提出了一种利用夏克-哈特曼波前传感器测量未知波前时确定其子孔径数目的新方法。首先将被测波前相位用傅里叶级数展开表示, 然后对展开表达式的复振幅进行贝塞尔展开, 并对它进行傅里叶变换计算出其远场光斑分布。分析表明, 波前相位频谱分量与远场光斑形态存在某种相互对应的关系, 可根据采样定理通过远场光斑的分布界限确定出夏克-哈特曼波前传感器的采样率。该方法为夏克-哈特曼传感器对未知波前进行测量时其子合理孔径数目的确定提供了理论依据, 有效避免了夏克-哈特曼传感器由于采样率不足而造成精度下降的问题, 结束了在确定夏克-哈特曼波前传感器的子孔径数目时只依靠经验的状态。

在自适应光学中, 随机并行梯度下降(SPGD)算法通过对系统的性能指标直接优化从而校正波前像差, 具有很强的应用潜力。在点目标成像自适应光学系统中, SPGD算法经常采用强度分布平方和、平均半径和环围能量作为系统的性能指标进行优化。利用数值仿真分析了三种性能指标与畸变波前的均方根之间的关系。建立了一套实验平台, 通过静态波前畸变校正实验, 分析了SPGD算法采用以上三种不同的性能指标时的校正效果。实验结果与前面的数值仿真结果一致, 表明SPGD取平均半径作为性能指标进行优化时效果较好。实验还分析了控制通道数目对收敛速度的影响。结果表明随着控制通道数目的增加性能指标曲线收敛所需的迭代次数显著增加, 与驱动器个数的平方根之间存在一个近似的线性关系。

准确理解大气湍流扰动相位对光束传输特性的影响机制, 并以此为基础发展有效的相位误差补偿算法是实现合成孔径激光雷达(SAL)高质量成像的关键之一。从激光光束的相位结构函数入手, 提出了一种新的大气湍流相位屏产生方法——结构函数法, 建立了满足Kolmogorov统计规律的大气湍流数值模型, 计算了不同强度湍流作用下机载SAL的成像结果。通过将其与秩一相位估计法联合使用, 克服了秩一法对初始值敏感的缺点, 提高了补偿算法的精度和效率。实验表明, 与谱反演法相比, 结构函数法的计算结果更接近于理论值, 同时计算复杂度由O(N2)降至O(N)。改进的秩一法能够较为有效地改善一定强度范围内大气湍流引起的SAL图像失真, 而且补偿后图像的信噪比相比传统的秩一法提高了大约5 dB, 计算时间也缩短了约30%。

利用T矩阵方法研究卷云中圆柱状粒子取向比对散射特性的影响, 计算了在小尺度范围内圆柱状冰晶粒子的散射特征量如散射相函数、消光效率因子、不对称因子及单次散射反照率, 并将计算结果与等表面积、等体积及等效体积与投影面积比三种情况下的球形粒子的相应值进行了对比。结果表明：体积与投影面积比等效最接近真实值; 取向比对不同尺度柱状粒子散射特性的影响存在相似性且有必要加以考虑; 此外, 发现等表面积、不同取向比粒子的散射相函数有一交点\.

通过有机合成获得了香蕉形分子化合物1,3-phenylene bis(4-methoxy-benzylidene amine)。将少量的香蕉形分子化合物夹在两块玻璃衬底之间, 加热到150 ℃使其熔化, 然后自然冷却至室温, 香蕉形分子可自组装成有机无刻痕光栅。偏光显微镜分析表明, 这些香蕉形分子能够在两块玻璃衬底之间通过分子自组装技术而形成平行且等间距、折射率呈周期性变化的条纹。氦氖激光衍射实验表明, 香蕉形分子自组装而成的光栅与有刻痕光栅相比同样可对红光进行有效衍射。从香蕉形分子的立体结构出发, 探讨了香蕉形分子自组装成有机无刻痕光栅的形成机制, 并导出了有机无刻痕光栅的衍射光强分布公式。

从取样定理出发,对角谱衍射公式及逆运算的快速傅里叶变换(FFT)进行了研究。基于研究结果,讨论数字全息研究中物光通过一个光学系统到达CCD探测器的波面重建问题,提出物光场的逆运算追迹重建及像空间波面重建两种方法。最后,通过数字全息实验及波面重建计算,对两种波面重建方法的可行性作出证明。

光纤接入网以其高速度, 大容量、低功耗等优点, 成为接入网的重要发展方向, 低成本的高速光发射机成为光纤接入的一个关键。相对于外调制激光器, 直接调制激光器因为调制简单、成本低, 成为光发射机的首选方案。激光器和激光器驱动之间高速的连接, 是实现直接调制光发射机的关键技术之一。理论分析了激光器驱动器输出的偏置电流和调制电流之间的关系, 得出了实现偏置电流和调制电流稳定的条件。分析了激光器和激光器驱动之间高速连接存在的问题, 选择电容耦合的方式, 利用高速印刷线路板(PCB)布线技术, 实现了2.5 Gb/s的直接调制激光器的研制。

