利用小波变换的多尺度分析原理,对半导体激光器低频噪音信号进行小波分解.分析了不同器件噪音在小波分解后的概貌信息的差异性,并与器件性能进行了比较.结果表明:好器件噪音的低频概貌信号比较平稳,而坏器件噪音的低频概貌信号则有较大起伏;有的器件在老化前后的性能差异甚小,但老化前后噪音信号的低频概貌有较大差异;小波分解后的概貌信息,具有更多的可靠性细节信息,对器件性能的改变更敏感.

利用1 064 nm的Nd∶YAG激光抽运振荡腔内的硝酸钡晶体,获得高效率、窄脉冲的喇曼激光输出.硝酸钡晶体由水溶液降温法生长,长度为48 mm.喇曼振荡腔由对抽运光、一阶、二阶斯托克斯光有不同反射率的双色平面镜构成.当抽运光功率达到4.5 W时,获得最高的一阶斯托克斯喇曼激光功率为1.48 W,相应的转换效率为32.9%,并测得斜率效率为40%.由于受激喇曼散射的作用,喇曼脉冲光由抽运脉冲光的19.8 ns压缩为2.4 ns,获得的喇曼激光脉冲波形具有的"上升沿陡峭、下降沿缓慢"的特性,对其形成过程作了定性分析.测得喇曼激光的波长为1 198.5 nm,半峰全宽(FWHM)为1.2 nm.

采用自再现理论,对一种包含两个半导体光放大器的锁模光纤环形激光器进行了数值研究.研究结果表明:为了提高谐波锁模输出脉冲的质量,调制半导体光放大器应当保持高直流偏置,对自发辐射信号进行调制并提供锁模脉冲克服腔损耗所需的增益,而此时的增益半导体光放大器则被低直流偏置充当增益补偿器维持较窄的净增益窗口;与之相反,为了获得振幅均衡的有理数谐波锁模输出脉冲,调制半导体光放大器则应当偏置在较低的电流上,而增益半导体光放大器应当保持较高的偏置电流以提供足够的常量增益克服腔损耗.此外,还必须提高注入光信号的峰值功率.

为获得人眼安全的激光,在一个由激光二极管(LD)阵列侧泵、声光调Q的Nd∶YAG激光器谐振腔中放置一非临界相位匹配的KTP晶体,形成了一个内腔式光学参量振荡器,实现了准连续的1.57 pm激光振荡.通过对单谐振光学参量振荡器阈值公式进行讨论,采用了平凹腔的结构和尽可能短的光学参量振荡器腔长,有效地降低了光学参量振荡器的泵浦阈值.测量了不同声光重复率和不同透射率输出镜下光学参量振荡器输出的各项特性参量.分析了声光重复率和输出镜的透过率对光学参量振荡器的泵浦阈值和输出脉冲波形的影响,并对实验中出现的饱和现象作了解释.当泵浦电流14.5A,声光重复率10 kHz,光学参量振荡器输出镜透过率15%时,在保持单脉冲输出的情况下,获得了1.57 μm激光的最高平均功率输出值1.748 W.

报道了非直接接触、高分辨率的激光束诱导电流谱表征技术在检测半导体材料、器件工艺中的应用.研究结果表明:p型HgCdTe薄膜经硼离子注入后形成的n型区面积大于实际的离子注入区域;对不同注入剂量系列单元不同区域载流子扩散长度进行了提取,表明n区载流子扩散长度随硼离子注入剂量增加而减小.

采用电流起伏模型,分析了有限厚大孔径光电导天线产生太赫兹脉冲的远场时域特性.模型在包含有限载流子寿命、瞬变载流子迁移率等影响因素的基础上,考虑了激发光脉冲在光电导材料中的时间延迟和吸收衰减,使模型更加趋近于反映真实的物理过程.根据模型分析了光通量、有限载流子寿命和瞬变载流子迁移率,以及光电导材料厚度变化对THz远场时域波形的影响,并对比分析了考虑光电导材料厚度与不考虑厚度时太赫兹脉冲的时域波形.

