为了减弱基于水面声光耦合的光纤水听器水面波动对解调信号造成的幅度衰落, 采用了利用检测信号臂光强度信息补偿解调信号幅度的方法。从理论上推导了该方法修正解调信号的过程, 并对该过程进行了数值仿真, 同时实际搭建光纤水听器探测系统, 利用π/2相位解调法对水面恒定振动信号进行了实验验证。结果表明, 相比原始解调信号, 修正后的信号幅度基本稳定, 幅度值整体提高5dB, 解调信号失真度减小, 相位噪声得到抑制, 信噪比得到提高, 可辨认信号时间长度扩展为原来的3.5倍。该方案能有效克服由水面波动引起的解调信号衰落现象, 信号质量得到优化, 系统抗波浪解调能力得到提高。

为了研究高能激光外场特性, 研制了一套用于测量大口径高能量脉冲激光参量的测量装置。该装置包括一套自校准系统, 能够对其主要系数进行现场校准。采用理论分析和实验研究的方法, 对装置的测量原理、性能和结构进行了描述, 并对测量误差进行了理论分析, 证明了该装置能够同时测量高能激光光强分布和能量值, 最后采用校准实验的方法对测量误差进行了验证和分析。该装置对激光脉冲能量和光强分布的测量误差分别为4.5%和5%。结果表明, 该装置有较高的测量精度和可靠性, 能广泛用于大口径高能量脉冲激光外场测试。

为了对原油中金属元素含量进行分析, 利用激光诱导击穿光谱技术分别采用Na光谱的积分强度、峰值强度作定标曲线对高温灼烧后的原油中的Na进行了定量分析。实验中选取Na Ⅰ 588.995nm,Mg Ⅰ 383.230nm,Al Ⅰ 308.215nm,K Ⅰ 404.414nm,Ca Ⅰ 364.441nm,Fe Ⅱ 273.955nm作为分析线对原油样品灼烧后的6种元素进行分析, 测得其质量分数分别为0.0592,0.0029,0.0212,0.0019,0.0072,0.1686, 并得出了定标曲线的线性相关系数及检出限。结果表明, 选用积分强度作定标曲线效果更好;激光诱导击穿光谱技术测量结果与X射线荧光光谱技术对Na的测量结果相对误差为6.28%;激光诱导击穿光谱技术可应用于原油中金属元素含量的测量。

为了研究非线性对囚禁离子沿两个正交方向的振动模式之间的互相关函数的影响, 采用理论分析和数值计算相结合的方法, 对单个2维三能级囚禁离子与两个经典驻波激光相互作用的非线性双光子Jaynes-Cummings模型进行了严格求解, 并对囚禁离子沿两个正交方向的振动模式之间的互相关函数进行了数值分析。结果表明,当初始平均量子数较小时, 反关联效应随Lamb-Dicke参量的增大先是增强然后减弱, 但是关联效应却随Lamb-Dicke参量的增大一直增强。随着初始平均量子数的增大, 反关联效应会减弱直至消失;表征非线性效应的Lamb-Dicke参量和初始振动运动平均量子数对交叉关联有明显的影响。

为了开发碳水化合物类的新快速成型材料, 对蔗糖的物化材料性质和影响选择性激光烧结的成型因素进行了分析。利用SLS-300成型机进行实验, 并制作出蔗糖模型。得到一些初步的工艺参量以及能量密度对成型质量(强度、颜色、表面粗糙度)的影响规律。结果表明, 蔗糖是可以作为选择性激光烧结材料的, 这为后续研制专用蔗糖3-D打印机提供了实验依据。

为了满足在不良气象条件下, 机场飞机安全起降对能见度的观测需求, 基于后向散射原理设计了一台小型激光雷达能见度仪。该系统采用具有低脉冲能量、高脉冲重复频率的二极管抽运固体激光器和具有低噪声、高量子效率的雪崩光电二极管探测器, 确保了系统的测量精确性;并采用嵌入式计算机作为系统的控制和数据处理核心, 实现了对系统工作时序的控制。经过多次外场测试, 能见度测量数据总体误差小于15%。结果表明, 该系统具有较高的探测精度, 完全满足国际民航组织对于能见度观测设备精确度的要求。

为了解决某些典型场景(如海上、山区、丘陵、城区)下无法使用已有基础模型来全面表达电波传播特性的问题, 建立了一种在典型场景下, 基于确定性抛物方程、适用于多个传输场景的统一电波传播模型。把典型场景等效为损耗介质层来求解边界条件, 利用Fourier分步步进法得到相应解, 然后得到电波在典型场景下的传播损耗, 并进行了理论分析和实验验证。结果表明, 在不同传输场景下, 将统一电波传播模型与Miller-Brown模型、射线追踪模型进行比较, 结果较吻合, 验证了其正确性。这一结果对建立一种求解典型场景下电波传播衰落问题的统一电波传播模型是有帮助的。

