研究了基于非线性偏振旋转技术的被动锁模光纤激光器中的泵浦滞后现象.用非线性传输模型对泵浦功率滞后的机理进行了分析, 发现此激光器中的泵浦滞后现象起因于光纤双折射与偏振选择共同作用引起的激光腔内非线性损耗特性.对泵浦滞后现象进行数值模拟和实验验证, 结果与非线性传输模型分析的结论一致, 并进一步证实了泵浦滞后现象不仅在连续光锁模产生孤子时存在, 在锁模态下孤子的产生和泯灭过程中仍然存在.此外, 随着激光腔内孤子数目的增多泵浦滞后现象愈加明显.

对LD端面泵浦Nd∶KGW激光器的热效应进行了分析.求解热传导方程得出了Nd∶KGW晶体的温度分布和端面形变, 进而计算出了热焦距随泵浦功率的变化曲线, 并通过实验对其正确性进行了验证.采用凹-平腔, 在不同透过率的输出镜下, 对Nd∶KGW晶体的1 064 nm连续激光输出特性进行了研究.

针对激光二极管端面泵浦的多段渐变浓度复合板条激光增益介质, 提出了两种选取掺杂浓度的方法, 并分别计算了多段渐变浓度复合板条增益介质的热量、温度及应力分布.结果表明, 与单一掺杂浓度板条增益介质相比, 采用多段渐变浓度复合增益介质可显著降低增益介质内部的温度梯度及最大热应力, 从而提高了激光器整体的损伤极限泵浦功率, 有利于激光器的功率升级.

通过在腔内放置汇聚型布儒斯特角轴锥体, 并对增益光纤采用双端泵浦, 实验上实现了掺镱双包层光纤激光器的径向偏振模振荡.对增益光纤的末端做了斜角抛光, 抑制了光纤端面间的寄生振荡, 减小了在低泵浦功率下被放大的自发辐射光份额.该激光器的域值约为175 mW, 斜率效率13.8%, 激发波长约1085 nm.当泵浦功率达到最大值460 mW时, 获得了39 mW的激光输出功率, 其光束偏振纯度和圆柱形对称性有显著改善.

为了提高Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的输出功率对CTH∶YAG准三能级能量转移特性进行了分析, 优化了谐振腔的腔长及腔镜的曲率半径,采用了高漫反射陶瓷聚光腔.结果表明,有效抽运光谱带的反射率高达95％,在冷却水温为19 ℃, 抽运能量为159 J时, 获得最大单脉冲输出能量5.11 J, 斜率效率5.6%.

研究了110~180 ℃(2 min)下的快速热退火对Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜特性及CIGS太阳电池性能的影响.结果表明：对于不同成分比例的CIGS(正常、富Cu、高Ga)电池来说, 150 ℃, 2 min的快速退火最利于电池性能及二极管特性的增加.其中, 退火对富Cu电池的开路电压Voc改善最大, 这是因为快速热退火对消除部分CIGS薄膜中的CuSex有积极作用, 从薄膜的电阻率有少量提高, 器件的短路电流Jsc有少量下降可以得到验证; 而对于高Ga电池来说, 填充因子FF的改善最大, 这是因为高Ga样品的缺陷较多, 退火会消除薄膜内部的部分缺陷, 从而薄膜的迁移率及Jsc都有所提高, 使得FF有较大的增加.

采用两种不同的皮秒光脉冲波形进行了门模单光子探测实验.测量了单光子探测效率随探测器和超短脉冲光源之间的同步延迟细微调节时的变化曲线.结果表明：光脉冲波形直接影响光子到达时间与门脉冲时间窗口之间的精确同步和探测效率, 使用其中一种脉宽较短的皮秒光脉冲时探测效率比使用另一种脉冲提高了约9%.

对工作于扫描状态下的飞秒电子衍射系统电子束偏转量的计算方法作了理论研究.讨论了超短电子脉冲宽度的测量方法, 比较了相对论效应对电子束的偏转量及对电子束脉冲宽度的的影响, 并做了相应的数值计算.计算结果显示, 在忽略了电场的边缘效应等因素后, 电子束轴向速度的相对论修正与否对偏转距离和电子束脉冲宽度的影响分别达到20 mm和65 fs.

