为研究保护环结构对平面型正照射式InP/InGaAs探测器光敏元扩大现象的抑制作用, 设计并研制了带有不同保护环-光敏元间距的InGaAs探测器.通过原子力显微镜(AFM)及扫描电容显微镜(SCM)获得了保护环与光敏元之间的实际距离.利用激光束诱导电流(LBIC)技术研究了带有保护环结构的InGaAs探测器的光响应特性.研究表明, 无保护环结构的探测器的LBIC信号可以用指数衰减函数描述, 而带有保护环结构的探测器的LBIC信号则遵从高斯分布.引入保护环结构后, 器件光敏元的扩大量会随着保护环-光敏元间距的减小而线性减小.在器件设计中, 比较合适的保护环-光敏元间距应介于7~12μm之间.

运用郎缪尔-布尔吉特法在聚酰亚胺衬底上制备聚偏氟乙烯及三氟乙烯(P(VDF-TrFE))共聚物薄膜.不同厚度薄膜的X射线衍射结果表明, 薄膜具有良好的结晶特性, 取向为(110).运用波长范围为300~1300nm的椭圆偏振光谱仪对薄膜光学特性进行了表征；运用Cauchy模型对不同角度(θ=75°和85°)测得的Ψ 和 Δ数据进行了拟合.获得了P(VDF-TrFE)薄膜的光学参数n, k, α以及薄膜的厚度.另外对薄膜的铁电性质的测量, 其剩余极化达到了6.3μC/cm2, 矫顽电场为100MV/cm.介电测量得到了薄膜两个明显的相变, 铁电-介电相变以及β弛豫.

针对我国日益凸显的天然气管道泄漏监测的实际需求, 提出了一种适于直升机平台的基于近红外波长调制吸收光谱的天然气管道泄漏监测技术, 阐述了该技术的基本原理, 论证了该技术对直升机平台的工程适用性, 研制了一套室外试验研究平台, 利用试验数据证明了该技术的工程可行性.

首次在国内报道了128×128面阵短波/中波(SW/MW)双色碲镉汞(HgCdTe)红外焦平面探测器(infrared focal plane arrays, IRFPAs)的研究成果.基于由采用分子束外延(MBE)和原位掺杂技术生长的p-p-P-N型碲镉汞(Hg1-xCdxTe)多层异质结材料, 通过B+注入、台面腐蚀、台面侧向钝化和爬坡金属化, 以及双色探测芯片与读出电路(Readout Integrated Circuit, ROIC)混成互连等工艺, 得到了128×128面阵双色焦平面探测器.通过湿化学腐蚀方法的优化, 将光敏元尺寸为(50×50)μm2的双色微台面探测器的占空比提高了一倍.该面阵双色红外焦平面探测器具有较好的均匀性和正常的光电特性.在液氮温度下, 二个波段的光电二极管截止波长λc分别为2.7μm和4.9μm, 对应的峰值探测率D*λp分别为1.42×1011cmHz1/2/W和2.15×1011 cmHz1/2/W.

在分析热红外高光谱成像系统主要技术参数之间的制约关系的基础上, 针对热红外高光谱成像系统目标能量微弱、背景热辐射严重等难点, 提出了几种有效抑制背景辐射的措施, 并建立了一套高背景抑制的热红外高光谱推帚式成像实验装置, 实现了地面试验成像.根据冷背景实验结果, 分析了热红外高光谱成像系统的性能和各种影响因素的关系, 并提出了系统性能优化的可行性.

使用Bridgman法生长的PbTe0.92Se0.08材料在硅衬底上沉积硒碲铅薄膜, 采用X射线衍射(XRD)、电子扫描显微术(SEM)、能量散射X射线分析(EDAX)对薄膜的结构、表面形貌和化学配比进行了分析.结果表明, 沉积的硒碲铅薄膜为多晶结构, 具有明显的择优取向, 晶粒为矩形.衬底温度对硒碲铅薄膜的红外光学性能有明显的影响, 薄膜的折射率在5.2到5.8之间, 消光系数均小于0.1, 在波长大于6 μm的红外光谱范围, 一定衬底温度沉积的薄膜消光系数具有10-3量级.研究表明, 硒碲铅材料在红外光学薄膜领域具有应用前景.