分析了CCD的非线性产生频谱混叠问题,提出了减小频谱混叠的方法.从理论上分析了CCD的非线性产生高频分量的原因,给出了简单的物理解释和解析推导.通过计算机仿真与实验两种方法得出了CCD的非线性导致频谱混叠的结果,再通过计算机仿真方法得出结论:在存在高级次频谱成份的情况下,加密抽样可减少频谱混叠并明显提高FTP的测量准确度.

在对Ce:BaTiO3晶体进行双光束干涉光折变光栅暗衰减特性的实验研究中,发现了暗条件下光折变光栅归一化衍射效率长时间上升的异常现象:在e光偏振、大入射角度产生光折变光栅的实验中,衍射效率在长逾8 h的时间内持续上升.而在e光干涉、小入射角度和o光干涉时均未出现衍射效率长时间上升的现象.分析认为:由于自泵浦位相共轭光的产生和晶体中的两个深能级参与了光折变过程,形成了衰减速度不同、光栅方向垂直的两个光栅,导致了暗衰减时衍射效率的长时间上升.

研究了一维Bragg微腔中的光学增强效应,并对F-P腔中Kerr介质的双稳态特性进行了理论分析,并得到相应的数学表达式.研究表明,对聚焦型Kerr介质(χ(3)＞0),要产生双稳态特性必须给入射光波预置一定的红移量,若是散焦型介质(χ(3)＜0)则要预置一定的蓝移量.红移量(或蓝移量)的临界值与光子晶体的介质折射率、周期数、F-P腔长度、缺陷模的线宽(FWHM)等因素密切相关,它随介质折射率比、周期数、F-P腔长的增大而减小,随缺陷模的线形变窄而降低.要有效地降低非线性介质的双稳态开关阈值,除了尽可能选择较小的合适红移(或蓝移)量外,还要选择|χ(3)|较大的Kerr介质以增强腔内的非线性光学效应.

讨论了群速度失配、自相位调制和交叉相位调制、晶体厚度、基波的频率啁啾等因素对超短脉冲单块晶体的三次谐波转换效率、三倍频光脉冲形状以及频谱的影响.结果表明:群速度延迟使三倍频光脉冲展宽;自相位调制和交叉相位调制会降低转换效率,并使三倍频光脉冲形状发生畸变;晶体厚度对三倍频光脉冲频谱展宽有着较大的影响;合适的基频光频率啁啾可以减小三倍频光脉冲的畸变,并有效地提高三倍频转换效率.

将激光扫描共聚焦显微镜与实验力学中的云纹法相结合,提出了激光扫描共聚焦显微镜云纹法并对其进行了实验研究.实验中以激光扫描共聚焦显微镜的扫描线作为虚拟参考栅,以1 200 lines/mm的全息光栅作为试件栅,这两组栅线相干涉形成云纹条纹.对激光扫描共聚焦显微镜中云纹的形成原理和出现条件进行了讨论,对实验结果与理论分析进行了比较.结果表明,激光扫描共聚焦显微镜云纹法是真实可行的.由于该方法无需干涉系统且对测量环境无特殊要求,因此有望在待测物体表面微米量级变形观察和测量上得到应用.

基于LiF:F2晶体在近红外飞秒脉冲激光作用下产生F2色心向F3+色心的转变,以及两种色心荧光光谱的不同,实现了荧光反射共焦读出和多光子写入的三维光数据存储的原理性实验.钛宝石再生放大器输出的脉冲宽度100 fs、中心波长800 nm、重复频率1 kHz的超短脉冲激光束,用数值孔径0.68的显微物镜聚焦到LiF:F2晶体内部,通过移动晶体实现了三维逐位式数据写入;用405 nm的连续蓝光激发存储位,通过探测F3+色心产生的540 nm荧光,实现了对信息位进行快速非破坏性的反射共焦读出.与多光子三维存储的透射共焦散射读出和相衬读出相比,格式与现存光盘技术兼容,结构简单;更重要的是,存储信息位是依靠荧光光谱的变化,折射率变化很小,可以有效增加读出层数.