为了降低光突发交换网络中突发包的丢失率、降低网络路径的阻塞率、减小突发包冲突的概率, 提出了考虑优先级的突发包碎片可控合并重传算法。当网络中数据通信发生冲突时, 该算法能根据优先级进行突发包的分片, 核心节点将这一信息反馈给边缘节点, 边缘节点根据突发碎片的优先级以一定的概率重传被丢弃的突发包分片;同时, 针对由于多次重传导致的突发包碎片过多的问题, 该算法还按照突发包碎片的优先级顺序进行碎片重组, 大大降低了网络的阻塞率。结果表明, 相比以往的冲突解决算法, 此算法在网络业务繁忙时的数据丢比特率和网络阻塞率方面的改善作用有比较明显的优势。这一结果对光突发交换网络的网络的性能改善方面是有帮助的。

为了提高传统的基于邻域嵌入的图像超分辨率重构算法的时间效率, 采用了一种利用图像块方向信息进行邻域选择和训练集分类的新方法。该方法首先利用图像块方向的不同对训练集进行分类, 然后在分类后的子训练集中选择与待重构图像块的方向相似的图像块作为邻域进行重构, 并对重构结果进行迭代反投影全局后处理, 进一步提高重构质量, 最后对改进方法进行数值实验验证。结果表明, 该方法不仅把超分辨率重构的时间效率提高了10倍以上, 而且重构质量也得到了改善, 具有较好的实际应用价值。

为了研究稀磁半导体Zn0.95-xBe0.05MnxSe (x分别为0.05,0.10,0.15,0.20)随温度变化的光学特性, 采用电场调制反射光谱、表面光电压光谱及光激发荧光光谱等测量技术, 进行了理论分析与实验验证, 取得了一系列数据。结果表明, 除x=0.1的样品外, 其它样品的能隙会随Mn掺杂摩尔分数的增加而增大, 这是由价带和导电中的电子和Mn中的d层电子彼此交换的相互作用产生的微小位移所致;温度升高时跃迁信号会向低能量方向移动, 则是晶格-声子散射效应增加所致。

为了确定三坐标激光测量的最佳参量组合, 获得较好的测量效果, 采用正交实验法进行了理论分析和实验验证。在选取实验中设置的第10档最快速率、频率选取为30Hz、景深水平选取为最佳景深、角度垂直于被测工件表面的参量组合下, 测量效果最佳。结果表明, 该研究中参量选择从定性跨越至定量, 可有效改善三坐标激光测量过程中参量选取难的问题。

为了研究在人体血糖快速变化情况下, 皮肤组织液糖浓度与血液(指血、静脉血)中血糖变化的延迟关系,采用光学相干层析技术, 通过人体口服葡萄糖耐量测试和血糖钳夹实验, 测量了随血糖变化的皮肤光衰减系数, 并对人体血糖平衡延迟时间问题做了研究。为了避免由于延迟因素造成预测血糖值误差过大, 选择700μm ~800μm以下皮肤深度的真皮网状层作为分析计算区域。结果表明, 延迟时间一般随着皮肤区域深度的增加而缩短;在不同的皮肤深度区域, 血糖平衡延迟时间存在一定的差异性。此研究有助于提高光学无创血糖检测的准确性和可靠性。

机载激光雷达系统已经成为3维建筑物模型快速重建的重要手段。综述了国内外利用机载激光雷达点云进行3维建筑物模型重建的研究方法、进展情况, 分析讨论了模型驱动法、数据驱动法和混合法的特点及关键问题。混合法集成了模型驱动方法和数据驱动方法的优点, 是该项技术今后发展的重点领域。

为了研究1维石墨烯光子晶体在可见光波段的吸收特性, 采用传输矩阵的方法进行了理论分析和数值仿真, 得到了1维石墨烯吸收特性与石墨烯层数、缺陷层介质厚度、电磁波模式有关的结果。结果表明, 增加石墨烯层数时, 对波长为556nm左右的绿光的吸收作用明显增强;缺陷层介质厚度增加时会引起吸收峰的增加;在TE模式下, 入射角对石墨烯光子晶体吸收特性影响较小。该研究结果为1维石墨烯光子晶体吸收器的设计提供了理论依据。

