为了提高热电偶动态校准的准确性, 采用半导体激光器、红外探测器和被校准热电偶组成新的热电偶动态校准系统, 分析了动态校准中红外探测器静态校准目的。根据反向传播神经网络原理, 确定了反向传播神经网络的结构和参量, 同时针对普通K型铠装热电偶进行了动态校准实验, 得到红外探测器静态校准数据,由此数据采用最小二乘法和反向传播神经网络分别进行数据的非线性拟合, 对两种方法的拟合结果进行了分析, 并给出了拟合曲线。结果表明, 在样本数据少、分布不均匀的情况下, 反向传播神经网络拟合效果优于传统的最小二乘法, 减小了由于数据拟合所带来的误差, 能够更加准确地获得热电偶动态特性, 实现热电偶动态补偿。这一研究结果对于热电偶动态特性研究具有重要的参考价值。

为了研究电场一定时, 光束在非近轴条件下铌酸锂晶体的电光效应, 采用折射率椭球张量的循环坐标变换方法, 理论上推导了光轴正交截面上折射率分布的解析式, 讨论了折射率、相位延迟以及透射率与光束入射方向之间的关系, 并且进行了实验验证, 取得了透过率随光束与光轴夹角α的实验数据。结果表明, y方向加电场时, 入射光小角度偏转将引起x方向感应折射率以及光束透射率的明显变化, 而y方向的感应折射率不变; 光束与光轴的夹角α对铌酸锂晶体电光性能的影响远远大于光矢在x-y平面与x轴正半轴的夹角β对其的影响; x方向加电场时感应折射率同y方向加电场时类似,但此时相位延迟更小, 在0°~0.4399°夹角范围内, 前者的透过率变化较后者慢, 并且在0.45°之后呈现出交替变化的规律, 当夹角为0.5°,0.680°等位置时,它们具有相同的透过率。这一结果对利用角度调节以改善铌酸锂晶体的电光性能具有一定的指导意义。

由于增益水平的不同, 电子倍增电荷耦合器件图像所显现的图像内容不同, 且图像动态范围极窄、对比度低、图像整体偏暗或模糊发白。为了提高微光图像动态范围及对比度, 采用将不同增益水平的微光图像进行融合的算法, 即先获取两组同场景但增益不同的微光图像, 再对小波分解后的微光图像选择不同的融合规则, 最后通过小波变换实现图像融合, 得到了高质量的融合图像, 并取得了融合图像的信息熵、标准差、平均梯度等性能指标数据。结果表明, 该融合算法能使得融合后的图像同时包含低亮度景物和高亮度景物, 达到了增大微光图像的动态范围及对比度的目的, 有效改善了微光图像的质量。

为了研究冰醋酸溶液和酒精溶液的折射率与体积分数的关系, 采用全反射的方法测量了不同体积分数的冰醋酸溶液与酒精溶液的折射率, 得到了溶液折射率与体积分数的关系曲线。结果表明, 冰醋酸水溶液和酒精水溶液的折射率与体积分数均不存在简单的线性关系, 而是呈现出类抛物线型的变化关系。开始体积分数随折射率的增大而增大, 但在某一中间体积分数处折射率有一最大值, 即冰醋酸在体积分数为0.90附近存在最大折射率, 酒精在体积分数为0.80附近存在最大折射率。这一结果对于全面认识溶液折射率与体积分数的关系是有帮助的。

为了解决利用单一特征对彩色遥感图像进行分类效果不理想、普适性不强等问题, 提出了一种基于颜色和纹理特征组合的支持向量机彩色遥感图像分类方法。该方法尝试将彩色遥感图像的颜色信息和纹理信息相结合作为支持向量机算法分类的特征向量, 据此对遥感影像进行分类, 并进行了实验验证。结果表明, 颜色和纹理特征组合的支持向量机分类方法能够取得较高的分类精度, 其分类效果优于传统的单一颜色或纹理特征分类, 是一种有效的彩色遥感图像分类方法。

