通过对稳态、瞬态吸收谱以及瞬态荧光发射谱的测量分析得出:在三聚体内存在以下六个特征叶绿素分子Chlb628、Chlb646、Chlb654,657 652、Chla666 664、Chla677,680 674、Chla683 682(下标为吸收峰,上标为发射峰).在波长为655 nm、666 nm、680 nm、683 nm时分别采用时间相干单光子技术(TCSPC)记录其荧光动力学谱.根据荧光产生的物理学机制,对这些荧光动力学谱的分析采用的是分子同时接受能量与耗散能量的指数模型,得出在离体的外周天线三聚体内,Chl b654,657 652、Chl a666 664、Chl a677,680 674和Chl a683 682分子在接受Chl b628分子的传能时,大部分经过了Chl b646分子,传能时间发生在97～157 ps的时间间隔内,可见Chl b646分子在外周天线三聚体中是连接Chl b和Chl a传能的主要分子;Chl b654,657 652…→Chl a666 664…→Chl a677,680 674…→Chl a683 682分子依次传能的时间在10 ps左右,这种传递过程可归结为是处于激发态分子首先经过内转换后再将能量以F(o)rster共振机制的形式传给了其它分子;大量小于1 ps的传能过程是叶绿素分子之间以激子共振的方式进行直接传能;Chl b654,657 652、Chl a666 664、Chl a677,680 674和Chl a683 682分子以时间常量分别为1.44 ns,1.43 ns,636 ps,713 ps发射荧光回到基态.

对谐波锁模掺铒光纤激光器的稳定性进行了实验研究.采用再生锁模技术控制腔长变化对稳定性的影响,提出了在腔内利用缠绕光纤法替代保偏光纤以获取偏振稳定机制的方案,并进行了相关实验.利用自相位调制十频谱滤波抑制超模噪音,实验中当抽运功率在50 mW以上时就足可以抑制超模噪音.实验结果表明:采用以上三种措施能够较好地解决影响谐波锁模光纤激光器稳定的温漂、偏振起伏和超模噪音问题,从而大大提高了谐波锁模光纤激光器的稳定性.

建立了侧面抽运掺Yb3+双包层光纤激光器的数值模型,推导出激光分布的近似解析式,并进行了数值模拟,得到了光纤内抽运光和激光功率的分布特性,以及激光输出功率随抽运光注入位置,光纤长度以及端镜反射率的变化关系.结果表明,抽运光注入位置对激光分布和激光输出功率有较大的影响.

利用一种新型的中间镜式半导体可饱和吸收镜,成功实现了二极管泵浦Nd:YVO4激光器调Q运转,获得的最短脉冲宽度为8.3 ns,最大平均输出功率为135 mW,重复频率在400 KHz到2 MHz之间.利用这种吸收体被动调Q得到的重复频率大大高于所知的大多数吸收体所进行的被动调Q的重复频率.

利用Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)及其掺杂材料制作的光导开关具有很好的时间响应及高功率输出特性.比较了这两种材料制作的不同电极间隙类型的光导开关的开关时间响应速度、导通光能与饱和触发激光能量、线性与非线性工作模式及触发稳定性等特性.结果表明,利用InP和GaAs两种材料制作的光导开关都具有达到皮秒级的超快时间响应,其对时间最佳响应与偏置电场有关.两种开关的多次触发时间抖动在几个皮秒范围,输出电压峰峰值抖动优于10%.GaAs开关的非线性工作电场阈值比InP开关低,更容易实现非线性输出.

采用指向矢连续旋转模式铁电液晶,通过控制上下基板的摩擦方向夹角为135°,在N*-SmCx相变过程中不施加电场,获得了均匀排列.器件的对比度大于70,上升时间和下降时间分别达到587μs和486μs.解决了电场诱导层排列易击穿TFT,残留剩余电荷影响器件性能的难题.由于能够实现良好灰度级,可以满足现代快速彩色显示的需要.

利用光场梯度力理论,对前向四波混频光路制作偶氮苯聚合物薄膜表面微结构的结果进行解释,经过分析认为用这种方法制作亚微米微结构存在机理缺陷.采用"Step-by-Step"制作偶氮苯聚合物薄膜表面四方微结构,该方法将是制作二维亚微米微结构的有效手段,同时指出这种规则微结构光学各向异性特点有利于二维光子晶体完全带隙的形成.

