有机电致发光二极管(OLED)具有寿命长、节能、绿色环保等特点, 有望成为下一代重要光源。制约OLED发展的一个重要障碍是其取光效率较低。为了提高OLED取光效率, 研究者进行了大量的研究, 其中应用微透镜阵列提高OLED取光效率是一种重要方式。文章简单分析了微透镜阵列提高OLED取光效率的原理, 综述分析了各种结构特征的微透镜阵列在提高OLED取光效率中的应用, 总结了在OLED基底表面制备微透镜阵列的方法、优缺点, 以及应用微透镜阵列提高OLED取光效率的最新进展和发展趋势。

研制了一种基于可调F-P滤波器的线性波长扫描窄线宽光纤激光器。该激光器采用环形腔结构, 以高增益掺Er3+光纤(Er30-4/125)作为增益介质, 以保偏掺Er3+光纤(EDF08-PM)作为可饱和吸收体抑制跳模, 同时结合F-P滤波器选频, 获得了单频窄线宽的激光输出。通过线性调节F-P滤波器的驱动电压, 实现了对激光器波长的线性扫描。在两只975nm单模激光器的双向泵浦下, 实验中测得激光器阈值为15mW, 最大输出功率为24.3mW, 3dB线宽约为5.2kHz。当F-P滤波器在6.1~10.2V的线性电压驱动下, 激光器波长的线性扫描范围为1542.404~1558.836nm。

设计了合作目标与非合作目标的红外双色单站被动定位算法, 通过实例计算的方式证明了该方法的正确性与有效性。分析了双色消光系数差异大小以及目标温度高低对测距定位性能的影响, 得出双色消光系数差异越小、目标温度越高, 越有利于测距定位的结论。结果表明: 对于1000K以上的目标, 选择0.75～3/3～5μm这两个大气窗口作为工作波段, 在20km以内都可很好地实现测距定位; 对于500K以下的物体, 即使在5km的范围内, 测距定位效果也较差。

针对传统尺度不变特征转换(SIFT)算法存在大量冗余的特征点, 而导致图像匹配过程中运算量大、效率低的问题, 提出一种基于图像纹理特征的SIFT算法。该算法首先采用排列组合熵方法提取图像纹理信息, 在此基础上利用SIFT算法提取特征点, 这样能够减少冗余特征点, 以有效提高算法匹配效率。实验测试结果表明, 该算法与传统的SIFT算法相比, 冗余特征点少, 特征点匹配效率提高到98.04%。

针对传统图像拼接方法的不足, 提出一种基于改进SIFT算法的图像拼接方法, 并将其应用于无人机遥感图像拼接算法中。首先, 采用Harris算子角点检测遥感图像的特征点, 然后用改进的SIFT算法进行特征点的描述, 通过对高维数据进行降维处理, 减小运算量; 匹配完成后, 采用随机抽样一致性(RANSAC)算法消除误匹配; 最后采用渐入渐出加权平均融合法进行图像融合。实验结果表明: 采用所提出算法能有效剔除遥感图像之间的误匹配, 减小时间复杂度, 更好地消除拼接缝隙。

实现了基于单偏振半导体光放大器高速扫频光源的光相干层析系统。系统中的扫频光源使用偏振相关的半导体光放大器, 采用傅里叶域锁模结构。偏振相关的半导体光放大器有着增益谱宽大、输出功率高的优点, 使得光源仅使用一个放大器即可获得足够的增益谱宽与输出功率。扫频光源输出功率达到32mW左右, 有效扫描频率为45kHz, 输出光谱的中心波长为1326nm, 光谱宽度为115nm。利用系统进行光相干层析成像时, 横向分辨率为9μm, 纵向分辨率为12.9μm左右, 灵敏度为105dB。利用该系统实现了多种生物和非生物样品的光学相干层析成像。

为了降低布里渊后向散射光不稳定的偏振态以及系统噪声对分布式光纤温度应变传感系统测量精度的影响, 进一步提高测量温度、应变的精度和系统信噪比, 提出在该系统中加入扰偏器, 以减小系统误差; 同时应用小波去噪的方式降低信号的噪声。选用体积和插入损耗都较小的PolaRITETMⅢ PSM-001扰偏器。小波去噪过程选用 db5 小波, 经过离散小波变换函数wavedec对信号进行小波分解, 选用thselect 函数实现阈值获取, 选用waverec函数实现信号小波重构。实验证明扰偏器能使系统误差降低到原来的 1/3, 小波去噪使系统信噪比从原来的26.6dB 提高到 38.5dB。

