在实际傅里叶变换轮廓术测量中, 获取的条纹图扩展的零频分量对傅里叶变换轮廓术的测量精度和测量范围有很大影响,甚至妨碍正确三维面形的恢复。π相移技术常被用来消除零频分量对测量的影响,但需要在测量系统中安装精密相移装置,并需要采集两帧具有π相位差的条纹图。传统傅里叶变换轮廓术中,完成精密相移需要较长的时间,影响了傅里叶变换轮廓术测量方法的实时性。提出了采用双色正弦光栅投影来实现从一帧条纹图中消除零频对傅里叶变换轮廓术测量的影响。该方法同传统的π相移方法相比,不需要相移装置,测量系统简单,并且能真正实现高速测量。

利用发光二极管(LED)的高速发光特性,以旋转的二维发光二极管阵列为显示载体,通过时分寻址电路快速显示三维形体的二维截面序列。受调制的离散二维图像信息,因视觉暂留而形成深度效应,将被整合感知为一幅连续的三维图像。成功实现了具有49152个体像素,尺寸为φ144.6 mm×110 mm的柱体空间内的三维显示,图像具有双目视差、调节、会聚等常规视差信息,能提供真实的深度暗示,可同时从任意角度直接观察。论述了系统的显示原理及图像编码分解方法,分析和讨论了显示质量与体像素优化选取、起始位置显示信息的关联程度。

提出了基于Karhunen Loève变换的小波谱特征矢量量化三维谱像数据压缩方法。三维Karhunen Loève变换/小波变换/小波谱特征矢量量化方法应用了Karhunen Loève变换的消除谱相关性优良性能,应用二维小波变换消除空间相关性,在小波变换域内应用二维集分割嵌入块编码和一维谱特征矢量量化对三维谱像数据压缩,获得较高的压缩性能。实验结果表明:Karhunen Loève变换/小波变换/小波谱特征矢量量化编码比Karhunen Loève变换/小波变换/改进对块零树编码和Karhunen Loève变换/小波变换/快速矢量量化编码方法在同样压缩比条件下,峰值信噪比提高2 dB和1 dB以上,而速度提高了1.5和8倍,整体压缩性能有较大的提高。

分布式光纤拉曼测温系统的重要参量之一是其温度测量精度,系统的温度标定对温度测量精度有着极其重要的影响。从该类系统的工作原理出发揭示了进行温度标定的物理原因及其对系统测温精度的影响程度。同时提出了在标定装置的实际设计上所要注意的几个方面。

研究了对数型非线性电介质中空间亮孤子,认为对数型电介质中可支持亮空间孤子,并对其束宽变化作了分析,指出其束宽变化与光源峰值功率成反比:当功率较低时,束宽随功率的增大而急剧减小,表现出良好的非线性效应;当功率不断增大时,束宽的减小趋势逐渐放慢直至停止,对数型材料呈现饱和特性。

用一种新的测量方法在不同入射光强下同时观测了Fe:LiNbO3和(Fe,Tb):LiNbO3晶体中光致折射率变化Δns、吸收系数α和光电导σph与入射光强I的依赖关系, 并从理论上对观测结果给予了初步解释。

讨论了在克尔媒质中原子与光场相互作用及拉曼相互作用时原子、光场和整个系统的量子信息保真度的时间演化过程。研究光场的光强、失谐量及克尔参量对保真度的影响。研究表明,当拉比振荡频率与光子数成正比时保真度表现出周期性的等幅振荡。光强的增加将使保真度下降,失谐量的增加会提高保真度,克尔媒质也对保真度的演化产生影响。失谐量为0,克尔参量为0.5 g时以及在能级简并的拉曼过程中保真度表现出很规则的等幅周期振荡。

利用全内反射和波导理论,分析了多模波导反射区全内反射(Total Internal Reflection, TIR)型光开关的物理模型和降低串音和损耗的原因,给出改进Y分叉全内反射型光开关特征的近似计算方法。数值模拟表明,扩展多模波导的Y分叉全内反射开关的串音和损耗可分别下降15.5 dB和0.65 dB以上。

详细研究了串联双环光微谐振器的光带通滤波特性,给出了其通带带宽的公式,分析了出/入环光耦合系数和环间光耦合系数对通带特性的影响,计算并特别强调了滤波通带的结构特点,也分析了微环中存在的光损耗对串联双环光微谐振器的滤波特性的影响。