提出了一种用于显示基于微机电系统的电热驱动法布里-珀罗光调制器.利用多光束干涉理论分析了该调制器的原理及光学特性.分析表明:当腔长为(2k+1)λ/4时, 反射光强取极大值;当腔长为2kλ/4时, 反射光强取极小值;通过改变腔长可以实现显示.光源谱宽越窄, 衬比度越高; 干涉级次越低, 衬比度越高; 衬比度随反射率的增加而减小.借助Ansys软件仿真分析了调制器的驱动特性.加工了器件并搭建实验装置进行了动态响应特性测试实验.结果表明,该调制器具有驱动电压低至3.2 V, 响应速度约为5 kHz的良好驱动特性.实验结果初步验证了该结构的可行性.

基于数字信号处理中的IIR理论, 提出了一种基于MGTI型interleaver的新颖设计方法, 可以简便地得到所求的各组结构参量.通过z变换简化透射方向和反射方向光波电矢量的表达式, 分析了零极点位置对整个滤波器的影响, 利用IIR中椭圆滤波器的设计方法得到Gires-Tournois腔的腔长、臂长差和Gires-Tournois腔各镜面的反射率.并给出了利用两个双镜Gires-Tournois腔替代两面全反镜所得到的三组不同参量, 比较了采用不同Gires-Tournois腔所得到的相应的1、3、5、7、9阶interleaver的模拟仿真结果.

提出了一种基于光纤阵列的新型电光开关, 设计了高速电光选通电路.经实验测得, 高压选通电路可获得电压幅度6 000 V可调, 前、后沿小于30 ns, 触发晃动小于1 ns, 脉冲宽度为100 ns可调的高压矩形脉冲.用小口径电光晶体实现了大的通光口径、快的开关速度的惯性约束核聚变驱动系统光开关.选出了在100 ns标称开关速度内所关心的光信息, 满足了惯性约束核聚变驱动系统中大的通光口径和均匀性的要求.

本文采用溶胶－凝胶法制备了具有紫外感光性的SiO2/ZrO2/H有机无机复合薄膜, 利用分光式椭偏仪测得该薄膜在光纤的常用通信窗口0.85 μm、1.31 μm和1.55 μm波长附近折射率分别为1.556 9、1.548 9和1.547 2, 与下包层SiO2的折射率(1.46)相比, 其折射率差比δ分别为6.64％, 6.09％和5.97％, 可作为芯层材料用于光波导的制备.通过控制提拉速率可以制作出厚度分别为1.29, 2.20, 4.00, 5.44和6.82 μm的SiO2/ZrO2/H芯层薄膜, 以满足0, 1, 2, 3和4阶导模的传输要求.进而利用该薄膜自身的感光特性结合紫外掩模法, 制备出相应厚度的1×8Y分支光功率分配器.通光实验表明, 该光功分器能够将1.53～1.56 μm波长的光限制在波导内, 实现光的传输和分束功能.

基于微扰方法分析非对称金属包覆左手介质平板波导的特性, 给出了该波导的复有效折射率的一级近似解, 并对波导的传输特性和损耗特性进行了数值模拟.结果表明：非对称金属包覆左手介质平板波导没有零阶模式; TE1模传播系数随波导厚度的增加迅速减小, 损耗系数随波导厚度的增加快速增加, 达到最大值后又迅速减小; 非对称金属包覆左手介质平板波导传输特性相对于左手介质三层平板波导传输特性发生了很大改变, TM1模, TM2和 TE2模式以及更高阶模式在截止厚度附近出现双值现象; 特别在二阶及高阶模式中, TE模式相对于TM模式具有高传输低损耗的特性, 而以右手介质为芯层的金属包覆波导不具有这一特性.

采用平面波展开法分析了正方晶格光子晶体线缺陷波导中的慢光传输.数值模拟结果表明, 介质柱光子晶体线缺陷波导中, 缺陷模的群速度与填充比、缺陷处介质柱半径及与波导相邻介质柱半径有关, 其中缺陷处介质柱半径对缺陷模的群速度影响最大; 随着填充比和缺陷处介质柱半径的增大及与波导相邻介质柱半径的减小, 缺陷模的群速度逐渐减小且最小减至0.015c.进而对比研究空气柱光子晶体线缺陷波导, 发现缺陷模的群速度随着缺陷处空气柱半径的减小而减小, 最小减至0.008c.