介绍了一种针对单圈绝对式光电轴角编码器而设计的基于PCI总线的实时数据采集系统.该系统以PLX公司开发且服从PCI2.1协议的PCI9052为接口芯片,利用功能强大的CPLD作为控制单元.采用TI公司生产的高性能A/D器件ADS803E作为核心器件对线阵CCD输出的信号进行实时采集,并给出了板卡调试方法和如何用合适的驱动程序开发工具编写驱动程序.实验证明,该采集卡满足单圈绝对式光电轴角编码器数据采集的需要.

将铁电液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,用电场改变液晶分子的取向,形成光子晶体快速可调谐滤波器.用传输矩阵法研究了铁电液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,计算了电压和液晶材料参量对滤波器透射谱的影响.结果表明:改变电压能容易改变光子晶体滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽,实现良好的调谐滤波功能.

提出一种新型的光子晶体双色谐振腔,以光学传输矩阵法为基础给出了设计的关键参量及其优化方法,并分析了其物理原理.根据常用的650 nm/780 nm,532 nm/671 nm,1 079 nm/1 320 nm和1 064 nm/1 319 nm等双色激光谱线,设计了4个光子晶体双色谐振腔结构.这种一维光子晶体谐振腔只需要一个谐振腔,缺陷层两侧周期数为5层时,该腔体总厚度小于5 μm,可获品质因子为103～104,相对带宽为10-4～10-5的双色谱线,且模式纯净,基于基模谐振.

介绍了一种平板型光子晶体微谐振腔的结构.利用三维时域有限差分法(FDTD)分析了平板型光子晶体的结构参量及其对谐振腔性能的影响.平板型光子晶体微腔具有较小的模式体积和较大的品质因子(Q),可以有效的使光子局域化.该谐振腔可以用来制造单频发光二极管和零阈值微腔激光发射器.

利用非线性时域有限差分方法(FDTD)对光从某些一维缺陷层掺杂克尔非线性介质的四分之一波长光子晶体的正反两个不同方向入射时对应的一般透射特性进行了数值分析.计算表明:一定频率范围及一定光强范围的光从非线性光子晶体的正向入射时,透射率是其从非线性光子晶体相反方向入射时的数倍,具有单向透射性,表现为全光二极管的行为.进一步对交替介质层由空气和金红石(TiO2)组成而非线性缺陷层由聚合物(polydiacetykene 9-BCMU)组成的光子晶体模型的透射特性进行了数值分析.在某一频率和强度附近,该模型的正向透射率是反向的6倍左右,表明其可作为一种全光二极管使用.

基于光学系统对傍轴激光束的传输与变换技术-ABCD定理,以非线性相移为研究对象,采用表征高斯光束特征的q参量在光束无像散近似假设下,分析了Z-扫描测量方法的理论基础,得到了表达简单的解析理论公式.在非线性相移|△φ0|＜πrad时,所得模拟结果可以很好地与已知理论结果相吻合.对CS2和纳米碳管乙醇溶液的非线性测量及数据的拟合,证明了用此结论进行数据分析的简洁性和优越性.

利用数值模拟方法证明了,双频弱连续波的拍频信号在分布增益的非线性掺铒光纤环镜内传输,能产生超短光孤子串.数值计算表明,当输入信号为重复率＜20 GHz的拍频弱信号时,可在较短的环镜长度内产生占空比大且高质量的光孤子串.研究同时发现,输入信号的平均功率越大,所需环镜长度越短.与其他方法相比,该方法不仅能克服传统方法所产生的脉冲重复率受限的困难,而且在无需采用特种光纤的情况下,将弱信号转化为超短光孤子串.

为了提高光学相干层析系统的性能,本文主要从理论上分析研究光学相干层析系统噪音和灵敏度的相关计算原理.比较了无杂散光的理想情况与非理想情况下,平衡探测与非平衡探测光学相干层析系统的噪音特性,并给出了相应计算公式,为设计和研制光学相干层析系统提供一个较为系统的理论分析依据.

本文作为前文《光学相干层析系统噪音分析(Ⅰ)》的后续,对时域OCT和频域OCT的噪音和灵敏度进行了详细的分析和计算,证明与时域OCT系统不同,频域OCT系统的信噪比与光源带宽和纵向扫描深度无关,频域OCT系统可以在高速率图像采集的情况下仍然保持探测系统的大动态范围.

