为了加快激光等离子体微推进技术(μLPP)在航天领域的应用, 介绍了该项技术近10年的发展状况。讨论了激光等离子体微推进技术发展过程中衍生出的各种工作模式, 并简略分析了不同工作模式的优缺点。着重介绍了靶特性对激光微推进性能的影响, 包括靶材的选择、靶的结构、靶材掺杂, 以及靶物相特性等。针对该项技术的最终发展目标是研制微小卫星姿轨控的激光等离子体微推力器( μLPT), 介绍并分析了美国Phipps小组开展的激光微推力器的研制工作。最后, 指出了激光等离子体微推进技术目前存在的一些问题, 并展望了它的发展前景。

介绍了机载激光3D探测成像系统的应用领域和国内外发展现状, 概括了小型无人机载激光3D成像检测系统(JIGSAW)、机载激光测深系统(LADS)、直升机3D-LZ Imaging LADAR及机载对地高分辨详查系统的基本组成、技术指标以及各自的特点。阐述了激光3D成像系统的工作原理与扫描方式的分类, 并重点对其单元核心技术即激光测距系统、激光光轴控制与指向测量系统、数据图像处理技术与显示系统进行了研究。最后, 简单综述了机载激光3D探测成像系统的发展前景。

科研院所的科技自主创新能力是推动国家科技进步和经济发展, 应对国际经济危机的主要动力, 创建科学、完善的科技创新能力评价方法有助于提升科研院所科技创新能力, 并为国家制定科技创新决策提供参考依据。本文基于鹰鸽量子博弈理论, 提出了一种评价科研院所自主创新能力的方法。介绍了量子博弈论的各基本要素在科技自主创新体系中所对应的物理内涵, 根据鹰鸽量子博弈理论建立了科技自主创新能力评价模型, 分析了纠缠度与收益矩阵之间的关系, 确立了依靠各参与者在鹰鸽量子博弈中的纠缠度来表征科技自主创新能力的方法。给出了科研院所科技自主创新能力的量子博弈论解释, 构建了科技自主创新能力评价指标体系, 并确定了评价的合成计算方法, 即量子纠缠度的计算方法。最后, 以中科院部分研究所为实例进行了科技自主创新能力的评价, 并利用主成份分析法和中物院的简单统计方法对得到的数据进行了对比分析, 结果证明了提出的方法合理且有可操作性。

以相干诱导光子带隙结构为工作基础, 提出了一种可对两个弱光信号的传播路径同时进行动态调控的新型全光路由控制方案。利用描述光波在空间周期介质中相干散射的传输矩阵理论, 结合描述单频激光与多能级原子共振相互作用的密度矩阵方程, 计算了作为控制媒介的相干驱动超冷原子系综的稳态反射光谱和稳态透射光谱。结果表明, 通过改变两个较强相干激光的空间模式、强度和频率等参数, 可在探测跃迁共振频率附近建立反射率约为95%或者透射率约为95%的两个特殊频带。对这样的相干诱导高反射带和高透射带进行了实时动态调控, 可根据需要引导两个不同频率的弱光信号进入指定的网络通道。该方案很好地满足了在量子信息处理领域对弱光信号进行全光路由控制时的低损耗和低形变要求。

亚波长金属光栅在共振波长处有光场局域增强、异常透射等现象, 为深入认识其共振机制, 本文研究了亚波长金属光栅的表面等离子体激元(SPP)共振特性。通过研究不同金属光栅的几何结构以及金属介电常数对SPP共振波长的影响, 获得了3种共振波长的基本物理机制。采用周期边界元法进行数值模拟, 在边界积分方程的基础上结合平面波展开方法来处理任意形状的周期性结构。模拟结果表明, 3种共振波长可以分别由金属的材料、金属光栅周期和金属光栅厚度所调谐。该研究为微纳米光学器件的设计提供了依据。

为了解决月基紫外深空观测相机地面定标的难题, 研制了一种动态范围大、星等模拟精度高的紫外星模拟器。 该模拟器采用5 m离轴光管作为准直光学系统, 用双积分球系统作为均匀光源, 可模拟3～16等星的弱目标, 其星等最小分辨率为02等星, 星等不确定度为548％。通过试验证明, 该星模拟器完全满足月基紫外弱光星等深空观测相机地面定标的试验要求, 不仅可以在实验室内标定紫外观测相机的探测能力和灵敏度, 还可用于测试观测相机的其它参数指标, 为发展深空高轨探测相机提供了地面定标基础。

研究了大相对孔径光学系统的设计方法, 讨论了光学设计初始的光焦度分配计算, 设计了F数为09的大相对孔径红外消热差物镜。建立了由多个光组构成的组合光学系统的消热差模型, 结合光学系统的结构型式和所选择的光学材料组合, 获得了初始的光焦度分配, 利用计算机辅助优化设计完成了像差校正。环境温度分析表明, 在-40~60 ℃, 该物镜成像质量稳定, 调制传递函数(MTF)接近衍射极限。实际设计结果与理论计算结果相符合。

