阐述了光学综合孔径(OSA)望远镜成像原理以及综合孔径望远镜的几种实现形式;采用快速傅里叶变换(FFT)算法得到了任意子孔径综合模式下的点扩展函数(PSF)和光学传递函数(OTF)分布;从子孔径结构排列、共相位、图像恢复几个方面论述了光学综合孔径的成像特征。初步分析了稀疏率、填充因子、“实际截止频率”等因素对光学综合孔径望远镜成像的影响。分析和仿真结果表明

利用自行研制的车载测污激光雷达系统(AML-1)对大气边界层气溶胶进行了斜程探测,并给出了与之相应的数据处理方法。将该雷达相近时间内斜程测量与垂直测量的数据进行对比,结果表明此斜程探测及数据处理方法是合理可行的。文中列举了某斜程方向(20°天顶角)气溶胶随时间的演化图,以及某垂直剖面内气溶胶消光系数二维扫描图,这些典型结果很直观的反映了气溶胶时、空分布情况,对实现连续、实时、大范围污染监测有重要意义。

多光束传输技术是克服大气激光通信中大气湍流效应的有效途径之一。首先从理论上分析了大气湍流对多光束大气激光通信系统性能的影响和多光束大气传输的光强起伏特性,然后利用统计分析的方法,建立了一个以传输距离z、光束数目n、发射孔径之间的距离St、接收孔径Dr等为参量的多光束大气传输信道模型。最后,结合相关文献提供的实验结果对该信道模型进行了实验验证和误码性能分析。结果表明,当St≥λz或Dr远大于大气湍流相干长度ρ0时,随着n的增大,接收光强将趋于对数正态分布,降低了大气激光通信系统的误码率,从而验证了多光束传输对于克服大气湍流影响的有效性。

针对环境监测工作的迫切需要,开发研制了我国第一台车载式大气污染监测激光雷达。它具有测量范围大,距离分辨率高、数据可靠、灵敏度高等特点,并通过驱动单元能进行空间三维探测。该雷达系统能监测四种大气污染物,即大气气溶胶、二氧化硫、二氧化氮和臭氧。大气二氧化硫、二氧化氮、臭氧的最高探测灵敏度分别为0.01 mg/m3、0.04 mg/m3、0.01 mg/m3,气溶胶的消光系数探测限为10-4 km-1,最高探测空间分辨力为7.5 m,最大探测距离为3～10 km。介绍了其基本原理,关键技术和运行情况。

推导了两种常用等步长相移算法的调制度表达式,提出一种新的调制度分析方法。该方法用于等步长相移法中基于加权最小二乘法的相位展开,能够充分利用调制度信息,构造二值和小数权重,从而增强相位展开过程对多种干扰因素的免疫力。实验结果说明了该方法的有效性和实用性。最后比较了二值权重和小数权重在加权最小二乘法的相位展开中的性能表现。

提出了一种新的阴极射线管特性化的方法。该方法的特点是采用“视觉匹配”方法,在反射体表面色和自发光体之间映射一些色貌因素,但没有使用任何复杂的色貌模型。是一种考虑了一些色貌因素的阴极射线管特性化方法。由于该问题的个性因素较多,采用BP神经网络实现色空间的非线性映射。实验结果表明,只要阴极射线管被标定,在办公室环境下,该方法可以改进在不同的阴极射线管上重现的颜色。采用3-7-7-3简单的网络结构;分色相样本训练。训练样本平均色差可以达到3.07L*u*v*色差单位,测试样本平均色差可以达到4.55L*u*v*色差单位,小于阴极射线管的最大可接受色差,结果是令人满意的。这在电子商务和办公自动化方面有广泛的用途。

针对惯性约束聚变(ICF)中环形孔径编码图像的恢复问题提出了一种改进的维纳滤波方法。在传统的维纳滤波方法中,由于原图像和噪声是未知的,故通常是用某一待定常量来代替其中的噪声与信号的谱密度之比。这种近似忽视了信号与噪声本身的信息,从而造成丢失某些关键的细节,难以达到高质量的图像复原效果。在改进的方法中,首先采用传统维纳滤波方法求得初始估值,然后利用该初始值求得原图像及噪声的谱密度估值,进而利用这些新获得的信息构成改进的维纳滤波器对退化图像进行第二次滤波。实验表明,这种改进方法可以克服原方法的不足,突出图像的一些关键细节,提高图像的整体质量。在仿真实验中,恢复图像的均方误差降低了15%以上;在实际惯性约束聚变图像的解码恢复实验中,图像恢复效果亦有显著改善。该方法还可以推广到其他图像恢复的应用中。

