为了降低噪声对光纤陀螺输出的影响, 提出了一种基于改进经验模态分解 (MEEMD)和前向线性预测 (FLP)结合的光纤陀螺去噪算法。首先, 引入排列熵概念, 利用改进经验模态分解对光纤陀螺信号进行分解与重构; 然后针对分解后混合噪声的低阶 IMF项, 通过 FLP算法进行滤波去噪; 最后将经过 MEEMD-FLP处理后的信号进行重构以得到结果。对某干涉型 FOG进行静态测试, 通过实测数据计算结果表明: 与原始 FOG信号相比, 降噪后的 RMSE降低了 76.77%, 标准差降低了 76.76%。该算法可有效降低噪声对 FOG输出信号的影响, 具有更高的去噪精度。

悬链线型亚波长结构可以实现连续的相位调控。但是, 普通悬链线孔径两端较窄, 不易于加工。另外, 以往直接在仿真软件 CST中建立复杂模型较为困难, 仿真过程较为繁琐。本文提出了用等宽悬链线狭缝替代普通悬链线狭缝, 并设计了用于产生贝塞尔光束的等宽悬链线超表面, 为二维光电器件的设计提供了新思路。在建模仿真过程中使用 Matlab调用 CST进行联合仿真, 直接在 Matlab中完成所有建模、仿真、修改参数等操作。该方法可以用于设计复杂结构, 同时结合 Matlab数值优化能力得到更理想的仿真效果。

量子点材料具有发光光谱窄、发光波长可调及荧光量子产率高等特点, 其制成的发光器件在提升色域方面更具潜力。本文介绍了一种由蓝光 LED激发 CdSe红、绿光量子点并结合表色系统计算方法配得白光的计算方法。经多次实验确定, 红、绿光量子点与胶水配比为 (1∶60)和(1∶10), 胶量测试范围为 1.4 μL～2.2 μL和 3.0 μL～5.0 μL。采用传统 LED制作方式和分层结构制得样品, 测试此胶量范围对蓝光的吸收、转化比率, 经 Matlab拟合得到胶量与吸收、转化率的函数关系。取上述测试胶量范围形成的白光区域点 (0.34, 0.3), 得到红、绿光量子点胶量为 1.9 μL和 4.55 μL, 根据光谱计算公式得到对应的理论光谱。再根据上述胶量制作验证样品, 测试得到色坐标点为 (0.3409, 0.2992)且对应的光谱与理论光谱也基本重合。

本文利用材料热膨胀系数不同的性质设计了一种可以对小面积热源进行高灵敏检测的温度传感器。该传感器的温度敏感元件是一个上表面镀有金属的氮化硅悬臂梁。由于金属与氮化硅的热膨胀系数不同, 因此当悬臂梁所在的环境温度发生变化时, 悬臂梁会向温度梯度变化快的方向发生弯曲, 并且弯曲量与温度成正相关关系。实验中通过光杠杆测量梁的弯曲量, 用标定的方式建立温度与探测器输出电压之间的关系。结果显示, 该传感器的灵敏度可以达到 4.86 mV/℃, 以及 0.04 ℃的温度分辨力。为验证传感器对小面积热源进行测量的适用性, 我们利用 NaYF4材料受激发热的性质, 对不同面积热源产生的热量进行测量。结果显示, 当发热面积约为 0.07 mm2时依然可以进行准确测量, 实现了对小面积热源温度进行精确测量的目的。

单帧远场图像重构波前像差的方法在结构简便性方面有独特的优势。然而, 传统的基于单帧远场图像的波前重构算法存在多解问题, 算法收敛过程容易陷入停滞。本文在分析单帧相位反演方法的多解问题成因的基础上, 提出了一种基于 Walsh函数的二维离散相位调制的波前重构方法。此种方法可以有效地打破近场波前的对称性, 解决多解问题。仿真结果表明, 该方法只需一个远场图像就可以精确地重建波前像差。

在DMD光刻设备中, 由于机械装调产生的机械误差导致曝光图像间产生拼接误差, 进而造成曝光图像出现错位、交叠等问题。为了消除 DMD在大面积曝光过程中的曝光误差, 对误差校正方法进行研究。首先, 利用显微镜对曝光后的基板进行测量得到曝光误差。然后, 在曝光误差的基础上建立误差模型。最后, 根据误差模型提出了基于运动补偿的 DMD光刻系统误差校正的方法, 该方法有别于目前已有的误差校正方法。实验结果表明, 在微米级图像曝光过程中, 曝光误差减少了 80%以上, DMD曝光中心偏移距离由 175 μm减少为 21 μm。有效提高曝光图像的拼接精度, 满足对大面积曝光图像的高质量、高精度等要求。

