空间调制(SM)技术作为一种多天线传输技术, 已经逐步应用到可见光通信(VLC)系统中, 并成为该领域的研究热点。在介绍SM技术基本原理的基础上, 从有效性、可靠性及与其他调制技术相结合三个方面分析总结了光空间调制(OSM)技术的研究进展, 讨论了OSM技术的应用现状以及未来的发展趋势。

以高机械灵敏度为设计目标, 对一种解耦硅MEMS陀螺进行了结构优化, 并利用有限元分析软件ANSYS对该MEMS陀螺进行了模态、应力、位移、抗过载及谐响应仿真分析, 确定并验证了高灵敏度MEMS陀螺的结构优化原则。优化后的硅MEMS陀螺驱动和检测模态谐振频率分别为3700与3718Hz, 机械灵敏度可达0.95nm/(°/s), 能够承受500g的冲击载荷, 并且能够实现驱动模态和检测模态解耦。

低频电噪声是表征电子器件质量和可靠性的敏感参数, 通过测试低频噪声, 可以快速、无损地实现光耦器件的可靠性评估。通过开展可靠性老化对光电耦合器低频噪声特性影响的试验研究, 提出基于低频段宽频带噪声参数的光电耦合器可靠性筛选方法, 并将可靠性筛选结果与点频噪声筛选方法结果进行对比分析。结果表明, 与点频噪声参数等现有方法相比, 宽频带噪声参数可以更灵敏和准确地表征器件可靠性, 同时计算简便, 基于宽频带噪声参数的光电耦合器可靠性筛选方法可以实现更为准确合理的可靠性分类筛选。

对一系列蓝光和蓝绿光器件展开研究, 发现结构为ITO/NPB(40nm)/mCP(5nm)/mCP∶FIrpic(30nm)/TPBi(2nm)/TPBi∶Ir(ppy)3(10nm)/TmPyPB(40nm)/LiF(1nm)/Al的蓝绿光器件具有最佳光电性能, 其电流效率高达38.3cd/A。基于该结构, 结合采用红色荧光染料DCJTB制备的颜色转换层实现了三原色白色有机发光二极管(White Organic Light-emitting Diode, WOLED)。结果表明, 器件性能可通过DCJTB浓度进行调控, 当其浓度为0.7%时, 实现了电流效率为23.9cd/A、色坐标为(0.35, 0.43)及色温为5121K的WOLED, 且电流密度从1mA/cm2变化到100mA/cm2, 其色坐标仅漂移(0.005, 0.003)。

随着MEMS惯性传感器件对微位移检测精度的要求越来越高, 微位移检测技术已经成为MEMS惯性传感领域的研究热点。亚波长光栅以其超高的位移检测灵敏度成为一个极具发展前景的高精度位移传感平台。利用Rsoft软件模拟分析了双层亚波长光栅共面、离面相对运动时系统零级衍射光透射率与光栅位移量之间的关系及系统关键结构参数对位移检测灵敏度的影响, 并对这两种亚波长光栅微位移传感系统进行了结构优化与性能仿真及对比, 理论验证了亚波长光栅位移检测的高灵敏度优势。

为了增强量子点的定向发光强度, 提出了一种由硅柱二聚体和二氧化钛圆盘组成的复合纳米天线结构。利用时域有限差分方法系统研究了硅柱二聚体的轴参数、截面类型以及复合纳米天线结构对量子点定向发光增强的影响。结果表明, 对于中心波长为600nm的量子点, 硅柱二聚体的轴参数对量子点的发光影响不大, 椭圆形截面的硅柱二聚体可以实现较大的量子点发光增强。此外, 在复合纳米天线的作用下, 不仅可以获得较大的量子效率增强, 还可以实现量子点高度定向的发射效果, 量子效率增强约6倍, 定向收集效率可以达到50%。

利用热氧化法将电化学腐蚀制备的多孔GaN薄膜氧化成三维孔隙状β-Ga2O3薄膜, 分析了多孔GaN薄膜与传统GaN薄膜在氧化机理上的区别, 并通过材料表征证明了多孔GaN薄膜能够实现更快的氧化速率。随后将氧化生成的β-Ga2O3薄膜制备成MSM型β-Ga2O3基日盲紫外探测器, 在260nm光照及10V偏压下, 器件的响应度为16.9A/W, 外量子效率为8×103%, 探测率D*达到了2.03×1014Jones, 能够满足弱光信号的探测需求。此外, 器件的瞬态响应具有非常好的稳定性, 相应的上升时间为0.75s/4.56s, 下降时间为0.37s/3.48s。