偏振控制器(PC)是处理光纤中信号偏振态(SOP)的重要器件, 它是偏振模色散(PMD)自适应补偿器的重要组成部分。以两种类型的商用偏振控制器为例, 理论和实验证明了转变任意输入态到庞加莱(Poincaré)球上其他任何状态至少需要调整三个自由度而不是两个自由度。因此至少需要控制每一阶段的PMD补偿器中偏振控制器上的三个自由度而不是两个自由度, 才能够实现完全的PMD补偿。

提出了一种耦合型高频光纤振动传感器, 并设计了相应的解调电路和信号处理系统。对高频振动信号的响应波形和频率进行了测量, 研究了光纤传感器对不同的振动强度和不同方向的振动信号的响应, 分析了不同结构和不同材质的传输介质对光纤传感器测量结果的影响。实验证明所设计的耦合型高频光纤振动传感器截止频率达到8 kHz, 振幅测量灵敏度为325 mV/mm, 频率和幅值响应误差小于1％。

根据菲涅耳公式和功率反射系数关系式, 分析纤芯失配型光纤传感器折射率传感原理; 采用单模/多模光纤制作传感器, 研究传感器输出光功率随甘油溶液折射率变化特征, 并验证理论计算结果。表明媒质折射率n2＝1.300～1.441时, 传感器输出光功率强且几乎不发生变化; n2＝1.441～1.452时, 传感器输出光功率呈线性快速下降, 其斜率为-155.91; 当媒质折射率与单模光纤包层折射率接近时, 传感器输出光功率几乎为0。验证实验发现, 传感器线性快速下降的折射率范围为1.442～1.454, 斜率为-49.67, 其输出光功率随甘油溶液折射率变化规律与数值模拟结果基本一致。该传感器具有结构简单、成本低、传感系统全光纤化等特点, 能用于有毒有害、易燃易爆等特殊环境下物质折射率的高精度测量。

首先简要叙述了耦合模理论早期从微波领域逐渐发展起来而延伸到导波光学和其他领域的历程, 该理论的数学描述是联立的一阶线性常微分方程组, 即耦合模方程。然后明确指出一阶导数形式是该理论的特色, 指明该方程在具体的边值问题下严格地与Maxwell方程相等效, 并确定其解的主要近似来源与误差量级。最后还扼要叙述了耦合模理论在光纤光学各类问题中的应用, 包括建模和模拟。还就使用耦合理论中出现的问题提出了自己的见解。

针对背景不变的局部匀速运动模糊图像复原问题, 提出一种基于Z变换的恢复算法。在前景和背景色差较大的假设前提下, 基于背景差方法将前景从图像中分离出来; 利用旋转矩阵将前景在像平面内任意方向的运动转换成X轴方向的运动; 进而把复杂的局部模糊恢复问题简化为前景模糊恢复及前景和背景融合两个子问题来解决, 使求解过程得到最大程度简化; 在严格的数学推导基础上建立基于Z变换的退化及恢复模型, 将模型中的差分方程转化为简单的代数方程求解; 仿真结果表明, 提出的算法能正确、有效并且快速地恢复由于局部匀速运动所造成的图像退化; 算法对模糊宽度的变化不敏感, 较维纳滤波恢复算法有一定的稳健性、优越性。

针对由少量角度的投影数据重建CT图像的问题, 提出了一种改进的基于图像总变差最小的迭代重建算法。该算法采用共轭梯度法求图像总变差最小, 并在迭代过程中采用了多分辨迭代技术。用模拟的投影数据和实际扫描数据进行了重建数值实验。实验结果表明该算法不但提高了重建图像质量, 也同时显著提高了迭代图像的收敛速度。

迭代位移叠加法(ISA)是一种天文高分辨空域统计重建方法, 对双星等多点源天文目标的空域统计重建试验表明, 多点源目标的重建效果优于经典的重谱法, 计算速度也比重谱法快。该方法不能直接应用于太阳或卫星等天文和空间扩展目标的高分辨重建中, 因此对迭代位移叠加法进行修正后进行了不同光子水平下的人造卫星的高分辨重建的数值仿真试验。对暗弱扩展目标的仿真重建试验表明, 修正的迭代位移叠加法具有明显的抑制光子噪声的效果, 具有比重谱法等频域重建方法更好的重建效果。

针对火炮身管内表面观测的特殊需求, 考虑到传统的图像拼接方法效率低或精度低的缺陷, 提出了一种硬件和软件相结合的基于旋转扫描序列内表图像的全景拼接方案和图像拼接算法。该方案用步进电机驱动45°平面反射扫描镜和CCD相机同步旋转来实现对等距内表面序列图像的快速获取, 利用获取的序列图像根据步进电机的步进角度完成内表面全景图像的粗级拼接, 即在拼接中首先对步进旋转角度θ和图像素距离P进行标定, 然后根据标定结果选取待配准的子图像区域, 在子图像区域中采用基于相位相关的图像配准方法对图像进行像素级配准, 从而完成对序列图像的精级拼接。为了实现图像的平滑过渡避免出现拼接痕迹, 最后提出了基于人眼视觉特性的高斯函数权值加权图像融合过渡的方法。试验和仿真结果表明：该方案能够实现内表图像的快速高精度全景拼接, 拼接的精度达到像素级, 拼接时间小于500 ms, 能够满足内腔表面观测的实时性需求, 非常适合工程实际应用。