为实现超短脉冲信号的重现或整形,从理论上推导了时域超短脉冲光栅的记录和读取,并结合高斯型脉冲分布,讨论了信号脉冲、参考脉冲和读出脉冲宽度不同时的衍射结果,提出了利用超短脉冲全息实现超短脉冲信号的重现或整形等功能的方法.结果发现,长信号脉冲和短参考脉冲干涉记录全息后,如果用足够短的脉冲读取,衍射完全再现了原输入信号脉冲.但是在读出脉冲带宽接近于信号带宽时,衍射波频谱宽度有一定程度减小.

描述了一种新的叠栅层析代数迭代模型,并针对传统代数迭代法中的垂直投影算法收敛速度较慢的问题,结合新模型提出了一种改进了的平行投影重建算法.用该算法进行了数值模拟重建,结果表明:与叠栅层析中的变换类算法相比,对非完全数据问题,新算法具有有效结合先验知识进行重建的能力;与传统的垂直投影算法相比,新算法能在保证重建准确度的前提下大幅度的提高收敛速度.

在非负值和有限支撑域的递归逆滤波(NAS-RIF)盲图像复原算法的基础上,根据激光共焦扫描显微镜(LCSM)采集到的图像特点,提出了改进方法.首先对LCSM采集到的显微图像进行高斯滤波以提高退化图像的信噪比,然后进行局部直方图均衡以突出显微图像的细节,最后在代价函数中加入空间自适应正则化项,较好地恢复了具有丰富细节信息的显微图像.

根据全息理论,通过分析全息图光栅结构的极值频率,利用抽样定理以及频谱分离条件,分析了离轴菲涅耳全息的记录条件,得到了不同于以往文献的最小记录距离及参考光源设置表达式,并做了计算机模拟验证.结果表明:用该方法推得的离轴菲涅耳全息最小记录距离和参考光设置表达式是正确的.只有同时满足抽样条件和频谱分离条件,才能得到高质量的再现像.

孟塞尔色序系统到CIE标准色度系统的自动转换在颜色和视觉领域是一个很重要的课题.提出了一种基于等色调线和等彩度线插值的新算法,实现孟塞尔色序系统与CIE1931标准色度系统之间颜色的相互转换.实验测试表明,由孟塞尔系统到CIE色度系统的正向转换准确度为△Y=0.004,△x=0.000 13,△y=0.000 13,由CIE色度系统到孟塞尔系统的反向转换准确度达到了△V≈0,△H=0.017 5,△C=0.013.

基于变间距光栅位移传感器的基本原理,研究了高线密度变化率全息平面变间距光栅的制作方法.所作的变间距光栅已应用在变间距光栅位移传感器中,原理样机测试结果表明,系统分辨率可以达到0.05 mm,相对误差可以控制在0.2% FS之内,优于设计指标.

提出了利用原子力显微镜灰阶阳极氧化方法加工Si、Ge、GaAs等晶体材料为基础的红外微透镜阵列.加工了3×3的红外硅微透镜阵列,微透镜的高度和表面直径重复性误差分别为0.2 nm和6.0 nm,微透镜的平均曲率半径为510.8 nm.分析了原子力显微镜加工红外微透镜产生面型结构误差的原因,并提出了减小面型结构误差的方法.利用此种方法加工的折射、衍射和混合红外微透镜阵列可以进一步缩小红外成像系统的尺寸.

运用光学传输矩阵理论,研究了含负折射率材料一维二元光子晶体的禁带特性和局域模特性,发现了一种新型全方位光子带隙.与传统的Bragg带隙相比,这种新型全方位光子带隙的中心频率和带宽对入射角的变化不敏感.讨论了引入缺陷层后,入射角变化和各层介质厚度做一定比例的缩放时对缺陷模位置的影响.这种特性在具有固定带宽的全方位反射器和微波技术中全方位或大入射角滤波器方面有重要的应用价值.

分别用时域有限差分仿真算法和系统辨识算法对GaAlAs/GaAs单环谐振腔滤波器的滤波特性进行了仿真计算并进行了对比.结果表明:两种算法获得的滤波器的滤波特性基本一致,系统辨识算法比时域有限差分算法可节省一定的计算时间.以仿真模拟为基础,设计、制作了GaAlAs/GaAs平面光波导单环谐振腔滤波器.仿真计算的滤波器滤波特性与实际器件测试结果吻合较好,通带半宽约为13 nm.