为了获得消像差Offner成像光谱仪, 以三镜系统为基础综述了Offner成像光谱仪的各种消像差方法, 介绍了由两块不同曲率半径凹面镜与凸面光栅构成的Offner成像光谱仪和狭缝与刻槽成不同方向的Offner成像光谱仪的消像差方法, 并得到面内结构及正交结构两种成像光谱仪结构, 其中正交结构在消像差方面更具优势, 为获得高质量Offner成像光谱仪提供了理论基础。

为了对35CrMo电机主轴激光熔覆铁基合金与镍基合金涂层进行对比研究, 利用 CO2激光在35CrMo电机主轴表面制备3540铁基和Ni00镍基合金改性涂层, 在初步满足工程应用的前提下, 对两种材料改性涂层横截面横向和纵向上的硬度进行测试, 并通过配备腐蚀液对其进行了金相研究。结果表明,在熔覆区和熔合区交界处附近, 两种熔覆材料的显微硬度差别不大, 均为640HV左右, 都能满足工程应用;两种涂层材料的耐腐蚀性均较基体材料强, 激光熔覆区域、熔合区的显微组织差异明显, 晶粒的尺寸逐渐变小, 且镍基材料的耐腐蚀更强。综合比较而言, 选择Ni00熔覆材料较3540材料更能满足工程应用。

为了分析影响平衡式相干探测信噪比的因素, 采用数学模型推导了平衡式相干探测原理和信噪比公式, 分析了影响平衡式相干探测信噪比的因素,研制了用于相干激光雷达信号接收的平衡式激光探测器, 并通过相干雷达样机, 完成了气溶胶粒子发生米氏散射回波信号的探测。结果表明, 研制的平衡式激光探测器具有非常低的噪声和高探测灵敏度特性, 能较好地探测出大气中气溶胶粒子发生米氏散射的激光回波信号。

为了提高多模医学图像或多聚焦图像的融合性能, 结合shearlet变换能够捕捉图像细节信息的性质, 提出了一种基于shearlet变换的图像融合算法。首先, 用shearlet变换将已精确配准的两幅原始图像分解, 得到低频子带系数和不同尺度不同方向的高频子带系数。低频子带系数使用改进的加权融合算法, 用平均梯度来计算加权参量, 以此来改善融合图像轮廓模糊度高的问题, 高频子带系数采用区域方差和区域能量相结合的融合规则, 以得到丰富的细节信息。最后, 进行shearlet逆变换得到融合图像。结果表明, 此算法在主观视觉效果和客观评价指标上优于其它融合算法。

为了在大规模生产光器件时进行光路熔接和测试相关数据的采集与记录, 利用熔接机的通讯功能及LabWindows/CVI软件开发平台, 开发了一种数据采集系统。该系统实现了熔接机数据采集、上位机工艺流程控制、生产相关数据电子报表生成、光器件相关数据数据库存储访问等功能。结果表明, 该系统可以稳定工作。这对解决人工记录数据带来的效率低下、差错率高等问题是有帮助的。

为了分析激光雷达系统中随机噪声对海水布里渊散射谱以及温度反演精度的影响, 依据布里渊散射理论及系统噪声特性, 对带噪布里渊散射频谱进行了理论分析, 并进行了信噪比从1dB~100dB的仿真实验。结果表明, 当信噪比大于16dB时, 频移和线宽的平均误差和不确定度能够控制在兆赫兹量级, 温度误差和不确定度能够控制在0.2℃以内;采用实际应用中多次测量取平均的方法, 10次平均能够保证0.2℃的测量精度对信噪比的要求下降到7dB。这为激光雷达在海水高精度遥感提供了指导。

为了研究纵向啁啾体光栅的光谱衍射特性, 采用传输矩阵方法进行了分析, 研究了光栅的厚度、折射率调制系数和啁啾波长范围对纵向啁啾体光栅中心衍射效率的影响。结果表明, 随着光栅厚度的增加, 中心衍射效率随之增大;随着光栅折射率调制系数的增大, 中心衍射效率也随之逐渐增加;而随着啁啾波长范围的增大, 纵向啁啾体光栅的中心衍射效率则逐渐减小。此研究结果对大尺寸啁啾体光栅的设计制作有一定的参考价值。

