热性能参数是衡量LED整体性能优劣的重要指标, 对LED的结温、热阻等参数进行精确测试是有效热管理的前提, 也是完善LED性能评价标准的必要条件。在充分调研LED热性能测试方法的基础上, 对国内外现有的热测试技术进行了介绍, 讨论了各方法的测试机理, 分析比较了各自的优缺点和适用范围, 并简要介绍了相关的测试设备。

回顾了荧光检测系统的发展历史, 详细阐述了与半导体CMOS技术结合后荧光检测系统微型化的发展过程, 包括基于CMOS荧光传感芯片的直接式和间接式荧光检测系统。最后, 提出了一种新型的微型化单片集成CMOS荧光传感芯片, 为荧光检测系统的设计和应用提供了新思路。

建立了硅基微环光学调制器特性模型, 利用一种动态分析方法对器件的调制特性进行了模拟与分析。该动态分析方法将动态过程(时域)离散化, 具有易于计算机编程的特点。利用该方法研究了环内相位调制与耦合调制方式下器件的光谱特性及调制带宽, 对其调制机理进行了解释与分析, 并重点对两种调制方式的啁啾特性、调制效率、调制深度, 以及调制带宽等性能进行了详尽的分析对比。研究对于高性能硅基微环光学调制器的实现及应用具有一定的理论指导意义。

采用暖白、绿、蓝LED混光和PWM调光技术, 研究了光源的光谱、色温可调和显色指数特性。实验通过控制驱动电流的占空比, 调节暖白、绿、蓝LED之间的光通量配比, 实现了在3000~6500K范围内色温可调、Ra为85~95的高显色指数LED白光。混合光源的实验参数与理论计算值相一致。

研制了一种新型的低漏电常闭型光电隔离开关。介绍了该光电隔离开关的工作原理、参数设计。通过特别的结构设计实现了对微小漏电流的控制, 并对其进行了工艺改进, 提高了器件可靠性。器件测试结果显示, 参数指标达到设计值, 从而验证了设计的有效性。

针对合成双射流激励器大功率LED灯主动散热方案, 利用Ansys软件对LED灯模型在表面射流不同流速下的散热进行仿真, 并结合试验结果验证, 得到气体流速和pn结温度的散点图, 利用Matlab进行Gauss曲线拟合, 得到pn结温度与射流速度的关系;利用阿伦尼乌斯(Arrhenius)加速模型对pn结温度与LED灯寿命的关系进行预测, 得到LED灯寿命与pn结温度的一般数学关系, 进而得到LED灯寿命与合成双射流流速的数学关系, 结合LED灯的经济性要求, 建立了基于合成双射流的LED灯散热的费用模型;通过费用模型寻找最优解, 可以确定LED灯单位时间最小费用及相应合成双射流最佳速度和LED灯寿命。

为了确定小型可热插拔式(SFP)光模块寿命试验所需的最短时间, 提出了基于加速因子最大化的最佳测试温度的确定方法。首先, 利用阿伦尼斯模型证明了温度的选择不会改变寿命预测结果, 并讨论了加速因子取极大值的条件。然后利用步进温度实验获得的驱动电流随测试温度变化的曲线给出了最佳测试温度的确定方法。最后, 计算分析表明由于驱动电流受温度的影响, 在最佳测试温度下进行光模块寿命试验仍然很困难。

阐述了线性隔离放大器(线性光电耦合器)的工作原理, 设计了线性隔离放大器的电离辐照试验, 研究了线性隔离放大器的电离辐照效应, 针对其结果进行了机理分析。

研制了一款具有强驱动电流且能稳定工作的光电耦合器芯片, 其中含有欠压锁存电路、逻辑控制模块以及后级的Push-Pull驱动电路。详细分析了欠压锁存(UVLO)及逻辑控制模块的工作原理, 并以此为基础对整体外围电路进行仿真, 仿真驱动电流达到3A以上。实测结果表明, 当电源电压为30V、测试温度为25℃时, 芯片正向峰值电流可达2.8A, 负向驱动电流峰值可达2.5A, 满足系统设计指标, 适用于大型电力电子工业系统中。

