依靠光学相干层析(OCT)技术能够获得清晰的视网膜结构图, 对于视网膜病变的诊断具有重要的意义。文章回顾了既往研究中典型的视网膜OCT B-scan图像分割算法, 根据算法的输出特征, 将其分为视网膜边界提取法和视网膜层提取法两类, 旨在明确不同的方法获取信息的差异性, 为视网膜病变诊断提供参考。

文章综述了微透镜阵列制备技术的最新研究进展, 并将这些制备方法分为直接法和间接法进行了对比分析。回顾了微透镜在光场成像应用中的研究进展, 指出目前该领域的研究重点是光场相机设计的新思路及提高分辨率的相应模型算法。

激光器腔面灾变性光学损伤对大功率半导体激光器的最大输出功率和可靠性有很大的负面影响, 是激光器突然失效的主要机制。如何克服腔面灾变性光学损伤, 从而获得高性能的大功率半导体激光器成为重要的研究课题。文章首先对腔面灾变性光学损伤的研究历程进行了简要介绍, 随后论述了腔面灾变损伤的物理机制及热动力学过程, 最后从技术原理、方法、优缺点、改进方法、研究进展及应用现状的角度, 逐一对各种抑制腔面灾变损伤的方法进行了归纳和总结。

光子晶体等人工微结构中出现的连续域束缚态(BIC)处于光锥以上却不与背景泄漏模耦合, 具有无限高的品质因数(Q值), 构建在BIC或准BIC工作的激光器具有低阈值的优点。而低对比度光栅常用于低成本激光器的模式调制和耦出。针对激光器简化三层平板结构, 提出利用上盖层刻蚀低对比度光栅诱导出Q值高达9.2×105的准BIC模式, 并发现激光腔中模式的Q值对有源层的厚度变化相比上盖层光栅刻蚀深度的变化更敏感, 且下盖层的厚度变化使Q值被周期性增强, 准BIC的Q值可以被增强到9.66×106。研究结果对光栅基的低阈值电注入面发射激光器的设计具有指导意义。

研究了氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)修饰的色散拐点长周期光纤光栅(Dispersion-Turning-Point Long Period Fiber Grating, DTP-LPFG)传感器, 分析了其光谱特性及对外部折射率的灵敏度特性。利用准连续KrF激光器在载氢单模石英光纤上制作周期约为136μm的DTP-LPFG, 采用氢键结合的方式将GO涂覆于光栅表面, 构成基于GO修饰的DTP-LPFG传感器。实验结果表明：随着GO在DTP-LPFG表面的沉积, 其双谐振峰的左峰发生蓝移, 右峰发生红移, 双峰间距增大；在1.33~1.38折射率范围内, 该传感器在涂覆GO后, 谐振双峰间距变化量的折射率灵敏度约为831.89nm/RIU, 较未修饰GO的DTP-LPFG提高了1.05倍。

基于表面等离子共振的原理, 设计了一种基于复合膜的双通道光纤表面等离子传感器。利用FDTD Solutions仿真软件分析了传感器的电场传输模式, 比较了单层金属Ag膜与Ag-ITO复合膜的性能, 并对比分析了单通道与双通道结构。结果表明：采用Ag-ITO与Au-TiO2复合膜的双通道结构在灵敏度和品质因数等各项性能上要明显优于传统单层金属膜与单通道结构。设计的传感器不仅可以通过两条传感通道共振偏移范围的高区分度来解决共振波长的串扰问题, 而且双通道结构中一条传感通道也可以作为参考通道为传感器提供自补偿能力。

有机无机杂化钙钛矿已被证明是优良的光吸收材料, 可用于高效率光伏领域。增大钙钛矿薄膜的晶粒尺寸和对晶界缺陷的钝化是提高太阳电池性能的重要途径。文章报道了一种简单的缺陷钝化技术, 将有机卤化物盐BAI引入钙钛矿的混合阳离子中, 以起到增大晶粒和钝化缺陷的作用, 使钙钛矿太阳电池的光电转换效率从19.46%提升至21.56%。这种效率的提升是在不损失短路电流和填充因子的情况下, 开路电压从1.04V提高到1.11V的结果。这种提升钙钛矿型太阳电池开路电压的方法, 为进一步提高钙钛矿型太阳电池的光电性能提供了新的途径。

提出了一种基于金属环结构的太赫兹超窄带吸收器, 其结构单元为典型的金属-介质-金属结构, 顶层金属图案由封闭金属环和四开口金属环组成, 底层为连续金属板。对该吸收器的窄带吸收原理和吸收峰频率处吸收器结构的表面电流分布进行了研究。结果表明：该吸收器在1.7682THz处存在狭窄的吸收峰, 吸收率为99.8%, 相对于该谐振频率的半高全宽为0.51%, 而且对x和y极化入射波具有极化不敏感。该吸收器具有结构简单、易于加工的优点, 在生物传感、窄带热辐射和光电探测等领域有着重要的潜在应用价值。