采用化学溶液方法, 以乙基黄原酸盐作为壳层前驱体, 制备了红绿蓝三色发光的CdSe/ZnS核壳量子点.以乙基黄原酸锌为前驱体形成ZnS壳层包覆CdSe核量子点, 通过调节反应温度与反应气氛等条件获得了发绿光(542nm)及蓝光(483nm)的核壳量子点.以乙基黄原酸镉和乙基黄原酸锌分别作为壳层CdS及ZnS的前驱体制备了发红光(612nm)CdSe/CdS/ZnS核/多壳结构量子点.紫外-可见吸收光谱、荧光光谱及透射电镜研究结果表明, 通过条件调节, 温度较低时(约230℃)注入乙基黄原酸锌后量子点发光峰出现红移, 而温度较高时(约260℃)则发生蓝移.通过不同发光颜色的量子点的混合实现了三基色白光.

借助有限元软件系统分析了铟柱取不同直径时红外探测器整体结构的应力分布.模拟结果表明, 在固定铟柱高度的前提下, 当铟柱直径以2μm的步长从36μm减小到18μm的过程中, InSb芯片上的最大应力值呈现出先减小, 后线性增加的趋势,但铟柱上应力最大值始终保持在15.7MPa左右, 且分布几乎不变.Si读出电路上的应力小于InSb芯片上的应力值, 变化趋势类同于InSb芯片上应力的变化趋势.铟柱直径取30μm时, InSb芯片和Si读出电路上的应力均达到最小值260MPa 和140MPa, 整个器件的应力分布在接触区呈现明显的集中性、均匀性, 分布更合理.

理论分析了高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的器件特性与其分布布拉格反射镜(DBR)反射率的依赖关系, 并计算了具有不同有源区直径的VCSEL的输出特性.分析了具有不同有源区直径的VCSEL在不同DBR反射率条件下的连续输出特性曲线, 发现DBR反射率的改变会对有源区直径不同的VCSEL产生不同程度的影响.为了验证理论分析的结果, 进行了器件测试实验.实验结果表明, 有源区直径为500μm的VCSEL, 当其N-DBR反射率分别为99.7%及99.2%时, 在连续注入电流为6A时, 其输出功率分别为2.01W和2.09W；而有源区直径为200μm的VCSEL, 当N-DBR反射率为99.7%及99.2%时, 连续注入电流为3A时, 其输出功率分别为0.64W及1.12W.器件测试结果有效验证了理论分析的结论.

在归纳总结悬浮泥沙反演模型尺度效应研究现状的基础上, 提出了基于八邻域窗口估算像元泥沙浓度分布方差算法, 并利用该算法的计算结果, 推导与计算了线性模型、对数模型和指数模型的尺度修正方法.结合太湖Landsat/TM影像数据和同步实测泥沙浓度数据及光谱数据的分析表明：悬浮泥沙浓度定量模型的尺度效应误差与模型密切相关.对于像太湖这样的复杂Ⅱ类水体, 尺度效应可以导致反射率的相对误差达到16%.

使用钛宝石飞秒激光器抽运一根长30cm的光子晶体光纤, 产生了从可见到近红外区的超连续谱, 波长范围为465～2500nm, 光谱展宽范围达到了2000nm以上, 同时研究了超连续谱产生的机制.

为提高热释电红外传感器对目标(行人)的探测距离, 对被动式红外传感器探测系统和红外信号进行了研究.由于热释电红外传感器的信号与目标(行人)的感知部位、环境与目标温度差值、透镜的面积和区段数量有关, 设计了一种测试红外传感器探测系统感知距离的试验方法.实验结果表明, 在考虑了影响探测距离的几个因素后, 改进后的红外探测系统探测距离由原来的10m提高到40m, 红外信号探测良好.试验方法和结果对其他同类型探测系统的研究有一定的指导和借鉴意义.

利用飞秒微加工和磁控溅射技术, 在熔融石英衬底上设计并制作了不同结构的金属线栅, 通过太赫兹时域光谱系统研究了线栅结构对太赫兹波偏振透射特性的影响, 并用有限时域差分法对实验结果进行了模拟验证.分析了影响S和P两个偏振方向太赫兹波透射的物理机制.为制作太赫兹波段偏振器件提供了有益的参考.

