基于光生伏特原理的结型有机光电探测器(OPDs)被广泛研究。首先介绍了结型OPDs的三种主要结构及其原理,包含了平面异质结、体异质结和平面-体复合异质结,并介绍了结型OPDs的基本性能参数。基于构成异质结的半导体材料进行分类,分别综述了基于双有机小分子、聚合物-有机小分子、双聚合物等类型的异质结型OPDs在近年来的研究进展。此外,介绍了在对具有平直结构的结型OPDs的性能改善方面所采取的一些典型方法,并对结型OPDs的未来发展方向进行了展望。

光声转换是指利用光声效应产生声音的过程。脉冲光可以激发光声材料产生高频、宽带超声信号。金属纳米结构具有局域表面等离子体共振效应,因此具有高光学吸收和可调控性,是一种重要的光声转换材料,广泛应用在生物医学成像等领域。介绍光声转换的主要机制和原理,总结金纳米棒、金纳米圆盘、金纳米阵列等金属纳米材料的光声转换研究及应用进展,并对金属纳米光声材料的未来发展方向进行了展望。

等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在制备高激光损伤阈值的激光薄膜和渐变折射率结构的光学薄膜方面有独特的优点。通过大量的工艺研究,人们掌握了调控光学薄膜材料折射率和降低消光系数的方法。目前已知薄膜的最低折射率为1.16±0.01(632.8 nm波长处),有效拓展了薄膜材料的折射率范围。当薄膜的消光系数小于10 -3时,薄膜折射率的可变范围为1.33~2.06,基本满足光学薄膜设计和制造的需求,且获得了大量中间折射率的制备工艺,基本满足光学薄膜设计和制造的需求。此外,薄膜制备工艺的稳定性和重复性也通过实验得到了验证。目前,PECVD技术已被用于制备多层光学薄膜,如减反膜、高反膜、Rugate滤光片、陷波滤光片,薄膜的光谱特性及抗激光损伤特性明显优于传统光学薄膜。特别是在渐变折射率薄膜的制造领域,PECVD技术有广阔的工程应用前景。

基于光纤传输的时间同步技术具有高精度、高稳定度和低损耗等优点,已成为高精度时间同步的主要方法,具有较强的应用需求和发展前景。双向比对技术中,光纤时间同步方法应用广泛,国内外相关机构在此领域不断提出新方法、新技术和新应用。在梳理光纤双向比对技术研究历史和进展的基础上,介绍了4种主流双向比对方案的基本原理和技术特点,并分析同步系统的不确定性和误差来源及其对时间同步结果的影响。为进一步提高光纤时间同步精度,建立更高精度、安全稳定的地基授时体系提供参考。

分布式光纤声波传感器是将光纤作为敏感传感元件和信号传输介质来获取动态应变信息的传感系统,它可以实现对动态应变的长距离、分布式、多点的实时定量检测,具有结构简单、传感距离长、检测精度高、环境适应性强等优点。基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的分布式光纤声波传感系统一直也是近年来的研究热点,为此,从传感系统的探测结构与相位解调方式两个关键技术出发,重点介绍了Φ-OTDR型分布式光纤声波传感器的研究进展,并总结分析了几种方法的优缺点,对在实际应用中选择合适的检测系统具有重要的指导意义。

近年来,太赫兹光谱技术在安全检查、生物医学、食品检测、资源探测等领域展现了巨大的应用潜力,其中对农产品中农药残留进行检测是当前的研究热点之一。为此,系统地阐述了太赫兹光谱技术在农药检测领域的最新研究进展,梳理了太赫兹光谱实验仪器和理论计算方法,从农药的鉴定与识别、农药指纹数据库的建立、农药的定量与定性分析、农药的理论计算四个方面出发,对近年来国内外学者在该领域取得的研究结果进行总结,同时分析了目前存在的问题和今后的研究方向,对太赫兹光谱技术在农药检测领域的应用前景做出展望。