研制了一种微型6针卧式结构的850nm超辐射发光二极管(SLD)模块, 该模块采用激光焊接方式实现全金属化耦合封装, 通过对模块结构的优化设计, 使模块体积缩小为标准8针蝶形封装体积的一半。该模块在100mA工作电流下, 尾纤输出功率大于1.5mW, 光谱宽度大于20nm, 纹波系数小于0.5dB, 同时选用高效率微型半导体制冷器(TEC), 使其正常工作温度范围和储存温度范围分别达到-50～75℃和-60～100℃。

为分析反向抽运光纤拉曼放大器的阈值特性, 基于已有的耦合微分方程, 采用龙格库塔法和打靶法相结合的算法, 数值模拟了反向抽运光纤拉曼放大器中信号光功率沿光纤的演变过程, 在此基础上根据实际情况推导出反向抽运光纤拉曼放大器的阈值公式, 并详细分析了各个参数对反向抽运光纤拉曼放大器阈值特性的影响, 结果表明, 初始信号光功率、光纤有效长度、拉曼增益系数增加, 阈值就会减小;光纤有效面积越大, 阈值越大。

采用超声退火方法制备了P3HT/PCBM聚合物有机太阳电池。测试结果表明: 超声退火40℃制备的电池能量转换效率最好, 最优器件的能量转换效率达到了5.16%, 这主要归因为超声退火40℃的电池薄膜内形成了片状PCBM堆积, 有效地提高了器件的电子迁移率和太阳能吸收效率。

基于耦合非线性薛定谔(NLS)方程组, 利用分步傅里叶法(SSFM), 研究了二阶色散长度与线性耦合系数的乘积LDκ、三阶色散长度与线性耦合系数的乘积L′Dκ以及模间色散(IMD)对双芯非线性光纤定向耦合器开关特性的影响。研究表明, 在光纤正常色散区, 当入射功率大于阈值功率时, 从波导1到波导2有明显的能量转移, 耦合器的开关性能差;而在光纤反常色散区, 当LDκ<1时, 非线性定向耦合器(NLDC)能够表现出良好的开关特性。且阈值功率随着LDκ的增大而减小。当|IMD|≤0.01, IMD对NLDC开关特性的影响可以忽略。当|IMD|=0.2, 且LDκ的值较小时, 在入射功率大于阈值功率的条件下, IMD对开关特性的影响不明显;而在入射功率小于阈值功率时, 耦合器的开关特性下降。此外, 三阶色散(TOD)效应对NLDC的影响通常可以忽略。

采用基于DFT理论的第一性原理方法研究了Ag-N共掺杂纤锌矿ZnO的晶格结构和电子结构, 计算了包括共掺杂体系的晶格常数、杂质形成能和电子态密度等性质。研究结果显示, 共掺改善了杂质原子对体相晶格结构的扰动, 提高了掺杂的稳定性。此外, 电子结构的计算表明共掺形成的受主能级较单掺时更浅, 且空穴态的局域性降低, 从而改善了p型ZnO的传导特性, 表明受主共掺可能是一种比较有潜力的p型ZnO掺杂方式。计算与实验结果符合, 为受主共掺形成p型ZnO的机理提供了理论支持。

采用模压成型和真空压力浸渗工艺制备了高体积分数SiC增强Al基复合材料(AlSiC)。物相和显微结构研究结果表明, 此种方法制备的AlSiC复合材料, 组织致密且大小两种粒径的SiC颗粒均匀分布于Al基质中, 界面结合强度高;SiC增强颗粒与Al基质界面反应控制良好, 未出现Al4C3脆性相。对Al4C3相形成机理进行了分析, 指出6061铝合金中的Si元素和真空压力浸渗工艺条件有利于防止脆性相Al4C3的形成。热性能测试结果表明, 随温度升高, 复合材料热膨胀系数先增大后减小, 315℃附近出现最大值。所获得复合材料的平均热膨胀系数为7.00×10-6℃-1, 热导率为155.1W/mK, 密度为3.1g/cm3, 完全满足高性能电子封装材料的要求。

