介绍了一种LD泵浦腔内倍频全固体Nd:YVO4-KTP多纵模、低噪音、高功率稳定绿激光器.在Nd:YVO4-KTP绿激光器组成的谐振腔内放置厚度约相等的石英晶体λ/2波片(HWP)和λ/4波片(QWP),使两波片快轴夹角互呈90°,HWP、QWP与KTP构成复合波片,其作用相当于QWP,此复合波法与各相异性Nd:YVO4共同作用有效抑制了腔内偏振模耦合,获得多纵模低噪音绿光输出.此复合波片相互作用由于抵消了石英晶体波片温度敏感引起的相位延迟量漂移, 所以此激光器在不同功率、不同工作温度下,均能稳定可靠地运转于低噪音状态.实验结果为,绿光输出纵模数为3个,噪音小于0.5%(rms%),12 h功率稳定性优小于1%.

在采用密集波分复用技术的骨干网中,通过建立动态多粒度业务模型对由大粒度(光纤和波带)和小粒度(波长)组成的三阶多粒度光交叉连接所构成的节点的网络特性(阻塞概率和带宽阻塞比)进行了研究和仿真分析,并由此对三阶多粒度节点的结构参数和网络中的系统参数进行了优化设计.从仿真结果可以看出,所提出来的优化设计方案能够显著的减少节点结构的复杂度并改善阻塞性能,从而减小了网络中设备的规模和成本.

人造卫星在星空背景下运行的实时仿真技术中,建模和实时性是仿真的基础,试验表明,利用Creator 2.6建立二体轨道下的卫星运行模型,计算出卫星运行时的空间位置和运动姿态,结合Vega Prime来实现人造卫星运动轨道的空间动态三维场景实时仿真,可以有效的实现卫星在星空背景运动中的实时性,并为其他技术领域中的实物或半实物实时仿真技术提供了可行性的参考方法.

报告了一个用于低频射频天线网络LOFAR的160 Gbit/s 演示平台.文章介绍了LOFAR网络结构以及用于LOFAR长臂的OTDM/WDM系统结构,回顾并探讨了用于实现160 Gbit/s系统的关键技术,并介绍了实验室中实现该160 Gbit/s OTDM/WDM演示平台所采用的技术方案.出于经济性考虑,所有的关键系统功能都采用自己搭建方案.

研究了基于超磁致伸缩材料实现对光纤布拉格光栅的动态调谐这一方案理论上可获得的最大调谐范围.利用超磁致伸缩换能器的输出特性,进行了超磁致伸缩换能器用于光纤布拉格光栅调谐的实验研究.分析了实验中影响可获得调谐范围的各种因素,如实际可获得的超磁致伸缩材料的特性、光纤布拉格光栅的特性以及换能器结构的设计.进一步讨论了在理论界限的前提下改进该方案可获得调谐范围的措施,并以施加预应力为例进行了实验验证.结果表明,通过给予超磁致伸缩材料合适的预应力,可以较明显地改善最大调谐范围.

在分析L波段放大自发辐射(ASE)谱产生原理的基础上,设计出一种新颖的双级结构掺铒光纤ASE宽带光源,该光源可在两个端口分别输出高功率的C波段和L波段的ASE谱.设计将C波段ASE谱注入到掺铒光纤中作为L波段ASE谱的二次抽运源,使得L波段ASE谱功率得到了有效提高.优化光源结构参量后从两个端口分别获得了12.97 dBm和12.81 dBm的C波段和L波段ASE宽带谱.将两个输出端口组合得到了功率为15.9 dBm,泵浦转换效率达到21.6%的C+L波段超宽带ASE光源.

研究了三正弦码标尺应用于电子水准测量中实现标尺自动化读数的定位算法.在频域通过提取特征谱线位置计算物像比及视距,利用其相位进行几何定位并获取各码条等效宽度.求解像面上首码字中各周期码的相位值,根据其组合确定标尺粗读;通过几何定位得到视准线与首码字的相对距离,与粗读相结合得到标高读数.实验测量准确度满足实际需要,表明了该算法的可行性.