同轴全息术得到的相位通常都有弯曲和畸变, 且0级和±1级再现像相互重叠, 使得以往在离轴全息中常用的相位补偿处理技术在同轴菲涅耳全息中效果不佳。为了解决该问题, 采用一种仅需拍摄一幅同轴菲涅耳数字全息图, 对该全息图做必要处理得到另一幅全息图, 通过将两幅全息图的衍射再现光场相减消除相位弯曲, 以及0级像和矩孔衍射对相位的影响, 从而提取待求光场相位近似值的方法, 进行了相应的理论推导和实验验证。结果表明, 该算法相较以往使用的相位掩膜方法能够得到更好的结果。

散斑噪声的存在使得图像灰度剧烈变化,降低了图像分辨率,影响成像质量。为了控制散斑噪声, 使用波长为405nm的激光作为显微系统照明光源, 利用音圈电机振动光纤, 通过对抛光玻璃显微成像, 用CCD图像采集卡采集图像后进行了散斑噪声对比度分析。结果表明, 在光纤振动幅度不变、振动频率在4Hz~55Hz内逐渐增加时, 图像散斑对比度在0.0326~0.1197范围内逐渐变小; 当频率大于51Hz时, 图像散斑对比度曲线趋于平稳且对比度在0.0326处获得了最小值, 图像清晰, 达到良好的散斑控制。

为了将单壁碳纳米管制成实际可用的光电子器件, 采用一种新的梯度升温热亚胺化法来制备单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜。利用分光光度计测得单壁碳纳米管的质量分数为0.02的单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜的反射谱、透射谱和吸收谱, 得到薄膜线性折射率随波长的变化;拟合Sellmeyer公式, 得到单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜的Sellmeyer参量。利用z扫描技术研究了单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜的3阶非线性特性。结果表明, 单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜具有很强的饱和吸收特性, 其非线性吸收系数为β=-5.3×10-10 cm/W; 并且具有较强的自散焦效应, 对应的非线性折射系数为γ=-4.1×10-13 cm2/W。单壁碳纳米管/聚酰亚胺薄膜具有较强的非线性光学特性。

为了制备陶瓷增强镍基复合涂层, 采用激光熔覆技术在45#钢表面原位合成了碳化铬-镍基复合涂层, 研究了涂层的显微组织、相结构特征及显微硬度。碳化铬陶瓷的形状主要有四边形(菱形)、六边形和不规则块状; 四边形碳化铬为Cr3C2, 六边形碳化铬为Cr7C3, 不规则块状碳化铬成分不确定, 可能为Cr3C2或Cr7C3; 涂层的平均显微硬度达到基体的3.5倍;涂层具有较高的硬度和致密的组织。结果表明, 涂层主要由Cr-Ni-Fe-C,C,Cr7C3和Cr3C2四相组成, 显微组织均匀致密,与基体呈良好的冶金结合。该研究对激光原位碳化铬-镍基复合涂层的理论研究和实际应用是有一定帮助的。

为了使空间光-光纤耦合结构具有一定的抗抖动能力, 采用自聚焦透镜和多模光纤耦合阵列结构结合模拟退火算法对光纤阵列实行2维控制, 自动搜寻空间光-光纤耦合最佳视轴对准姿态。对光纤阵列和模拟退火算法进行了理论分析实验验证, 取得了耦合效率变化的相关数据。结果表明, 通过模拟退火算法可以实现空间光-光纤视轴对准, 且光斑中心在耦合端面中心抖动小于2.5mm时, 耦合功率波动小于35%, 满足无线激光通信系统的要求。

红外测厚是薄膜在线测厚的主要方法之一, 为了解决传统的红外测厚方法中尚存在的易受光源稳定性的影响、不适用于高速薄膜生产线等缺点,采用双光路参比测量的方法设计了一种双光路红外测厚系统, 系统将光源的光分成测量路和参考路两路, 并使用单个CCD同时收集两路光作为光强传感器。描述了系统的成像原理, 讨论了系统对朗伯定律的适用性, 最后通过对聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜的标定实验论证了系统的精度。结果表明, 该方法精度高、鲁棒性好, 且能够有效避免光源不稳定带来的影响。