理论分析了非理想工作状态下闭环光纤陀螺的输出与探测光功率的关系.实验研究了探测光功率发生变化时,由电路误差导致的闭环光纤陀螺附加零偏的变化特性,明确指出了两者之间的关系.探讨了光路缺陷导致的附加零偏与光功率的关系,指出在作者实验室目前的技术条件下,观察不到由光路缺陷导致的附加零偏与光功率的关系,但不能肯定光路缺陷导致的附加零偏与光功率一定无关.

对有限光源线宽情况下反射式光纤谐振环的响应特性进行了研究,得到了光纤谐振环各谐振特性参量的表示式.分析了特性参量与光源线宽和耦合器特性的关系,结合对方波调制谐振腔光纤陀螺极限灵敏度的分析,给出了设计高灵敏度谐振腔光纤陀螺光纤谐振环的要求和原则.进行了谐振腔光纤陀螺用光纤谐振环的实验研究,制作了适用于谐振腔光纤陀螺的高精细度和高谐振深度光纤谐振环.

验证了一种基于光纤Fizeau干涉仪的声发射传感器,可用于固体表面传播的超声波的检测.这种传感器的特点是能够精确地检测由固体表面传播的超声波产生的微弱振动.当超声波信号通过光纤传感器到达探测器时,干涉仪的输出光强度受到了超声信号的调制.通过检测干涉仪的输出光强度并利用Fourier变换,测得了超声信号的振幅和频率.对传感系统的相位调制特性进行了仿真,并对实验结果进行了分析.

结合风洞检测剪应力对高灵敏度和高响应频率传感器的设计要求,提出了基于莫尔效应转化敏感元件位移的微型光栅式剪应力测量方式.针对传感器的机械灵敏度、线性度和谐振频率的应用要求对敏感元件进行设计,并在敏感元件结构设计尺寸的基础上对莫尔条纹灵敏度及其相位变化进行分析计算,完成微型光栅式剪应力传感器的结构设计流程.

介绍了适用于液位测量的强度型非本征法布里-珀罗(F-P)腔光纤液位传感器的结构设计及其性能.实验观察到F-P腔具有良好的多周期输出特性和局部的线性特性,选用局部的1/4周期输出线性段作为线性工作区间可对液位进行高准确度、连续性测量.恰当选择敏感组件的尺寸可设计不同量程的传感器.实验结果表明,传感器测量3.5m水位时,精确度为±2 mm,最小分辨率为1 mm.

从分析大气对光无线通信系统的影响出发,研究了大气信道特性,建立了大气信道信噪比和能见度的关系.为降低系统误码率,提出了基于OOK、BPSK、BPPM三种调制模式的turbo码的编码方案,推导出三种不同方案对应的turbo码迭代MAP算法.应用建立的信噪比关系,分析和计算了基于三种不同方案的系统的误码率.结果表明,基于BPSK的turbo码系统比OOK和BPPM系统的信噪比降低约3dB,且在高的信噪比情况下,BPSK系统能显著降低系统的误码率.因此,基于BPSK的turbo码方案较适合光无线通信系统.

采用最大似然准则,研究了多波长光码分多址接收机的最佳判决门限值.通过检测信道的光信号能量,接收端估计出信道的并发用户数,并通过最大似然准则得到了最佳判决门限值与并发用户数、码字参量的变化关系.当并发用户数超过一定值后,最佳判决门限值将随并发用户数量变化,相应地改变接收机的判决门限值.根据最佳判决门限值,得到了多波长光码分多址系统误码率与并发用户数的关系.理论分析和模拟结果表明,采用最大似然准则得到的最佳判决门限值,MWOCDMA系统的误码率将明显降低.

研制了一种低成本长周期光纤光栅传感系统.利用高频CO2激光脉冲写入长周期光纤光栅边缘滤波效应原理,设计参考光路以补偿进入光电探测器前光路中各种扰动引起的光功率起伏.当输入为单波长信号光时,可以通过测量探测器输出的电信号来获得光纤光栅所承受的温度和应变信息.在温度实验里,温度和探测到的电信号成较好的二次关系,温度分辨率为0.014℃;在应变实验里,施加的应变和探测到的电信号成线性关系,应变分辨率为2.5 με.该传感系统结构简单,成本较低,响应快.