采用简单的电化学沉积方法, 通过调节电解液浓度和pH值, 在硅衬底上实现了ZnO纳米结构的形貌控制。通过X射线衍射、扫描电镜和光致发光谱等表征手段对不同形貌的ZnO纳米结构进行了研究。研究发现, 通过调节沉积条件, 可以获得纳米棒、纳米簇丛和纳米片等不同形貌的ZnO纳米结构。其中, 溶液pH值是纳米ZnO从一维结构到二维结构转变的关键因素。当pH值为12时, 所获得的纳米ZnO为二维片状结构。光致发光谱显示二维ZnO纳米片的紫外本征峰相对于一维ZnO纳米棒发生了明显的蓝移, 并且可见区的发光峰大大降低。这一结构将在光电器件、传感器等领域有很好的应用前景。

采用CF4, CHF3, Ar三种工艺气体进行小尺寸CCD接触孔刻蚀实验, 研究了不同气体配比、不同射频功率对刻蚀速率、选择比、条宽控制、侧壁形貌等参数的影响。通过优化工艺参数, 比较刻蚀结果, 最终获得了适合于刻蚀CCD小孔的工艺条件。

通过在硼扩散后增加一步800℃、5min的氧化工艺, 使得硼扩散过程中产生的硼硅玻璃能够去除干净, 在去除硼硅玻璃后的硅片上生长的氧化层厚度均匀、可控, 有利于提高器件的光响应均匀性。

利用高分子网络凝胶法制备了Eu∶YAG纳米粉体, 样品的性能通过热重-差热分析、X射线衍射分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、激发谱和发光光谱进行了表征。结果表明, Eu∶YAG纳米晶体的形成温度为900℃, 比固相反应法低700℃; Eu∶YAG纳米粉体呈珊瑚虫状形貌, 粒径大小为100~150nm;Eu∶YAG纳米粉体的荧光谱在594nm处出现最强发射峰, 发光强度随着Eu3+浓度从1 at.% 增加至5 at.%的过程而逐渐增强, 在浓度继续由6 at.%增加至8 at.%的过程中出现了浓度猝灭现象, 并讨论了引起该现象的机理原因。

为了分析物理气相传输法碳化硅单晶生长系统中的温度分布, 采用Matlab软件对PVT工艺中的热场进行了模拟。以能量方程为基础分析了由传导和辐射这两种传热方式所决定的系统的热量分配;采用有限元素法对所建立的描述连续函数的偏微分方程进行数值化离散;应用迦辽金加权残值法对由近似函数表征的离散方程转化为矩阵方程的形式;设计了平均算法计算出了系统的温度分布。更好地了解了碳化硅晶体生长过程的物理实质,以便更有效地改进生长系统, 优化工艺参数。

采用RF磁控溅射法在石英玻璃上制备了InGaZnO薄膜, 并对薄膜进行了真空退火实验, 探讨了沉积过程中氧气流量及真空退火温度对薄膜的光学性质和电学性质的影响及其机理。测试结果表明薄膜的光透过率随氧气流的增加而增大, 且当氧气流大于1cm3/min时, 薄膜呈现出不导电性, 在通入的氧气流为0.5cm3/min时迁移率达11.9cm2/(V·s)。经过真空退火后, 氧气流小于1.5cm3/min时薄膜载流子浓度随退火温度的变化而变化;氧气流大于1.5cm3/min时样品由半绝缘性转变为半导电性。生长样品和退火样品均为n型半导体。

通过在传统RCA清洗法所用的SC-1液中, 添加表面活性剂四甲基氢氧化铵(TMAH)和/或螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA), 实验比较了不同清洗方法对颗粒粘污、金属粘污的去除效率;并测试了其对硅片表面粗糙度的影响。用MOS电容结构的击穿电场强度Weibull分布, 评价了不同清洗方法所得氧化层的质量。结果表明, 上述改进能够显著提高对颗粒粘污和金属粘污的去除效果, 同时能省去RCA的SC-2清洗步骤, 具有节省工时、化学试剂消耗量小的优势。

从势和场的观点出发, 在经典力学框架内和线性近似下, 把粒子的运动方程化为Mathieu方程。利用多尺度方法求出了系统的周期解以及相应的过渡曲线, 并讨论了系统的稳定性。结果表明, 系统的稳定性与弯晶曲率有关, 曲率越大稳定性越差。这就是说, 试图利用晶体摆动场辐射作为短波长相干光源时, 系统稳定性必须充分考虑。