为了研究不同激光喷丸范围下7050-T7451铝合金小孔构件残余应力场的变化规律, 采用ABAQUS有限元分析软件对激光喷丸过程进行理论分析和数值仿真, 分析了材料激光喷丸后表面及孔壁的残余应力分布。结果表明, 随着喷丸范围的增大, 表面残余压应力范围增大, 冲击区域外围的残余拉应力由52MPa变为344MPa; 孔壁的应力分布随喷丸范围的增加而变差, 中间最差应力由压应力38MPa变为拉应力49MPa; 在一定的喷丸范围内, 激光喷丸范围的增加使表面压应力范围变大而使孔壁应力分布变差。对于激光喷丸强化小孔构件, 应控制喷丸范围, 兼顾板料表面及小孔孔壁的残余应力分布, 以提高小孔构件的抗疲劳性能。

为了研究分子结构对三光子吸收的影响, 合成了两种新型芴类衍生物, 分别是2,7-二(2-4(甲氧基苯基)乙炔基)-9,9-二辛基-9H-芴(A)和2-溴-7-(2-(4-甲氧基苯基)乙炔基)-9,9-二辛基-9H-芴(B), 采用1064nm的Nd∶YAG激光器测试其三光子吸收截面的方法, 得到了它们的三光子吸收截面分别高达(6.03±0.6)×10-76cm6·s2/photon2和(4.25±0.4)×10-76cm6·s2/photon2的结果, 在高斯03软件下, 用密度泛函方法对这两个分子进行了结构优化, 并用含时密度泛函理论计算了它们的激发态能量和电子轨道。结果表明, 分子内电荷转移方向对三光子吸收存在影响。

为了深入研究重复激光脉冲的能量效应对光学薄膜的烧蚀机理, 采用实验观测与热力学分析相结合的方法进行了研究。通过观察光学薄膜烧蚀形貌随入射激光脉冲数量增加发生改变的典型形貌特征, 分析了激光与等离子体相互作用的热力学过程, 得到了在激光重复脉冲作用下光学薄膜的损伤特性及其演化规律。结果表明, 薄膜在重复脉冲作用下, 其表面会变得粗糙, 这会大大增加对激光的吸收效应, 从而加速了薄膜的破坏, 最终被完全去除而露出基底; 同时, 烧蚀物会在热膨胀作用下向激光作用区域外扩散, 在激光烧蚀中心区域外进行沉积, 而形成更大范围的污染。由于激光光强为高斯分布, 重复脉冲作用的效应主要是对在光束中心区域的薄膜进行集中烧蚀, 会不断增加烧蚀的损伤程度, 而对烧蚀面积的增加效应极为有限。这一研究结果为重复激光脉冲对薄膜烧蚀机理的建立提供了参考。

为了对双介质喷嘴雾滴颗粒的运动速度分布进行测量, 建立了基于波长为532nm连续激光器和工业相机组成的在线测量系统, 并获得了雾滴的轨迹图像。采用Steger方法对获得的粒子轨迹图像进行了图像处理, 取得了雾滴颗粒的速度分布的数据。结果表明, 所开发的基于粒子轨迹图像雾滴速度分布光电测试方法可以满足在线测量的要求。

为了更好地实现激光侦听中的语音降噪, 采用一种改进的小波阈值去噪算法, 进行了理论分析和实验验证, 取得了一系列仿真数据。结果表明, 改进后的算法与传统的降噪算法相比, 降噪后的语音信噪比显著提高, 降噪效果明显, 信号波形更加平滑、失真度小。