对设有内置式RF电路的分布反馈(DFB)半导体激光器在增益开关工作状态下出现反常光谱的原因进行了分析.分别对该激光器在正常工作(即小信号驱动)和增益开关(即大信号驱动)情况下的时域和频域输出结果进行了对比和分析,研究发现内置式RF电路的瞬态失效是导致增益开关DFB激光器产生多波长光谱的原因.

提出了一种计算复色光下人眼视网膜空间像调制度的方法.利用Hartmann-Shack波前传感器测量的波前像差数据,求得眼睛光学系统的调制传递函数;利用CSV-1000测试仪和VAF-1000视锐度测试仪分别测量同一只眼睛的全眼对比敏感度函数以及视锐度,由调制传递函数、对比敏感度函数以及视锐度之间的关联获得复色光下人眼视网膜空间像调制度曲线.结果表明:视网膜空间像调制度曲线与眼光学系统的调制传递函数无关,并且正常人眼(无视网膜疾病)的视网膜空间像调制度值相近.因此多眼的空间像调制度曲线的统计平均值可以作为标准,用来评判人眼视网膜及视神经疾病.

通过对不同处理条件和测试条件下人肝癌细胞SMMC-7721的原子力显微镜图像的分析和研究,得到了在大气环境和溶液环境中肝癌SMMC-7721细胞的最佳成像条件,同时建立了用原子力显微镜观测活细胞的实验方法.使用0.5%、1%、1.5%的戊二醛溶液固定细胞后再漂洗,变换原子力显微镜的扫描模式,调节扫描参量并在大气环境下观测以寻找该环境下的最佳成像条件;将用多聚赖氨酸处理基底后的培养细胞直接放置于生理溶液中用原子力显微镜进行溶液环境观测,比较扫描时限并分别改变环境液体类型、探针以及扫描频率,比较了不同条件下原子力显微镜图像的差异,在得出最优参量的同时对其相关原理进行了分析,建立了活细胞实时观测的实验方法.比较两种条件下的细胞图像发现,戊二醛溶液固定过的细胞与生理溶液环境中的活细胞有很大差别,在生理溶液条件下的细胞饱满,可见到光滑清晰的细胞边缘;但戊二醛溶液固定的细胞表面粗糙,细胞边缘不清晰,表明固定后观测到的细胞与生理状态下活细胞的表面形貌存在很大差异.

用632.8nm 12mW的氦氖激光及聚乙二醇(PEG)复合诱导融合枯草芽孢杆菌与黑曲霉原生质体.为了提高枯草芽孢杆菌的糖化酶产酶能力,对两亲本在融合中采用不同的激光照射时间,选育出的融合子与枯草芽孢杆菌亲本相比,糖化酶酶活提高了2倍,并通过酯酶同工酶谱分析对融合子进行了鉴定,结果表明:融合子遗传性状与亲本相比发生了显著变化,通过传代培养,融合子具有良好的遗传稳定性.

提出了旋转体时域有限差分法的另一推导方法.基于这一方法,推导了旋转体电磁波的波动方程,进一步得出了旋转体时域有限差分法的单向波方程吸收边界条件.数值实验证实了该吸收边界条件的正确性.

利用偏光干涉理论,通过对BL-009型向列相液晶透射比的测试,分析了液晶透射比随磁场的变化情况,并对液晶的磁控双折射效应进行了研究.实验在室温20℃下用JG-3型连续可调磁场仪对液晶盒施加垂直于其表面的磁场,用CT5A型特斯拉计准确读出磁场强度数值,使液晶盒光轴方向与起偏镜和检偏镜偏振方向成45°,分别测出了起偏镜和检偏镜偏振方向平行和垂直时的透射光强度.通过数学函数拟合,得出了液晶的双折射率随磁场的变化规律,即:当磁场强度大于液晶的阈值磁场时,拟合函数能很好地描述液晶磁控双折射率的变化规律.