研究了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺参数对SiNx及SiOxNy防潮能力的影响, 并测试了SiNx/SiOxNy叠层薄膜的水汽渗透速率(WVTR)。实验结果表明: 单层SiNx薄膜和SiOxNy薄膜都存在临界厚度, 当膜厚大于临界值时, 继续增大厚度不会明显改善薄膜的WVTR。当沉积温度从50℃提高到250℃, SiNx薄膜的WVTR从0.031g/(m2·day)降至0.010g/(m2·day)。SiOxNy沉积时, 增大N2O通入量对薄膜的WVTR影响不明显, 但可以有效改善薄膜的弯曲性能。最后, 4个SiNx/SiOxNy叠层膜的WVTR下降到了4.4×10-4g/(m2·day)。叠层膜防潮能力的显著提升归因于叠层结构可以有效解耦层与层之间的缺陷, 延长水汽渗透路径。

为将单根纳米线成功组装至微电极两端, 在介电泳力的基础上附加考虑粘滞阻力及布朗力的影响, 建立了单根纳米线受力及运动模型, 通过数值仿真得到纳米线在三维空间中的运行轨迹, 并基于可控介电泳工作区模型(DWS-DEP)获得了可实现准确跨接的初始点分布区。为选择合适的电极组装单根纳米线, 对三种不同尖端弧度的电极稳态区进行仿真, 结果显示圆弧状电极更易实现一维纳米结构的跨接组装。利用所设计的Ti/Au电极进行纳米线介电泳组装实验, 得到了与仿真相一致的结果。

针对铌酸锂波导质子交换的精确控制提出了一种预热-反应方法, 建立了质子交换温控模型, 并对该模型进行了PID控制参数整定和温度波动误差分析, 在此基础上研究了质子交换过程中温度波动对H+浓度纵向分布的影响。采用预热-反应方法制作了波导样本, 实验测试了其折射率纵向分布, 并与传统工艺制作的波导样本测试结果进行对比, 验证了所提方法对质子交换精确控制的有效性。实验表明: 预热-反应方法折射率分布同理论计算折射率分布结果吻合更好。

使用射频磁控溅射法,基于不同溅射功率(58、79、116、148和171W)条件在玻璃基底上室温制备了Zn-Sn-O(ZTO)薄膜, 并探讨了溅射功率对薄膜的结构、电学性能和光学性能的影响。结果表明, 提高溅射功率有助于提升薄膜的沉积速率; XRD分析表明不同溅射功率条件下制备的ZTO薄膜均具备稳定的非晶结构; 随着溅射功率的增加, 薄膜的电阻率下降, 光学吸收边“红移”(光学禁带宽度从3.77eV减小到3.62eV); 整体来看, 在58~148W溅射功率范围内制备的ZTO薄膜具备较好的可见光透明性, 其在380~780nm可见光范围内的平均透过率均超过85%。

使用FEMAG晶体生长模拟仿真软件以及自主开发的PVT法有限元传质模块对全自动、双电阻加热物理气相沉积炉开展了AlN晶体生长工艺过程中不同坩埚埚位对温度场、过饱和度场及烧结体升华速率等影响的模拟仿真分析研究。模拟仿真结果表明: 在给定工艺条件下, 坩埚埚位较低时烧结体温度较高且内部温差较小, 烧结体升华表面存在较大的Al蒸气分压梯度, 各表面升华速率较快且均匀, 籽晶衬底生长前沿温度场呈微凸分布, 有利于晶体扩径及生长高质量晶体。随着坩埚埚位的上升, 低温区向坩埚壁扩展, 预烧结体内轴向及径向温度梯度增加, 籽晶衬底附近径向温度梯度逐步降低, 过饱和度区域扩大且增强。在坩埚埚位较高情况下, 坩埚内原料升华变得不均匀, 坩埚侧壁存在高过饱和区域, 极易在坩埚壁上发生大量的AlN多晶沉积。模拟分析结果与大量实际晶体生长实验后的坩埚壁处沉积现象及剩余烧结体原料形态相符, 较好地验证了模拟仿真分析结果的准确性。

利用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD), 在镀金属钛的纯平陶瓷衬底上制备出一层微米量级的类球状金刚石聚晶颗粒碳膜。通过拉曼光谱仪、X射线衍射仪分析了碳膜的成分, 通过扫描电子显微镜观察了碳膜的外部形貌。最后利用场发射的二级结构装置测试了碳膜的场发射性能。讨论了金刚石聚晶碳膜的场发射机理, 得出碳膜场发射性能优异的原因是金刚石聚晶碳膜表面存在强大的场增强现象。