研究表明, 为了获得可利用的参数X-射线辐射或晶体摆动场辐射, 系统必须是稳定的。在经典力学框架内和小振幅近似下, 分析了晶体弯曲、辐射衰减、晶格热振动、电子多重散射和相互作用的非线性等因素对系统稳定性的影响。结果表明, 系统的稳定性与它的参数有关, 适当调节系统参数, 可以保证系统是稳定的。

为了达到降低大功率LED筒灯制造成本同时又保证散热能力的目的, 采用正交试验法优化设计了散热器。分析了散热器基板直径、基板厚度、翅片厚度、翅片间距、翅片高度和翅片轮廓直径等6个因素对散热器重量与LED温度的影响。然后利用CFD热仿真软件对LED筒灯散热器进行建模与散热仿真, 最终得出了一个较为理想的优化结果。仿真与实验测试数据结果表明, 采用优化后散热器的LED温度较优化前略有下降, 但散热器重量降幅超过30%, 实现了较好的优化目标。

为提高LED的散热性能, 研究了肋片截面形状及安装角度对LED散热性能的影响, 获得了较优的肋片横截面形状和最佳肋片安装角度。首先, 利用Matlab软件对矩形截面和三角形截面进行数值计算, 选择具有较优截面形状的肋片制作3个实物模型;接着, 通过温度场测试实验, 对3种不同肋片安装角度的模型进行温度场分析, 比较并利用Ansys仿真反求出各个模型的表面对流换热系数, 进一步验证安装角度对LED散热性能的影响;最终获得较优的肋片截面形状为矩形, 最佳安装角度为90°(即垂直于水平面)。

多态光突发交换(POBS)网络能够有效地支持多种同步和异步业务的传输, 但是其异步突发业务的丢失率较相同网络环境下的传统OBS丢失率要高。如何有效地对多态OBS中异步突发进行合理调度, 是降低异步突发丢失率的关键所在。提出了一种基于信道整理的调度算法, 将已经成功调度的突发重新调度到最合适的数据信道, 使得信道资源得到充分的利用, 从而降低了异步突发的丢失率。仿真结果表明, 该算法能很好地降低多态OBS网络中异步突发的丢失率。

为突破传统多输入多输出变换域通信(MIMO-TDCS)要求电磁环境一致性的技术瓶颈, 将MIMO-TDCS的强抗干扰能力拓展到复杂电磁环境通信领域, 建立了一种基于时域、频域二维压缩的MIMO-TDCS时频压缩感知(TFCS)反馈模型, 分析了TFCS的性能。仿真结果表明, TFCS模型较传统模型所需数据更少, 在一定条件下具有良好的检测效果。

基于空间移动平台的空间激光通信是实现未来超大容量空间通信的主要途径, 而高精度空间平台动态跟踪问题一直是其研究的难点之一。空间移动平台跟踪是一个纯角度的非线性跟踪, 用单一的模型很难准确描述空间移动平台的运动状态, 需要采用多个模型描述机载平台的运动状态, 但交互多模型估计(IMM)需用先验知识和复杂计算量, 研究将模型转移概率与模糊推理相结合解决测量空间的不确定性和复杂计算量。标准粒子滤波(PF)能够处理非线性问题, 但会引起粒子滤波器粒子退化和发散, 采用无迹粒子滤波(UPF)克服了标准粒子滤波没有考虑最新量测信息的问题。仿真结果表明模糊交互多模型粒子滤波算法能较大地提高跟踪性能。

在传统GAF算法的基础上, 提出了基于最优簇首数划分单元格的GAF改进算法。改进算法利用推导出的最优簇首数进行单元格的划分, 在簇头选择阶段, 根据节点吞吐率等条件定义了簇头选择函数来选择簇头。并对不同基站位置的改进GAF算法进行了性能分析与仿真。仿真结果表明改进算法能有效节约能耗且与理论分析相符。