针对多视点视频编码计算量大的问题, 提出了一种多视点视频编码快速宏块模式选择算法。详细分析了多视点视频编码校验模型的宏块模式选择结果的分布特性以及率失真特性, 提出了宏块模式相关性和模式聚集度的概念。对测试序列的宏块模式相关性分析表明当前宏块的最优模式和大多数相邻宏块的最优模式相同。从相邻宏块区域聚集度的角度分析了当前宏块模式预测准确度。在算法实现中采用相邻宏块的率失真代价均值形成的阈值条件决定是否进行全搜索。实验结果表明该算法在保持编码率失真性能的基础上, 能提高多视点视频编码的速度2.43～4.08倍。

光学相关探测就是利用光学相关的方法, 从混乱的图像中找出需要的目标, 达到识别的目的。把小波变换应用于光电混合联合变换相关器, 突破了传统的傅里叶变换的局限性, 实现了对探测目标不同区域、不同尺度的分析。为了充分利用小波不同尺度的特性, 采用小波多尺度积的方法提取出目标图像的边缘, 兼顾了图像的细节与轮廓特征, 将目标图像不同层次的轮廓信息和细节信息相结合, 解决了复杂背景下目标图像的识别问题。光学实验结果表明, 该方法有效增强了复杂背景目标的相关点强度, 成功实现了目标的探测, 具有良好的应用前景。

针对由运动摄像机捕获的MPEG-4视频流中的运动目标检测问题, 提出了一种直接利用压缩视频码流进行全局运动估计的新算法。算法从全局运动估计的基础出发, 利用背景宏块运动相似性的特点快速建立背景宏块集合并采用常用的四参数全局运动估计模型估计运动参数。最后, 计算运动矢量残差, 通过对运动矢量残差的筛选检测运动目标。算法利用MPEG-4码流中蕴含的运动信息, 不需要对压缩流完全解码, 较大地提高了检测效率; 进一步改善了检测效果。实验验证了提出的全局运动估计算法的检测效率和检测效果。

针对叠栅层析研究中采用基于相位重建方法处理叠栅条纹图像的问题, 用标量衍射理论对叠栅偏折仪的叠栅条纹形成原理进行分析。通过小孔滤波分别提取光场的零级和一级频谱, 分析结果与传统的通过几何叠加原理的结果一致, 在形式上更加精确。结论表明, 叠栅条纹是多波面剪切干涉的结果, 且一级频谱滤波下的叠栅条纹图像满足严格的余弦强度分布。采用基于多重网格相位展开的傅里叶变换方法和叠栅层析滤波反投影算法对丙烷燃烧场进行了层析重建。

提出了一种基于多阈值分割和无下采样Contourlet变换(Nonsubsampled Contourlet Transform, NSCT)的多光谱与高分辨率图像融合算法。对多光谱图像进行多阈值分割, 并利用提出的区域均值比指标将多光谱图像划分为需要进行空间细节增强及需要保持光谱特征的区域; 然后利用NSCT对高分辨率图像和多光谱图像的强度分量进行多尺度、多方向分解。分解后的低频部分采用基于窗口邻域的融合规则和算子进行融合, 高频部分按区域均值比指标进行区域融合; 最后进行重构得到融合后的多光谱图像的强度分量, 经IHS逆变换后得到高分辨率的多光谱图像。实验结果表明, 该算法可获得较理想的融合图像, 融合效果优于IHS变换法、基于像素的à trous小波变换法以及基于像素的NSCT法。

对图像处理中二维经验模式分解(EMD)算法提出改进。在二维EMD中涉及到像素极值的选取和对极值点进行插值, 在插值过程中会出现边界点变异现象。利用Delaunay三角剖分方法对选取的极值点进行分划, 对不包含在Delaunay多边形内的边界像素采用对称处理, 抑制了3次样条插值过程中边界点变异现象。用改进算法对一幅图像进行EMD处理, 计算得到重构图像与原始图像之间标准差为6.667×10-6, 可见重构图像与原始图像之间的灰度值波动很小。实验结果表明重构图像与原始图像吻合非常好, 论证了这种改进算法的准确性和可行性。EMD方法在图像压缩以及去噪过程中运用越来越广泛, 因此本文的改进算法也将在基于EMD的图像处理中起到提高运算速度的作用。

对Kalman滤波算法、均值滤波算法、高斯算法、曲线拟合算法、阻尼系数算法进行了比较和分析。采用Laplacian位面法得到多个抖动视频的运动估计向量作为运动补偿对象, 对上述算法进行验证, 为电子稳像应用中运动补偿算法的选取提供了参考依据。结果表明, 阻尼系数算法除了系数不能自动调整以外, 补偿效果较好。最后针对阻尼系数算法的不足, 提出了一种改进的自适应阻尼系数运动补偿算法, 该算法相对于改进前具有更强的稳健性和更好的补偿效果。

为了克服在传统衍射光学成像光谱仪中, 衍射透镜的焦距随波长变化引起系统放大率随波长变化, 从而导致光谱图像的像元配准误差, 得到并不精确的相对光谱信号强度, 提出了将衍射透镜与消色差透镜系统相结合的新型折/衍混合、二组元复合远心成像光学系统的技术方案, 具体分析推导了该系统的成像理论。在此理论指导下, 利用光学设计软件Zemax设计了一套可见近红外成像光谱仪光学系统。结果表明, 不但系统的放大率不随波长变化, 而且进一步降低了衍射透镜的加工难度, 改进了衍射光学成像光谱仪的光学性能, 为新型衍射光学成像光谱仪的研制提供了重要的理论依据和设计指导.