基于多模干涉理论和自映像效应, 设计了一种高灵敏度多模干涉-异质无芯(SNS)光纤折射率传感器。利用纤芯失配在包层激发的高阶模与无芯光纤中产生的基模耦合产生多模干涉来实现其对折射率的传感测量。应用波束传播法(BPM)数值模拟了传感器在不同折射率条件下光的透射谱, 讨论了无芯光纤的长度及外部环境折射率等参数对传感器性能的影响。通过无芯光纤SNS结构传感器的样品制备, 测试了多组不同浓度蔗糖溶液下的透射谱, 实验结果与数值模拟结果一致。结果表明：在折射率1.330~1.419范围内, 透射谷的波长灵敏度达到189nm/RIU, 透射率灵敏度达到-40%/RIU。

大面阵焦平面成像探测器需要具有随机开窗和反转读出功能, 同时需要降低功耗。文章基于标准数字电路设计流程。设计了一种新型的基于格雷码编码规律的寻址计数器, 用于对阵列的行地址和列地址进行寻址, 提高了寻址的可靠性。对设计进行RTL级仿真, 结果表明该设计能够实现任意开窗和反转读出功能。采用TSMC90工艺库对1024×1024阵列规模的RTL级设计进行分析计算, 结果显示供电电压为3.3V时, 寻址计数器功耗仅为19.56μW,整体设计功耗仅为58.75μW, 适用于大面阵焦平面读出电路的设计。

提出了一种主动共存的增强型光束扩展器——ACEX-RE。该ACEX-RE由集成的一对混合光放大器(EDFA和SOA)和共存元件(CEX)模块组成, 该模块与OLT系统一起安装在中央交换机(CO)上, 分别作为下行和上行光信号的增强器和前置放大器。在下行波长和上行波长分别为1577和1270nm的情况下, 对GPON和TWDM-PON共存的XGS-PON系统进行性能测试。结果表明, 提出的ACEX-RE能够支持多速率XGS-PON的最大运行距离为35km, 分束比为1∶128, 链路损耗为44dB。

尝试采用三种方式来平衡载流子的浓度, 以提高量子点发光二极管(QLED)的外量子效率等性能：在正装结构(ITO/HIL/HTL/QD/ETL/EIL/金属阴极)的QLED的发光层和电子传输层中间插入超薄聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)电子阻挡层；在空穴注入和传输层方面, 通过使用更加优化的HIL等来提高空穴注入和传输几率；在QD发光层方面, 用短链配体来置换量子点的长链配体以增加载流子向量子点发光层中的传输效率等。在进行量子点配体交换的同时带来了量子点在正交溶剂中的可溶性优势, 有利于QLED器件的全溶液法制备。

针对油气井下油气水三相流的持气率测量, 设计开发了一种高可靠性的光纤探针。探针敏感探头采用锥形蓝宝石结构, 蓝宝石敏感探头与过渡管, 以及过渡管与保护套管间均采用金基焊料焊接密封。对研制的光纤探针进行了可靠性实验和油气水三相流持气率测试, 结果表明, 该光纤探针可以承受高温(150℃)、高压(100MPa)环境, 具有较高可靠性。管柱内的油气水三相流呈段塞流型, 持气率为46%。该研究验证了光纤探针应用于油气井持气率测量的可行性, 为后续的工程应用推广提供了理论依据和实际指导。

以石墨烯作为压力传感器敏感材料, Si为基底材料, 氮化硼(PN)为石墨烯保护材料, 惠斯通测量电桥作为力电变换测量电路, 构建了硅基石墨烯压力传感器。通过鼓泡实验法建立传感器的理论模型, 分析了传感器的压力与中心形变位移之间的关系, 并结合ANSYS软件静力学非线性分析单元, 针对所述石墨烯薄膜的挠度形变特性进行了数值解析与有限元仿真。结果表明, 石墨烯薄膜压力与挠度形变的理论分析与仿真结果相吻合, 这为石墨烯压力传感器提供了结构设计与理论模型基础。

批量化、低成本的掩模版复印工艺常被用于LED领域。在微米级图形的掩模版复印工艺中, 受玻璃基板平面度的影响, 光学衍射效应会导致图形发生畸变。为消弭复印工艺中的图形畸变, 从光学衍射理论展开分析, 提出通过调整光刻曝光剂量和光刻胶层厚度来提升掩模版复印工艺水平的方法。实验实现了4μm圆形图形掩模版的复印制作, 结果表明该方法可以显著提升微米级图形的掩模版复印工艺水平, 降低掩模版的制作成本。