利用数字信号处理中的格滤波器理论,研究了晶体梳状滤波器的设计方法.当传输函数满足对称和功率互补时,分析指出滤波器的阶数是奇数,N阶滤波器只需要(N+1)/2个波片,且所用波片的厚度比为1∶2∶2…2或2∶2…2∶1;提出了对半带滤波器传输函数作谱分解得到光梳状滤波器传输函数的方法.在此基础上总结出根据应用要求设计晶体梳状滤波器传输函数和结构参量的方法,通过设计一个7阶滤波器,表明提出的方法设计过程简单,且设计结果符合梳状滤波特征.

通过建立一个简单的模型推导了偏振模色散与偏振度椭球的关系式,可以直接从偏振度椭球的长轴和短轴得到偏振模色散的大小.将得到的一阶偏振模色散大小与理论上从琼斯矩阵中计算的结果进行比较,发现在差分群时延小于20 ps时,模拟结果与理论计算值较好相符.分析了如何从偏振度椭球的长轴判断偏振模色散矢量的方向.因此,从得到的偏振模色散矢量的大小和方向信息可以为一阶偏振模色散补偿提供前馈信息.

应用电子枪蒸发纯Ge,考夫曼离子源辅助的方法在Ge基底上沉积了Ge1-xCx薄膜.制备过程中,Ge作为蒸发材料,CH4作为反应气体.通过改变CH4/(CH4+Ar)的气体流量比(G),制备了G从40%到85%的Ge1-xCx薄膜.应用X射线衍射仪(XRD)测量了Ge1-xCx薄膜的晶体结构,使用傅里叶红外光谱仪(FTIR)测量了2～22 μm的光学透过率,X射线光电子能谱测试(XPS)计算得到C的含量随G的变化关系,用纳米压痕硬度测试计测量了Ge1-xCx薄膜的硬度,原子力显微镜(AFM)测量了G为60%,85%时Ge1-xCx薄膜的表面粗糙度.测试结果表明:制备的Ge1-xCx薄膜在不同的G值下均为无定形结构.折射率随着G值的增加而减小,在3.14～3.89之间可变,并具有良好的均匀性以及极高的硬度.

利用溶胶-凝胶工艺制备了含咔唑的SiO2薄膜,实验测量了薄膜样品的光致发光特性.结果发现:样品不仅能发射红光,并且当激发波长从610 nm连续减小到400 nm时,其发射谱峰位又能从760 nm连续蓝移到550 nm左右.薄膜样品的荧光特性随激发波长而改变的现象可归因于咔唑分子被紧缩在凝胶内部的微孔中受到挤压而导致共轭尺寸发生变化.

基于单点裂缝模型试验结果分析,提出了一种利用瑞利散射的工程结构裂缝光纤监测复用能力的方法,得到水工混凝土裂缝光纤监测两种典型方案的裂缝复用能力,结合三峡工程泄洪坝段上游面出现的裂缝,进行了光纤裂缝传感复用能力的工程适用性分析,进一步揭示工程裂缝光纤分布式监测能力研究的意义.

根据傅里叶光学的相关理论对二维衍射光栅的频谱特性进行了分析,并对分析结果进行了模拟和实验验证;基于衍射光栅应用于微位移的理论,提出利用二维衍射光栅作为测量的基准元件,组成单个光源和单二维衍射光栅的二维平面微位移精密测量系统,并根据实验测量结果验证了这是一种具有纳米准确度的可行测量方法.

提出了一种新的、能完全统一二次非球面与高次非球面的非球面度计算,且能直接得出最接近球的球心位置的计算方法面积长度法.该方法的计算内涵是两条相似曲线分别与某一固定点围成的面积应相等,且两条曲线的长度应非常接近.计算实例表明该方法计算结果准确,且易于编程,运算速度快.

研究了完全相干光和部分相干光分别照射双缝时,杨氏双缝干涉实验中干涉场区的光谱变化现象.根据干涉场中光谱标准矩定义了光谱的相对光谱移动和相对光谱增宽,并利用相对光谱位移和相对光谱增宽分析了光谱奇异现象的特性.研究结果表明,入射光的某些光谱参量(如源光谱宽度Γ0,中心拦截比∈,相对空间相干度△0)对相对光谱增宽的影响相当大.结果还表明了光谱标准矩方法是定量研究光在传输中的光谱变化以及光谱奇异现象的有效工具.