采用美国德州仪器公司开发的Spreeta系列小型化SPR传感模块, 实验研究了环境温度变化对便携式表面等离子体共振传感器工作特性的影响.发现随着温度的升高, 共振角度向小角度方向移动,并提出了完整的理论分析模型.该模型讨论了环境温度变化对金属薄膜、棱镜、待测物的物理性质的影响, 模拟结果与实验测量结果吻合得很好.

采用激光加热基座法制备端部Cr3＋离子掺杂的蓝宝石单晶光纤,得到一体型蓝宝石单晶光纤荧光温度传感头.对所制备的荧光温度传感头的荧光温度特性进行了实验研究.结果表明,随着温度升高Cr3＋∶Al2O3单晶光纤荧光寿命单调下降, 从温度为0 ℃的4.0 ms下降到450 ℃的0.2 ms.利用所制备的荧光温度传感头, 用波长405 nm紫色LED作为泵浦光源, 采用相关检测技术在线实时测量荧光寿命, 研制成测温范围0 ℃～450 ℃一体型蓝宝石光纤荧光温度传感器.

利用建立的生物传感器系统信号分析模型, 以锥形探针为例对荧光信号归一化功率分布、探针的传输效率、探针的收集效率、探针的有效收集效率及系统探测值等物理量进行了详细的理论分析, 并以此为基础, 得到了锥形探针的优化设计参量.实验表明, 理论分析给出的优化设计参量与实验结果符合得较好.

研究了塑料透镜在头盔系统中的应用, 设计了全塑料(聚甲基丙烯酸甲脂-PMMA)头盔光学系统.引入衍射面, 利用其负色散性和波面任意整形特性消除系统色差及改善波前像差.图像源发出的光束在分束器附近成中间像, 可增大系统视场; 出瞳在中继透镜组中间成像, 可减小系统口径, 增大出瞳直径.该系统镜头部分重量仅为6 g, 目视系统中需重点校正的像散和垂轴色差的最大值分别为0.44 mm和20 μm, 最大畸变为2.5%; 系统最小角分辨率为0.9 mrad, 视场为40°(H)×30°(V).

针对利用高次谐波获取亚飞秒脉冲的实验需求, 设计制备了啁啾为－2 800 as2的啁啾Mo/Si多层膜反射镜.数值计算表明, 采用所设计的啁啾多层膜反射镜可以获得86 as的脉冲.通过直流磁控溅射方法实现了Mo/Si多层膜样品的制备.在合肥同步辐射上进行了多层膜反射率的测量, 在所设计的工作波长内, 多层膜的平均反射率为5.6±2.3%.在考虑最上层Si的氧化作用后, 对测量曲线进行拟合, 得到的反射率曲线和膜层厚度分布分别与测试曲线和设计结果相吻合.

针对传统聚光系统聚光倍数较低并且需要复杂跟踪装置及机电控制的弊端, 对能否实现静态大角度接收太阳光的光学聚光元件进行了研究和设计.利用非成像原理及边缘光线原理进行编程建模, 设计了折射式及折反射式的太阳能聚光镜, 可满足大角度的入射及出射范围.通过光学软件ZEMAX以不同入射角度进行模拟.模拟结果表明, 大角度静态接收的聚光元件是可以实现的.

在共轴三反系统的几何光学成像理论基础上, 研究了成像光谱仪用远心宽视场、大相对孔径离轴三反消像散系统的设计问题, 推导出了平像场、远心三反消像散系统初始结构参量和三级像差的计算方程.在给定系统像方焦距f ′和F/＃的情况下, 只要给定次镜对主镜的遮拦比α1和次镜口径D2的具体值, 就可以得到一个平像场、远心三反消像散成像系统的初始结构, 通过进一步优化可得到满足设计要求的结果.据此设计出一个光谱范围0.4～2.5 μm、焦距f ′=720 mm、相对孔径F/4、线视场角为10°的平像场、远心离轴望远系统, 其主镜为6次非球面, 次镜和三镜为椭球面, 在空间频率27.8对线/mm处, 调制传递函数值大于0.85.