建立了低频液体表面声波的激光干涉测量系统,实验上不仅得到了清晰、稳定的干涉条纹,而且首次发现干涉条纹的强度分布具有空间不均匀性,干涉条纹被限定在一定的空间区域内,中心干涉条纹强度最小,向两边强度逐渐增大,在两边界位置达到极大.根据波动光学原理,得到了干涉条纹分布的解析表达式,并给出了低频表面波振幅、波长与干涉条纹空间限度、干涉条纹间距的数学表达式.理论规律与实验结果吻合较好.

在30 MeV的射频加速器上进行的原理性实验及在60Co放射源上的定量测量实验已证明了理论推导的CsI:T1晶体对X光响应具有线性的结论.而在实际应用中,由于各种散射因素的影响可能使这种线性关系变坏而给处理带来困难;利用钨台阶在12 MeV LIA的实验环境下完成了CsI:T1晶体对X光响应的研究,对一些散射因素进行了分析,说明在一定的条件下仍然能够获得较好的线性响应,同时对钨在相应条件下的质量吸收系数进行了测量,结果为0.806～0.823,误差约在2.0%以内.

基于修正Kolmogorov谱,运用相位结构函数的平方近似,导出了适用于大天顶角传输的到达角起伏方差及其功率谱的解析表达式.研究结果表明,新导出的方差表达式在任意天顶角都是适用的.散射盘尺度和接收孔径对到达角起伏起平滑作用,当接收孔径远大于散射盘尺度时,由于孔径平滑作用,导出的表达式在任意天顶角都可以近似为弱起伏理论给出的结果;当接收孔径小于散射盘尺度时,散射盘尺度的平滑作用明显,接收孔径的平滑作用相对较小,传统的到达角起伏理论仅在小天顶角是适用的,在大天顶角必须用新导出的方差表达式.当接收孔径D＜25 cm时,弱起伏理论给出的表达式的适用范围被限制在小于50°～70°的天顶角内.

粒子图像测速技术(PIV)通过测量被测流场截面上每一位置点的速度,获得整个被测流场的信息.在PIV一般应用中所使用的照明激光片光与成像CCD装置的拍摄方向是垂直的,在某些应用场合受测试条件的限制,需要采用离轴方式进行测量,此时CCD成像方向与照明的激光片光不垂直,而是有一定夹角.离轴测试方式将对PIV系统的光学成像系统、示踪粒子选择和粒子图像处理带来影响.实验采用Scheimpflug离轴聚焦的方法对表面镀银高反射率的示踪粒子进行成像,通过调整成像透镜与CCD像面的夹角可获得清晰的粒子成像,并利用网格校正板和软件计算处理等方法有效校正了由于离轴测试带来的影响.

在CCD内部结构的基础上,分析了CCD的动态功耗和静态功耗两部分.静态功耗是CCD片上输出放大器所消耗的功率;动态功耗是由于CCD驱动时钟对时钟电极的串联等效电容或极间电容进行充放电,充放电电流流过多晶硅电极电阻或串联等效电阻引起功率耗散.分别给出了二者的估算方法,其中动态功耗的估算方法有集总模型估算法、分布式模型估算法及PSpice仿真估算法三种.结合具体项目,在对CCD47-20的工作模式和工作时序分析的基础上,采用集总模型估算法对其功耗进行了估算,并通过实验估测验证了估算方法的有效性.

讨论了激光显示系统的基本原理,分析了传统的行扫描同步中增量式编码器的优缺点,提出了利用转镜实时定位系统代替增量式编码器的新方案,此方案具有实时准确、对电机无负载、成本低等优点.

给出了一种新的综合伪彩色映射技术和小波变换理论的图像融合方法,并将其应用于全色图像和光谱图像的融合中.通过提取两个不同谱段光谱图像的共有信息和特别信息,并进行伪彩色映射融合,来增强目标与背景的对比度.同时将伪彩色映射融合后的图像进一步用IHS变换提取空间信息,在小波变换框架下将其与全色图像进行融合以提高目标的边缘细节信息,使所获得的融合结果不仅包含丰富的光谱信息的同时还具有较高的空间分辨率.仿真图和评价指标表明,该算法在增强目标与背景的对比度以及保留目标信息等方面具有较强的优势.