为了实现干涉仪标准镜中光学元件的高精度定位, 设计了一种柔性支撑镜框, 研究了该结构的力学模型、结构参数、定位精度和透镜变形。首先, 根据材料力学原理将柔性镜框等效为一个弹簧系统; 根据力学方程和几何关系, 建立了透镜中心位置与柔性结构的挠度之间的二元方程。然后, 分析了安装位置、温度、结构参数对透镜位置以及作用力的影响。最后, 应用有限元仿真分析了所设计结构的力学性能, 并进行对比验证。结果表明, 数值仿真分析的结果与有限元仿真结果基本相同, 柔性镜框的柔性结构厚度最优值为15 mm。该设计方案完全满足干涉仪标准镜对镜框在定位精度、稳定性方面的要求。

为了降低外界载荷和温度变化对二氧化碳探测仪光学系统透镜面形及共轴的影响, 根据系统的特点和技术要求, 对其典型透镜的支撑结构进行了研究, 设计了一种径向挠性支撑结构并建立了3D实体模型。运用工程CAD分析软件, 采用非线性有限元分析方法对其进行了动静刚度特性和热特性仿真分析, 验证了支撑结构设计的合理性。分析结果表明, 透镜结构组件的一阶固有频率为1 301 Hz; 利用面型拟合, 得到了各工况下镜面面形误差值为PV≤λ/10, RMS≤λ/50, 偏转误差≤1″。该径向支撑结构能很好地保持透镜共轴精度, 减小了温度变化对镜面变形的影响, 各项结果满足设计要求, 证明了结构设计的合理性。

描述了使用电感储能发生器和半导体转换开关泵浦的工作波长为106 μm的高效CO2激光器。给出了激光泵浦的非线性晶体GaSe和GaSe0.7S0.3的二次谐波振荡的实验数据和理论估算结果。结果显示, GaSe晶体在输入能量为180 mJ 时, 最大能量转换效率为038%, 倍频激光的峰值功率为8 kW。

以热释电探测器的工作原理为基础, 研究了热释电探测器对重频脉冲激光的瞬态响应特性, 建立了热释电探测器对单脉冲激光辐照响应的工作模型, 分析了影响探测器频率特性的主要因素。根据材料和结构参数模拟计算了实际应用中的响应模型。设计了信号检测电路并对其进行计算仿真。完成了探测器的频率响应、脉宽响应等实验测量, 验证了热释电探测器用于高重频、窄脉冲激光能量测量的可行性。

针对基于DSP的高功率TEA CO2激光器控制系统直接利用DSP F2812内置A/D转换器(ADC)进行模拟量采样时存在转换误差较大, 且模拟量易受电磁干扰等问题, 从硬件和软件两个角度提出了校正DSP2812内置ADC的方法。硬件上采用硬件模拟滤波和隔离等手段对输入的模拟量进行处理; 软件校正则通过将两路给定的参考电压值送入DSP F2812内置A/D转换器的两个转换通道, 计算出ADC的偏置误差和增益误差, 以此误差对其它通道A/D转换器进行校正。最后, 实验分析了参考电压和A/D采样时钟频率对A/D转换精度的影响。结果表明, 提出的方法能有效地提高A/Ｄ转换器的精度, A/D转换误差达到±3 LSB, 特别是在对腔压值精度要求很高的0~12 000 Pa区段, A/D转换精度达±1 LSB, 可以保证TEA CO2激光器的可靠运行。

设计和分析了一种基于SOI(绝缘体上的硅)脊型波导非对称马赫曾德尔结构的集成矢量和微波光子移相器。对于10 GHz的微波信号, 设定非对称两臂的长度差为3 983 μm时, 其相应的时间延迟约为47 ps。分别在两臂上集成了一个热光可调谐可变光衰减器用于光学调谐, 当衰减单元的折射率在0~6×10-3变化时, 实现了10 GHz微波信号在0~180°的相位调谐。该器件尺寸小、结构紧凑, 易于实现片上集成, 在光控相控阵雷达中很有应用前景。

介绍了激光驾束制导仪中调制盘的空间编码原理, 阐述了调制盘的设计过程, 采用单调制盘来缩小驾束制导仪的体积和重量。考虑到制导仪器实际工作的各种因素, 设计了调制盘内、外码道的宽度, 起止位置和5种频率值。给出了调制盘确定偏航信息的原理, 表征导弹位置信息的调制系数和频率的计算方法。针对调制盘两场交接处的误码问题, 提出了变角度设计方法, 将各频率沿径向方向旋转45°, 从而保证了5 ms的场周期, 提高了制导精度。