针对像素缺陷影响电润湿电子纸的显示效果, 本文提出一种基于 Otsu的自动阈值检测方法对缺陷进行检测。 Otsu是一种常用的自动阈值方法, 在图像直方图为双峰时, 该方法能给出令人满意的结果。但是电润湿缺陷图像直方图通常为单峰, 容易得到错误的结果。电润湿由于不同颜色的填充油墨使得缺陷与背景对比度不同, 导致分割更加困难。本文在目标方差前引入加权系数, 权值随着缺陷的累积概率的增大而减小。权值在阈值过峰前保持较大的数值, 过峰后权值降低, 保证了阈值在单峰情况下始终处于峰的左边。实验结果表明: 本文提出的方法能够有效分割电润湿缺陷区域, 尤其在对比度较低的电润湿缺陷图像中比 Otsu、VE、WOV和熵加权方法的 ME值更接近 0, 有更好的分割效果。

针对传统纳米天线结构存在频段窄、透射率低的问题, 设计了十字缝隙分形纳米天线结构。采用时域有限差分法计算了十字缝隙分形纳米天线结构的异常透射特性, 分析了均匀十字缝隙结构与其之间的透射特性差异, 并讨论了物理参数对十字缝隙分形纳米天线异常透射特性的影响及分形尺寸与非分形尺寸下的纳米天线透射谱变化关系。结果表明, 较于均匀十字缝隙结构, 十字缝隙分形结构实现了光的异常透射及全 2π透射光束相位调控, 尺寸更小型化, 半波宽(FWHM)更宽, 透射率更高, 最高可达 99.51%; 通过调整物理参数, 透射谱呈现出红移或蓝移的特性, 实现了透射谱的可控性; 同时, 当 h=50 nm时, FWHM约为 356 nm, 透射率仍高达 95.66%, 普遍高于传统结构; 并且在大入射角度(70°)下, 峰值透射率仍旧大于 74%。总之, 较于其他纳米天线结构, 十字缝隙分形纳米天线具有宽频、可控可调、结构更微型化等特点, 且实现了光的异常透射。

通常的太赫兹微结构主要采用 Au薄膜制备金属结构, 很难利用微结构中 Au薄膜性能对太赫兹波进行实时调控。本文设计并制备了基于高磁导率软磁 FeNHf薄膜的太赫兹开口三角形结构, 通过外磁场调控微结构中软磁薄膜磁化强度方向, 系统研究了外磁场调控下微结构中的太赫兹波传输特性和电磁共振模式。软磁 FeNHf薄膜具有磁各向异性的特点, 外磁场可以调控磁化强度 M方向分别垂直和平行于太赫兹波磁场的方向, 采用太赫兹时域光谱系统测试微结构的太赫兹透射特性, 通过时域有限差分的方法, 分析了基于软磁薄膜微结构的太赫兹场电磁场分布和调制机理。实验结果表明, 外磁场可调控开口三角形太赫兹微结构的谐振频率, 在 1.3 THz频段, 调谐率约为 5.7%, 调制深度约为 15%。

基于 Rytov近似理论, 分析了各向异性海洋湍流中汉克 -贝塞尔(HB)光束的交叉谱密度, 研究了轨道角动量(OAM)模式探测概率、串扰概率及 HB光束的螺旋相位谱, 建立了各向异性海洋湍流中 OAM模式探测概率模型。结果表明, HB光束在各向异性海洋湍流环境中发射 OAM模式的探测概率高于在各向同性海洋湍流环境中的探测概率。并且随着各向异性因子的增大, 海洋湍流对发射 OAM模式探测概率的影响减小, 串扰模式的探测概率也随之下降。

轨道角动量 (OAM)光束具有螺旋形相位分布, 在信息光学、光捕获、光学操控等领域都有着重要的应用。本文设计了一种可以生成聚焦 OAM光束的平面型光学器件。该器件利用迂回相位的编码方式, 在平板上加载了根据分数 Talbot效应计算得到的特定相位分布。使用时域有限差分 (FDTD)分别对具有正方形和六边形周期性结构的光学器件进行仿真模拟。结果表明, 平面波经过此器件可以转化为阵列型聚焦 OAM光束。该器件加工方便, 容易拼接或复制, 集成度高, 可以用来生成高质量大面积阵列型 OAM光束。