研究了衍射光学元件在红外折射/衍射混合光学系统中的消热差特性并给出了具体设计实例, 该系统工作波段为3.7～4.8 μm, 全视场角为7.12°, 满足100％冷光阑效率.系统仅采用硅和锗两种材料, 设计结果表明, 该系统在－50～100℃温度范围内不仅成像质量接近衍射极限, 而且结构简单、体积小、质量轻, 适用于像元尺寸为30 μm、像元数320×240的凝视焦平面阵列探测器.

基于环形衍射理论, 对像面光强与光学传递函数进行了计算仿真.编制了可以嵌入到光学设计软件ZEMAX的环形孔径模拟程序, 对中心遮拦的像质影响进行了模拟分析.通过理论计算仿真与软件模拟结果对比发现二者结果吻合, 验证了嵌入程序的正确性与可行性, 为反射式光学系统像质评价提供了更为客观与全面的评价依据.通过模拟结果得出存在中心遮拦光学系统点扩散函数次峰增强, 中频区域光学传递函数下降.分别对不同遮拦比像质进行模拟, 结果显示对于遮拦比小于30%的系统, 遮拦对像质影响基本可以忽略, 但当遮拦比增大到40%时, 光学传递函数中频开始下降较为明显, 为遮拦比的合理选择提供了依据.

设计了一种基于棱镜-光栅-棱镜(Prism-Grating-Prism,PGP)分光器件的新型成像光谱仪.论述了此成像光谱仪的工作原理和结构形式, 包括PGP、准直物镜和成像物镜的设计要求.PGP元件中采用体积相位全息透射光栅, 可以获得高的衍射效率, 并且能与棱镜较好地胶合.给出了此成像光谱仪的设计结果, 其光谱范围为400～800 nm, 像元光谱分辨率约1.6 nm, 系统长度为85 mm.

提出了利用计算全息图检测非旋转对称的“花瓣”形位相板.分析并推导了光线经过“花瓣”形相位板传播中的高阶像差的理论公式, 并以此为指导进行了“花瓣形”相位板的检测系统的设计, 给出了设计的结果.讨论了计算全息图衍射级次的分离以及计算全息图的二元化, 给出了振幅型的计算全息图的图样.计算全息图的刻线最小间隔是20 μｍ, 计算全息图的制作精度对检测结果的波前误差的影响仅仅为0.005λ.对检测系统作了详细的公差分析, 结果表明所有调整公差对整个检测系统的影响和方根值为103.187 nm.

提出采用广义变焦系统设计概念来实现可见光折射系统无热化设计.设计了常温下满足成像质量要求的消色差的良好光学系统, 在工作温度范围内建立多个变焦位置, 通过合理改变部分材料, 满足宽工作温度范围内像质均良好的要求.利用该方法设计出工作于0.43～0.75 μm波段, 焦距为780 mm, F数为5.6, 视场为5.3°的航空CCD相机光学系统.系统在－40℃～+60℃之间成像均保持良好, 调制传递函数下降5%.

使用正弦曲线拟合进行波长校准时, 根据不同的待定系数选择方法, 提出三种校准算法.最优算法选定四个待定系数, 其中两个线性系数使用最小二乘法计算, 而两个非线性系数使用最优化原理求得.线性算法只选定两个线性系数为待定量, 而非线性系数为确定值.简化算法仅选定一个线性系数为待定量, 其余三个系数为确定值.实测数据表明, 线性算法拟合准确度接近最优解, 计算复杂度低, 是一种最适合于光栅光谱仪波长校准的算法.

用小波变换的方法分析了纳米多层膜的X射线掠入射反射率测试曲线.从小波变换的自相关函数峰位和峰强度信息中得到了常规曲线拟合方法难以表征的含有氧化层、界面层或厚度漂移的多层膜结构, 利用其作为多层膜的初始结构再进行常规的曲线拟合, 可实现多层膜结构精确表征的目的.研究成功地鉴别出钒单层膜的表面存在约3 nm厚的氧化层,分析得到Mo/Si多层膜的界面纯粗糙度约0.42 nm,表明在Ni/C多层膜中接近表面和基底的膜层存在大于5%的厚度漂移.