为研究冰晶粒子对量子干涉雷达性能参数的影响,基于冰晶粒子的Van de Hulst近似理论、标准伽马分布和Henyey-Greenstein相函数,研究了冰晶粒子背景下雷达探测光子的偏振变化,建立了冰晶粒子的不同参量对量子干涉雷达探测光子的传输距离、分辨率和误码率的影响模型。仿真结果表明,增加冰晶粒子的有效尺度,会增大探测光子的能量耗散,导致探测光子的传输距离下降;发射波束光子数目一定时,量子干涉雷达的分辨率随冰晶粒子光学厚度的增加而降低;当冰晶粒子浓度一定时,链路的量子误码率随冰晶粒子的有效尺度与非对称因子的增加而增加,且不同类型的冰晶粒子对量子误码率的影响程度不同;当保持高偏振对比度时,将椭圆率角减少到一定范围内可以降低量子误码率。

大气折射是影响目标外弹道参数光学测量的重要因素之一,当对测量精度要求较高时,需对光学测量设备的折射误差进行修正。针对标准方法理论推导过程不够精确,计算过程中需要反复迭代的问题,根据光学测量设备的特点,以大气球面分层模型为基础,提出了基于测角交汇的大气折射修正方法。进行了仿真模拟和无人机飞行实验,结果表明,相比标准方法,该方法计算速度更快、修正精度更高。

提出了一种双跳混合射频(RF)和多输入多输出(MIMO)自由空间光通信(FSO)放大转发中继通信系统。RF链路和MIMO FSO链路分别考虑Rayleigh衰落分布模型和Gamma-Gamma大气湍流信道模型,多孔径接收端采用等增益合并方式。在中继分别为固定增益和变增益放大转发下,推导出关于混合系统信噪比的累计分布函数和概率密度函数,进一步得到混合RF和MIMO FSO系统的中断概率、遍历容量及在不同二进制调制方式下的平均误码率的闭合表达式。仿真分析了不同增益模式下大气湍流、调制方式及空间分集对混合RF/MIMO FSO双跳中继通信系统性能的影响。

机载激光雷达(LiDAR)能获得高精度的三维点云数据,可透过林叶到达地表面,快速准确反映出研究区域连续起伏的地形特征,有利于建立高分辨率数字高程模型(DEM)。用布模拟滤波(CSF)算法对机载LiDAR点云数据进行滤波,通过设置算法的布粒子生成个数和地面点分类阈值,从6组不同地势条件的点云数据中提取地面点云,用交叉表法计算出分类的Kappa系数在0.851~0.954之间。用CSF算法提取的地面点生成1 m×1 m的DEM,并与研究区域提供的DEM进行线性拟合,实验结果表明,两者的回归直线拟合优度系数R2大于0.99,均方根误差在0.10451~0.30387之间。布模拟算法在提取点云地面点方面设置参数少、适用地形广,且基于该算法生成的高分辨率DEM能很好地表达该地区连续起伏的地表变化和地形特征。

针对可见光通信(VLC)在室外传输受到强背景光干扰的问题,通过对室外强背景光环境下的可见光信道进行分析,并根据室外环境下主要干扰源为低频太阳光的特点,提出了一种基于硬件滤波的室外低频散粒噪声抑制方法。使用白光LED搭建了可达75 m的中远距离室外VLC系统,实现了室外强背景光干扰情况下的基于白光LED的低误码率点对点可靠通信。实验结果表明,该噪声抑制方法的系统误码率低于10 -5,数据传输速率可达8 Mbit/s。

为探索光纤布拉格光栅(FBG)传感技术在开口管桩贯入特性实验研究中的适用性,用一种增敏微型FBG应变传感器,对室内模型中开口管桩在沉桩过程中的受力状态进行了监测。研制了一种可拆卸的双壁开口模型管桩,将FBG传感器通过刻槽埋设和桩壁粘贴法安装在模型管桩上,测得模型管桩在贯入过程中的应力分布及变化规律。实验结果表明,该传感器配合特制的模型管桩,能满足开口管桩贯入特性的测试要求,且安装方便、存活率高。随模型管桩贯入深度的增加,开口管桩呈摩擦端承桩的承载特性,桩身内壁、外壁监测点处的轴力均增大,但各点增长速率存在差异;桩内壁、外壁侧摩阻力整体呈增大趋势,单位侧摩阻力出现不同程度的“退化效应”。