研制了基于时分外差法检测的非对称薄壁壳型光纤一维地震波检波器, 该检波器易于扩展为三轴分立式地震波检波器, 具有检测动态范围大, 易于构成大规模时分复用传感网络的优点。建立了非对称地震波检波器的理论模型, 分析了各结构参数对其灵敏度的影响; 搭建了基于光学同步参考信号的时分外差法测试系统, 进行了外差系统的稳定性测试, 测量了地震波检波器的频响曲线, 结果表明外差系统测量信号波动小于0.1dB; 工作频段20~800Hz内加速度平均灵敏度为28.5dB re rad/g, 与理论仿真结果基本吻合。

通过对多种畸变目标识别算法的研究, 对用于匹配滤波器的最小平均相关能量(MACE)滤波器进行了改进。利用MACE滤波器算法的基本思想构造滤波器函数, 在合成参考图像前对训练图像进行边缘提取, 并对联合图像的功率谱进行了拉普拉斯锐化, 成功实现了在联合变换相关器中对旋转目标图像的探测和识别, 提高了畸变图像相关峰的亮度, 拓展了联合变换相关器的探测和识别的范围。作为实例, 对旋转战机目标图像进行了计算机模拟实验和光学实验, 验证了该算法的可行性。

给出了集成光学高压脉冲电场传感系统的工作原理, 使用1.2μs/50μs高压脉冲信号作为信号源对传感系统进行测试。分析了探测到的信号中噪声的主要来源: 包括传感器电极、天线及封装外壳等寄生元件产生的寄生振荡, 以及含光源、光电探测器引入的电路噪声等。采用快速傅里叶变换(FFT)对信号源和探测到的信号进行频谱分析, 得到信号源主要集中在0~160kHz范围内, 噪声频率主要集中在大于160kHz范围内。使用基于FPGA的频域数字滤波法对探测到的信号进行去噪声处理, 结果表明信号源与被探测信号的均方误差由在滤除噪声前的20.4277降为滤除噪声后的1.8678。

相变存储器单元的测试主要包括set、reset和read操作, 目前国内外多采用施加电压脉冲的方法对相变存储单元进行reset操作, 这不仅容易造成器件的损坏, 而且使得相变过程中瞬态电流的准确计算非常困难。与常规测试方法不同, 文章提出一种专门针对相变存储器的电流脉冲测试系统, 该系统可以提供准确可控的电流脉冲来对相变存储器器件单元进行操作。

针对热光伏(TPV)系统建立了数值分析模型, 研究了系统各模块的匹配特性, 讨论了辐射器温度、散热器流速等性能参数对电池温度及输出功率的影响, 并进行了优化组合分析, 以获得系统最佳运行工况。结果表明: 在每一特定辐射器温度下, 都存在一最优散热器入口流速以使得系统效率达到最大。随着辐射器温度的升高, TPV系统效率及输出净功率均随之增大, 但由于电池温度的升高, 系统效率增长梯度逐渐减缓。当辐射温度达到1800K时, 系统效率最高可达到18.22%。

基于数字散斑剪切干涉术的原理, 研究了物体面型的三维测试技术。使用倾斜反射镜的方法, 使物光束散斑场偏转,再由CCD记录偏转前和后物光束的散斑场。这种方法代替了传统的使用剪切元件空间上直接获得干涉条纹图, 减少了由于剪切元件分束引起的物光束的光能损失, 实现了数字散斑剪切干涉术测量物体面型。应用MATLAB软件编程, 控制剪切散斑干涉图的精确定向平移, 得到了4个干涉图, 实现了数字四步相移, 代替了传统的在参考光中利用位相控制器的机械相移, 从而实现了物体面型的三维测试。该方法不仅省去传统剪切散斑干涉术中需要对感光胶片进行化学湿处理的过程, 也省去了压电位移器等硬件。大量的实验表明, 该方法不仅简化了测试光学系统和实验的过程, 也提高了测试精度, 其精度可达到1/10波长。

设计了一种输出功率约50W的LED恒流源驱动模块, 其负载为由多只LED管(每只功率为1W)采用混联方式组成的LED阵列。通过对其电流型反激式变换及恒流控制电路的设计与试制, 并在不同输入电压下, 改变负载测试, 可看出其电流变化规律基本相似。随着负载变小, 输出电压升高, 输出电流逐渐减小, 输出电流稳定度达4.6%。在一定负载时, 输出电压值保持在47.2V左右, 电压纹波峰-峰值约为400mV。电流波动约0.05A, 输出电流稳定可靠, 可用于对多只串并混联的LED阵列驱动供电。