报道了一种基于解调技术使用双光纤光栅测量张力的方法。在外界拉力下一个光纤布拉格光栅反射波长的漂移被转变成从另一个被压电陶瓷片调制的光栅反射的光脉冲间隔的变化。实验表明,当测量一个40 N以内的力时,测量精度可达到2.5 mN。

提出了一种用于大功率激光二极管与多模光纤耦合的新颖的铲形整形系统,详细分析了铲形光纤端头不同的切割角度、切割深度以及耦合距离对激光二极管与铲形光纤耦合效率的影响。提出了一种计算该系统耦合效率的方法,同时给出了耦合效率的计算实例,得出了可以最大程度地提高铲形耦合头作用的优化参量。

偏振模色散已成为当前发展高速长距离光纤传输系统的主要限制因素。理论上分析了光纤一阶偏振膜色散效应对高速伪随机非归零码/归零码光信号偏振度的影响,并利用数值模拟的方法分析了信号不同输入偏振态以及高阶偏振膜色散效应对非归零码光信号偏振度的影响。最后对利用信号偏振度作为反馈控制信号的自适应偏振膜色散补偿系统的补偿性能进行了分析,大量统计分析结果表明对于10 Gbit/s的非归零码光纤传输系统,当传输线路的平均偏振膜色散值小于43 ps时,利用极大化输出信号偏振度的偏振膜色散补偿系统对信号眼图的补偿概率可以达到99.99%。

数值模拟了基于电吸收调制器(Electro-absorption modulator,EAM)解复用器的开关窗口特性,在考虑邻道串扰和强度抖动(由同步偏离和时间抖动导致)的光时分复用数值模型中对解复用信号的误码率进行分析。数值模拟结果表明,电吸收调制器的窗口特性(消光比和窗口宽度)满足4×10 Gb/s的光时分复用通信系统中解复用器的要求;在小的偏置电压下,邻道串扰和解复用器的透过率特性必须仔细考虑以达到最小的误码率;在大的偏置电压下,较大的射频幅度将会使解复用信号误码率最小。

利用速率方程,对自调Q激光二极管抽运固体激光器进行了数值模拟。通过求解析解计算了自调Q脉冲的峰值功率、单脉冲能量、脉冲宽度、能量利用率、重复频率、平均输出功率等参量。根据自调Q二极管抽运固体激光器的特点,分别得到了使抽运阈值功率最小的最佳自调Q晶体长度和使光光效率最大的最佳自调Q晶体长度。

在此研究了利特曼结构和利特罗结构的外腔半导体激光器激光波长连续可调范围和反射镜转轴等关键几何位置与结构的机械加工或制作误差的关系,详细分析了由于制作工艺、技术精度等因素所造成的各种误差对激光器连续可调谐范围的影响。

就光学元件间低频相位误差叠加提出用相关系数作为叠加相位结果的估计参量,并通过模拟计算和验证实验证明了相关系数能有效地对低频相位叠加结果进行比较估计,在此基础上就高功率固体激光放大系统中放大片的选取和安装提出了自校正方法并实现了自校正过程。

应用平面波角谱理论,分析了采样器对光波场采样和分光的基本原理以及对空间采样频率的选择规则,描述了实际研制的大口径采样器的结构设计,并通过数值方法和高能激光大气传输实验研究了高能激光经采样器前/后的远场光斑分布关系。结果表明:利用光束波前采样器能高保真地实现对高能激光束的分光。

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后,就形成了光子晶体波导;将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导耦合研究,计算了不同耦合长度情形下的波导各个出口处的透过率,结果表明:光子晶体波导耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律,也有定向耦合的功能。进一步的研究表明:对于不同的频率,光子晶体定向耦合器耦合系数是不同的,并且耦合系数和对应的频率之间近似直线关系。

介绍了利用小口径干涉仪检测大口径光学元件的方法,从统计的角度出发,详细地推导了子孔径拼接干涉检测技术中拼接参量的具体求解过程,以及使用统计回归方法分析了拼接检测系统精度。并通过实验对该理论进行了实际分析运算。