提出用优化成像系统设计参量的方法有效消除基于数字微镜阵列的栅格结构及其衍射对微结构成像质量的影响.模拟结果表明,当照明光源的波长为0.365 μm,系统的数值孔径为0.3左右,缩小倍率为10～20×时,栅格像的可见度在0.1以下,DMD的栅格结构对成像质量的影响大幅降低;对微透镜的成像分析发现,合理的成像系统结构参量能有效地减少栅格的影响.如果结合DMD显示图形的可编程特点,优化图形的结构或灰度,则能在像面获得较理想的曝光量分布,达到快速加工二维和三维微结构的目的.实验结果证实了优化系统参量可有效消除DMD栅格的影响.

从几何成像规律和交叉谱密度函数的传输定律出发,从理论和实验两方面研究多色谢尔模型光束经单缝衍射后光场的光谱变化现象.理论研究结果表明:部分相干光谱经单缝衍射后,在衍射光场的某些点,光谱相对于光源的光谱往短波方向移动,即为蓝移;而在衍射光场的另一些点,光谱呈现红移.实验结果与理论结果符合得很好.

对采用溶胶凝胶法制备的ZnSe/SiO2半导体量子点玻璃的光谱性质进行了测试分析.UV-Vis透射光谱中观察到光吸收边相对于体相半导体有明显蓝移.稳态发射光谱(PL)中观察到ZnSe纳米晶体的位于蓝区的基本呈高斯分布的弱的最低激子发射峰、强而宽的表面态发光带以及对应杂质能级的三个锐峰发光.时间分辨荧光光谱(TRPL)中观察到发光效率高的最低激子发射峰,并测量其荧光衰减寿命,经尾部拟合为28.5 ps.同时,结合有效质量近似(EMA)模型,估计ZnSe纳米晶体的平均粒径介于2.45～3.60 nm之间,尺寸分布基本呈高斯型.

以355 nm激光为激发光源,在实验室中利用激光诱导荧光(LIF)方法对不同水体中溶解有机物(DOM)的荧光光谱进行了测量,并以最小二乘法-高斯拟合对水体荧光光谱进行了拟合,解卷积得出了水喇曼散射谱及DOM的荧光光谱.在改变激发光脉冲强度的条件下,以一定浓度腐殖酸溶液为测量样品分析了DOM的荧光饱和特性.结果表明,随着激发光功率密度的增加,水喇曼散射强度线性增加,而DOM的荧光强度随着激发光功率密度的增加先是线性增加,此时归一化荧光强度为一恒定值.当激发光功率密度大于55 mW/cm2时,荧光强度增加缓慢,归一化荧光强度则逐渐降低.研究发现,在有机物浓度较高时,出现了激发态分子间的单重态-单重态猝灭,并且在低浓度情况下,随着有机物浓度的增加,出现了有机物荧光峰值强度位置的红移并伴有波形的展宽.

采用三种方法:修正协方差法MCOV(Modified Covariance Method)、递推极大似然估计法RMLE(Recursive Maximum Likelihood Estimator)和伯格法(Burg Method)求解线型优化最大熵线性预测方法中的自回归模型系数,并且在不同求解方法情况下,将阶次、信噪比对光谱复原的影响作了详尽的比较.研究结果表明:在线型优化最大熵线性预测方法的自回归模型系数三种求解方法中,修正协方差法要优于递推极大似然估计法和伯格法.

研究了高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅在扭曲状态下的横向负载特性.发现扭曲降低了光纤光栅谐振波长横向负载灵敏度的方向相关性,使得这种光栅在各圆周方向上谐振波长对横向负载都不敏感,而谐振峰幅度随横向负载的增加线性减小,且谐振峰幅度的负载灵敏度随扭曲率的增加而提高.在扭曲率为1.8°mm-1时负载灵敏度可达0.47 dB/(g·mm-1),是自由状态长周期光纤光栅横向负载灵敏度的7倍,最后给出了利用这种扭曲长周期光纤光栅通过强度解调实现压力传感的实验研究结果.

针对Sagnac干涉型单轴分布式光纤传感器中使用单模光纤作为传感器件时,由于传输光偏振态在双折射影响下所带来的干涉信号"偏振诱导衰落"问题,运用琼斯矩阵分析法,建立了该型传感器系统在传感光纤双折射和外部事件共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数影响的数学模型;仿真分析了在传感光纤线性双折射和圆双折射共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数的影响;提出了使用法拉第旋转镜提高系统抗偏振能力的改进方法.仿真结果表明,该方法能很好地消除光纤线性双折射和圆双折射.