在工业产线上制备了PERC结构的多晶硅太阳电池, 并研究了在电池背表面引入PERC背钝化结构对其光电转换性能的影响。结果表明：PERC背钝化结构能够提升电池的短路电流和开路电压, 光电转换效率超过了20%。结合光学仿真及分析电池的关键光电参数知, 其光电转换性能改善的原因可归结为PERC背钝化结构降低了长波太阳光子在背铝电极的寄生吸収损失和光生载流子的背表面复合损失。PERC背钝化结构能够提升多晶硅太阳电池的光电转换效率, 并且其制备工艺与传统产线兼容, 是一种优选的产业电池结构。

提出了一种三角形硅二聚体纳米天线结构, 该结构可以从激发和发射过程同时提高荧光物质的荧光发光效率, 并且实现荧光的远场定向发射增强。利用时域有限差分法详细研究了不同组合方式的三角形二聚体、不同三角形直角边长以及不同二聚体底角间距对荧光发射增强效果的影响, 并进行了结构参数的优化, 研究了该结构对荧光激发过程的影响。结果表明, 三角形硅二聚体纳米天线结构的直角边长为300nm, 二聚体底角间距为0nm是纳米天线的最优参数。相对于裸光源, 硅二聚体纳米天线使点光源的荧光发射增强了7倍, 实现了远场定向发射。而且, 在405nm波长光的激发下, 荧光激发过程也得到了增强。

光子计数激光雷达具有灵敏度高、体积小等特点, 是未来远距离探测激光雷达的发展方向。光子计数激光雷达在探测时会产生游走误差, 从而影响系统的测距精度。文章就游走误差与探测器时间抖动之间的关系进行了理论分析与实验验证。首先, 基于激光雷达方程、单光子探测器时间抖动与光子计数探测的概率统计特性, 建立了激光回波信号与探测器时间抖动的数学模型；然后使用该模型进一步推导了探测器时间抖动与游走误差之间的关系, 计算分析与仿真实验都表明：系统的游走误差与探测器时间抖动呈正相关关系。最后, 使用拥有不同时间抖动的单光子探测器进行了实验, 实验结果表明：当探测器时间抖动标准差分别为15, 350和1152ps时, 游走误差分别为0.88, 2.55和12.56cm。

光纤陀螺线形检测系统是一种测量路面线形曲线的检测方法。结合光纤陀螺线形检测原理以及常用的路面平整度指标, 研究了一种基于光纤陀螺的路面平整度指标获取方法。实验分析和应用结果证明, 线形测量过程中所采集的光纤陀螺角速度概率分布和标准差与路面平整度具有较强的关联性。通过提取光纤陀螺检测桥梁线形的高程标准差, 可得到路面平整度系数。本方法可反映路面的宏观平整度以及路面传递至车辆的行车舒适性, 并且可实现桥梁线形和平整度的同时测量, 具有方便高效准确的优点和较大的应用推广价值。

针对相关滤波器跟踪算法在目标快速运动、遮挡和表观变化时易发生跟踪漂移或者丢失的问题, 提出一种基于时间一致性和核互相关器的目标跟踪算法。该算法通过引入对图像噪声和杂波更具鲁棒性的核互相关向量, 能够更精确地预测目标的仿射变化。同时, 在学习过程中引入时间一致性约束, 以解决因核相关器时间退化导致的跟踪漂移问题。最后, 采用主灰度分量逆映射来提升跟踪器应对目标部分遮挡的能力。在公开的OTB100标准目标跟踪数据集中与提供的基准算法和其他性能更加先进的相关滤波算法进行对比, 该算法平均跟踪速度为41f/s, 相对fDSST和SAMF算法, 其跟踪精度分别提升15.6%和6.4%, 跟踪成功率分别提升33.3%和6.1%。实验结果表明, 该算法在目标快速运动、遮挡或表观变化时仍能精确地跟踪目标。

半导体激光器的输出性能直接决定了光纤电流互感器的测量精度和长期运行稳定性。为提高光纤电流互感器的测量精度与稳定性, 设计了一种高精度半导体激光器数字驱动电路。以STM32微控制器为控制核心, 利用高精度电流源芯片ADN8810实现驱动电流的精密控制, 同时采用集成温控芯片MAX1978通过控制半导体制冷片的工作电流实现对激光器温度的精确控制。经实验测试, 其输出电流稳定度为0.028%, 温度控制稳定度为0.18%, 激光器输出光功率稳定度达到0.06%, 输出波长稳定度为0.05pm。该设计能够满足光纤电流互感器对光源输出性能的要求。

