报道了一种激光二极管阵列(LDA)抽运Nd:YAG双波长和频黄光激光器.黄激光是由Nd:YAG晶体的1064 nm和1319 nm谱线腔内和频产生.以KTP为和频晶体,采用Ⅱ类临界相位匹配,在12 W的808 nm抽运功率下,获得了最高功率为430 mW连续波基横模的589 nm黄激光输出,光光转换效率为3.6%,光束质量因子M2＜1.2.实验结果表明采用激光二极管阵列抽运Nd:YAG/KTP腔内和频技术是获得黄激光的高效方法,并可以应用到其它激光增益介质的两条谱线进行腔内和频,获得更多不同颜色的单谱线激光输出.

报道了一种功率均衡的超宽带可调谐掺铒光纤激光器.该激光器采用窄线宽可调谐FP滤波器、掺铒光纤、波分复用器和耦合器构成光纤环形腔激光器,并通过部分反馈光功率自动控制,对输出激光功率进行均衡.实现了87 nm带宽(1525～1612 nm)范围内,输出激光功率波动小于0.2 dB的均衡结果.输出激光3 dB线宽为0.26 nm,边模抑制比大于55 dB.

用KTP晶体对激光二极管端面泵浦的Nd:YAG晶体,Cr:YAG被动调Q产生的1064 nm脉冲激光器进行腔外倍频,用BBO晶体四倍频产生266 nm紫外激光.用15 W的LD阵列,当LD泵浦功率为12 W的情况下,红外(1064μm)调Q平均输出功率为2.2 W,脉冲序列周期为40μs,脉宽为18 ns,峰值功率高达4.9 kW.采用KTP腔外二倍频,532 nrm的绿光输出平均功率为850 mW;用BBO腔外四倍频,266 nm的紫外光输出平均功率高达215 mW,绿光-紫外光光转换效率为25.2%,红外到紫外总的转换效率为9.8%.

采用钛宝石光参量放大器作为泵浦源,利用其输出波长可调谐性,研究了不同泵浦波长对光子晶体光纤中产生超连续谱的影响,结果表明光子晶体光纤中零色散点处的群时延和1.4μm处的OH根离子的吸收对超连续谱的平坦度影响很大,并且泵浦波长离光纤的零色散点越远,产生的超连续谱平坦度越差,甚至在可见光区产生的各个频率峰还只是分离的,没有形成超连续谱.当泵浦波长为1.2μm时,获得了带宽为300 nm～1350 nm的超连续谱,谱宽超过了两个倍频程.

用计算机模拟了在不同的泵浦光分布和不同的泵浦功率下其端面形变的大小.主要对具有轴对称性的泵浦光和沿竖直方向为高斯分布,水平方向为均匀分布的长条形泵浦光在不同的功率下所引起的端面形变进行了计算机模拟.所采用的方法是先对温度场进行理论计算,建立理论模型.然后,对形变进行理论计算,并用计算机模拟了形变.得到了形变导致的端面形变热透镜焦距与致热功率之间的关系曲线,目的在于进一步研究由于端面形变所引起的热效应.

F-P半导体激光器中对于TE模比TM模有更大的束缚系数,并且在其反射面上有更高的反射率.当TE模和TM模同时注入F-P半导体激光器的谐振腔时,TE模方向的信号得到增长,TM模方向的信号受到抑制.F-P半导体激光器的这种特性使得它类似于一个偏振器,但是其优越之处在于经过F-P半导体激光器注入锁定之后的光信号没有功率损耗.采用F-P半导体激光器的注入锁定原理,使入射光信号没有功率损耗地由偏振光转换为部分偏振光,降低了通信系统中传输信号的偏振敏感性,使传输信号的质量得到提高,实现了F-P半导体激光器三波长和四波长注入锁定.

采用射频GaAs场效应管和微带传输线技术,研制出用于高功率激光装置中的电脉冲整形系统.该系统电脉冲整形宽度为3.5 ns,幅度在0～5 V范围内调节,时域调整精度200ps.整形后的方波,前沿383 ps,后沿642 ps,顶部不平坦度4～5%,波形幅度稳定性4～5%(p-p).利用该系统产生的整形电脉冲驱动电光波导调制器进行激光脉冲整形,得到了理想的整形激光脉冲.