为了研究大口径拼接压缩光栅的固定像差和随机像差对光学拼接的影响, 采用数值模拟的方法, 理论分析了参考光栅的衍射光斑特性。在有效判据的基础上, 得到了光栅的拼接精度。结果表明, 当拼接子光栅的波像差为1.0λ时, 其最大拼缝偏差约为0.26个光栅周期, 采取人工干预后, 最大拼缝偏差增加到0.42个光栅周期。与此同时, 最大角度偏差约为0.71μrad, 两种特性参量均比无像差时的拼接要求大幅度降低。这一结果对高能量皮秒激光装置的改进有一定的积极意义。

为了研究激光辐照各向同性半无限大铝材料内超声波的激发和传播特征, 采用理想匹配层和应力-位移混合有限元方法建立了半无限大介质中激光激发超声波的有限元数值模型。模拟研究了各向同性半无限大铝材料内激发产生的瞬态波场图和垂直表面位移, 并与相同几何模型下采用有限元方法得到的结果进行了对比分析。结果表明, 应力-位移混合有限元方法能够有效地消除模型截断边界处的反射波, 精确地模拟出无限大固体材料内激光激发超声波的产生和传播特性。数值模拟结果为进一步研究微纳米薄膜材料中皮秒或飞秒激光激发超声波提供了有效的方法。

为了消除传统算法对数字全息重构过程中会出现0级像、共轭像干扰的问题, 将压缩感知理论与数字全息图再现相结合, 提出了基于全变差的两步迭代收缩阈值重构算法(TwIST), 并应用于数字全息图压缩感知全息图重建。 TwIST算法根据重构成分的特点增加正则约束, 对相应的形态进行调整, 在满足全变差最小的特性的基础上进行重构, 提高了重构全息图的质量。结果表明, TwIST算法可以对数字全息图稀疏重建, 利用35%的部分全息图数据进行图像重构, 重构图像峰值信噪比为36.46dB,且没有0级像和共轭像等干扰。该研究结果对实现计算全息的实时性具有重要的意义。

为了提高SUS 304不锈钢表面的耐磨损、耐腐蚀性能, 采用激光表面合金化的方法制备了Cr-CrB2层, 并进行了理论分析和实验验证, 取得了合金化层的组织和物相以及电化学腐蚀性数据。结果表明, 合金化层组织致密、晶粒细小, 与基体形成冶金结合, 合金化层由奥氏体、马氏体、铁铬固溶体、碳化物和铬硼化合物组成; 合金化层的耐蚀性得到提高, 腐蚀速率降低, 合金化层的极化曲线具有较长的活化-钝化区间; 不锈钢基体发生严重的晶界腐蚀和点蚀, 晶界腐蚀以孪晶晶界腐蚀为主, 合金化层表面发生晶粒间的晶界腐蚀, 伴有晶粒和晶界处的点蚀现象, 点蚀坑明显小于基体表面的点蚀坑。这一结果对提高SUS 304不锈钢表面的耐磨损、耐腐蚀性是有帮助的。

为了研究高斯-谢尔模型光束的偏振特性, 采用交叉谱密度矩阵的方法, 研究了该光束通过聚焦光学系统的偏振特性, 得到了完全偏振和完全非偏振光束保持偏振度不变的条件, 并给出了通过聚焦光学系统后传输平面偏振度实现均匀分布的条件。结果表明, 聚焦光学系统中偏振度在焦点位置附近有明显的起伏变化; 焦点位置上的偏振度等于其在自由空间传输时的远场稳定偏振度。该研究对激光传输领域具有重要的理论和现实意义。

为了减小阿秒脉冲聚焦反射过程的能量损失、降低阿秒脉冲测量过程中由聚焦像差引起的测量误差以及提高阿秒光脉冲光谱分析监测的可操作性, 采用各环节性能分别优化的方法, 设计了一种高能阿秒光脉冲聚焦及光谱分析复合系统, 聚焦及光谱分析元件分别采用镀金掠入射型超环面镜和掠入射型凹面聚焦光栅, 并给出了其具体结构和特性参量。结果表明, 此系统适用于以短脉宽、高能量阿秒脉冲为新型探针的阿秒光谱学研究。