分析了光网络中带内串扰攻击的攻击源特点, 提出了一种基于双参数比较的分布式多点带内串扰攻击定位算法, 该算法通过同时比较节点本身检测到的光信噪比参数和信号功率参数以及直接上游节点检测到的对应参数来判断攻击源的位置。仿真结果表明, 该算法能够实现对多点攻击情况下攻击源的快速准确定位。

为了降低OFDM系统的高峰值功率比(PAPR), 提出了一种基于DFT扩频内插子载波选择性映射的OFDM传输方案。根据DFT扩频特有的降低PAPR特性, 以及子载波映射对PAPR的重要影响, 提出一种可选择的映射方式应用到DFT扩频系统中。通过搭建仿真系统得出, 基于DFT扩频的选择性映射内插子载波OFDM系统的PAPR比传统OFDM系统的PAPR低0.5~2dB, 系统Q值比常规DFT扩频OFDM系统高1, 是一种降低OFDM系统PAPR的理想设计方案。

为了使红外图像与可见光图像融合较好凸显目标与挖掘更多细节信息, 提出了一种提取目标区域与融入更多细节信息的融合方法。首先, 对红外图像进行分割获取目标区域, 并对可见光图像进行增强以挖掘更多细节信息;然后对原始红外图像与增强后的可见光图像分别进行非下采样contourlet变换(NSCT), 得到不同的低频系数与高频系数, 依据分割得到的二值化图像, 低频部分的目标区域系数选自原始红外图像目标区域低频系数, 其余区域选择增强后的可见光对应区域低频系数, 高频部分按照邻域方差取大法选择高频系数;最后, 进行NSCT反变换, 得到融合图像。实验结果表明, 与其他3种融合方法对比, 主客观评价表明, 该算法有效提高了图像的对比度, 具有较好的整体视觉效果。

为了满足双目立体视觉以及多通道视频成像等应用场合对微型化的需求, 提出了一种双CMOS成像器同步影像传感系统的设计方法。系统同步获取两个通道的CMOS图像并通过一路视频接口以相同帧率输出影像。系统以CPLD为核心器件, 采用乒乓操作实现了对双通道视频数据的存储与传输, 并对相应通道的图像以奇数帧和偶数帧的方式输出。CMOS成像器的配置以及数据传输采用模块化的结构设计, 使系统的稳定性和灵活性大大提高。实验表明, 系统具有良好的显示效果。

为了增强激光监听系统对大气环境的适应性, 在大气信道二次调制模型的基础上对光轴检测模型展开了研究。首先从四象限(4QD)光轴检测系统的角度推导大气环境下光轴检测系统中的固有分辨精度与细分精度之间的关系;然后通过分析该系统在大气环境下所受的约束条件, 指出在激光监听系统中, 4QD探测系统更具有优越性;最后通过一个设计实例与监听试验验证了上述观点。

在分布式光纤温度传感器(DTS)的系统分析中, 所探测到的含有温度信息的后向拉曼散射信号的强度十分微弱, 并且所携带的噪声很大, 严重影响了测温精度。针对该系统存在的噪声, 提出了将小波变换和经验模态分解(EMD)相结合的方法对拉曼信号进行信号处理。实验结果表明: 该方法能够有效地去除系统中的噪声, 很好地保留了信号的有用部分, 系统的信噪比由原来的5.7dB提高到15dB, 系统的平均测温误差也由原来的2.8℃降到0.5℃, 从而得到更加精确的温度值。

针对半无限体内亚表面含双圆柱异质缺陷问题, 基于非傅里叶热传导方程, 采用波函数展开法和镜像法, 研究了异质体缺陷的热波多重散射与温度分布, 并给出了亚表面异质双圆柱热波多重散射的一般解。通过数值计算, 给出了不同物理参数和几何参数下亚表面异质双圆柱的材料表面温度分布曲线, 分析了各参数对材料表面温度分布的影响, 特别是热波本身特性与缺陷性质的影响。研究成果可望为工程材料结构亚表面异质缺陷的无损检测和安全评定提供理论基础与参考数据。