针对复杂背景中多个车牌的定位问题,提出一种新的定位方法.该方法综合利用边缘检测、连通域分析、倾斜矫正等多种方法,解决了复杂背景中定位难的问题.能够准确定位杂乱背景中的车牌,对天气、光照变化、车牌在图像中的移动和旋转等,具有良好的适应能力.该方法为后续的字符分割和字符识别提供旋转角度、字符区域定位信息.

对小波域局部维纳滤波算法的估计误差进行了理论分析,推导了估计误差平方期望表达式,得到了一种观测系数局部方差估计的阈值.以此为基础,提出了一种小波域图像去噪算法.先对观测系数做阈值化处理,再进行局部自适应维纳滤波.实验结果表明,该方法提高了真实信号系数方差估计的准确度,在去噪性能上优于Mihcak等提出的LAWML算法.

从理论上研究了高气压CO2激光器的宽带输出频谱特性.结果表明,在20个大气压下,CO2激光器有宽带输出,带宽高达5.0 cm-1(相当于150 GHz),从971 cm-1～976 cm-1,峰值在10R(16)线处,10R(14)线和10R(18)线差不多对称地分布其两侧.很小的增益差异(4.6%)造成了很大的能量输出差异(100多倍).比较了谐振腔内有无色散元件时的输出频谱,理论证明了谐振腔内无任何色散元件时的宽带输出频谱是光滑连续的,而频率依赖的反馈引起了输出频谱很强的精细结构.理论计算结果与实验测量结果符合较好.

采用光纤激光器和放大器结构方案,观察到了高浓度掺镱光纤(YDF)的光子暗化(Photo-darkening)现象.对激光器阈值和输出功率、放大器输出谱的测量结果表明,光子暗化效应导致了高掺杂浓度YDF的功率转换效率随泵浦作用时间的增加而下降,且下降为单调不可逆过程,但随着泵浦时间的增加,这种下降逐渐变缓、功率转换效率最终可趋于稳定.

设计了一种新的金刚石场发射阴极工艺.用旋涂法在金属钛片上涂覆纳米金刚石涂层,经过适当条件的真空热处理,实现钛与金刚石之间的化学键合即欧姆接触,从而形成以金属钛为衬底,碳化钛键合层为过渡层,金刚石纳米颗粒为场发射体的场发射阴极.样品的阈值场强可达 6.3 V/μm,场发射电流密度在21 V/μm场强下可达到60.7 μA/cm2.提出了样品的结构模型,并分析了其电子输运方式.样品的Fowler-Nordheim曲线基本为一直线,根据经典场发射理论,可以证实其电子发射机制为场发射.观察到在获得稳定的场发射性能之前存在激发过程,并对其作了简单解释.

利用方势阱模型对InxGa1-xN/GaN MQWs结构的光特性进行了量子力学定性理论分析.并在MO源流量恒定条件下,在570℃～640℃范围内进行了不同生长温度的多量子阱制备实验,对InxGa1-xN制备过程中的In组份掺入效率的温度依赖关系进行研究.通过对制备样品的PL谱测量分析,得到了587℃～600℃的In组份最佳掺入温度区间.

针对靶场试验对测量仪器的准确度及可靠性的特殊要求,开发了一种基于嵌入式PC/104模块和大规模可编程逻辑器件CPLD的红外光电时刻测量系统.介绍了该系统的组成、测量原理及其实现途径.靶场实验结果表明,该系统设计环境适应能力强,能可靠地工作在-35～45℃的环境下;测量准确度高,测时误差小于30 μs.

在相位调制器基础上,提出了围绕干涉型光纤陀螺的闭环控制方案.对高准确度光纤陀螺中Y波导集成光学器件的调制特性及系统测试方法进行了研究,对其应用及光路各环节配合的技术进行了探讨,对该器件在光纤陀螺系统中的特性和测试系统进行讨论.在高准确度光纤陀螺中取得明显效果.目前,工程样机的零偏稳定性已达到0.02°/h.