设计了一种递次错位反馈控制(SDF)方法来实现混沌控制.介绍了SDF方法的控制原理,以单模激光Lorenz混沌系统作为典型的例子,验证了这种控制方法的有效性.比较单模激光Lorenz混沌系统受控前后相图、功率谱和相空间重构等刻划混沌系统的特征量.数值模拟结果显示,受控系统的相图和相空间重构中由具有无穷嵌套自相似结构并限定在有限相空间内的混沌吸引子转变为周期数为2n× 3mp(n、m为整数)的周期轨道;同时,功率谱也由连续谱转变为具有独立单峰的分立谱.

采用色抽运噪声和实虚部间关联的量子噪声驱动的单模激光损失模型,运用线性化近似方法计算了周期性信号加性输入时激光系统的输出光强信噪比,发现用信噪比与量子噪声实虚部间关联系数的关系曲线描述的随机共振现象.在抽运噪声自关联为短时关联情况下,当信号振幅增大和频率增快、抽运噪声色关联时间增大时,系统的随机共振加强;而噪声强度的增加会削弱系统的随机共振.在抽运噪声自关联为长时关联情况下,当信号振幅增大和量子噪声强度减弱时,系统的随机共振加强;而信号频率、抽运噪声强度、抽运噪声色关联时间的变化对系统随机共振的影响很小.

利用组合刻蚀法布里珀罗(F-P)干涉滤光片的谐振腔间隔层的方法,制备了集成在一个基片上的8通道中波红外(λ0=2.8 μm)窄带滤光片,通道线宽为0.7 mm,光谱通道定位精度优于1%,各通道相对半峰宽为1%.此法有效提高了成品率,并可满足实现通道数更多,集成度更高的滤光器件发展的需求.

对采用方波频率调制数字闭环谐振型光纤陀螺中克尔效应的影响进行了深入的理论分析.分析表明,由克尔效应引起的陀螺误差不仅与光纤环内两相反方向光束的光强差有关,而且还依赖于两路光波频率调制的调制幅度.通过适当调节两光束的频率调制幅度,可有效地实现克尔效应误差的消除.这种基于方波频率调制的克尔效应误差消除方法利用了方波调制的特点,通过调节调制幅度实现误差消除,无需额外光学元件,对强度调制器调制频率要求低,是数字谐振型光纤陀螺系统中消除克尔效应误差的有效方法.

提出了基于干涉型光纤传感器的相位生成载波解调方法(PGC)的改进方法,通过算法上的改进和增加抗混叠滤波器,有效地改善了解调结果,并大大降低了系统的采样频率,结论对设计干涉型光纤传感器解调系统有重要的参考意义.

光时域反射结构的布里渊散射分布式光纤传感器所检测的自发布里渊散射光信号非常微弱,且频带宽度在几十兆赫以上,难以应用普通相干解调方法.提出了基于希尔伯特变换的光相干检测方法,具体采用微波电光调制产生频移参考光和自发布里渊散射光进行相干检测得到光电信号,再应用基于希尔伯特变换的数字信号处理技术对光电信号进行幅度解调,得到了信噪比改善的布里渊散射光谱,从而有利于提高传感器的检测性能.

分析了刚性纳米粒子改性聚合物的原理,重点分析了nmSiO₂/硅氧烷(硅橡胶)复合材料的改性机理.采用120号溶剂性汽油为分散剂,通过共混法制得nmSiO₂-乙烯基硅氧烷、含氢硅氧烷硫化而成的复合材料.用AJ-Ⅲa型原子力显微镜分析研究了该材料的组团结构并测试了其力学性能.结果表明,硅氧烷橡胶改性后,材料的弹性模量增加了15.4%;拉伸强度增加了19.4%;扯断伸长率增加了30%.用改性后的硅氧烷聚合物材料封装光纤Bragg光栅(FBG)压力传感器,可有效改善封装材料与光纤光栅的耦联性能;通过粒子含量控制可以增韧增强硅氧烷,从而可制作变量程压力传感器,同时可以延长传感器的使用寿命.

利用线性解混合方法处理高光谱图像数据,需要获取存在于光谱图像中的纯光谱.目前的纯光谱提取方法都需要复杂的运算,并且都没有被证明具有普遍适用的特点.在特征空间对光谱图像中信息存在形式进行有效分析的基础上,提出基于特征空间分析和光谱相关制图法相结合的纯光谱提取方法(FSASCM),具有复杂度低、对大多数高光谱图像数据普遍适用的特点.