基于Hwey-Lan Liou眼模型,采用ZEMAX光学设计软件实现光线追迹的方法研究了人工晶体在眼内的前移与人眼屈光调节之间的关系.结果表明:人工晶体每前移一定的距离,人眼所获得的屈光调节量不恒定;调节量大小依赖于眼轴长度和所需植入的人工晶体,特别是眼轴长度;对于不同眼轴长度术眼中的人工晶体前移,人眼所获得的屈光调节量与眼轴长度呈负相关.

针对大面积光栅制作过程易出现的拼接偏差问题,基于标量衍射理论推导拼接光栅远场衍射的光强分布,计算分析几种常见拼接误差对拼接光栅性能的影响,以确定光栅拼接过程的误差容限.研究表明:拼接光栅的远场衍射光场随纵向和横向平移误差的变化呈周期性,且这两种平移误差带来的影响可相互补偿;而拼接光栅的旋转误差对远场衍射光场分布的影响较严重,当旋转误差增大到9587 5×10-5度时,衍射光场的峰值光强降为0.9,且两光栅各自峰值出现的方向成9.587 5×10-5度.

在有限元计算技术基础上,利用动力学理论提出了超高速摄影仪中转镜的模态分析方法,它能够较为精确模拟出任何结构转镜的固有频率及对应的振型.对三面体铝合金转镜的模拟结果表明,运用该方法设计转镜的临界点,可保证实际运转中临界点出现在选定的转速范围.

利用X光谱仪用平面镜备件以及实验室常用五维调节架,设计了X光平面镜与X光分幅相机配接的探索方案,并对系统调节中各元件调节误差带来的影响进行了一定的分析,详细描述了系统的瞄准调节方法和过程.利用激光打靶实验,对X光平面镜与X光分幅相机的配接方法进行了检验.实验过程和结果表明,该方法系统结构和实施都较为简单,可以比较容易地在分幅相机微带上获得经平面镜反射的靶目标针孔像,实现～50 ps的时间分辨、10～20 μm的空间分辨及几十倍的能量分辨.

提出了一种基于相对失真测度的率失真斜率提升感兴趣区域编码算法.通过计算感兴趣区域与背景之间的相对失真确定感兴趣区域的率失真斜率提升幅度,使得实际感兴趣区域与背景的相对失真尽可能逼近给定值.本算法不需要对小波域的系数进行比特平面提升,而是通过提升率失真斜率实现.解码器不需要进行小波域系数的逆提升,且提升大小不受比特平面限制,可以精确到步骤.适合给定感兴趣区域与背景之间的相对失真,也适合交互式图像等感兴趣区域编码.相对失真改变时,不需要重新对图像进行比特平面编码,只要提升感兴趣区域斜率然后重新组织码流即可,避免了比特平面提升的感兴趣区域编码算法缺陷.仿真结果表明,本算法能够精确根据给定感兴趣区域与背景的平均相对失真组织码流,实际结果十分接近给定值.

提出一种利用变形分数傅里叶变换和双随机相位编码对图像加密的方法.对要加密的图像分别进行两次变形分数傅里叶变换和两次随机相位函数调制,使加密图像的密钥由原来两重增加到六重.利用全息元件,可以用光学系统实现这种加密和解密变换.计算机模拟结果表明,只有当六重密钥都完全正确时,才能准确地重建原图像,这种六重密钥加密方法提高了图像信息的安全保密性.

提出了一种基于静态小波分解和能量函数优化的全景图拼接算法.该算法首先使用静态小波分解初始图像,并利用序贯检验法对高频图像快速搜索计算粗略匹配序列,在此基础上对初始图像细致搜索计算精确匹配点;对于传统图像融合处理中采用的线性加权函数通常引起的重叠区域模糊问题,采用包含图像梯度的能量函数计算高频图像的全局最优融合因子进行融合,而低频图像则采用线性因子融合.实验表明,该算法在降低匹配运算时间的同时又能获得满意的视觉效果.