低速信息防护传输系统中使用的同步技术无法直接应用于高速信息防护传输系统,在高速信息防护传输系统若要正确提取密文,通信双方必须同步,从而使接收端能够准确地界定数据传输过程中有效数据的起始位置和终止位置。针对光量子噪声加密的高速信息防护传输系统,提出一种有效的密钥同步方案。设计了同步帧结构及同步过程,并周期性测量信道传输时延,迭代估算传输时延差以修正解密密钥到达时刻,完成高速信息传输下解密密钥与密文的同步。实验分析了影响密钥同步的重要参数,验证了该方案的可行性,并在实验所得数据的基础上分析了同步方案的成功率和误码率等关键性能指标。

为了抑制在头戴式增强现实显示系统中激光扫描(LBS)与光栅光波导直接耦合时产生的带斑(Banding)现象并改善系统的最终成像效果,首先介绍了Banding现象,分析讨论了Banding现象产生的具体原因。随后,提出了一种加入扩散片的扩束抑制方法,并通过扩束光路结构验证了其可行性。针对抑制方案进行了小尺寸、大视场中继光路的设计优化,以满足其在头戴式增强现实显示系统中的应用。本设计的系统总长小于25 mm,在截止频率43 lp/mm处,前端与后端各视场的调制传递函数值均大于0.3,畸变均小于±2.2%,满足设计的各项指标需求。所提方法可以有效抑制LBS与光栅光波导配合使用过程中的Banding现象,因此为基于LBS的头戴式增强现实显示系统的研究提供了一定的参考价值,具有潜在的应用前景。

针对大型曲面的三维重建和形变分析技术现状,提出了一种基于双目结构光系统的曲面动态测量方法。在曲面重建过程中系统可自由移动,通过视觉定位方法恢复系统的移动路径。为保证曲面重建的精度,利用全局优化方法将各个位置提取的结构光点云统一在全局坐标系下,有效避免了位姿计算过程中的误差累积,得到了高精度的曲面形貌。将两次测量的全局坐标系位姿进行统一,利用高精度姿态传感器及静态基准点计算两次测量过程中全局坐标系之间的相对位姿。实验结果表明,该方法快速有效,且曲面形变测量相对误差在0.12%以内。

高精度脉冲式激光测距的精度与时间数字转换器(TDC)的精度密切相关,基于现场可编程门阵列(FPGA)的多通道TDC可有效降低系统的复杂度、提高测量效率。利用Xilinx Kintex-7系列内的CARRY4模块构造延迟链作为细计数,用25位200 M的系统时钟进行粗计数,采用粗细结合的方式,在FPGA芯片内设计并验证了8通道高精度TDC。针对延迟单元的超前进位特性及其受温度电压影响的非线性时延,利用码密度测试法和在线校准法进行校准。实验结果表明,设计的8通道TDC分辨率小于35 ps,精度为36.8 ps,误差峰峰值为157.2 ps,量程为167.77 ms。

对空基光电对抗平台可见光变焦镜头进行了光机结构设计以及被动消热差设计,依据-20~50 ℃的工作温度指标要求,对变焦镜头进行光机热集成分析。用Patran软件对镜头加载温度应力,计算光机结构的热弹性变形,用Nastran软件解算热变形后各光学元件镜面节点的刚体位移。用Sigfit光机接口软件分析变形后每个透镜表面的Zernike系数,将结果导入Zemax中,预判镜片面型变化以及刚体位移变化对调制传递函数(MTF)与波前差的影响。实验结果表明,在-20~50 ℃的温度载荷下,后固定组的最大轴向位移可达6.107×10 -3 mm,严重影响了成像质量。通过挠性压圈实现轴向位移可控消热差设计,以减小温度载荷带来的影响。光机热集成分析表明,温度载荷下光学系统的MTF均大于0.3,满足技术指标要求。最后通过温度可靠性实验测试了变焦镜头的温度适应能力以及光机热集成分析的准确性,提供了一套高效、准确、适用范围广的光机热集成分析流程。