利用透射光谱矩阵光学原理, 对三种GaN或AlGaN外延薄膜的透射光谱进行了分析.在传统的透射光谱拟合方法的基础上, 添加了表征材料表面粗糙度、膜内散射情况的拟合参量, 拟合曲线与实验曲线达到了准确的吻合.结果表明：外延薄膜透射光谱的拟合可以准确提取出材料的消光系数、表面状况、散射情况、折射率及厚度, 从而对样品质量作出详细的分析.

采用耦合波理论分析了X射线在多层膜Laue透镜中的传播, 选择Cu的Kα线作X射线光源, 计算了多层膜Laue透镜的衍射效率.材料为WSi2/Si, 最外层宽度为10 nm, 深度为8 500 nm的多层膜Laue透镜, 倾斜情况下外层区域局部光栅的衍射效率可达59%, 理论上证明了多层膜Laue透镜是实现X射线聚焦的有效手段.

为实现客流计数自动化, 开发了一种基于新型高分子薄膜型光纤列阵感压的客流计数系统.感压原理建立在光散射强度与高分子材料密度变动的对应关系上, 系统以脚底压力分布“质心”的时空变化为信息特征, 该时空变化特征反映了乘客上下车时维持动态平衡的一般规律.由此设计了多种行为模式的客流跟踪、辨向和计数方法.统计实验结果表明, 该客流计数系统可实现实时测试, 准确率达95%以上.

介绍了差分相移键控信号的全光再生技术.研究了多进制相位调制信号的全光再生技术.对适用于正交相移键控和差分正交相移键控信号的全光再生器进行了仿真.研究结果表明, 这种再生器可以显著抑制信号的幅度噪音和相位噪音, 使40 Gb/s RZ差分正交相移键控系统在误码率为10－12条件下的传输距离延长至2 000 km以上.

采用庞加莱几何表象, 从理论上分析了光纤中的线双折射和圆双折射分别对入射光偏振态的调制规律, 同时研究了这两种双折射同时存在的低双折射旋光纤的双折射特性.根据理论分析的调制规律, 提出了一种基于传统分立光学元件测量旋光纤双折射参量的截断法, 可以仅通过消光比的测量和计算获得旋光纤的线双折射和圆双折射参量, 进而可以通过线双折射参量近似计算差分群时延, 且采用该方法的理论计算值与传统方法的测量值吻合.

从脉冲在光纤中传输所遵循的广义非线性薛定谔方程出发,通过数值模拟对色散渐减光纤产生超连续谱(SC)进行了研究.结果表明:色散渐减光纤的色散斜率k、色散参量D0、参量L0和R及脉冲的峰值功率、脉冲宽度对SC谱的产生有着极其重要影响; 在色散渐减光纤产生超连续谱的过程中,三、四阶群速度色散甚至更高阶群速度色散对超连续谱的影响完全可以忽略, 但高阶非线性效应对SC谱的产生影响很小; 计算表明对光纤和脉冲的各参量进行优化选择后,可以获得宽而平坦的超连续谱.

为了抑制空间光通信中大气湍流效应和降低误包率,提出了一种引入分布式多出多入技术, 基于数字脉冲间隔调制的多出多入空间光通信系统.在弱湍流信道模型和APD探测器下建立了多出多入系统链路模型, 推导了最大似然检测下的最佳阈值和误包率.计算结果表明：发射分集通过多路径传输平滑接收信号光强起伏; 接收分集增加孔径平滑效应, 减弱接收光强起伏; 在发射平均功率、接收孔径总面积和背景噪音相同的条件下, 数字脉冲间隔调制的不同多出多入系统存在几乎相同的最佳雪崩光电二极管增益; 比较多出多入通信系统下三种调制方式, 数字脉冲间隔调制的误包率较少劣于PPM调制而大大优于OOK调制.

通过Te熔剂方法生长出〈331〉晶向的ZnTe体单晶, 利用X射线衍射和红外透射显微技术对材料进行了测试.在钛-宝石激光器的泵浦下, 利用〈331〉晶向的ZnTe晶体辐射－探测到太赫兹波, 激发频谱可达5 THz左右.〈331〉晶向的ZnTe晶体表现出良好的太赫兹辐射性能.