以苯并二茚并二噻吩(IDT)为给体(D)单元, 二氰基茚酮(IC)为受体(A)单元, 合成了四个A-D-A型非富勒烯受体小分子。通过调节IDT结构单元上烷基取代基链的长度(-C6H13, -C8H17, -C10H21和C16H33), 系统研究了分子热学性质、光学性质、能级结构及光伏性能随烷基链长度的变化规律。测试结果表明, 烷基链长度的变化对分子的热稳定性、HOMO能级、最大吸收峰值和吸收范围并没有很大的影响, 但随着烷基链变短, 分子的摩尔消光系数变弱、结晶性升高。基于PBDB-T∶C8-IDT-IC的光伏器件显示了较高的光电转换效率, 达5.90%, 而PBDB-T∶C16-IDT-IC的器件效率最低, 表明烷基取代基链长度对材料的光伏性能具有一定影响。

采用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD), 通过控制生长温度和时间, 在氟金云母衬底(KMg3(AlSi3O10)F2)上制备出大面积、高质量的ReS2层状薄膜、纳米片、纳米花等微结构。利用拉曼显微镜(Raman)、光致发光光谱(PL)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对所制备的ReS2结构进行表征。结果显示: ReS2能够在表面平整且为惰性的氟金云母衬底上实现大面积高质量的面内、外生长; 面外生长的ReS2纳米片和纳米花结构的拉曼光谱相对于层状的ReS2结构在207cm-1附近的特征峰处存在红移现象, 在163cm-1附近的特征峰相对强度不断减弱; ReS2微结构的PL峰的位置基本无变化, 但是峰值强度随面外生长而不断减弱。

弱光夜视是短波红外成像的重要应用领域之一。针对短波红外弱光图像对比度低, 增强后噪声也被放大的特点, 提出了一种基于小波变换与像元对目标的短波红外图像增强算法。首先通过小波变换获得不同频率成分的子带图像; 然后对低频子带图像进行基于像元对目标的灰度变换处理, 对高频子带图像进行可变阈值降噪处理; 最后通过小波反变换将处理后的子带重构得到增强结果。将该算法与基于直方图的增强算法, 全局优化线性窗口色调映射算法和自然保持增强算法进行比较, 采用图像的信息熵和基于Michelson法则的对比度增强度量作为客观评价指标, 结果表明本文算法更为有效地提高了短波红外弱光图像的对比度, 抑制了噪声的增强, 提升了图像的视觉效果。

针对绘制海量云数据时传统光线投射算法计算量大、绘制缓慢等问题, 提出了一种基于视点相关光线投射算法的三维云可视化方法。该方法首先采用基于多分辨率方法的数据预处理策略, 然后采用基于视点相关系数的自适应采样频率计算方法确定重采样点的位置, 并利用三阶段插值算法计算重采样点的值, 最后采用基于块重要性加权香农熵的二维传输函数完成颜色值和不透明度的映射关系, 从而实现图像的合成。实验结果表明, 该方法计算复杂度低、执行效率高, 与现有的光线投射算法相比, 不仅图像的重构质量得到了提高, 绘制时间也减少了约30%。

为了准确标定超广角红外相机, 从超广角红外相机的泰勒多项式标定模型出发, 提出了一种基于主动红外辐射标定板的标定方法。该标定板克服了以往超广角相机标定板制作困难的问题, 可用于标定超广角红外相机。实验结果显示, 角点平均重投影误差(MRE)和角点重投影方均根(RMS)分别为0.30和0.34像素。

提出一种可见光重构指纹室内定位算法(RFP), 通过融合到达时间差(TDOA)算法和指纹算法可快速完成室内高精度定位。该算法首先利用TDOA算法多次估计得到的解集定义一个区域, 然后在该区域中构建三维精细指纹库, 再利用匹配算法定位未知节点。仿真结果表明, 该算法的平均定位误差约为0.1719m, 与传统的TDOA算法相比, 提高了定位精度, 与传统精细指纹算法相比, 节省了定位时间。

光正交频分复用系统(O-OFDM)的缺点之一是存在高的峰值平均功率比(PAPR), 部分传输序列(PTS)技术能够有效降低高PAPR出现的概率, 但其计算复杂度较高。针对该问题, 提出一种可降低计算复杂度的二阶PTS和削波(Clipping)联合改进的PAPR抑制方案。该方案首先将初始的输入信号进行d级逆快速傅里叶变换(IFFT)运算, 再进行子块划分, 然后进行剩下的n-d级IFFT运算。仿真结果表明, 该方案大大降低了计算复杂度, 并且在峰均比抑制效果和系统误码率(BER)方面都得到了较好的改善, 具有较高的实际应用价值。