使用正硅酸乙酯、硼酸和硝酸铝为前驱体,硝酸铕为掺杂剂,以溶胶-凝胶法制备了Eu单掺和Eu、B共掺的SiO₂干凝胶,并成功地在钠钙玻璃上制备了光洁度很好的掺杂SiO₂多层薄膜.利用荧光光谱、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)等技术研究了B离子、退火温度对样品发光性能的影响.荧光光谱显示发光体能产生很强的红色发光,经500℃以上退火处理,产生6条谱带,分别归属于Eu³⁺的5D0→7FJ(J=0,1,2,3,4)的电子跃迁,5D0→7F1的跃迁分裂为两个峰.实验结果表明,B离子的加入,由于在材料中形成了Si-O-B键,使Eu³⁺的配位环境的对称性降低,加强了Eu³⁺的红光发射.退火处理改变了材料的网络结构,降低了水和羟基的含量有助于提高发光强度,但退火温度太高(850℃),发生了荧光猝灭效应,源于稀土离子发生位置迁移形成的团簇.XRD测试结果显示材料是非晶态的.

介绍了干涉超光谱卫星遥感图像的成像特性,计算、比较分析了干涉超光谱图象的空间维与光谱维的相关性,提出了一种近无损压缩的局部DPCM算法.选用CPLD在MaxplusⅡ使用VHDL语言对该压缩算法进行了硬件描述和仿真.仿真结果表明该压缩算法简单可行,易由硬件实现.

从像差理论出发,提出一种平像场无遮掩两反射镜系统的设计方法,能够同时消除球差、慧差、像散和场曲四种初级像差.描述了该方法的设计过程和步骤,并总结了这种系统的结构特点.利用该方法设计出了视场角分别为6°×6°和20°×1°两个光学系统,其成像质量均达到了衍射限.该系统结构简单,易于装调,在航天遥感领域有很大的应用前景.

介绍了宽谱段傅里叶变换镜头中光学玻璃的折射率、色散变化对系统的成像质量的影响.推导了折射率、色散变化量所引起的光学系统二级光谱的变化量公式.重点讨论了在宽谱段光学系统中,光学玻璃在折射率、色散上的变化量,所造成的胶合薄透镜的二级光谱的变化量.其系数在本文例中达0.28,相当于变化量占理论二级光谱余量的28%,因此在宽谱段系统中的二级光谱余量的变化量不应该被忽略.实例表明光学玻璃的折射率、色散变化量对宽谱段傅里叶变换镜头的成像质量有显著的影响.此外,还考虑了傅里叶变换透镜的波像差问题,其设计值小于1/10波长,采用最优玻璃对组合,可以保证波像差小于1/10波长,完全满足使用要求.

对电应力前后光电耦合器件的闪烁噪声(1/f噪声)进行了实验和理论研究.实验发现,应力前后1/f噪声幅值随偏置电流均有相同的变化规律:在低电流区,1/f噪声幅值与偏置电流成正比,在高电流区,1/f噪声幅值与偏置电流的平方成正比,且应力后1/f噪声幅值增大了约7倍.理论分析表明,小电流时该器件的1/f噪声为扩散1/f噪声,大电流时为复合1/f噪声,应力在器件有源区诱生的陷阱是1/f噪声增大的根本原因.基于载流子数涨落和迁移率涨落机制,建立了一个光电耦合器件1/f噪声的定量分析模型,实验结果和模型符合良好.

采用自制的低压金属有机化学汽相淀积LP-MOCVD设备,在(100)面GaSb单晶衬底上外延生长了InAsSb材料.用X射线双晶衍射、光学显微镜和扫描电镜、电子探针能谱仪等对材料特性进行了表征,分析研究了生长温度、V/Ⅲ比、过渡层等对外延层的影响.并且获得了与GaSb衬底晶格失配度较低的表面光亮的晶体质量较好的InAsSb外延层.