采用双离子束溅射方法制备氧化钒薄膜, 分别利用常规和快速两种升温方式对氧化钒薄膜进行热处理, 利用傅里叶变换红外光谱技术对热处理后氧化钒薄膜的变温光学透射性能进行测试, 并对5μm波长处透过率随温度的变化曲线进行相变特性分析.实验结果表明, 经过常规和快速升温热处理后均获得了二氧化钒薄膜；快速升温热处理后得到的薄膜中二氧化钒晶粒较小, 尺寸分布均匀;而常规升温热处理后的二氧化钒薄膜中晶粒尺寸分布较宽、常规和快速升温热处理后, 氧化钒薄膜的光透过率均存在可逆突变特性, 变化幅度均超过60%.相变性能分析结果表明, 快速升温热处理获得的二氧化钒薄膜相变持续的温度宽度较大, 光学相变温度为63.74℃, 高于常规升温热处理的60.31℃.

由于大气的不均匀性和不稳定性, 采用MODTRAN等大气传输软件计算, 很难保证实时精确地获取某波段的近红外激光大气消光系数、大气透过率等消光特性, 且传统的手段存在很多不确定性因素.利用近红外波段激光不同波长大气消光特性之间的相关性和泛化回归神经网络, 可以实现输入到输出之间非线性的相关性函数关系, 通过已知波长的激光雷达实测数据来实时反演其他波长的大气消光特性.实践表明, 该方法为实时获取实战条件下某一波段近红外大气消光特性提供一种新方法.

弹道目标进入中段飞行时释放弹头及大量诱饵形成密集目标群, 对星载红外像平面的目标跟踪提出新的挑战.针对像平面对目标群各目标分辨个数的时变性, 及各目标像平面轨迹非线性程度强的特点, 提出基于随机有限集的目标群像平面跟踪方法.随机有限集为最优贝叶斯多目标跟踪提供统一的理论基础, 但直接递推多目标后验分布计算量大, 概率假设密度为多目标后验概率分布的一阶矩, 在随机有限集框架下递推概率假设密度为现实可行的次优多目标跟踪方法.采用序贯蒙特卡罗方法实现多目标概率假设密度递推跟踪滤波,计算所有粒子权值之和估计目标数目, 以k-means方法对粒子集进行聚类提取各目标的状态；最后构建天基光学星座对中段弹道目标群的跟踪仿真场景, 在不同交接跟踪任务、虚警率和目标个数条件下进行对比分析和仿真验证.结果表明,该方法能同时跟踪星载红外像平面上动态变化目标群各目标的状态和数目.

提出了基于支持向量机(SVM)的单纯形增长算法(SGA)新实现方法, 该方法无需降维预处理, 且采用低复杂度的距离尺度代替复杂的体积尺度；证明了线性SVM与传统线性光谱混合模型(LSMM)在光谱解混中的等效性, 并探索了前者在信息的扩展利用和模型的非线性推广两方面的优势.实验结果表明, 基于SVM的SGA实现方法在保证选择结果不变的前提下复杂度大大降低,SVM模型下解混精度明显提高.

利用MODIS数据, 以河北石家庄和邢台地区冬小麦产量估算为例, 探讨了综合植被指数与陆表温度的温度植被角度指数在农作物估产中的应用研究.首先, 根据冬小麦物候历, 计算了冬小麦抽穗期四种参量指数：归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)、温度植被角度指数(TVA)和增强型温度植被角度指数(ETVA)；其次, 将实测的冬小麦产量数据与NDVI、EVI、VTA和EVTA数据进行回归分析, 建立模型.结果表明, 实测产量数据与这四种指数均具有很好的线性回归关系, 相关系数R2均在0.60以上(分别为0.61、0.65、0.68、0.74), 其中基于TVA和ETVA的估产模型要好于NDVI和EVI模型.由此可见, 综合了MODIS光学反射和辐射信息的TVA/ETVA, 能有效应用于实践估产中, 并提高预测的准确性.