制备了含有Ba2LaF7纳米晶的Er3+掺杂氧氟硼硅盐玻璃陶瓷, 并对其光谱特性进行了研究.根据X射线粉末衍射结果可确认制备出Ba2LaF7纳米晶.根据吸收曲线计算了相应的Judd-Ofelt参数, Ω2 随着热处理温度的升高而减小, 证明Er3+离子进入到Ba2LaF7纳米晶中.由于Ba2LaF7纳米晶的低声子能量, 在玻璃陶瓷中观察到强烈的红光和绿光上转换发光, 其上转换发光机理可以归为双光子过程.

为获取双峰分布超细颗粒的动态光散射模拟信号, 通过建立动态光散射随机过程的AR模型, 利用修正的Levison-Durbin递推算法确定模型参数和阶数的方法模拟光散射信号.分别对10 nm与90 nm, 200 nm与1 000 nm双峰分布颗粒的动态光散射信号进行模拟, 得到的模拟信号光强自相关函数与理论值吻合, 用双指数法对颗粒粒径反演, 相对误差小于3.55%.通过分析模型阶数、采样时间、采样频率、模拟数据长度等参数对模拟精度的影响, 得出双峰分布颗粒光散射信号的模拟精度与各参数的关系:在低于阈值阶数时, 模型阶数选择对精度影响大, 模型阶数越高, 信号模拟的精度越高, 高于阈值阶数时, 模型阶数选择对精度影响不大,可选阈值阶数模型模拟信号.选定一定的采样时间, 采样频率越高, 模拟数据长度越长, 模拟精度越高.

合成了稀土配合物Eu(TTFA)3(TTFA, 2-thenoyltrifluoroacetone)掺杂的环氧基紫外负性光刻胶薄膜, 采用荧光分光光度计对其光致发光特性进行了系统表征.荧光光谱分析表明, Eu(TTFA)3掺杂的光刻胶薄膜具有很宽的激发谱带(200 ~ 400 nm), 且在长波紫外区表现为强激发, 说明有机配体TTFA-与中心离子之间存在着比电荷迁移带更有效的能量传递.配体TTFA-的三重激发态和Eu3+的激发态能级匹配较好, 能很好地敏化Eu3+而发出明亮的红光, 是获得Eu3+红色荧光发射的优良配体, 认证了有机配体与稀土离子之间产生有效能量传递的前提是存在“天线效应”.

采用化学沉淀法合成了具有紫外转红光性能的转光剂Sm1-xMx(TTA)3phen (M=Y,Gd).借助红外光谱、紫外-可见光吸收光谱及荧光光谱对配合物的性能进行了表征.结果表明:Sm1-xMx(TTA)3phen与Sm(TTA)3phen的配位结构基本一致; 配合物的紫外光吸收特性主要由有机配体决定; 配合物吸收紫外光后, 均发出Sm3+的特征光, 其中Sm0.5Y0.5(TTA)3phen在647 nm处的荧光强度在配合物中最强, 达到9.5×106 cps; 敏化离子的掺入可以提高配合物的荧光强度, 荧光增强效果Y3+优于Gd3+.

根据空间应用项目需求, 采用等离子辅助电子束蒸发方法对RB-SiC基底进行了表面改性, 并对表面改性的性能和可靠性进行了相关评估.经测试, 改性后RB-SiC基底表面粗糙度(rms)降低到0.632 nm; 散射系数降低到2.81%, 500~1 000 nm范围的平均反射率提高到97.05%, 已经接近于抛光良好的微晶玻璃的水平; 改性涂层温度稳定性高, 与基底结合牢固; 加工后, 面形精度达到0.119λ(PV)和0.014λ(rms), λ=632.8 nm.评估结果表明, 这种SiC基底表面改性的工艺是可靠的, 其光学性能满足空间高质量光学系统的要求, 适宜空间环境应用.

建立了空间可见光相机对空探测的物理模型.利用辐射传输的基本原理, 分析了面源目标亮度和背景辐射亮度与探测相角、背景光入射角和相机数值孔径之间的关系.给出点目标探测时主要噪音源的计算方法, 从而推导出可见光相机接收到的以电子数为基本单位的信噪比表达式.通过数值模拟给出各种因素对信噪比的影响, 得到了较高信噪比的可行方法.