从分数傅里叶变换(FRFT)的定义出发,理论分析了联合分数变换相关器(JFRTC)的分数相关特性.从所得JFRTC的数学表达式中可以看出,将FRFT应用到联合变换相关器(JTC)中得到的JFRTC具有与传统JTC不同的性质.对于传统JTC,一旦输入平面上参考图像与目标图像之间的距离给定,相关输出峰的位置即确定,而JFRTC的相关输出峰的位置则可以由分数级次p1和p2来自由调节,这个特性在实际模式识别中非常有用.另一方面,JFRTC的相关输出峰值在大多数情况下低于传统JTC的相关峰值,却是JFRTC的一大缺点.最后,从FRFT的比例性质出发,给出了FRFT谱畸变不变的实现条件,并由此预言了JFRTC畸变不变模式识别的功能.

建立了缺陷吸收升温致薄膜激光损伤模型,该模型从热传导方程出发,考虑了缺陷内部的温度分布以及向薄膜的传导过程,通过引入散射系数简化了Mie散射理论得出的吸收截面.对电子束蒸发沉积的ZrO2:Y2O3单层膜进行了激光破坏实验,薄膜样品的损伤是缺陷引起的,通过辉光放电质谱法对薄膜制备材料的纯度分析发现材料中的主要杂质元素为铂,其含量为0.9%.利用缺陷损伤模型对损伤过程进行了模拟,理论模型和实验结果取得了较好的一致性.

用磁控溅射法制备了GdFeCo/TbFeCo交换耦合两层薄膜,利用不同温度的克尔磁滞回线和VSM磁滞回线研究了读出层(GdFeCo)变温磁化方向变化过程.结果表明,随温度升高读出层从平面磁化转变为垂直磁化,交换耦合两层薄膜具有中心孔探测磁超分辨的基本性能.转变过程主要受饱和磁化强度(Ms)的影响,在GdFeCo的补偿温度附近,读出层的磁化强度较小,退磁场能也较小,在交换耦合的作用下,使读出层(GdFeCo)的磁化方向发生转变.磁化方向的转变在75℃～125℃的温度范围内变化较快.

应用穆勒(Müller)矩阵对硅基平面光波导线路(P1anar lightwave circuit PLC)补偿器中PDL对差分群时延(Differential group delay DGD)分布的影响进行了分析,在不同的PDL值下对各种不同级次的PLC单元级联情况的DGD值分布进行了讨论,并与Maxwell分布进行了比较,得到了在特定PDL值情况下最为优化的PLC级次.

采用四能级理论模型对高掺杂碲基EDFA进行了数值模拟,得出C波段和L波段EDFA的主要增益和噪声系数特性,C+L波段同时放大时,20 dB增益带宽达到85 nm.同时分析了铒离子高掺杂带来的上转换效应对放大增益和噪声性能的影响程度,C波段为4%,L波段为10%,当增大泵浦光功率时,影响程度会更小,采用两段级双向泵浦结构放大时影响仅为0.1%.

给出了描述连续波扰动下飞秒光脉冲在光纤系统中传输的微扰高阶非线性薛定谔方程,通过矩法和微扰理论分析了飞秒亮孤子与连续波相互作用的特性,并利用龙格-库塔积分和分步傅里叶方法进行了数值模拟.结果表明,连续波微扰对光纤孤子通讯系统是十分有害的,在实际通讯过程中应当尽量避免连续波的渗入.

使用双区折射率耦合DFB激光器对64 Gbit/s归零伪随机二进制序列(PRBS)信号的时钟恢复进行了仿真实验,并通过实验结果仔细分析了信号时间抖动,激光器锁定时间,锁定范围等评估时钟恢复系统性能的参数.

介绍了一种改进的宽带分布式多泵浦喇曼放大器(DMRA)优化设计方法.通过研究多波长后向泵浦的喇曼放大器传输方程,采用合理的近似得出了快速DMRA的一个简化理论分析模型.通过对模拟退火算法几个优化环节的改进,使其能够更快速地应用于DMRA的多峰值问题的优化设计.利用该方法重点对C+L波段约80 nm带宽范围的DMRA进行了优化,在80 km传输光纤上,设计实现了开关增益10 dB,相对平坦度小于0.12,增益起伏小于1 dB的DMRA.与其他的DMRA设计方法相比,该方法使用较少的泵浦数目就能获得同样的增益带宽及平坦的谱特性.

针对噪声引起的红外图像对比度的下降,采用同态滤波增强方法对红外图像进行校正,减小了噪声的影响,提高了原图像的对比度和像质,为进一步提取图像中的特征信息打下了良好的基础.通过计算机模拟分析和验证,证实了同态滤波是红外图像对比度增强的有效预处理方法.