报道了对波长为1.06 μm的脉冲激光在气体样品中产生的等离子体进行光谱研究的结果。气体样品为一个标准大气压的纯氮、纯氧和空气,光谱探测范围为300～900nm。结果表明,各种气体样品的激光等离子体光谱均表现为连续谱和线状谱的叠加,文中分别给出了连续谱和线状谱的基本特征,讨论了这些特征与等离子体物理特性的关系,并分析了纯氮、纯氧与空气激光等离子体光谱之间的异同。给出了激光等离子体光谱的时间演化和空间分布的基本特征,并初步讨论了与这些特征相关的等离子体物理特性。这些结果有助于加深对激光等离子体特性和机理,特别是对等离子体产生后的弛豫过程和复合机制的了解。

在激光对抗中,探测器容易受到激光损伤,为此研究了连续强激光对半导体材料的损伤机理,建立了氧碘化学激光器辐照InSb圆板型靶材的二维物理模型。在圆柱坐标系中利用积分变换法,求解热传导和热弹性力学方程组,得到由激光辐照引起的温度场和热应力场的瞬态分布。经过严格的理论分析,计算出InSb材料的激光破坏阈值,讨论了不同的辐照时间和光斑半径对破坏阈值的影响。研究发现其破坏形态为熔融破坏,一般不会出现解理或炸裂现象,这一结果与相关实验报道一致。最后分析了与温度有关的非线性参量对损伤阈值的影响。

用二能级宽带模型研究了半导体光放大器(SOA)中非简并相共轭四波混合信号强度随时间延迟的变化规律。结果表明,对这种情形的非简并四波混合共轭信号强度随时间延迟τ变化表明为载流子脉动,且脉动信号以退相速率衰减。鉴于目前用简并四波混合对半导体光放大器超快过程的测量需要大功率激光器作激发源、大光学实验平台和复杂的探测设备的情况下,提出了基于全光通信器件构成非简并四波混合观测半导体光放大器载流子脉动、退相时间新方法,这不仅便于选取抽运与探测光源波长(光通信窗口波长),而且可使测试设备微型化。

用常规掺铒光纤放大器放大超短光孤子存在一个重大困难,就是在放大过程中光纤非线性效应会引起孤子波形及频谱畸变,使得输出脉冲不再具有孤子特性,从而影响系统性能。提出一种利用掺铒光纤环镜放大超短光孤子的新方法,数值计算表明,该方法不仅可实现无畸变的光孤子放大,而且能同时实现孤子宽度的有效压缩。当宽度为2 ps的基阶孤子经过长度为92.6 m、增益为14.4 dB的环镜后,其峰值功率被放大165倍,脉冲宽度被压缩到0.19 ps,时间带宽积为0.303,脉座能量仅占整个脉冲能量的3.8％,表明由环镜输出的放大脉冲很大程度上具有基阶孤子特性。

在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中掺入不同的偶氮染料并制成薄膜样品,以调制的线偏振Ar+激光(514 nm,CW)作为控制光,He-Ne激光(632.8 nm,CW)为信号光,研究了样品的光致双折射效应及全光开关效应。通过对样品的响应特性和全光开关效应进行比较,发现电子推拉势较强的生色团分子在控制光作用下,可以产生较大的光致双折射效应,但光响应速度较慢,其光致双折射效应以光致异构取向为主要机制;而对于具有较弱电子推拉势的生色团分子,其光致双折射效应则主要来自光致异构烧孔机制,虽然其光致双折射效应小,但光响应速度快。

研究一种采用光折变多量子阱器件的无线光通信自差拍接收方案。与寻常相干接收方案相比,省去了中频跟踪电子系统;与量子阱器件零拍方案相比,采用中频窄带滤波器,提高了接收端机的输出信噪比。理论上研究了自差拍相干接收方案,从其物理机制出发,结合信噪比分析,探讨了影响相干接收方案的主要因素。建立了该方案的实验系统,并开展了有意义的实验研究。理论分析及实验结果表明,该方案对激光大气传输所引起的诸多不利影响皆有一定的抑制作用,因而有可能应用于卫星地面激光通信和地面无线光通信系统。