基于波像差分配理论, 提出了某高分辨率空间相机的热控指标.在分析相机空间外热流环境的基础上, 进行了热控方案设计, 并利用热分析软件进行了高低温工况下的瞬态热分析.结合热平衡试验验证了热设计的有效性和正确性.

分析了相关跟踪系统摆镜的设计要求, 对摆镜的减重方式进行了研究.选择SiC材料作为镜体材料, 设计了三种镜体结构.使用Ansys作为求解器对所设计的镜体结构进行了自重条件下的静力分析, 以及频率为100 HZ、振幅±0.1 mrad时的瞬态动力学分析, 并给出了不同镜体结构下的计算结果比较.为便于处理有限元结果数据和光学表征参量的关系, 在MATLAB环境下编写了统一数据处理程序.计算结果表明所设计的三种方案能够满足光学系统的性能要求.

基于Cox-Munk海面模型,计算了海面对中波红外(3~5 μm)的反射率.利用双站散射遮蔽函数对Cox-Munk海面反射率模型进行了修正, 数值模拟了反射率随入射角、反射角和风速的变化关系.结果表明, 考虑遮蔽效应后, 反射率较未考虑遮蔽时的变化更为平缓, 且峰值的位置发生变化, 峰值明显减小.

使用能见度仪测量了合肥地区2005年6月到2007年7月期间近地面的大气消光系数.给出了大气消光系数的时间变化特征和频数分布特征以及大气消光系数与相应时间段的水汽、温度、气压、风速的相关性.结果表明：局地大气消光系数具有明显的日变化、月变化、季节变化和频数特征; 不同季节的消光系数与气象要素的相关性有所不同; 其中水汽、温度是两个较为重要的影响消光系数特征分布的因素.分析结果可以作为局地大气消光系数模型建立的基础.

在研究用于卫星影像下垫面分类的三波段优化选择算法基础上, 探索了用于地物分类的多波段优化选择方法.通过分析目标谱分布, 并运用MODTRAN模拟计算进入卫星探测器的背景程辐射和沿卫星观测方向的整层大气透过率, 得到对应不同目标的权函数.根据权函数谱分布以及波段指数并结合卫星波段用途, 最终得到用于下垫面分类的卫星多波段优化选择结果.对结果进行分类验证, 发现此算法用于下垫面分类具有较好的效果.

研究了由圆锥透镜和凸面镜组成的非稳贝塞尔光学谐振腔. 利用几何光学原理, 讨论了非稳贝塞尔谐振腔中光线传输的ABCD矩阵和腔内光线实现自再现的条件.从波动光学角度出发, 利用惠更斯-菲涅尔衍射积分方程导出了谐振腔两镜面处光场的迭代方程, 并通过数值模拟得到了凸面镜曲率半径不同时零阶贝塞尔光束在输出镜面上的光强分布.

介绍了自行研制的用来探测对流层大气气溶胶消光特性的双视场米散射激光雷达.该激光雷达采用两个具有独立接收视场的探测通道分别接收高低层532 nm的大气回波信号, 可以兼顾低层大视场角低探测盲区和高层小视场角高探测高度的要求.叙述了该雷达系统的总体结构和技术参量以及数据处理方法, 给出了合肥地区(东经117.16°,北纬31.90°)大气气溶胶消光系数廓线和对流层光学厚度的探测结果.测量结果表明, 该雷达具备昼夜连续观测对流层大气气溶胶的能力, 可以很好地反映气溶胶粒子的时间和空间分布特征.

根据部分相干光的传输理论, 研究了部分相干高斯-贝塞尔涡旋光束通过光阑透镜聚焦后的传输和空间相关性质.数值计算结果表明, 涡旋暗核的大小和焦平面上的光谱相干度都取决于入射光的拓扑电荷n、截断参量δ、相对相干长度σg和参量α.当选择适当的参量, 在几何焦点附近会出现局域空心光束.研究还发现在焦面上光谱相干度会产生一个或多个的相位奇点(相干涡旋), 而且拓扑电荷和相对相干长度会对相干涡旋的位置和个数产生影响.在相干极限下, 相干涡旋可逐渐演变为光学涡旋.