在传统的单点校正和两点校正的基础上, 提出了一种新的可适应不充分场景变化条件的端口间动态场景自适应修正算法。该算法基于动态场景成像过程中多端口图像数据之间的相关性, 使用FPGA+ARM硬件平台, 采用实时修正偏置系数的方式, 实现多端口图像实时非均匀性校正, 解决了定标算法无法根据环境进行自适应调整和场景算法不能进行实时校正的问题。

研制了一种激光辅助照明主动近红外成像组件。该组件使用半导体激光光纤耦合器件作为夜视光源, 通过其在暗场自然环境下的成像验证了光源补光性能和选用的CCD芯片对特定波段光源具有较高的响应度。该组件可实现全天候成像, 不受外界照度的制约, 可广泛应用于科研、监控等领域。

论述了近红外成像原理及优点, 探讨了InGaAs近红外相机组件的核心器件——近红外探测器及其探测器驱动电路、信号处理电路和接口电路等电路组成, 阐述了通信流程和疵点补偿方法, 通过成像效果对比, 详细分析了红外相机、可见光相机和InGaAs近红外相机各自的成像特点, 指出近红外相机作为可见光相机和红外相机的补充, 在**和民用上有着广泛的应用。

针对重金属离子敏光纤传感器阵列光谱信号叠加引起的多种离子浓度测量误差较大的问题, 采用高斯函数对重金属离子敏光纤传感器阵列信号进行建模。在利用Matlab对光纤传感器阵列光谱叠加信号进行分离和相对误差分析的基础上提出了一种误差修正的方法。从仿真结果可知, 这种算法可以减小由于重金属离子敏感膜的离子间干扰引起的光谱重叠误差, 为实际光纤传感器阵列的制作和光谱信号处理提供了理论依据。

针对传统的匹配方法在匹配模板与待匹配图像间存在噪声影响、亮度等差异时导致匹配算法在时间和精度上得不到很好的统一, 由此影响到红外图像帧间全局运动估计和补偿问题, 提出了基于自适应模板匹配的方法进行帧间全局运动估计算法。该算法首先利用模板选择策略进行待匹配模板的选取, 提高匹配的精度;然后提出自适应模板匹配准则, 以达到较好的匹配效果, 克服噪声等奇异点对误差函数值的影响;最后提出菱形搜索策略, 以便搜索到最佳匹配点, 使搜索不至于陷入局部最优, 并提高了搜索速度。仿真实验结果表明, 在红外图像背景变化较为缓慢的情况下, 所提算法降低了帧间全局运动估计计算复杂度, 同时具有很好的匹配精度和准确性。

为了使三坐标测量机快速准确地识别出被测零件的位姿, 提出了一种基于三坐标测量机平动的单目立体视觉识别方法, 对该方法的原理、位姿参数的求解和识别过程进行了研究。 根据双目立体视觉原理, 以三坐标测量机带动摄像机沿x轴或y轴平移, 在两个不同位置分别拍摄被测零件的一幅图像, 经过同名像点的匹配实现单摄像机立体视觉测量, 得到被测零件上各特征点在摄像机坐标系中的三维坐标;由摄像机标定参数, 进一步计算出各特征点在机器坐标系中的三维坐标;再结合各特征点在零件CAD坐标系中的对应坐标, 求解出被测零件的位姿参数。进行了识别实验, 实验数据表明该识别方法是可行的, 满足实时测量要求。

微波光链路利用光纤实现信号的分发、传输和处理, 它具有带宽大、重量轻、抗干扰等优点, 在相控阵、多波束形成等电子战系统中具有很好的应用前景。但是其噪声系数、动态范围等方面的劣势也限制了其实际工程应用。文章主要从理论上分析了微波光链路的噪声系数、动态范围性能的限制因素。并通过试验测试给出了在现有工艺水平条件下微波光链路可以达到的性能指标: 在1GHz瞬时带宽下动态范围大于40dB, 噪声系数小于5dB。

设计了基于FPGA的图像实时处理系统, 利用FPGA中IP核的内置缓存模块, 通过乒乓结构读写, 实现了图像数据在FPGA内部的缓存和提取。同时利用FPGA数据并行处理的特点, 实现了图像的二值化和边缘提取等预处理, 将图像预处理的时间由原来在DSP内的1s缩小到50ms以内, 使实时图像处理成为可能。