随着高输出功率掺铒光纤放大器和高非线性光纤的出现和使用,光纤参变放大器(OPAs)中出现了越来越多的增益饱和现象,这是光放大器中应该尽量避免的。对此,提出了依据光纤参变放大器的光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率等参量对光纤长度进行优化设计的解决思路。明确提出最佳光纤长度的概念,即在其他参量一定的情况下使信号增益或信号输出功率达到最大所需的最小光纤长度, 而且最佳光纤长度有利于提高光纤参变放大的增益带宽和波长转换带宽。通过数值积分求解描述光纤参变放大过程的非线性耦合方程,并运用控制变量法深入研究了最佳光纤长度与光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率的关系。最后用最小二乘法进行数据拟合确定系数,得到简洁、实用的最佳光纤长度解析表达式。与已有实验结果比较表明,该解析式可很好地用来计算和优化光纤参变放大的光纤长度。

用精密扫描掩模法写入宽阻带啁啾光纤光栅,掩模板背面两端各10％长度处镀有按4阶高斯函数透过率的膜,写入的啁啾光栅的时延纹波最大值为20 ps。为减少写入光纤光栅的偏振模色散,研制了新的低偏振模色散光纤光栅补偿写入法。采用补偿写入法前的平均微分群时延为9.1406 ps;采用补偿写入法后的平均微分群时延为0.1521 ps。并利用低偏振模色散光纤光栅对40 Gb/s光时分复用系统在普通G.652光纤传输122 km的色散进行了补偿实验,功率代价为1.5 dB。

基于液晶分子的双折射特性,设计并制作了一种结构简单的可用于波分复用系统中的可调谐液晶法布里珀罗滤光片。对器件的光谱调谐特性进行了分析和模拟,并得到了液晶分子的折射率调制与其分子在电场作用下产生的转动角度之间的关系式。最后,对所设计的结构进行了制作和实验,测试结果显示了滤光片的性能受液晶分子的排列特性和法布里珀罗腔的反射镜参量的影响较大,同时实验表明了这种利用向列型液晶分子作为法布里珀罗腔内介质的可调谐滤光片在加电压调试下其调谐性能良好,调谐范围可覆盖C波段,透过峰的半峰全宽达到了0.8 nm,实验结果与设计相吻合。

介绍了一种以聚乙烯醇为粘结剂,丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺作为单体,赤藓红和亚甲基蓝作为光引发剂,三乙醇胺作为共引发剂的光致聚合物材料。材料能同时对红光和绿光敏感,用红光和绿光分别对材料曝光,测得的两种衍射效率分别不低于30%,灵敏度不低于25 cm2/J。该材料对红光的最大响应空间频率为2274 lp/mm,相应的衍射效率为27.73%,响应范围为1600～2800 lp/mm;对绿光的最大响应空间频率为2350 lp/mm,相应的衍射效率为25.72%,响应范围为1700～3000 lp/mm。在材料的同一点上进行红光和绿光的波长复用全息存储,当用红光或绿光再现时单幅图像清晰,信噪比高,两幅图像之间无任何干扰,该材料适合双波长全息存储。

研究了Er3+/Yb3+共掺氧氟硅酸盐玻璃的吸收光谱、上转换光谱和拉曼光谱,分析了氧氟硅酸盐玻璃中Yb3+敏化Er3+的上转换发光机理。结果表明

给油田的油井中注入高温高压蒸气时,从井口到井底连续地查明汽液比对节省能源和提高产出率意义重大。由于干蒸气和水的折射率不同,汽液的比例可以从汽液两相流的折射率响应特性反映出来。研制的测量装置采用蓝宝石作为折射率敏感的探测头,直接对汽液两相流的比例变化产生响应,能够应用于高温高压及狭窄工作空间的输汽环境中。装置在锅炉输汽管道中的实测响应曲线反映了输汽过程中汽液比的真实变化。该装置还在井深800 m,井口蒸气温度270 ℃、压力10 Mpa的油田注汽井中进行测量,测得的结果对注汽法采油的井况分析具有一定的作用。

在分析布里渊散射分布式光纤传感器检测原理的基础上,针对布里渊散射光信号比较微弱且和瑞利散射光之间存在频移的特点,采用微波电光调制产生频率可调的参考光,和后向布里渊散射光进行相干检测,得到放大的布里渊散射光信号,再用高速模拟数字转换和存储叠加进行时序信号处理,最后得到分布式传感信号。给出了各部分实验过程和结果,得出与理论分析一致的布里渊散射光频谱和光强随温度升高而产生变化。实现了25 km的分布式温度传感,初步实验结果证明了方案的可行性。