提出了基于离散泊松方程解的相位展开方法,针对被测件表面疵病(阴影、断裂、孔洞、噪声等)奇异点所产生的相位跳变和截断,建立了相位展开算法模型;引入离散余弦变换求解具有诺埃曼边界条件的离散泊松方程,得到最小二乘意义下的展开相位解。经实验证明,该方法能够消除干涉图奇异点相位跳变,消除传统相位展开法所产生的“跳序”和“拉线”现象,恢复真实相位。

利用Lowtran7大气传输模型计算了0.4～0.8 μm可见光波段的太阳辐射、大气自身的热辐射以及天地背景辐射。利用粗糙面光散射理论与双向反射分布函数计算了空中目标表面对太阳辐射、云层对阳光反射的散射。并利用传热学和背景辐射理论,根据能量守恒定律建立了空间目标表面温度的热平衡方程。以气球为例,计算了不同表面涂层材料的气球在不同地理位置、不同高度、不同时间、温度及辐射功率的变化。分析了空间目标红外辐射特性的一般规律和特征。

详细讨论了机载海洋激光测深系统最大测量深度与相关因子之间的关系,并利用最小可探测信噪比为判据, 对机载海洋激光测深系统在白天和晚上工作进行了数值模拟,通过比较最大测量深度与激光脉冲峰值功率、接收视场角、接收口径和光谱接收带宽等关系,确定了系统的主要参量。以确定的参量建立的系统具有白天49 m和晚上65 m的最大测深能力,可完全满足在沿岸带以及岛礁的测量要求。

为解决微粒形体变化对微粒测量结果的影响,在半椭圆模型理论模型的基础上,对高斯分布散射场下任意形体微粒散射的影响因子进行了讨论。建立了影响因子与形体特征参量和微粒粒度之间的数学关系,并求得了其影响因子数值解的分布。基于对影响因子数值解分布动态特征的讨论,拟合得到了高斯分布散射场下任意形体微粒影响因子函数解的解析式,由此提出了对任意形体微粒特征分布概率函数微扰方程的修正。研究结果表明,该方法对于大粒度微粒形体变化对测量结果影响的修正效果尤佳。

针对大口径的凸非球面零件使用特殊材料(如采用碳化硅)时无法用传统的背部检验方法的难题,初步研究了计算全息法检测凸非球面的原理和方法。所研究的凸曲面为一扁球面,口径为100 mm,通过设计得出了相应的结果,实现了新型光学元件――二元光学面在凸曲面检验中的应用。

讨论了一种新型而且简单的门控光子计数法,用来测量高散射介质的光学参量。当一束光脉冲入射到高散射介质后,该方法可以恢复出光脉冲经过散射后从介质表面逸出的波形。与传统的门控光子计数法相比,该方法利用计数器控制门可以移动的特点,通过滑动宽度为60 ns的控制门实现较高的时间分辨力200 ps。在此波形的基础上,Patterson Chance方法可以快速而且准确计算出被测介质的光学参量。在模型介质上的实验,验证了该方法的可行性,实验结果与复杂的时间相关的单光子计数加曲线拟合方法相比较,误差小于10%。

采用波长为800 nm,脉冲宽度为120 fs的飞秒激光对提拉法和温梯法生长的YAG晶体进行辐照。并对辐照后的样品进行吸收光谱及电子顺磁共振谱(EPR)的检测。结果表明,提拉法的晶体在经过辐照后,255 nm吸收峰减弱,同时在370 nm处产生新的宽峰吸收,其产生原因是由于样品内部分Fe3+转化成Fe2+,并有少量F+心生成。对比两种不同方法生长的晶体,温梯法生长的YAG晶体的抗激光辐照能力略优于提拉法生长的晶体。

讨论了影响长余辉发光粉特性的主要因素。介绍了测试其发光特性的基本要求。在此基础上描述了一种测试长余辉荧光粉的新装置。它使用模拟D65光源作为激发光源,使用一台自动量程光度计来测量长余辉荧光粉亮度。从激发源到样品的激发光,以及从样品到光度计的发射光均由光纤进行传导。激发光通过耦合在二光纤中间的电动快门实施控制。装置的工作由计算机控制。需要特别指出的是装置可以在正常照明条件下工作。实测表明装置的设计非常巧妙和实用。