对锥形透镜光纤(TLF)与半导体多量子阱(MQW)平面光波光路(PLC)芯片的耦合特性进行了实验研究.数值模拟了TLF、普通单模光纤(SMF)分别和PLC芯片脊波导的耦合情形,发现TLF-PLC耦合损耗比SMF-PLC耦合损耗小3.01 dB.测得了TLF的出射光场光斑,分析了出射光场发散范围.建立光纤-PLC芯片耦合实验系统,用放大自发辐射(ASE)宽带光源在1550 nm波长处对比分析了PLC芯片与不同光纤的耦合连接损耗,从而确证最佳方案为TLF-PLC-SMF:即TLF作为入纤,SMF作为出纤时,耦合对准容易实现,损耗为10.798 dB,比TLF-PLC-TLF耦合损耗小4.458 dB.

研制了一台波长可调混合锁模掺铒光纤激光器.该激光器是由基于分光比为30:70的耦合器和偏振控制器组成的Sagnac干涉仪构成.通过10 GHz的调制器的调制,得到重复率为9.998149 GHz,脉宽小于18 ps的锁模脉冲输出.该脉冲是近变换极限脉冲.

研究了光子晶体光纤中调制不稳定性效应.从非线性薛定谔方程出发,计算和分析了光子晶体光纤中反常色散区以及正常色散区内的调制不稳定性现象,详细讨论了超短脉冲的脉宽、峰值功率、高阶色散和高阶非线性效应(如脉冲内喇曼散射、自陡峭效应)对调制不稳定性产生的影响.结果表明:二阶色散对调制不稳定性的影响要远大于三阶色散,同时也发现随着初始脉冲宽度的减小,调制不稳定性旁瓣增大但是强度有所降低.另外还发现高阶非线效应如自陡峭和喇曼效应会在不同程度上抑制调制不稳定性.

将光外差探测方法应用于瑞利型增强四波混频的研究,通过理论分析得到了瑞利型增强四波混频三阶极化率的表达式和外差拍信号的解析解,对拍信号的研究表明这种方法可以保留瑞利型增强四波混频极化过程的完整信息,获得瑞利型增强极化的吸收谱与色散谱.同时分析了三种不同的马尔可夫随机场模型下的差拍信号的区别与联系.

用电磁场的严格解分析了亚微米直径光纤的非线性系数,发现光纤直径在700 nm左右(亚微米量级)非线性系数较大,喇曼阈值较小,喇曼增益谱线较多;受激喇曼散射特性的分析表明,由于直径小,光纤在较小的泵浦光功率作用下能量密度就很大,因此很容易观察到受激喇曼散射.实验结果表明,理论分析与实验结果吻合得很好.

为适合土木工程实际所需,提出了一种新型的、可放大振动信号、工作频带宽的光纤光栅低频加速度传感器.进行了参量优化设计,并在不同阻尼情况下进行了灵敏度、线性度、横向抗干扰和幅频特性等性能试验.试验结果表明:所设计的光纤光栅振动传感器方案是可行的;其线性度好,抗横向干扰能力强,通过合理调整阻尼,灵敏度可达到90 pm/ms-2,上限工作频率可取在系统无阻尼固有频率的80%左右.

以一款由Erfle目镜为目视系统的头盔显示器为例,给出了眼睛转动时其视空间的性能评价方法、计算公式和评价结果.评价内容包括MTF、调节、像散、横向色差和畸变.对眼睛转动和不转动情况下的结果进行了分析比较:由于转动,使得某些视场的MTF 、调节等性能指标严重变差,成清晰像的范围明显减小;系统的性能出现了明显的非对称性.结果表明:无法根据眼睛不转动情况下的系统性能来判断转动情况下的性能,而只能通过实际的光线追迹才能获得.