基于两层垂直层叠结构的色彩传感器可同时对偏蓝波段和偏红波段进行感应, 配合绿/品红滤波片, 为彩色成像提供了可能, 由于它完全兼容于标准CMOS工艺, 可以作为一种新型的CMOS彩色图像传感器像素的感光功能器件。通过垂直层叠结构, 配合两色滤波片, 抽取不同深度的光生载流子, 即可以得到相应波段的成像信息。通过仿真和实验得到了它的各通道响应曲线, 提出了一种增强对了声稳健性的多个多项式回归的方法并得到色彩转换矩阵, 把传感器的4通道响应转换为CIE XYZ三刺激值。同时在CIE L*A*B*空间中对器件传感得到的色彩和原始的色彩坐标进行了比对, 对器件的色彩准确度进行了一个量化评估。结果表明在应用新转换方法, 色彩误差大大优于常用的简单线性转换, 其色彩效果甚至优于商用Bayer滤光片式彩色CCD。

现有非扫描激光雷达阵列探测器的信噪比较低, 影响到系统的距离分辨率, 详细分析了阵列探测器的噪声特性, 得出了噪声满足各态历经性的重要结论, 并指出在输入信号相同的条件下, 可以通过空域积累代替时域积累的方法提高距离探测器的信噪比。并根据前述结论针对非扫描激光雷达/电视复合成像系统, 提出一种采用改进邻域平均的图像处理方法提高非扫描激光雷达系统距离分辨率的图像处理方法, 并应用于实际系统, 结果表明该方法能够有效提高非扫描激光雷达系统距离分辨率。

针对实际的三维显微CT成像系统射线源焦点和探测器成像面位置不能直接测量的问题, 提出了一种简单易行的射线源焦点投影坐标精确测量方法。基于球体在锥束射线场中的投影为椭圆的原理, 利用双球目标体成像获得的数字射线投影图像, 配合图像、图形处理方法和最小二乘拟合技术求取二椭圆的长轴交点, 该点坐标即为射线源焦点的投影坐标。实验结果表明, 所提出方法的测量精度达到了实际显微CT扫描系统的重建要求, 并且实现简单、具有较强的抗噪能力。

红外CCD是通过采集高于绝对零度物体发出红外线并转化为图像来进行在线温度场测量的, 得到的图像与物体的本身有一定的对应关系。由于受到很多干扰因素的影响, 得到的温度场信息并不完全准确。造成的误差有很多, 包括光学系统的误差、CCD器件本身带来的误差, 还有就是红外辐射的干扰。对于前两者通过图像处理方法可以消除一部分误差, 而红外辐射的干扰随机性比较大, 利用一般的图像处理不能够完全解决。采用预埋热电偶的方法实时监测几个固定点的温度, 然后利用这几个点的温度与CCD测的温度相比较, 从而实时来校准系统的发射率。并利用修正后的系统发射率来计算被测物体的温度场分布, 为了防止温度只是由于突然改变的系统的发射率发生突变。由此设计了温度场实时校准数学模型和修正系统, 消除了部分温度场在线测量误差和突变, 实现了红外CCD在线温度场的准确测量。实验结果表明, 利用温度场实时修正系统来消除红外CCD温度场实时测量误差是可行的。

针对超短脉冲激光与气体相互作用产生的非线性荧光光谱的特点, 提出了光谱分析的预处理、特征提取以及定量分析的有效方法。采用小波算法对光谱数据进行压缩和降噪处理, 使光谱数据由3979点压缩降噪至664点。对处理后的光谱特征峰团的强度进行主成分分析, 结果表明2个主成分即可包含98%的光谱信息。采用第一主成分对不同浓度下的谱线强度进行拟合与误差计算, 有效地提取了与气体浓度有关的特征参量, 实现了气体的定量分析。同已有的定量分析方法相比, 定量分析的精度有较大提高, 特别在所关心的低浓度情况下, 定量分析的精度改善更为明显。3种气体的拟合与计算显示同以往方法相比误差由0.2694降为0.02。

报道了一种结构简单、波长稳定可调的被动锁模环形腔掺铒光纤激光器。利用非线性偏振旋转效应作为等效可饱和吸收体实现自起振被动锁模, 通过使用光纤偏振控制器和偏振相关光隔离器作为波长调谐器件, 在输出端使用输出耦合器为工作波长在1550±50 nm的宽带耦合器, 实现了光纤激光器的输出锁模脉冲激光中心波长较宽范围可调谐。实验上获得了低阈值自起振, 重复频率为10.23 MHz, 中心波长在1548.64～1600.24 nm内连续可调, 边模抑制比大于44 dB的超短脉冲输出。