从目标相对于邻域背景区的信噪比出发,分析了其低信噪比运动小目标特性对自动目标识别所带来的困难.基于部分Hausdorff距离在模板匹配相似性度量中可以有效抑制背景与噪声干扰的优点,提出了用自适应模板实现自动目标识别的方法.然后,综合目标区像素灰度自适应二值化处理和形心算法,实现了图像序列中目标自动定位的功能.实验结果证明:该基于自适应模板的低信噪比运动目标的自动定位算法具有快速,稳定和实用等优点.

针对序列图像的变化检测,提出了一种基于强边缘块的时域多分辨率图像分割算法.首先在具有明显边缘特征的图像序列中,提取图像强边缘块的直方图,然后,利用时域多分辨算法,比较不同帧之间的图像差异.这种方法不但能够检测出图像的变化,而且能够确定图像变化的类型.在阈值的选取过程中,采用了自适应阈值方法,实验证明这种方法取得了较好的效果.

研究了图像处理中各向异性扩散的正则化参数选取问题.根据分片常数模型,提出了一种噪声估计方法,该方法通过寻找图像中的最小区域方差来估计噪声;分析了正则化参数与图像噪声的关系,提出了一个正则化参数选取的修正公式,该公式使正则化参数能根据图像噪声自适应调整;最后给出了由正则化参数选取高斯模板尺度的规则.实验结果显示,这种正则化选取方法可以使各向异性扩散方程对图像噪声具有很好的自适应性.

结合消隐点的有关知识,利用图像序列中运动的人体及其阴影的垂直关系,给出了一种实用性比较强的摄像机标定方法.该方法采用线性的方法计算出了可变焦摄像机5参数的内参数矩阵及旋转矩阵,并在一定的条件下计算出平移矩阵,最终将摄像机完全标定.计算内参数及旋转矩阵时不必考虑图像之间对应点之间的关系,从而大大减少了图像检测期间算法的复杂度,提高了标定的速度.此外,模拟和实际图像实验也表明该自标定方法具有较高的鲁棒性和准确性,适用于在线摄像机标定系统.

针对前向后向扩散方程不能较好的保持流线状结构,而相干增强不能锐化边缘的缺点,提出一种新的基于边缘定向的张量型前向后向扩散模型.该模型将前向-后向扩散方程引进到张量型扩散方程中,在扩散系数的选取上合并了相干增强扩散与前向-后向扩散的长处,又克服了他们各自的缺点.采用类似相干增强扩散的边缘定向算子实现对边缘的定向,然后根据边缘定向的结果设置扩散张量的特征根,使扩散张量沿边缘方向为正向扩散以增强边缘,而垂直于边缘方向为逆扩散以锐化边缘.理论分析和数值计算表明,该方法具有比相干增强扩散及前向-后向扩散更好的增强效果.

研究了基于连续小波变换的神经网络进行人脸识别的方法.介绍了小波分析的理论基础,详细讨论了根据小波变换系数的范数选取小波母函数的方法,根据小波脊线确定网络神经元个数的方法以及神经网络的初始化和参数训练方法.通过对人脸图像灰度的连续小波分析,神经网络的自组织自学习能力,调整连接权值和小波神经元的尺度、位移参数,完成人脸识别的任务.实验结果验证了该神经网络的识别性能明显优于用特征脸方法对相同人脸库进行的识别.

提出了一种纳米云纹法的条纹倍增技术,可用于单晶材料纳米级变形测量.在测量中,单晶材料的晶格结构由透射电镜(TEM)采集并记录在感光胶片上作为试件栅,几何光栅作为参考栅.对纳米云纹条纹的形成原理,透射电镜放大倍数与试件栅的频率关系,条纹倍增技术,位移、应变测量方法等进行了详细讨论.该方法不仅能够测量连续力学参量,如应变和位移,而且能够表征纳观非连续参量,如位错、夹杂.

建立了空间非自发光目标的数学模型,应用经典光学理论研究了目标亮度与目标尺寸、表面特性、观测角、观测距离之间的关系;并推导了探测能力与光学系统参数及曝光时间之间的关系;试验结果验证了模型和计算公式的正确性,可为空间目标探测光学系统的设计提供了设计参考.