增益平坦度是衡量光纤通信中喇曼光纤放大器的关键参数之一。文章从级联光纤实现喇曼增益谱平坦技术的分析理论入手, 改进了实现喇曼增益谱平坦的约束条件, 利用Matlab分析了光纤损耗对RFA增益谱平坦度的影响。结果表明: 在喇曼光纤放大器系统中, C波段各个光之间不同的损耗系数是影响增益平坦度的关键因素, 即信号光之间损耗系数的不同会引起喇曼光纤放大器的增益平坦度劣化, 各个被放大信号光之间的损耗系数相差越大, 则增益平坦度越差。

理论分析了相位调制的原理及锁相放大器的解调原理。利用多光束干涉原理对微腔的谐振特性进行了分析并对其及环形谐振腔进行了相位调制解调仿真分析。设计搭建了基于光学谐振腔的相位调制解调系统。基于搭建的光学谐振腔的相位调制解调系统利用正弦波对微腔进行了调制解调测试, 得到了良好的测试结果并使用光纤环形谐振腔验证了调制解调系统及调制方法的可行性, 得到了光纤谐振腔的低频调制解调信号及边带调制解调信号, 为进一步研究光学谐振腔谐振点的跟踪锁定奠定了基础。

为了实现高精度大范围应变传感信号的测量并解决单光栅匹配滤波解调系统存在的严重双值问题, 基于光纤布拉格光栅匹配解调原理, 设计了一种新型的光纤光栅匹配解调系统。通过将四个中心波长与传感光栅中心波长相匹配的解调光栅两两并联, 并对其二次反射的传感光信号进行分析, 得到了应变与光电探测器探测到的光功率之间的对应关系, 建立了理论模型并进行了系统仿真。仿真结果表明该方案切实可行, 不仅可以解决双值问题并且可以同时检测正负应变, 在不添加驱动装置的情况下其传感测量范围可达952με。

为了实现三维光信息存储的实用化, 在三维光盘存储实验系统的基础上, 改进、设计出了一种可用于三维数据存储的单侧读写光学头。对光学头进行了光学和控制系统的设计, 利用专门设计的耦合分光棱镜进行光束耦合和分离; 采用双音圈电机控制透镜的方式实现数据的选层; 进行了聚焦伺服系统的建模和仿真。结果表明双光束焦点同步误差保持在±3μm之内。

研究了激光焊接工艺中诸因素对单纤双向(BIDI)器件耦合效率的影响。通过实验分析了耦合效率对各方向偏移的敏感程度。基于力矩平衡模型对BIDI激光焊接工艺加以分析, 指出激光焊接工艺中焊点不同面、焊点位置不对称是较重要的影响因素。通过样品实验对力矩平衡模型分析的结论加以检验, 理论分析模型得到实验结果的印证。

分析了激光功率密度增加到原来的10倍的时候, 激光干扰行间转移CCD的串扰图像部分的灰度值并不是成比例地增加, 并对串扰图像进行了仿真。由于光电二极管的溢出是不断进行的, 垂直CCD的每个像元都获得所有超过阈值的像元溢出的光生载流子之和。每个超过阈值的像元溢出的光生载流子等于垂直CCD向下移动一个像元所需的时间内溢出的光生载流子。通过求解感光部分中光生电子遵守的方程, 得到电子浓度增量和入射光功率的关系, 进而仿真出串扰图像。仿真了激光能量为串扰阈值10倍和100倍量级时的串扰图像, 仿真结果和实验结果可比。

提出了一种基于腔面非注入区的新型窗口结构, 通过腐蚀高掺杂欧姆接触层, 在腔面附近引入电流非注入区, 限制载流子注入腔面, 减少载流子在腔面处的非辐射复合, 提高了激光器腔面的光学灾变性损伤(COD)阈值。同时, 引入脊型波导结构, 降低了光束的水平发散角。采用该结构制作的器件在功率达到22W时仍未出现COD现象, 而无腔面非注入区结构的器件输出功率达到18W时腔面发生COD。同时, 采用该结构制作的器件在工作电流为12A时其光束的水平发散角约为10°, 而常规电流非注入区结构的器件在相同的工作电流下其光束水平发散角约为15°。