为了研究同轴激光熔覆过程中球形粉末粒子和激光的相互作用, 为激光熔覆中激光器和粒子的选择提供一定的理论依据, 在进行了一定假设的前提下, 应用米氏(Mie)散射理论建立了激光被球形粉末粒子散射的物理模型, 应用Mathematica数学软件绘制出了在不同粒子半径和不同激光波长情况下, 激光被球形粉末粒子散射后的强度分布图, 并对模拟结果进行了分析。研究结果显示：金属粉末粒子的半径和激光的波长是影响激光散射强度分布的重要因素。结果表明：当光学常数q≤30的时候, 散射光强在偏离传播方向20°以外还有一个次极大值, 且次极大值占总散射光强比例较大, 不利于熔池的形成; 当光学常数q≥30的时候, 散射后的光强主要集中在偏离传播方向5°～6°的小范围内, 且在此范围内的散射强度很高, 有利于提高激光熔覆效率。

对He-Ne双纵模激光器中两纵模的拍频稳定度进行了讨论。理论上分析了影响双纵模激光拍频稳定度的因素, 推导出在考虑了频率牵引效应后双纵模的拍频稳定度和单模频率稳定度之间的关系。计算结果表明对于632.8 nm波长的He-Ne激光器, 当频率牵引参量σi为10－3时, 双纵模的拍频稳定度约为其中任一单纵模频率稳定度的1000倍。实验证明当单纵模频率稳定度为1×10－9时, 其拍频稳定度为3.3×10－6。

采用啁啾脉冲堆积的方法获得纳秒级宽带整形激光脉冲, 是目前用于惯性约束聚变(ICF)的激光装置前端系统拟采用的技术路线。但这种堆积啁啾脉冲在时间上由于相干而存在时间调制, 同时也将导致光谱存在调制。此外, 堆积啁啾脉冲的峰值强度也随延迟时间等因素的变化而有所不同。通过数值模拟, 分析了时间调制、光谱调制以及强度的演化规律。研究结果表明, 时间调制与基元脉冲的展宽量及相邻脉冲之间的延迟时间有关, 光谱调制只与相邻脉冲之间的延迟时间有关, 而强度的演化则与相位因子的余弦函数演化具有一定的相似性。

为了提高光谱辐亮度响应度的定标精度, 研制了新型的利用宽可调谐激光的积分球光源。把外部激光导入积分球, 在球出口形成均匀、准朗伯性的面光源。利用钛宝石激光器710 nm输出光研究了光源的辐射特性。双光路导入、采取消相干措施条件下, 光源辐亮度的非稳定性在半小时内为0.06%, 在出口中心60 mm范围内平面非均匀性为0.16%, ±22°范围水平面内和垂直面内的角度非均匀性分别为1.3%和0.7%。这种新型的积分球光源具有稳定性好、光谱辐通量高、光谱带宽窄、光源面积大、波长在宽波段内可调谐等优点, 联合响应度直接溯源于初级辐射标准低温辐射计的标准探测器, 可以有效降低定标不确定度。

以硅酸钠(NaSiO3·9H2O)为硅源, 三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)为模板剂在碱性条件下水热合成介孔分子筛MCM-41, 然后以其为主体, 采用锌盐浸渍-灼烧的方法, 在介孔分子筛MCM-41上负载了氧化锌(ZnO)纳米微粒, 并通过扫描电子显微镜, 红外光谱(IR), 紫外可见吸收光谱(UV-Vis), N2-吸附脱附和荧光光谱等手段对产品进行了系列表征。结果表明,分子筛平均直径约为1.7 μm, 对不同温度下灼烧后得到的ZnO/MCM-41组装体的光谱性质进行研究表明介孔分子筛MCM-41的尺寸所限, 制备出的ZnO粒子粒径小于2 nm。量子尺寸效应使得ZnO/MCM-41组装体中的ZnO纳米粒子的紫外可见吸收光谱及荧光光谱均发生蓝移。通过红外光谱分析得知ZnO负载到MCM-41上并没有改变介孔分子筛原有的骨架结构。

采用球型量子点模型, 应用有效质量近似理论, 研究了 (nc-Si/SiO2)/ SiO2多层量子点结构的激子能级和波函数。结果表明, 有限深势阱模型的引入更符合实际更加准确。无论在无限深或有限深势阱下, 激子质心运动部分基态能量随量子点半径的减小而急剧增大。对于相同的量子点半径a, 无限深势阱下的质心部分能量总比有限深势阱高, 且二者的差距随a的减小而增大。

利用拉曼(Raman)光谱对掺镍(Ni)氧化锌(ZnO)粉末的声子谱进行了研究。在掺杂样品的Raman光谱中仍能观察到未掺杂ZnO的声子模式, 此外还观察到两个额外模式。掺杂粉末中观察到ZnO的E2(h)模式表明掺Ni的ZnO仍然保持六角对称结构。652 cm-1额外模式的起源是掺杂引起的ZnO本底缺陷。为了查明544 cm-1处额外模式的起源, 分别对掺Ni, 掺钴(Co), 和掺锰(Mn)的ZnO粉末的Raman光谱进行了对比研究。结果表明544 cm-1额外模式起源于Ni相关的局域振动模式。对光谱中的其他声子模式的起源也进行了讨论; 同时还报告了利用325nm激光作激发源观察到掺Ni样品的多重纵光学(LO)声子模式的结果。