介绍一种适合于激光打标的聚焦镜头-F-θ镜头的光学设计.通过引入桶形畸变,得到的F-θ镜头的像高与入射角成正比,可实现打标速度的线性控制.优化设计得到的工作面积达500×500 mm2的F-θ镜头,结构简单紧凑、聚焦性能达到衍射极限.

设计了工作于8～12μm波段的折/衍混合消热差红外反摄远系统.该系统全视场为14°,有效焦距为100 mm,后工作距为113 mm,F/#2.0.系统采用锗和硒化锌两种材料,为三片镜结构.引入二元面和高次非球面,使结构简化,重量减轻,提高了成像质量.系统在-40℃～100 ℃的温度范围内性能稳定,适用于像元尺寸40μm,像元数640×480的现代非致冷式面阵探测器.大视场、长后工作距以及超宽工作温度范围,决定了系统可满足军用和民用领域的多种需求.

从Schwarzschild系统出发,基于设计大视场光学系统的同心原则,设计了一种大视场的三反射光学系统.该系统有两个球面反射镜,一个二次非球面镜,系统在频率50 lp/mm处22°×11°的条形大视场范围内具有良好的成像性能,可以用于紫外探测光学系统中.

传统的Dammann光栅是基于标量衍射理论设计的二值相位等光强分束器件,其衍射效率的典型值为80%左右.基于严格耦合波分析理论和遗传算法,提出了一种设计亚波长结构Dammann光栅的新方法,且该新型二值相位光栅具有较高的衍射效率.同时利用自编的仿真程序包设计了多个光栅,并分析了制作误差对其衍射效率和光强均匀性的影响.仿真结果表明,用该方法所设计的Dammann光栅的衍射效率超过92%.

研究了由两种不同的各向异性材料交替排列而构成的一维人工周期结构材料的带隙结构和传输特性.各向异性和复式结构导致了x偏振和y偏振有不同的带隙结构、透射率和态密度等.研究发现,当两种材料的各向异性常量、厚度满足一定条件时,能带结构中会出现缺隙现象.

对双温模型的重要热学参量电子热容、电子弛豫时间、电子热导率进行量子化处理,使双温模型能适用于自由电子温度比较高的情况.利用前向差分算法,数值求解了电子-晶格双温双曲两步热传导模型,所得的结果更接近实验值.经过分析得出: 1)薄膜前表面自由电子温度达到最大值的时间约为0.27 ps,得到的损伤阈值与实验值符合较好.2)电子热容对电子温升规律影响非常大.电子热导率对自由电子温升规律也有较大的影响.3)在趋肤层内自由电子温升非常快,不同厚度自由电子温度达到最大值所需的时间延迟不明显.趋肤层以下自由电子温度升高较慢,不同厚度自由电子达到最大值所需的时间延迟明显.

提出了一种适合于高灵敏度气体传感器的新型光子晶体光纤结构.采用全矢量频域有限差分方法,研究了基于不同结构光子晶体光纤的气体传感器的相对灵敏度.由全矢量频域有限差分法,通过直接求解由麦克斯韦方程组导出的标准特征值方程,可以得到光纤中可能存在的不同模式的传播常量、电场分布和磁场分布.分别给出了三种不同结构光子晶体光纤在波长为1.3312 μm处,与结构参量变化对应的相对灵敏度变化以及在不同波长情况下的相对灵敏度变化.结果证明,该新结构具有较其它代表性的折射率引导型光子晶体光纤结构更高的灵敏度,特别适合作气体传感器.

提出了一种低串扰无损耗的光开关矩阵.该结构是在扩展Benes(DB)结构的基础上通过改进得到的称为改进的扩展Benes(IDB)结构,并通过进一步的改进得到各级改进的扩展Benes(GIDB)结构.理论分析了IDB结构和GIDB结构中串扰产生的机理和对信号的影响,比较了几种结构的信噪比和光交换容量之间的关系.发现随着光交换规模的扩大,GIDB结构相对于DB结构信噪比明显提高.实验研究了4×4的IDB、GIDB结构中串扰引起的误码率降低以及眼图的恶化情况.结果表明GIDB结构能有效减少串扰的影响.