制备了一种核黄素敏化的以聚乙烯醇为基质的新型全息存储材料,并研究了材料的全息特性.用Ar+激光器激发的488 nm的蓝光对材料曝光,结果表明该材料具有较高的衍射效率和曝光灵敏度,衍射效率高达53%,灵敏度为3.3 cm2/J,折射率调制度为4.5×10-4.研究了材料的透过率与随时间和入射角度变化的关系,说明在曝光记录过程中有噪音光栅生成.在存储介质膜中存储了全息图像,再现图像较为清晰,说明该材料适合用作高密度全息存储介质.

针对再现图像的处理,通过将图像细分为多个较小区域,在每个小区域同时采用多种阈值计算方法,并引入错误校正机制,获得了能稳定地分割图像的自适应阈值.在此基础上,再用种子生长方法进一步界定粒子的边界,能获得更准确的分割结果,且其过程可以自动完成.该方法已成功用于动态实验图像的处理,获得了很好的结果,静态粒子靶实验表明该方法处理得到的相对误差小于15%.

提出了一种提高长距离光纤布喇格光栅信噪比以进行准分布测量的新方法.本方法基于双向喇曼放大和双掺铒光纤结构,喇曼光纤放大器对布喇格光栅信号进行低噪音的双向放大,置于远处的掺铒光纤利用剩余的泵浦功率产生自发辐射光和放大传感信号,为第二段掺铒光纤之后的远处布喇格光栅传感器提供光以及补偿由于长距离传输造成的光纤损耗.实验显示传感器系统的性能得到显著提高.使用功率为240 mW的单个普通泵浦,分布在50 km光纤上的FBG均可获得15 dB的良好信噪比,比混合放大前提高了10 dB.

通过对共享保护算法的深入分析,使用K条最短路和迭代思想的方法,提出了两种共享风险链路组不相关的共享保护算法,并在仿真平台上对两种算法的性能进行了仿真.KWFF算法借鉴了传统的K条最短路策略,并且在每一个波长平面上,都对新到业务进行了K条工作路由的计算,极大挖掘了网络中潜在的波长资源.而IFF算法由于引入了迭代的思想,避免了共享风险链路组问题中,所特别有"陷阱"问题的出现,并且利用两套权重计算公式,在计算工作路由和保护路由的时候,充分考虑了网络资源的实时变化情况.通过仿真数据可以看到,与以往算法相比,KWFF和IFF算法大大降低了网络阻塞率,并且提高了网络资源的使用效率.

为了达到高的带宽利用率,理想的空间重用和带宽分配的公平性.本文提出一种新的应用于弹性分组环网络的带宽分配算法,该算法采用了有限集合中收敛速度最快的二分法,通过对公平速率的逐次逼近来实现带宽的动态分配,适用于分布式网络环境.分析和仿真表明采用基于二分法的带宽分配算法能够给每个节点分配到接近理想的公平带宽,整个环路在实现公平性的同时能够得到最大的空间重用并且收剑迅速.

本文对非相干光反馈与非相干光注入激光混沌同步保密通信系统进行了理论仿真研究.本系统为Pecora-Carroll混沌同步系统,基于Lang-Kobayashi速率方程,建立了发送激光器和接收激光器的理论模型.利用该模型分析了同步建立时间、同步误差,混沌键控编码/解码以及调制速率等特性.仿真结果表明系统具有很好的同步性能和保密性,混沌同步时间约为1 ns,混沌键控编码速率可达l Gbit/s.研究结果对非相干光反馈与非相干光注入激光混沌同步保密通信系统的设计具有重要参考价值.

以标准的组织模型Intralipid脂肪乳溶液为研究对象,采用CCD偏振成像系统,通过测量该混浊介质的后向漫散射光的斯托克斯矢量,深入研究了不同方位的线偏振光及不同旋向的圆偏振光入射时,后向漫散射光的特征.研究结果表明:对不同的入射偏振态,后向漫散射强度、偏振度的空间分布具有方位选择性,强度和偏振度的大小随距离入射点的距离增加而减小;介质浓度增加,后向散射强度增加,偏振度减小,且同一浓度下,圆偏振光的偏振度总是高于线偏振光.

基于杨-顾算法的基本原理,提出了改进的加权杨-顾算法.建立了加权杨-顾算法的数学模型,从理论上证明了加权杨-顾算法的收敛性,分析了加权系数a的取值范围.改进的加权杨-顾算法,可明显改善普通杨-顾算法对初始值选择的敏感性,避免搜索过程陷入局部极值点,并可优化衍射光学器件的设计结果.同时给出了具体的计算实例,说明了改进算法的有效性.