为了研究癌细胞自体荧光光谱在细胞周期变化过程中是否发生变化,对同步化培养的宫颈癌细胞(HeLa)在细胞周期各时相(G1期, S期, G2期和M期)样品的自体荧光谱进行了测量。测量结果表明,HeLa细胞在细胞周期变化过程中有自体荧光现象存在, 其特征荧光峰位于360 nm和680 nm处, 且各时相样品的荧光光谱强度各不相同。这些差异说明HeLa细胞在细胞周期变化过程中细胞内荧光物质(含芳香族氨基酸和卟啉)产生了相应的变化从而导致了不同时相的荧光光谱强度的差异。细胞周期各时相的荧光光谱能够反映细胞生长变化过程中芳香族氨基酸和卟啉的变化, 可为采用光谱技术对癌细胞生长周期进行研究提供依据。

以脉冲宽度为35 ps, 基频为1064 nm的Nd∶YAG锁模激光器二倍频532 nm的激光作激发, 利用Z-扫描技术研究了CdSeS量子点的光学非线性特性。实验结果表明CdSeS量子点在532 nm光激发下具有很大的非线性吸收效应, 该吸收效应来自于光学三阶效应引起的双光子吸收。在不同的入射光强下观测了CdSeS量子点的Z-扫描曲线, 实验表明, CdSeS具有大的非线性折射率1.9×10-8 esu和大的双光子吸收截面25283 GM, 比现在使用的ZnS量子点高出近2个数量级。

从经典的极化理论出发, 分析了直流电场、低频调制电场和光波电场共同存在时硅材料折射率的变化, 从理论上揭示了场致线性电光效应的物理实质。以近本征硅材料为样品, 采用金属-绝缘体-半导体样品结构, 搭建了由塞纳蒙(Senarmont)补偿器改进成的横向电光调制系统。在硅材料空间电荷区内观测到显著的线性电光调制效应, 系统的半波电压小于170 V, 从实验上直接证实了硅材料中内建电场诱导的场致线性电光效应的存在。此外还观测到由克尔效应引起的二次电光调制信号, 以及由场致光整流效应引起的、随线偏振光的方位角的二倍余弦变化的电信号。实验结果与经典极化理论的预期完全一致, 也间接证实了硅材料中场致线性电光效应的存在。

介绍了光磁混合存储动态测试系统中聚焦伺服模块的设计和实现。伺服模块采用了双光束的方案, 用独立的红光抽运(LD)作为伺服光源, 构成独立的动态聚焦伺服单元, 使伺服单元具有模块化、可移植的特点。它不仅适用于混合存储动态测试系统, 还可用于卧式或立式、静态或动态的远场激光记录系统中。本文研究了聚焦模块中执行器压电陶瓷(PZT)的幅相频特性和非线性滞回效应, 在控制算法方面, 使用了PI算法闭环控制结合逆系统和逆非线性滞回模型进行校正, 实现了高精度的动态聚焦伺服, 在盘片转速为8 r/s时聚焦偏差在±130 nm内。利用该测试系统对有机材料作了动态记录测试, 记录点大小和深度均匀一致。

为提高双光子三维光存储的深层存储信息的读出信号强度和存储容量, 根据Torok的光在多层介质中传播理论, 模拟了折射率失配情况下(介质折射率为1.48,数值孔径为NA=0.65)双光子写入光束在不同存储深度处会聚点的强度分布, 分析得到了会聚点处最大光强平方与存储深度的关系; 根据原子的光吸收基本理论, 分析得到了等曝光量写入光强不变情况下曝光时间随存储深度增加的递增关系; 根据上述结果和利用自制的双光子三维光存储系统在光致变色存储材料中实现了连续八层的信息存储对比实验, 实验结果表明等曝光量时间递增存储方法可有效提高存储容量和深层存储信息的读出信号强度。

在千焦耳拍瓦高功率放大系统设计中, 激光脉冲的时空和光谱整形技术一直受到人们的广泛关注。利用经光学微纳超精细加工而成的电介质结构反射镜可在高功率条件下实现啁啾脉冲的光谱整形。在光谱整形介质结构反射镜的设计与制造中, 需要根据加工精度来合理设计数控加工的控制结构函数以及加工刻蚀深度结构函数。针对神光Ⅱ千焦耳拍瓦高功率放大系统设计中提出的多层介质光谱调制反射镜, 推导出数控加工的控制结构函数及其刻蚀深度结构函数, 并通过数值模拟计算, 分析了调制结构反射镜逼近调制函数的效果及其光谱调制特性。

为了消除机械掩模的尺寸限制和阴影效应, 采用基于光刻掩膜的组合刻蚀法来制备阶跃滤光片, 并成功地实现了16×1通道阶跃滤光片式微型分光器件的制备, 该分光器件中滤光片单元的宽度只有90 μm, 总体尺寸不到2 mm。各滤光片通道分布在632.4 nm到739.6 nm之间, 带宽均小于2.9 nm, 透过率均高于70 %. 这样的阶跃滤光片最小单元尺寸可达微米量级, 阴影效应可减小到微米甚至亚微米量级, 与电荷耦合器件(CCD)完全匹配, 可以作为微型分光器件来构建应用于空间等领域的微型光谱系统, 从而促进相应光谱仪器的微型化。