为了获得高质量的窄线宽光脉冲, 采用单模光纤和光子晶体光纤相结合的光谱压缩技术,通过分步傅里叶变换方法求解非线性薛定谔方程, 数值模拟了1550nm波段高斯脉冲光谱压缩过程。结果表明, 当初始脉冲的脉宽、峰值功率及所采用光子晶体光纤的参量一定时, 光谱压缩存在一最佳光子晶体光纤长度;且初始光脉冲的峰值功率越大, 所采用光子晶体光纤的非线性系数越大, 所需光子晶体光纤最佳长度越短, 所得谱压缩比越大;利用最佳长度为4.152m的光子晶体光纤对峰值功率为110W、初始脉宽为0.65ps的高斯脉冲进行光谱压缩时, 可得谱压缩比为3.47的最佳谱压缩光脉冲;脉冲形状对光谱压缩产生一定的影响, 高斯脉冲较超高斯脉冲光谱压缩效果更好。该研究结果对研制窄线宽、超短脉冲光纤激光器具有指导意义。

为了提高梳状结构光学测速系统的测速精度, 采用数学原理研究了梳状结构的间距大小对输出光强信号周期性的影响, 通过优化输出光强信号的周期性来提高测速精度, 并采用一种结合图像处理选择最佳间距的实验方法, 进行了相关的理论分析, 对两种不同路面进行了实验仿真验证, 得到不同间距下不同的输出光强信号的周期性情况。结果表明, 当栅状结构的间距大小与地面特征点大小一致时, 得到的输出光强周期性最优, 对于普通的柏油和水泥路面, 对应到地面的最佳栅状结构间距大小为1.0mm ~1.5mm。

为了解决红外图像在图像配准中对比度低、背景复杂、红外目标受噪声干扰严重、传统分割方法易产生过分割或欠分割的问题, 提出了一种基于改进的脉冲耦合神经网络(PCNN)和形态学方法的红外图像分割算法。首先根据图像能量分布情况提取纹理图像, 将纹理图像通过PCNN进行分割, PCNN的链接强度根据区域能量在梯度场的变化自适应设定;由于PCNN的点火位置集中于红外目标部分, 通过点火映射图可以得到连贯清晰的红外目标轮廓;再通过形态学方法滤除背景干扰。结果表明, 该方法能够精确分割红外图像, 分割结果优于传统方法。

由于人脸图像数据的维数都较高, 将稀疏表示分类用于人脸识别时计算量很大, 为了提高人脸识别系统的效率, 提出了一种融合半监督降维和稀疏表示的人脸识别方法。首先利用半监督降维算法对图像进行降维处理, 在较低的维数空间快速取得较高的识别率, 然后利用稀疏表示分类进行人脸识别, 取得比传统的最近邻分类器更高的识别率, 最后在ORL人脸库上进行实验验证。结果表明, 利用该融合算法可快速有效地提高人脸图像的识别效果。

为了改善在滤除微机电系统微结构图像的噪声时导致边缘模糊的问题, 提出了一种改进的各向异性SUSAN滤波算法。该方法用独立强度传播模型决定长短轴的方差, 由该点的梯度方向决定滤波器的长轴方向, 由局部图像的灰度值与核值的差构成的局部均值构成SUSAN滤波器的自适应阈值, 从而构建出各向异性SUSAN滤波器。该算法在平滑图像同时能保持图像的边缘特征。结果表明, 各向异性SUSAN滤波器能够很好地降噪并保持图像的边缘信息。

为了改善激光诱导击穿光谱稳定性, 提出了一种双谱线内标算法, 采用分析谱线强度与两条内标谱线强度之和归一化的方式提高分析光谱的稳定性。以钢铁中的硅元素谱线Si Ⅰ 288.16nm为例, 对算法进行了数值计算和模拟, 最后以锰和铜谱线为例对算法的普遍性进行了验证。结果表明, 在激光诱导等离子典型温度和电子数密度区域, 采用双谱线内标算法比普通内标法能更有效地改善分析谱线的稳定性。

为了分析胶合剂折射率对Glan-Thompson棱镜性能的影响, 采用理论分析的方法, 得出棱镜视场角以及光正入射和斜入射时棱镜的透射比与胶合剂折射率的关系式。在此基础上, 针对几种确定长度孔径比的Glan-Thompson棱镜, 利用计算机拟合, 取得棱镜视场角及透射比随胶合剂折射率变化的关系曲线, 并进行了实验验证。结果表明, 对于不同长度孔径比的棱镜, 最大视场角不同, 且对应不同的胶合剂折射率值;胶合剂折射率等于e光的主折射率时, 棱镜有最大透射比;由于棱镜的长度孔径比、最大视场角、透射比以及胶合剂折射率之间有相互制约的关系, 采用长度孔径比为2.5的棱镜设计和折射率为1.45～1.46的胶合剂是一种较佳的方案。这一结果对优化Glan-Thompson棱镜的视场角和透射比是有帮助的。