二帧相移提取算法具有所需条纹图数量少、处理速度快的特点,但由于二帧相移技术存在病态性问题,使算法的设计充满了挑战,鉴于此,提出一种二帧随机时域相移条纹图相移提取算法。该算法先通过高通滤波去除条纹图的背景项,再结合振幅方均根的分布规律,利用梯度下降法搜索振幅方均根的最小值,进而提取引入的相移,最后利用二步相移算法获得测量相位。仿真与实验结果表明:与其他经典算法相比,所提算法具有恢复相位误差小,对噪声不敏感等特点,且简单灵活,易于应用。

为提高全球定位系统(GPS)软件接收机的精捕获速度和精度,提出了一种改进正交搜索优化的GPS信号精捕获方法。首先,利用GPS信号相关捕获结果去除码相位,并构建备选函数集;然后,基于信号级数分解理论,采用正交搜索实现信号精捕获,并改进了正交搜索方法,采用迭代搜索策略提高捕获速度。理论分析和实验结果表明,该方法具有较高的GPS信号精捕获频率估计精度,且精捕获收敛速度很快,能够有效降低GPS设备的资源消耗。

基于表面等离激元提出一种由半圆环谐振空腔、挡板及直波导构成的金属-介质-金属波导结构。当入射光波进入该波导结构时,半圆环谐振腔形成两个较窄的离散态与金属挡板形成较宽的连续态发生干涉效应,并形成两个尖锐非对称的共振谱,即两种模式的Fano共振。运用耦合模式理论和有限元分析方法对结构的传输谱特性进行数值仿真分析,研究结构参数和介质折射率参数对传输品质因数和敏感度特性的影响。通过对结构参数进行优化分析,发现可通过改变结构参数对系统的性能进行灵活的调节和优化,并得到两个模式下的品质因数分别为3.05×10 5和4.59×10 5,对应的灵敏度分别为800 nm/RIU和1160 nm/RIU(RIU为折射率单元)。这种灵活的双重Fano共振结构在纳米生物传感器、非线性光学和慢光研究中具有一定的应用价值。

针对双光束光阱轴向光阱刚度小、捕获稳定性差的缺点,提出利用四光束光阱捕获和操控微粒。采用射线模型对比分析了双光束光阱与四光束光阱在力学特征上的差异,设计制备了四光束光阱芯片。用其捕获半径为5 μm的聚苯乙烯微球,并采用均方位移法对其轴向光阱刚度进行标定。仿真和实验结果均表明,四光束光阱中轴向光阱的刚度与双光束光阱的横向光阱刚度相当,且远大于双光束光阱的轴向光阱刚度。四光束光阱在保持双光束光阱横向捕获稳定性的同时,提高了轴向捕获稳定性,对微纳颗粒的稳定操控有重要意义。

采用Nd∶YAG脉冲激光器在高硅铝合金缸套表面进行微造型,研究了典型激光参数对微坑几何形貌的影响。随能量密度的增大,微坑直径先增大后保持不变,最大值达到100 μm,激光能量密度对凹坑深度的影响较小;微坑直径和深度随着脉冲次数增加均呈先增加后减小趋势,当脉冲数为20时,微坑直径和深度达到最大值,均约为140 μm;对高硅铝合金缸套烧蚀阈值进行计算,得到1个脉冲条件下的烧蚀阈值φth=2.08 J/cm 2,因能量累积效应,缸套的烧蚀阈值随脉冲数增加而减小。在微坑深度、直径一定的情况下,不同面积占有率的微织构均能起到减磨的作用,其中10%和20%的面积占有率的减磨效果明显优于5%的面积占有率。

采用光纤激光器对聚丙烯酸酯基漆层进行除漆实验,通过扫描电子显微镜(SEM)图像分析了能量密度对激光除漆质量的影响,研究了能量密度与表面形貌的关系;采用SEM、X射线能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)进行激光除漆机理研究。结果表明:能量密度对除漆质量有着重要影响,激光清洗1次时,随着能量密度的增加,激光除漆质量呈现出变好的趋势,当能量密度为12.56 J/cm 2和13.60 J/cm 2时,由于等离子体屏蔽效应,除漆质量稍有降低;激光清洗2次时,随着能量密度增加,激光除漆质量不断提高,由于激光等离子体冲击作用增强,清洗表面燃烧效应减弱,清洗表面C元素含量增加,O元素含量降低;清洗表面形貌、元素含量及价态显示,清洗过程中存在热燃烧、高温分解和等离子体冲击3种清洗作用机制,铝合金表面聚丙烯酸酯基漆层的清除是多种作用机制耦合的结果。