很多国内封装的单管(Lamp)型白光发光二极管(LED)半光衰时间往往较短, 这与大功率白光LED有很大不同。为了找出导致单管型白光LED快速光衰的真正原因, 在分析国内外研究现状的基础上, 对不同老化时期的白光LED样品进行解剖, 并对封装内部结构材质的变化进行分析。实验发现两种现象, 一是有些封装体内固晶胶产生黄变, 二是有些蓝光芯片上表面会形成一层深黄色薄膜。去除黄变的固晶胶, 或者清洗掉芯片上表面的薄膜后重新封装, 白光LED光通量均会有较大提高。荧光粉胶体和固晶胶与蓝光芯片直接接触, 并对其完全包围, 这两种胶体材料的变性老化对单管型白光LED的光衰有直接重要的影响。

为了研究光子晶体光纤在800 nm波段关联光子对的频谱特性, 基于自发四波混频得到了脉冲抽运光产生的光子对的相位匹配函数和频谱函数。数值计算、证明闲频光中心波长取796 nm时的频谱对称性最好; 在假设闲频光频率为单一频率的前提下, 利用简化频谱函数的表达式, 通过改变光子晶体光纤零色散点色散斜率和非线性系数, 以及抽运光的入射中心波长, 进一步讨论了抽运光和光子晶体光纤参数变化对信号光和闲频光频谱函数的影响及变化规律。提出了有利于产生高纯度纠缠光子对的光纤参数和抽运光参数, 结果对于在800 nm波段发展光子晶体光纤纠缠光子源的实验具有指导和参考意义。

全光缓存器是未来全光网络中不可或缺的关键器件。针对可控光延迟和光存储的应用需求, 研究了光子晶体波导中慢光传输的外部动态调制。设计了一种新型的聚合物光子晶体波导结构。用平面波展开法仿真得到该波导结构带隙中存在单一的TE导模, 导模带边处的群速度可达10-2c。由于基底聚合物材料具有高电光系数和瞬态的电光响应时间, 且导模慢光传输产生的电磁场局域对电光效应有增强作用, 可在低调制电压的条件下实现对慢光导模的大范围动态调制。数值分析得到在外加调制电压为80 V时导模带边波长的移动幅度达80.8 nm。慢光导模的移动随调制电压的变化基本呈线性关系, 且调制的灵敏度约为1 nm/V。这种线性的外部动态调制基本可满足全光网络对慢光光缓存的需求。

基于异质材料的有效介电常数理论, 仿真了二维亚波长银粒子/孔的等效复介电常数, 证实了亚波长金属银粒子/孔的光谐振特性。对于在介质内放置银粒子的模型, 当光频率高于银的等离子体频率时, 异质材料的等效介电常数的实部为负; 在等离子体频率附近, 等效介电常数的虚部存在谐振峰, 粒子增大, 谐振峰红移; 在谐振频率点, 银粒子周围局域场最大。在金属银上开孔, 并填充不同介电常数的材料时, 也存在类似的效应。并且孔内填充材料的介电常数增大, 谐振峰红移, 在相同介电常数的条件下, 孔增大, 谐振峰蓝移。光谐振现象与金属粒子/孔的形状有关, 因此, 光与亚波长金属粒子/孔相互作用的机理为等离子体模和谐振模, 异质材料的有效介电常数理论是研究亚波长金属粒子/孔异常光增强现象的有力工具。

强激光通过光学系统聚焦于水下时,击穿水介质辐射强声波信号。光学聚焦特性的不同, 使得激光击穿区域形状的差异, 导致辐射的声信号在强度、频谱特征上具有较大的差异性。为研究不同光聚焦状态对激光击穿形成的空泡辐射声波的影响, 推导了不同聚焦状态下激光空泡壁的运动方程及声辐射模型, 构建了激光声实验测量系统, 实验研究了不同聚焦状态下光击穿导致的空泡脉动参数、辐射声信号特征的差异性。结论：激光声信号强度与激光能量成线性关系, 在激光能量高于一定参数情况下, 声信号强度变化不大; 在低激光功率下, 扩束聚焦与非扩束聚焦, 辐射的声信号特性差异不大; 在高激光功率条件, 扩束聚焦击穿形成的空泡半径大于非扩束聚焦击穿, 辐射的声信号强度高于非扩束聚焦; 为提高激光击穿辐射声信号效率, 应对激光束进行扩束聚焦。

理论上分析了半导体量子点中浸润层跃迁(包括泄漏和俘获两个过程)对Rabi振荡退相干的影响, 含浸润层跃迁的粒子数运动方程可以很好地拟合实验结果。同时还对比分析了纯失相(pure dephasing)对Rabi振荡退相干的影响。分析表明, 可以用简单的纯失相强度相关衰减因子来等效地分析复杂的多能级跃迁体系的退相干特性。

光干涉技术与天文望远镜技术的结合是提高天文观测分辨率的一种有效方法。采用望远镜阵代替单个大口径望远镜来集光观测, 利用最大基线的概念来等效传统光学望远镜的最大口径, 很大程度上解决了单个望远镜集光能力不足、角分辨率不高的问题。然而对于光干涉来说, 在应用中, 只有满足：两束光的相位差δ必须相对稳定、存在相互平行的振动分量、频率相同、两光波在相遇点所产生振动的振幅相差不悬殊和两光波在相遇点的光程差(OPD)应在相干长度之内等这些条件时才能部分相干。光学综合孔径(OAS)望远镜产生干涉条纹的前提条件是子望远镜之间必须两两相干。推导了双光束光干涉的要求, 并从双光束干涉的平行性和光程差的要求出发, 研究并得出光学综合孔径望远镜子望远镜的平行性和光程差的要求, 结合双光束干涉的恒星光干涉仪的光束平行性和光程差的调整方案, 研究并得到了光学综合孔径望远镜子望远镜的平行性和光程差调整的光学方案, 并讨论了该系统的改进措施。