在微波技术向太赫兹波段推进过程中, 人们关注的核心问题是器件的频率、效率或功率问题。文章从Maxwell方程出发, 对两腔微波振荡器的束流动力学与束-波转换效率进行了讨论。在经典力学框架内, 把电子相位运动方程化为摆方程; 从系统的相平面特征出发, 讨论了器件的接受度和束-波转换效率。结果表明, 当相空间密度均匀分布时, 相面积越大束流越强, 功率越高; 而能散越大束-波作用越强, 转换效率越高。

针对3种典型“Smile”形态的半导体激光阵列(LDA)如何装调快轴准直镜的问题, 开展“Smile”条件下快轴准直实验定量研究。利用光纤近场扫描法和最小二乘法获得LDA的“Smile”值, 采用Zemax非序列模式, 模拟“Smile”下LDA的快轴准直。结果表明, LDA的“Smile”大小及形态分布影响准直镜装调位置, 透镜光轴需要与LDA匹配, 否则会造成光束质量的劣化。这为实际掌握LDA的快轴准直安装提供一种思路, 为进一步集成高功率高光束质量的大功率半导体激光器提供了理论和实验基础。

设计了一种基于InP 衬底的1.55μm 短腔垂直腔面发射激光器(VCSEL),先从结构上对上下反射镜进行了优化设计,然后重点对谐振腔的腔长进行了优化,采用1λ短腔结构,用Matlab软件进行了仿真,结果表明:优化后的VCSEL器件的输出功率为2.22mW, 饱和松弛响应频率fR,sat为34.5GHz, 最大-3dB带宽为30.5GHz, 与目前此波段的最大带宽(19GHz)相比, 提高了约60%。

在深入研究掺铒光纤和光纤光栅的基础上, 提出了一种基于掺铒光纤光栅环的微波光子滤波器结构模型。根据信号流程图得到了该微波光子滤波器的传输函数, 讨论了光纤耦合器的耦合系数、掺铒光纤增益、光纤光栅反射率和光纤环长对系统传输性能的影响。通过理论计算和仿真分析可知, 在光纤耦合器的耦合系数为0.5、掺铒光纤增益为2、光纤光栅反射率为1时, 得到的微波光子滤波器的滤波效果最好。

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明: 相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜, 通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差, 但表面较平整; 而且随着AlN缓冲层厚度的增加, GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见, AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。

白光LED将成为未来主要的照明光源, 这使得基于白光LED的可见光通信(VLC)在通信网络中具有一定的优势。介绍了可见光通信系统的优势及发展概况, 分析了包括通信速率的提高、全双工通信的实现以及与现有通信网络互联等关键技术, 综述了可见光通信技术的应用现状, 并展望了可见光通信技术的应用前景。

基于电迁移法制备了弯曲形状的铝微米带, 可作为连接件直接应用于微机电系统和光电器件中。试验所需试样是一层沉积在TiN层的铝膜, 并在铝膜的阳极端制作原子排出孔。试验结果表明, 铝微米带的生长驱动力来自于铝原子积聚产生的压应力, 排出孔的位置靠近铝膜边缘, 使铝原子在排出孔两侧的析出速率出现差异, 导致铝微米带出现自发弯曲生长现象。

激子的势垒穿透在超晶格的光电性质研究中有着十分重要的意义。文章在Fowler-Nordheim理论基础上, 引入权重因子描述了激子库仑场和外场之间的竞争, 并对不同的权重因子进行了仿真分析。结果表明, 激子效应使势垒高度降低。用爱里函数和椭圆积分严格地给出了激子的势垒穿透几率, 为超晶格光电性质和垂直输运提供了基础分析。

利用反应等离子刻蚀技术对SiO2进行干法刻蚀, 研究了不同刻蚀条件对刻蚀速率、刻蚀选择比、刻蚀面粗糙度、刻蚀均匀性等的影响。分析得出了刻蚀侧壁角度与刻蚀选择比以及抗蚀掩模自身的侧壁角度之间存在的数学关系, 这为如何获得垂直的刻蚀侧壁提供了参考。

利用特征矩阵的方法推导出光在一维光子晶体中光场的分布公式, 利用光场的分布公式和材料的复折射率研究了材料吸收对一维光子晶体全反射隧穿光场分布的影响。研究表明: 材料吸收对一维光子晶体全反射隧穿的光场分布会产生明显的影响, 材料吸收会使全反射隧穿光场的峰值发生明显变化。