由于热红外高光谱成像仪的狭缝宽度与成像波长在同一量级, 光在其内部传播时能量发生损失而不能全部被探测器像元接收, 因此基于几何光学的计算像元能量的方法已不再适用。为了探究能量损失情况, 采用时域有限差分方法计算了热红外高光谱成像仪中光聚焦入射狭缝前表面时狭缝后光强的分布, 并利用瑞利-索末菲矢量衍射理论得到了远场光强分布, 从而分析了不同狭缝宽度、狭缝厚度时能量的损失情况, 并搭建了实验装置进行验证。结果表明, 随着狭缝宽度增加, 能量损失逐步减小, 且能量主要是由于狭缝后方光波衍射导致能量不能全部进入后级成像镜头而损失, 在狭缝内部损失的能量很少。当狭缝宽度为几十微米量级时, 狭缝厚度对能量损失影响不大。

在酒类产品的杂质检测过程中, 不可避免地会产生气泡, 而当前的杂质检测算法并不能有效消除气泡对检测的影响, 尤其是在大量气泡存在的情况下。针对此问题, 提出了一种基于特征分类的液体内杂质检测方法, 通过提取目标的细微特征来区分杂质和气泡, 算法通过双边滤波来预处理图像, 改进了多尺度小波变换边缘检测算法, 并用其来检测目标边缘, 最后通过特征分类的方法来判定杂质。实验结果表明, 该方法能有效消除噪声和气泡对检测的干扰, 杂质检测的准确率达到了95%。

针对白光扫描干涉系统由于物镜景深小、干涉区间短而导致的调焦不准确、查找条纹困难、耗时长等问题, 提出一种适用于白光干涉仪的自动对焦方法,该方法包括一种结合穷举法与爬山法的复合式对焦搜索算法, 以及一种基于四叉树分解的粗精分步对焦评价函数。所提的搜索算法不需预先设定搜索范围, 步长迭代可变, 在能够快速搜索的同时具有较高的搜索精度和稳定性。所提的评价函数灵敏度较高, 单峰性较好。实验结果表明, 所提的自动对焦方法具有较高的对焦精度和速度, 且能够在快速准确找到干涉条纹位置的同时, 有效地避免由条纹以及环境噪声引起的对焦曲线多峰值问题。

针对协同表示的高光谱异常目标检测算法的异常点敏感问题, 提出了一种基于背景纯化的改进协同表示的高光谱异常目标检测算法。利用扩展数学形态学的膨胀操作消除局部背景模型中可能存在的异常点, 从而得到更为纯净的背景字典, 能够有效地消除检测过程中异常点对检测效果的负面影响, 从而提高检测精度。采用该算法对高光谱数据进行仿真实验, 并与现有算法进行对比, 结果表明该算法具有更好的检测效果。

针对联合变换相关器(JTC)多图像加密系统对于加、解密灰度图像时, 解密图像质量不理想的问题, 利用前期提出的一种灰度图像二值编码方法, 设计了一种基于灰度图像二值编码的JTC多图像加密系统。该系统将灰度多图像的加、解密问题转化为二值多图像的加、解密问题, 可有效抑制加、解密过程中产生的非饱和噪音, 提高图像解密质量。仿真结果表明, 相同条件下在基于螺旋相位模板拓扑荷数复用的JTC多图像加密系统中使用灰度图像的二值编码图像进行加、解密相对于直接加、解密灰度图像, 其相关系数值有显著提升, 再使用中值滤波抑制解密图像中的饱和噪音, 可进一步提高解密图像质量。

针对核相关滤波(KCF)在跟踪中由于目标出视野以及遮挡导致跟踪失败的问题, 提出一种基于核相关滤波的长时目标跟踪算法。该算法融合梯度直方图特征和颜色提名特征来增强特征的表达能力; 考虑到核相关滤波不能解决尺度变化的问题, 通过定义尺度池、采集不同尺度的样本计算响应值, 然后利用最大响应值得到最佳位置和尺度。最后, 针对在长时间目标跟踪过程中, 有时不可避免地会出现跟踪失败的情况, 通过训练支持向量机对目标进行重新检测以达到长时跟踪的目的。在OTB数据集上对提出的算法和其他主流算法进行对比, 实验结果验证了提出算法的有效性和优越性。

内窥镜是微创手术的必要设备, 而国际现有荧光内窥镜不能在肿瘤切除手术中实时显示荧光诊断标记图, 以致手术精度较低。为解决该问题, 提出了一种在内窥镜正常使用的图像中增强显示荧光诊断标记图的实现方法。通过将摄像头的帧信号与照明光源开关信号同步, 得到间隔出现的亮场图像和暗场荧光诊断标记图, 之后针对两种图像的各自特点, 使用灰度变换彩色化等一系列方法进行前期的预处理, 最后将两种图像进行融合处理得到可实现荧光标记诊断图的明场图像。