在分析植被光谱特征与光谱和植被水分相关性的基础上, 初步确定几个波段或波段组合为植被含水量的光谱指数。利用数据对植被含水量FMC(Fuel Moisture Content)与上述水份光谱指数分别建立最优函数关系。通过分析不同光谱指数的关系及其相对误差, 确定以1600 nm和820 nm处反射率的比值SR作为建立本研究区植被含水量模型的特征参数; 并利用实测光谱反射率与植被含水量建立SR与FMC之间的模型关系。根据植被含水量模型、 ETM和ASTER遥感数据, 在IDL7.0开发平台下实现研究区植被含水量的定量反演, 并利用区内实测数据和本底调查数据对反演结果进行了综合评价与分析。结果表明, 光谱指数SR可以较好地剔除环境背景以及冠层结构等外界因素的影响, 植被含水量遥感反演精度较高, 能真实反映研究区植被含水量的时空变化规律与特征。

基于合成孔径激光成像雷达(SAIL)二维数据收集方程和成像算法, 研究了圆形孔径和矩形孔径光学望远镜天线的方位向成像分辨率, 导出了点扩展函数的解析表达式, 分析了理想成像点尺寸及其光学足迹中心偏离、相位二次项匹配滤波失匹、空间采样宽度、采样周期等的影响; 也研究了距离向成像分辨率并分析了非线性啁啾补偿等的影响。对于各种影响因素都给出了数学判据, 特别是发现了矩形孔径的光学望远镜可以产生适合于SAIL扫描方式的矩形光学足趾并消除方位向分辨率不均匀降低, 可以设计最佳的矩形孔径的尺度分别控制光学足趾在方位向及其垂直方向上的尺度, 得到大扫描宽度和高方位向分辨率; 也发现了目标外差延时必须尽量小以克服非线性啁啾和初始光频不稳定性相位误差。

由数码相机信号直接重构物体表面的光谱信息对不同照明条件下颜色的复现十分重要。基于普通商用数码相机分别摄取两种CIE标准光源D65和A下颜色样品的RGB信号, 采用主元分析法(PCA)和多项式模型的结合算法进行物体表面色光谱反射比的重构研究。实验结果表明, 同时应用两种光源下的RGB信号可有效提高光谱重构精度, 并能较好地再现色样的同色异谱特性。

针对一种合成的新型金属铱(Ⅲ)有机配合物的光谱特性进行了研究。实验中, 该配合物的配体为苯基喹啉和异丁基酰苯胺。紫外—可见吸收光谱研究表明, 该配合物分别在225 nm、267 nm、339 nm以及460 nm附近出现较强吸收峰, 其中在320 nm～580 nm范围内, 存在着单线态和三线态的金属铱到配体的电荷跃迁。发光光谱测试表明, 随着溶液中(二氯甲烷作为溶剂)该新型金属铱(Ⅲ)有机配合物浓度的增加, 溶液的发光光谱峰值位置不断发生红移。当处在460 nm激发波长下, 溶剂二氯甲烷发光光谱没有出现明显的峰值强度, 排除了溶剂对发光光谱测量的影响, 直接测量出该配合物在606 nm附近有强的金属三线态磷光发射。因此, 该配合物有望成为一种可用于有机电致发光领域的新型磷光材料。

为降低溅射过程中基片温度的上升,进而成功制备非晶多孔、纳米微晶态电致变色薄膜和非晶态离子导电薄膜,介绍了一种配置于磁控溅射设备的液氮冷却装置。利用该装置制备了由WO3、NiOx和LiNbO3薄膜组成的单基片全无机电致变色智能窗器件。采用分光光度计对该器件的电致变色性能进行了测试, 并计算了它的漂白和着色态在400 nm到800 nm波长范围内的平均透射率。实验结果表明, 经过50次循环后, 该器件的漂白和着色态的平均透射率分别为61.5%和5.5%。X射线衍射和扫描电镜(SEM)图像显示, 组成该器件的WO3、NiOx和LiNbO3薄膜分别为非晶多孔、纳米微晶和非晶态结构。

为了研究人眼对反射样品颜色在恰可察觉小色差辨色阈值水平上的颜色视觉特性, 对印在半光相纸上的17个CIE基本颜色中心区域, 约1000对颜色色样, 采用心理物理实验方法中的固定刺激法, 在CIE1976a*-b*平面上分别测得16名色觉正常的观察者在不同颜色区域的辨色阈值, 并以色度椭圆表示辨色阈值实验结果。通过对实验数据的详细处理和分析表明,等明度a*-b*平面非视觉均匀, 人眼对一、二象限的色宽容度普遍高于三、四象限的色宽容度, 对高彩度的橙色具有最高的宽容度, 对蓝色具有最低的宽容度, 所有的颜色在红-绿方向的视觉色差尺度均低于黄-蓝方向。实验结果可为均匀颜色空间及其色差公式的改进和发展提供原始数据和参考依据。