利用无毒、无腐蚀性的硬脂酸作为交换质子源, 研究了在X切LiNbO3晶片上制作单模条形光波导的工艺技术。通过对平板光波导的交换及退火特性的研究, 确定了获得单模条形光波导的工艺参数, 制作并测试了条宽不等的X切Y传LiNbO3单模条形光波导。结果表明该工艺条件下制作的条宽为6μm的单模波导实现了小于1dB/cm的传输损耗, 为采用硬脂酸作为交换质子源研制X切Y传LiNbO3集成光波导器件奠定了基础。

在低温条件下采用直流磁控溅射法在有机玻璃(PMMA)衬底上制备了ITO薄膜。分别采用分光光度计、四探针测试仪研究了底涂层、衬底温度、氧流量、溅射时间对PMMA上沉积的ITO薄膜性能的影响。研究结果表明: 涂覆底涂层有助于ITO成膜; 衬底温度影响薄膜的方块电阻值; 适当增大O2流量可以提高薄膜的透射率, 但过高的O2流量降低薄膜的导电性; 溅射时间延长, 方块电阻值减小。优化工艺后制备的ITO薄膜为非晶态膜, 可见光平均透过率达83.5%, 方块电阻为22Ω/□。

针对传统Gray映射在中高信噪比区域内对系统性能改善有限, 通过调整比特位置分配, 基于互信息分析提出一种新颖的16QAM星座映射方案, 该方案提高了映射比特位的不等保护度。并根据互信息设计准则, 仿真分析了不同调制映射方案下BICM-ID系统的调制受限信道容量, 仿真分析表明: 在中高信噪比下, 新映射方案较传统Gray映射方案在信道容量上的提高最高可达2.38bit/channel。

建立了简化的星际光通信链路模型, 将背景光噪声和光放大器自发辐射噪声引入星际光通信链路中, 提出利用前向纠错编码技术来改善星际光通信误码性能的方法。介绍了喷泉码的编译码特点, 将喷泉码引入链路模型中。通过仿真研究表明, 喷泉码相比于RS码对链路的抗误码性能有很大提高, 且随着信噪比的增大改善更加明显。

白光LED在提供室内照明的同时可被用作通信光源进而有望实现室内无线高速数据接入, 并有望成为下一代高速无线通信的模式。利用KEIL软件实现了基于单片机STC89C52的无线可见光发射机的设计, 采用脉冲位置调制(PPM)编码方式对数据进行了调制编码, 并通过电路搭建和实验测试验证了该系统的可行性。

针对传统的红外目标跟踪算法对被跟踪目标出现形变、部分或全部遮挡后目标易发生丢失的问题, 提出一种新的红外目标跟踪算法。该算法采用双边滤波处理方式并结合中值光流法, 建立一种自适应红外目标模型, 以达到准确、稳定跟踪目标的目的。实验结果表明, 该算法能够有效跟踪变形或遮挡目标, 且实时性强, 准确率高, 鲁棒性好。

为解决尺度、视角、光照变化较大及存在噪声和模糊变化情况下的图像拼接问题, 提出了一种具有较强鲁棒性的图像拼接方法。首先, 根据Harris算法和SIFT算法各自的特点, 提出了一种自适应的Harris-SIFT特征点提取方法, 利用最邻近法完成图像间的特征点粗匹配; 然后, 应用随机抽样一致性(Random Sample Consensus, RANSAC)算法对粗匹配的特征点进行筛选, 同时估计出透视变换模型的变换矩阵, 并对相邻的两帧图像进行配准; 最后, 利用加权平均融合算法消除图像拼接处的缝合线, 实现图像的高质量拼接。实验结果表明, 该算法在提升SIFT算法鲁棒性的同时, 还增强了图像拼接的效果, 消除了图像亮度和色度差异的影响。

提出了一种基于新的自适应最优聚类的模板匹配跟踪方法。利用模式分类准则计算最优聚类数, 然后根据最优聚类数采用k-均值方法进行多次聚类。根据聚类结果计算熵矢量和距离矢量, 组合得到特征矢量, 利用特征矢量进行匹配跟踪。匹配采用简单的相似性准则, 实时模板更新算法为多模更新。测试结果表明, 该算法针对不同的目标能自适应地选择聚类参数, 在目标发生几何变化时, 能实现精确稳定的跟踪。