利用多光子J-C模型, 考虑场频率随时间以正弦函数形式作小量变化,在旋波近似下,研究了二能级原子通过多光子跃迁与单模辐射场相互作用系统中场的反聚束效应.利用数值计算方法给出反映场反聚束效应的二阶关联函数随时间的演化曲线.研究结果表明：场二阶关联函数的演化受场频率随时间正弦函数形式变化的调制,场频率振荡的幅值 u越大调制作用越强,在场频率振荡的幅值u大于一定值后,场二阶关联函数随时间的演化呈现出周期性振荡特性, 其振荡周期与场频率变化的周期一致.

提出了一种基于PPKTP波导利用自发参量产生多通道纠缠光子对的方案.计算在使用脉冲, 连续激光, Ⅰ型、Ⅱ型相位匹配这些不同条件下, 同时产生位于通信波段的多通道纠缠光子对的特性.结果显示该方案能够为量子密钥分配网络提供更为高效易行的方案.

分析了拟建于北京市延庆县的1 MW太阳能塔式电站定日镜场对地面的遮阳情况.采用光线追迹计算了定日镜对地面的阴影.为了精确计算镜场对地面的阴影面积, 提出了相邻镜面间阴影率的计算方法, 并推导了计算公式.提出了在一段时期内地面日照时间分布的统计方法.使用MATLAB编程模拟了镜场对地面的阴影以及地面日照时间分布情况, 并能够绘制任意时刻地面阴影图和任意时期内地面日照时间分布图.

分析了喷射距离对射流抛光效果的影响, 基于计算流体动力学进行了喷射距离的分析和优化.通过构建射流抛光不同喷射距离的物理模型, 采用能更好地处理流线弯曲程度较大的流动的RNG k-ε紊流模型应用于射流抛光的数学建模, 使用SIMPLEC算法对射流模型进行数值计算, 得到了不同模型的射流抛光冲击射流流场及工件壁面上的冲击压力、紊动强度、壁流速度分布.根据射流抛光对冲击射流特性的要求, 比较和分析不同喷距模型的数值仿真结果, 结果显示, 射流抛光最优化喷距范围为喷嘴口径的10倍至12倍之间.

鉴于乳腺光学层析成像方法中的不适定性严重影响重建图像性能, 引入图像分割技术.通过选择合适的图像分割阈值, 将基于全域重建的图像分割为背景区域和目标区域, 再对得到的“目标区域”进行二次图像重建.数值模拟研究表明, 该技术可有效地减小反演变量的维数, 提高重建图像的性能.

针对多视点视频系统中视点间颜色不一致, 给后续多视点视频编码和虚拟视点绘制带来困难的问题,提出一种面向编码和绘制的多视点视频颜色校正方法.首先采用连续多帧求帧差法提取出各个视点图像的背景区域, 再利用背景区域计算校正因子, 对颜色不一致的视点进行颜色校正.实验结果表明, 该算法不仅能实现视点间图像的颜色一致性, 提高多视点视频的编码效率, 而且提高了虚拟视点绘制性能, 是一种有效的多视点视频系统颜色校正方法.

针对小动态范围X射线成像设备提出一种X射线图像超动态范围重建方法.将成像对象进行两次不同球管电压下的低剂量曝光, 对两次曝光得到的图像进行多分辨率小波分解.根据一定规则重构分解系数, 将重构的系数进行小波逆变换重建一幅宽动态范围图像.实验表明, 该方法能有效扩展图像的灰度动态范围, 并且两次低剂量曝光并未增加患者皮肤表面吸收剂量.

提出了一种自适应选取一维Renyi熵阈值分割法中参数α的方法.该方法以一种图像分割质量评价指标-均匀性测度为适应度函数，利用粒子群算法在参数空间进行优化搜索，从而可以根据具体的图像获得合适的参数，得到最佳的图像分割阈值.结果表明：一般情况下，可以（0,1）范围内搜索最优的α值；当需要更好的分割效果时，可在（0,10）范围内搜索最优的α值.

针对红外弱小多目标的检测和跟踪难题，提出一种基于多特征融合的复杂背景下弱小多目标检测和跟踪算法.融合红外弱小运动目标的灰度特征、梯度特征、运动特征等多个典型特性，进行复杂背景下弱小多目标的检测和跟踪.实验证明：该算法应用于复杂背景下低信噪比的红外弱小多目标图像序列能得到较理想的结果，算法检测概率高、检测速度快、具有较强鲁棒性.