研究了激光填丝焊接工艺参数对哈氏合金薄板纵向挠曲变形的影响,结合样件弯曲刚度和等效载荷分析了焊接工艺参数对纵向挠曲变形的影响。结果表明:激光填丝焊接过程的线能量和相对送丝量通过影响弯曲刚度和等效载荷,进而影响纵向挠曲变形;随着线能量的逐渐增大,等效载荷也逐渐增大,样件的弯曲刚度呈减小—增大—减小的变化趋势。在一定范围内增大线能量会使等效载荷和弯曲刚度同时增大,从而导致挠曲变形的变化幅度相对较小。相对送丝量增大使弯曲刚度在等效载荷不变的情况下明显增大,从而导致焊接变形减小。在合理的参数范围内尽量选择小线能量和大相对送丝量有利于抑制变形。

对3.0 mm厚BTi6431S高温钛合金进行光纤激光焊接,从焊缝成形、气孔和金属蒸气/等离子体特征等方面研究了焊接工艺参数对焊缝成形质量及焊接过程稳定性的影响。结果表明,激光功率对焊缝熔宽、余高、咬边和气孔率均有影响;焊接速度主要影响焊缝熔宽和背宽比。焊接工艺对焊缝成形质量的影响与金属蒸气/等离子体特征与稳定性密切相关。较低激光功率(1.5~2.5 kW)或较高焊接速度(3.5~4.5 m/min)下,金属蒸气/等离子体面积及面积波动均较大,焊缝未熔透且气孔率高;中等激光功率(3.0~3.5 kW)和焊接速度匹配(2.5 m/min)下,金属蒸气/等离子体面积及周期波动均较小,焊缝全熔透,成形质量好。

在全正色散光纤激光器的基础上,数值研究了不同泵浦方式对抛物线脉冲产生的影响。建立了全正色散光纤激光器的模型,具体研究了不同泵浦方式下不同的增益可饱和能量以及增益带宽对激光器输出抛物线脉冲的拟合因子、脉宽、频谱宽度和脉冲能量的影响。结果表明,后向泵浦方式下激光器能输出更大能量的抛物线脉冲,而且能在更低的增益可饱和能量下产生抛物线脉冲。后向泵浦方式的全正色散光纤激光器可以在更大的增益可饱和能量范围内保持抛物线形脉冲的输出。全正色散腔中增益光纤的增益带宽对抛物线脉冲输出特性的影响较小。

研究了光反馈、光相位调制和外部光注入三种混沌激光系统的延时特性和有效带宽,分析比较了延时特征峰的强度大小、周期特征和带宽宽度以及三种系统应用于保密光通信系统中的优缺点。基于实际应用,对光注入混沌激光系统时多个物理参数对延时特征峰和有效带宽的影响进行深入研究,发现通过调整驱动激光器外腔时延和注入时延拓展保密系统参数空间具备可行性,匹配合适的反馈强度和注入强度既能有效抑制延时特征峰,又能增大其有效带宽。

冰、云和陆地高程卫星2号(ICESat-2)通过多波束的光子计数体制方式采集数据,使数据覆盖密度、数据精度都有很大的提高。大气中的云、气溶胶等引起的前向散射效应对数据精度有不可忽视的影响,根据ATLAS光子计数体制下的脉冲折叠数据特性,提出一种基于表观地表反射率的云检测算法,并对ICESat-2云检测及其相关算法流程进行详细梳理,研究结果对于ICESat-2数据在大气方面的应用拓展有一定的帮助,对我国后续激光测高卫星大气影响改正也有一定借鉴意义。