使用熵束宽、渐近分析和环围功率法对截断平顶高斯光束的束腰宽度w、远场发散角θ0和M2因子作了比较研究.结果表明:按不同束宽定义得到的截断平顶高斯光束的w、θ0和M2因子不同,且与截断参量a/w0(a为光阑半宽度,w0为平顶高斯光束初始束腰宽度)有关.随a/w0的增加,三种方法计算得到的w、θ0和M2都分别趋于某常量.

介绍了一种用于航天立体摄影的大视场准远心光学系统,其光组结构形式为复杂化的双高斯型.主要光学参量为f'=23.3 mm;2w=37.8°;F/数=F/5;MTF均值达到0.8时,对应的空间分辨率大于36 lp/mm;光谱适应范围为0.5～0.75 μm.在实验室进行了模拟推扫,合成了三维立体图像.模拟试验结果表明该光学系统满足航天立体摄影的要求.

应用摄影测量理论,将星载SAR图像近似看作一个多中心投影传感器获取的等效影像,基于星载SAR共线方程给出了SAR图像的自校验直接线性变换定位模型.选用一景北京地区RadarSat影像进行实验.结果表明,自校验直接线性变换模型表达简单,求解稳定,不需要任何轨道信息和成像参量且校正准确度保持在像素级范围之内,因而该模型适用于星载SAR图像的准确定位.

对图像分析中的关键部件CCD本身离散采样的特点及其非线性、响应不均匀、暗电流、噪音等特性对测试造成的影响进行了分析,并给出了由以上因素造成的测试误差的修正方法.在高准确度OTF测试中,CCD必须具有优良的线性、较宽的动态范围、高信噪比.应用一些算法对其进行软件上处理,修正其对测试准确度降低的特征参量是提高测试准确度的有效方法.通过对50mm标准镜头实际测试,采用本文的处理方法对CCD修正后的传函仪测试准确度达到了±3%,满足高准确度测试要求.

成像过程中,被摄像目标和摄像机之间的相向运动会造成图像的辐射状模糊,辐射状模糊将减小有效视场,影响成像质量.本文在扇形网格采样的基础上,利用状态空间模型模拟了退化过程,用递归方法解决了空变问题,并利用对状态空间系统求逆的方法对退化图像进行了复原.计算机模拟显示,算法简单,复原图像清晰,取得了较满意的结果.

选取Daubechies小波对尾流气泡幕散射光信号做一维离散小波变换,小波阶数为3,尺度数Level为5,得到了原始信号的小波分析和重构误差结果.经db3小波分解,散射光信号的低频及高频部分区别不大,可能是信号采集频率过低(×10-1 s)导致的结果.对原始信号进行小波分析容易得到均值、中值、模式、标准差等统计量.通过对散射光信号进行一维平稳小波去噪、小波变换密度估计、小波系数选取等方面的分析,揭示了不同压强下散射光信号具有不同的性质.

提出了一种基于Retinex和闭合边缘提取的新方法.这一方法对于彩色遥感图像中存在的阴影区域得到了增强.首先将彩色遥感图像利用小尺度Retinex进行增强,再利用边缘检测的结果,编制程序提取原图像中阴影的区域,将用小尺度Retinex增强的图像中相应的像素替代原图像中阴影的区域.在实施闭合边缘提取过程中,提出了真断点与准断点判别法、"蝌蚪"状尾巴回退消除法等,确保所需要的闭合区域的提取.这一方法对于遥感图像中地物的半自动提取方面有着重要意义.

对于从单站获得的目标图像进行轨迹及姿态的精确判读的问题,提出了一种新方法,即通过对图像中分割出来的目标图像,计算其惯量椭圆,并根据该惯量椭圆推算出目标的空间姿态角.这种方法充分利用了单站获得的二维目标图像的几何信息,并对目标图形的细节程度要求不高,适用于各种轴对称目标.在用vc++实现了该方法后对几组试验图片进行了判读,并对实验结果做了对比分析后表明:方法准确度较高,结果稳定.

为了解决视差图像的快速、鲁棒配准问题,提出了一种基于小波近似图像和垂直细节图像由粗到精的加权全局配准策略.首先利用小波变换的多分辨率特性,对图像进行小波变换生成一个基于灰度的金字塔,从金字塔顶层到底层对每一层的近似分量进行由粗到精的配准.为了进一步提高配准可靠性,在金字塔次底层分别对近似图像和垂直细节图像进行加权相关配准,得到稳定的最优配准.