之间,最后利用arcos反余弦取代传统的atan2反正切算法求出相位,结合极值图就能快速准确地解调出含有封闭条纹的条纹图相位.本方法仅用一幅条纹图,不需要传统的条纹定级和对分数级条纹插值与拟合,自动判别条纹相位变化的波谷,准确获得条纹相位分布.这一方法使光测法研究动态和瞬态问题成为可能,而不需引入载波法调制条纹.文中通过实例说明了本方法的处理过程.

介绍了在高速电视下,自适应阈值的提取及其对自动目标跟踪的重要性;提出了三种基于自适应阈值的目标跟踪算法--形心跟踪法、相关跟踪法和综合跟踪法,实现了对复杂背景下形状、加速度易发生无规则变化的高速运动目标进行跟踪.实测结果表明:这几种跟踪方法具有稳定、有效、适应性强等优点,对高速目标跟踪系统的设计与实现有较高的参考价值.

针对图像序列的抖动,研究了摄像机的抖动和正常扫描这两种运动的特点,提出了一种带运动修正的投影稳像算法PMCA.该算法首先利用灰度投影算法求出原始序列运动矢量,然后采用平均值滤波对这些运动矢量进行了处理,为了防止由前一稳定帧补偿带来的错误传播,又做了运动修正,使用原始帧代替稳定帧作为待补偿帧.实验结果表明PMCA算法可以明显减轻序列抖动现象,而且能实时跟随真实扫描场景.

根据成像偏振探测中stokes参数图像获取的原理和方法,分析了传统求取stokes参数图像方法在保留图像细节信息和处理输入图像微小平移等方面的不足,在此基础上提出了基于自适应平移不变小波分解的stokes参数图像求取方法,并用无下采样的提升框架来执行平移不变小波分解以提高算法的灵活性和计算速度.针对不同的stokes参数图像求取方法,用均值、方差、熵、边界能量对融合结果进行评价和分析.通过仿真,表明本文方法提高了stokes参数图像的质量并改善了stokes参数图像计算方法对输入图像平移的敏感性.

主要利用滤波器、离散傅里叶变换、以及统计信号处理方法等对实验室模拟的尾流信号进行分析和处理、计算.从能量的角度来看,光学信号在有无气泡幕情况下的区别是非常明显的;利用滤波器只能作为尾流光学信号的预处理,从实际应用来看,需要做进一步处理;离散傅里叶变换对不同气压下得到的处理结果存在的区别,必然也为判断不同航速、不同尾龄下的尾流提供了一种线索;以Chirp z变换的形式对尾流光学信号进行处理,使得这种分布具有相当直观的图形,结合适当的图形处理方式,将有可能确定探测尾流光学性质的特征信号.

结合70 mm间歇式同步高速摄影机的虚拟制造实例,阐述了虚拟制造技术在高速摄影机研制中的应用与具体实现,包括虚拟环境构造、数字化模型建立、装配性和适配性检查以及关重件的动力学仿真.事实证明,将虚拟制造技术应用于高速摄影机的研制不仅可以提高高速摄影机的设计质量,而且可以大大节约产品开发时间.