针对传统仿生智能算法处理异构光伏发电功率预测精确建模问题时存在的线路多阻抗参数约束下方差波动、线损分析易陷入局部极值等不足, 提出了一种基于改进深度确定性策略梯度(DDPG)的中短期光伏发电功率预测模型。首先, 通过引入多智能体机制, 视发电系统涉及到的发电过程参数为独立活性的智能体, 构建出具有社会属性的面向发电过程参数信息共享的全局最优协同控制体系。然后, 通过改进的DDPG算法实现蓄电池储能功率自主精确调节和发电网输出功率的自动最优预测。最后, 基于Tensorflow开源框架在Gym torcs环境下进行模型效能仿真并以某示范性异构光伏发电网为效能评价载体, 对模型进行了工程应用合理性验证。

在分析CCD相机噪声特性的基础上, 设计了一种用于CCD相机电子学增益测试的新方法。该方法采用任意场景作为测试背景, 通过改进算法推导了图像信号SDN和图像噪声σDN之间的线性关系, 从而解算出相机的电子学增益。与传统方法采用积分球或EMVA1288标准要求的均匀光源相比, 该方法具有操作简便、经济性高的特点。与原有算法进行对比实验, 结果表明, 该方法能够较精确地对CCD相机电子学增益进行测试, 测试重复性高, 且有效可靠。

研究了相位共轭信号在长距离无中继传输系统中的抗非线性效应的性能。通过构建相应的仿真系统, 对比分析了单偏振信号与相位共轭信号的性能差异。仿真结果表明, 对于无中继传输系统, 相位共轭信号的色散预补偿与有中继传输系统有所差别。在传输信号为32-GBaud的QPSK、传输距离为330km以及后向泵浦设置为0.8W的情况下, 当前向泵浦为0.4, 0.6以及0.8W时, 相较于单偏振传输信号, 相位共轭信号的BER性能均可提高2dB以上。此外, 相对于单偏振信号, 相位共轭信号的传输距离约提升10%。

传统的人体血糖检测方法是有创的, 具有一定的局限性。文章提出一种结合能量守恒法与光谱法的血糖检测技术, 该技术能够实现人体血糖的无创、实时和准确检测。首先设计了一种人体体征数据采集装置, 用于实时采集血糖相关数据并上传至上位机。然后将数据分别用多元线性回归、k近邻回归和支持向量回归三种机器学习算法进行分析评估, 对比得出最优算法用于无创血糖检测。实验证明, 提出的无创血糖检测技术是可行的, 其中基于支持向量回归算法的测量准确度最高, 相关系数高达0.862, 具有较高的准确性和鲁棒性。

利用静脉识别原理采集的静脉图像通常模糊不清、难以分辨。传统的CLAHE算法虽然能够提高静脉图像的对比度, 但是会丢失图像的一些细节信息。文章提出了一种基于CLAHE和多尺度细节融合的静脉图像增强算法。首先对静脉图像进行ROI提取, 采用CLAHE算法增强静脉与手背间的对比度；然后利用多尺度细节融合算法得到静脉图像的细节图, 再通过均值滤波滤除细节层中的高频噪声；最后把上面两种方法得到的图像加权叠加得到细节增强后的静脉图像。实验结果表明, 该方法在提高静脉图像对比度的同时保留了原图像的细节信息。

在相机位姿估计算法的实际应用中, 由于2D像点与3D参考点的错误匹配, 参考点中往往含有异常值。针对现有算法抗异常值能力较弱的问题, 提出了一种基于正交迭代的二值加权算法。该算法在正交迭代算法的基础上, 引入包含两个阈值的加权系统来衡量参考点的可靠性。选取重投影误差的四分位数中的最大值作为阈值之一, 另外引入一个与重投影误差和焦距相关的阈值来加速异常值比例较低时的收敛速度。最终选取两阈值的最大值对目标函数进行二值加权, 降低了异常值对估计结果的影响。实验表明, 该方法提升了正交迭代算法的抗异常值能力, 具有较强的鲁棒性。

针对偏振三维成像系统的高效目标三维点云分割问题, 提出一种多维信息融合的高效分割理念。系统采用高分辨率EMCCD相机作为面阵探测器, 在一次成像过程中, 可同时获得视场中的灰度图像以及三维点云数据。根据该成像特点, 建立灰度图的像素坐标与点云数据像素坐标之间的点对点映射关系, 结合粒子群优化算法的边缘分割方法, 将灰度图中目标分割后的坐标信息映射到三维点云数据中, 得到其三维点云数据。该方法将三维点云数据降维处理为二维图像处理, 显著降低了计算复杂度, 避免了点云数据误差对分割精度造成的影响。实验验证了多维数据融合目标三维点云分割方法的有效性。