利用传输矩阵法在红外波段实现了基于石墨烯-六方氮化硼(hBN)异质结构的古斯-汉欣(GH)位移的增强和调控。理论研究表明,由于hBN在红外波段产生洛伦兹共振现象,当使用波长为12.20 μm的横磁偏振光入射时,通过调节石墨烯的费米能级或石墨烯层数可以有效增强异质结构的GH位移量。当费米能级为0.2 eV时,仅使用单层石墨烯作用该异质结构即可达到80.97λ的GH位移量;此外,GH位移随hBN厚度的变化规律表现出与hBN介电常数相似的特征。当hBN厚度在1.53 μm附近变化时,可以实现-150λ~150λ范围内的正向或负向GH位移的灵活切换。这些研究结果有助于设计新型高灵敏度红外光学传感器。

细胞内递送是细胞工程和细胞治疗中的关键步骤。激光诱导细胞内递送比传统的显微注射、细胞融合、电穿孔具有高精度、高通量、非入侵式等优点,近年来受到越来越多的关注。激光诱导细胞膜产生瞬时微孔,增加细胞膜的通透性,使货物透过细胞膜进入细胞内。主要介绍了激光利用热效应、化学效应和流体剪切力破坏细胞膜的原理,其实施方法分为激光直接作用,激光作用于纳米粒子、基底材料或光热刀去破坏细胞膜。评价了每种方法的优缺点并对激光诱导细胞内递送的前景进行了展望。

为了研究太赫兹波辐射对小鼠造血功能的影响,采用正交设计实验方法,选择太赫兹波的三个挡位对小鼠进行不同辐照天数和辐照时长的全身照射(辐照),检测小鼠的外周血常规、胸腺指数和脾脏指数,并取骨髓有核细胞测定有核细胞数和集落形成能力,以评估骨髓功能。研究结果显示:太赫兹波照射天数为主要影响因素;随着太赫兹波照射天数增加,红细胞、血红蛋白的含量明显增加,骨髓细胞粒单系克隆形成能力增强,脾脏指数减小。太赫兹波不仅影响造血功能,而且在生物医学的各方面都受到了广泛关注,其产生的生物效应亦有待进一步深入研究。

首先从理论上推导准相干或宽带光照明下空间光干涉光场的分布,由此可得准相干或宽带光照明下的四步相移法。其次,通过搭建绿光空间光干涉显微镜(SLIM)系统,以直径为6 μm的聚苯乙烯微球分散于显微镜物镜用油模拟细胞的微环境。最后,利用4幅SLIM图像成功重建出油浸微球的相位分布,平均半径相对误差为6.5%,光程差体积相对误差为8.4%。由于相干光的四步相移法和宽带光的四步相移法重建结果相差较小,因此,在追求成像速度的场合且细胞厚度较小时,可不对四步相移法进行修正,以加快相位重建的速度。

分析了傅里叶变换红外光谱仪中动镜倾斜、机械振动等不良因素对光谱仪性能的影响。针对这些影响因素,在傅里叶变换红外光谱仪上采用定镜动态校准技术,并对光谱仪的关键性能指标参数进行了测试。实验结果表明,该仪器各项性能指标良好,该研究对光谱仪的设计和研制具有较好的借鉴意义。

针对传统时域有限差分(FDTD)法的计算精度低、色散误差大的问题,将辛时域多分辨率(S-MRTD)算法引到光子晶体的数值模拟计算中。先将S-MRTD算法在时间和空间上分别引入辛传播子技术和小波尺度函数近似差分;再根据时间可逆约束条件和增长因子求解一组优化的辛算子,讨论传统FDTD法与S-MRTD算法的稳定性和数值色散性;最后基于S-MRTD算法对光子晶体的透射系数和反射系数等进行分析研究。通过数值计算和仿真结果验证了S-MRTD算法的可行性和精确性。S-MRTD算法的成功应用,为研究光子晶体的传输特性提供了高精确度和高效的全新数值计算方法。

利用数字超模分布式布拉格反射型激光器、电光调制型偏振控制器、InGaAs光电探测器、高速光开关,并结合高精度的控制检测算法和波分复用技术,设计了一款用于自动测试光无源器件的波长相关损耗和偏振相关损耗等性能指标的检测系统。该系统的光源模块采用OPA569AIDWP芯片作为控制核心,实现优良的功率稳定性控制;功率探测模块采用多档位放大量程控制技术、屏蔽降噪技术并结合软件算法,显著抑制系统噪声,提高功率计的灵敏度和动态范围。该系统测试流程简单,测试精度和稳定性较高,测试偏差小于0.05 dB,不仅提升了光无源器件产线的自动化检测能力,同时降低了复杂仪器设备对人工操作能力的要求,实用性好,且市场前景广阔。