提出了一种新的参量式变形模板方法,用于检测带有缺陷和噪声的圆。根据圆的几何形状特性和梯度信息定义了模板的能量函数。然后通过动态调整模板的参量使能量函数和图像进行交互以把能量函数最大化。根据能量函数的定义,在其取得最大值时的参量即为所检测圆的位置参量。为了提高匹配运算速度,先求出被检测圆的圆心和半径的估计值,然后给出缩小了的搜索区域。在此搜索区域内采用贪婪优化的算法得到最终检测结果。实验结果表明算法可以在圆有较大缺陷和噪声的情况下,定位精度在1个像素以内,速度在0.5 s左右;有很好的抗干扰和抗噪声能力,并有较快的运算速度。

以苯乙烯衍生物(amino-substituted distyryl arylene derivative, BCzVB)掺杂的4,4′-双(9-咔唑基)-1,1′-联苯(4,4′-N,N′-dicarbazole-biphyenyl, CBP)为发光层,制备了结构为ITO (indium tin oxide)/TPD (N,N′-diphenyl-N,N′-bis(3-methylphenyl)-1,1′biphenyl-4,4′diamine)/CBP

分析了基于法布里珀罗腔的微光机电系统可调谐滤波器中,空气腔厚度与峰值波长间的关系。微光机电系统中,空气腔的厚度一般在一个波长附近,因此腔的干涉级数较小,两边反射镜的反射相位对峰值波长的影响比较大。从反射相位出发,推导出了基于这种结构的可调谐滤波器中空气腔厚度和谐振波长之间的线性关系,并通过数值计算进行了验证。分析了影响滤波器调谐灵敏度的因素,构成介质反射镜的薄膜材料的高低折射值以及薄膜堆的层数都能改变线性系数的值。最后估算了一定波长范围内这种线性关系的误差。

提出了一种用于分析光子晶体光纤的正交函数模型。采用一种新型超格子的构造方法,将光子晶体光纤的横向介电常量表示为两种周期性结构叠加。将横向电场以厄密高斯函数展开,利用正交函数的性质,将全矢量波动方程转化为矩阵本征值问题,求解本征值问题可得到模式的传输常量及模场分布。利用此模型举例讨论了椭圆孔三角格子光子晶体光纤的模场分布和偏振特性以及三角格子光子晶体光纤的色散特性和有效面积等传输特性。作为一种普适的模型,此方法还可适用于四方结构、蜂窝结构及椭圆孔等多种结构光子晶体光纤。

提出利用边缘相位校正的新方法,校正用追迹法设计的产生环形光束的衍射光学元件的相位分布,从而实现光束整形中的高精度优化。通过将高斯光束整形为环形光束,将该方法、G-S(Gerchberg-Saxton)算法和改进的G-S算法设计得到的整形结果作了比较,结果表明,G-S算法的整形结果虽然衍射效率最大,但是均方根值和最大偏差也太大;改进的G-S算法可以有效的降低均方根值和最大偏差,但衍射效率也有较大的下降;而用边缘相位校正可以在衍射效率略微下降的情况下,更大的降低均方根值和最大偏差,其整形结果是综合了衍射效率、均方根值和最大偏差这三个评价指标以后得到的最优化结果,已接近理想的环形光束。

提出了一种基于法布里珀罗板和正弦相位调制干涉术的角位移测量新方法。采用CCD探测法布里珀罗板两透射光束光斑的中心距,通过运算得到了入射光的初始角,解决了采用法布里珀罗板干涉法测量角位移需确定入射光初始角的问题。采用正弦相位调制干涉术通过测干涉信号的相位来测量物体的角位移,增强了对杂散光的抗干扰能力,减少测量误差,提高了测量精度。理论模拟和实验结果表明本方法可以实现精度为10-8 rad数量级的高精度角位移测量。

在特定的工艺条件下,光刻胶的非线性效应非常显著;合理地利用非线性效应,能够制作出近似矩形的全息光栅掩模。为了分析清楚非线性效应对光栅沟槽成形的作用机理,有必要建立一个显影理论模型。模拟得到的光栅轮廓和实验样片的扫描电子显微镜照片结果很吻合。根据这个模型,进而使用光栅严格理论,得到其主要特征与实时监测实验曲线一致的理论模拟监测曲线。理论分析和实验证实,该模型基本表征了工艺条件对光栅沟槽形状的影响,并揭示了光刻胶呈现显著非线性效应时,必然对应着明暗条纹中心位置之间的显影刻蚀速率相差很大。这个模型为全息光栅的工艺研究提供了一个有效的理论分析工具。

报道了X射线衍射增强相衬成像的最新实验结果,简要论述了其原理,证明了衍射增强X射线相衬成像是一种高信噪比的成像方法,它比普通的X射线成像和层析(CT)具有高得多的分辨力,约为10 μm,这在临床医学、材料科学及其它一些生物研究领域具有巨大的应用潜力。