为了更简便地实现Stokes矢量测量, 采用一种工作在不同频率上的双弹光调制器, 利用它的频率叠加对光进行调制, 产生载有被测量的高频调制分量, 通过锁相一次得到了适用于所有偏振态测量的4个Stokes分量, 且进行了理论分析、仿真验证以及误差分析, 即对相位延迟幅度、入射角等因素对测量结果的影响进行了分析。结果表明, 该方法实现了只需测量一次便可测出偏振态的所有分量, 为进一步工程实现提供了基本的理论支撑。

为了探究管壁厚度对超声信号的产生与探测的影响, 采用有限元法建立了理想化的管道模型, 分别探究均匀管壁厚度变化和激发源处、接收端处及传播路径上等畸变管壁厚度的变化对超声信号产生的影响。结果表明, 当接收端处管壁厚度较薄时, 无法探测到可分辨的瑞利波信号; 传播路径上管壁厚度变小到一定程度后, 高频成分会出现明显的衰减, 但随着厚度的增大又会在一定程度内恢复。这一结果对激光超声在柱状、管状材料的无损检测中的进一步应用提供了有益的补充。

为了研究激光的大气传输特性, 基于激光大气传输的一般模型, 建立了激光传播到某一距离的功率衰减公式。采用定性定量的方法, 利用MATLAB软件对模型进行仿真计算, 分析了1.06μm激光大气传输的大气透过率以及到靶功率。结果表明, 该模型对激光干扰空间探测器、清除微小碎片等提供了可靠的理论依据。这对于深入研究激光的大气衰减特性有一定参考价值。

为了使半导体激光器辐射波长和发光强度的稳定性不受环境温度的影响, 设计了一款高精度半导体激光器温控系统。采用AD620和LTC1864芯片设计了温度采集电路, 用MAX1968和LTC1655设计了温度控制电路, 而用TMS320F2812实现对整个系统的精确控制;提出了自适应模糊比例-积分-微分控制策略并完成了软件实现。在环境温度约15℃时, 分别设定25℃和20℃进行试验, 温度控制精度达±0.05℃。结果表明, 该温控系统响应速度快、稳定性高。

为了得到纯正的三基色, 以实现大色域显示功能, 采用光学薄膜技术的传递矩阵方法进行了模拟计算, 分别得到红、绿、蓝三色的F-P滤光片, 并将其叠加在一起, 得到将显示光源中杂色滤除、留下三基色的滤光片。结果表明, 三基色滤光片很好地满足了设计要求, 如果应用于显示技术, 可以很好地提高显示器的彩色显示功能。

光纤激光器以其独特的优势得到快速发展, 其应用范围已经扩展到工业加工、****、医疗等领域。综述了连续、脉冲掺Yb3+双包层光纤激光器的国内外研究进展, 介绍了利用能承受高功率的合束器、光纤光栅的全光纤激光器, 利用种子光主振荡光纤放大技术产生高光束质量、高平均功率、高峰值功率的脉冲光纤激光器。分析了影响光纤激光器功率提高的因素, 如光纤的损伤、非线性性效应、热效应。最后, 对掺Yb3+双包层光纤激光器的发展前景进行了展望。

为了精确观测平流层风场, 采用F-P标准具作为瑞利散射测风激光雷达多普勒频率检测的核心器件, 对F-P标准具多普勒频率检测原理进行了理论分析, 从分析最大设计高度时的测量误差着手, 优化选取标准具透过率曲线参量; 介绍了透过率曲线参量的校准过程和校准方法, 分析了导致透过率曲线的半峰全宽增大的原因、透过率曲线校准精度对速度灵敏度及系统探测误差的影响; 并通过实验对设计和校准结果进行了验证。结果表明, 由于透过率曲线的半峰全宽增大, 导致速度灵敏度下降了0.118%/(m·s-1); 40km高度处, 在测量信噪比大于10的条件下, 径向速度测量精度增大2m/s。