设计并优化了一种基于外反射原理的狭缝波导结构,可以实现将光限制在低折射率材料中传播且能量更为集中。这种狭缝波导由两块对称的高折射率板、中间一层低折射率狭缝和外围的包层构成。利用有限元分析方法,在入射波长为1550 nm的情况下,仿真研究了包层大小、狭缝高度、狭缝宽度和板宽度这4个关键参数对二维波导结构光场传播的影响,并对这些结构参数进行优化调整,使得能量更加集中在低折射率的狭缝中。利用优化后的参数建立三维波导模型,研究三维空间中电场的分布情况,证明了利用所设计的波导结构,可以将光限制在低折射率材料中传播。

提出一种通过光学隧穿效应调控Goos-H?nchen位移实现相位可控的保偏方案。首先研究在角锥棱镜反射面外侧镀上两层介质膜(膜1和膜2);然后使用粒子群优化(PSO)算法优化介质膜的折射率和厚度,使入射光在角锥棱镜-膜1界面上发生全内反射,倏逝波经由膜2返回角锥棱镜,利用反射光束与倏逝波的叠加效应改变传播光束的相位进而实现保偏;最后,利用COMSOL Multiphysics软件仿真镀膜角锥棱镜的保偏效果。结果表明,当线偏振光的初始入射方位角在[-40°,40°]范围时,所设计的角锥模型具有较好的偏振效果,出射光的方位角和椭圆率分别变化约0.2°和0。

不同人群对不同种类的花粉存在不同的过敏反应,为此研究用于快速检测空气中花粉粒子及分类的方法。以常见花粉作为研究对象,利用拉曼光谱仪采集42种花粉样品的465条拉曼光谱数据,按照生物学分类划分为科间花粉及属间花粉并对其进行分类预测。将所得光谱数据预处理后,利用主成分分析提取光谱的特征信息,并建立支持向量机识别模型。对于科间花粉的预测结果准确率为97.75%,蔷薇科属间花粉的预测结果准确率为90.47%,说明拉曼光谱分析法对花粉分类鉴别具有可行性。

为了达到快速识别和检测油类污染物的目的,以激光诱导荧光技术为基础搭建了荧光光谱检测系统,得到0 #柴油、95 #汽油和普通煤油3种不同油种的荧光光谱,然后从荧光光谱信息中提取特征参量,将标准差、中心距和荧光峰的峰度系数作为敏感特征参量进行聚类分析,最后采用拟合曲线法求得待测样品的质量浓度。实验结果表明,LIF技术结合特征参量提取法和拟合曲线法可用于不同油类污染物的定性和定量检测,为快速识别和检测油类污染物提供了一种新思路。

以市场上销售的草甘膦农药作为实验样品,以内壁吸附银纳米粒子的毛细玻璃管为活性基底,对农药草甘膦及其在空气中的挥发物进行表面增强拉曼光谱(SERS)研究,探索一种使用农药挥发物来检测农药残留量的新方法。用所制备的银胶基底,对市售的不同浓度的草甘膦农药进行了SERS检测,得到草甘膦农药溶液的检测浓度可以达到1.8×10 -6 mol/L。利用所制备的毛细玻璃管银胶基底对不同浓度草甘膦农药溶液挥发物的SERS进行了检测,当草甘膦农药溶液稀释到浓度为1.8×10 -6 mol/L时,其溶液挥发物仍然有明显的草甘膦农药特征吸收峰,说明本实验方法对草甘膦农药溶液挥发物的检测浓度达到1.8×10 -6 mol/L(约等于0.3 mg/kg)。根据2016年制定的《食品安全国家标准》,水果中最大草甘膦残留量为0.5 mg/kg。与国家标准对比,被检测水中草甘膦农药残留浓度已基本达到国家农药残留最大检测标准,因此本实验方法可以作为检测农药草甘膦残留量的一种科学有效的方法,同时可为其他农药残留的检测提供参考。