报道了在Eu2+-Yb3+共掺磷酸盐中, 一个紫外光子(320 nm)通过下转换发光变成两个近红外光子(约1 000 nm)的现象.测试了不同样品的吸收、激发和发射光谱, 证明了在本玻璃体系中量子剪裁现象的存在; Eu2+离子5d-4f能级发光的衰减曲线证明Eu2+到Yb3+之间的合作能量传递; 用I-H理论模型拟合衰减曲线说明了能量传递的过程.最后计算出了能量传递的效率, 当Yb3+浓度为1.0 mol%时效率为23.05%, 当其增加到2.0 mol%时, 能量传递效率提高到了53.6%.

针对不能在片测量的光探测器芯片, 本文提出了一个简单而有效的实验方案来提取其等效电路模型的高频电参量.首先设计了和微波探针匹配的共面波导微带线, 测量其输出反射系数, 测试结果与理论设计符合很好;然后将芯片装载到微带线上, 测量包含光探测器的整个测试结构的输出反射系数.仿真中涉及光探测器测试结构的等效电路模型, 包含光探测器、键合金丝和共面波导微带线等因素.通过拟合已测的整个测试结构的输出反射系数, 提取了光探测器的高频电参量.

光电积分式的测色仪器中, 光探测器的响应必须满足卢瑟条件.这一般是通过精确的匹配校正滤光片来实现的, 匹配的准确度与入射光束在校正滤光片中的实际光程有关由于测量条件的影响, 入射光束不可避免地包含各个方向的入射光线, 斜光束的存在会使理论计算出的匹配准确度降低.本文采用总误差面积比例最小法来评价校正滤光片的匹配准确度, 阐述了校正滤光片匹配的理论依据, 验证了斜光束光谱透射对于整个校正滤光片匹配准确度的影响, 并提出了考虑到斜光束影响的校正滤光片厚度的修正公式.以“Y”滤光片的匹配为例, 证明了修正后的公式对提高匹配准确度的意义.

利用氧化钼(MoOx)作为p型掺杂剂, 以掺杂层4,4′-bis(carbazol-9-yl)biphenyl(CBP): MoOx作为空穴注入层, 制备了一种结构为ITO/MoOx/CBP∶MoOx/CBP/CBP: tris(2-phenylpyridine)iridium(III)(Ir(ppy)3)/4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(Bphen)/LiF/Al的有机电致发光器件.器件中CBP同时作为空穴注入层、空穴传输层以及发光层母体材料, 这种结构具有结构简单同时能有效降低空穴注入势垒等优点.研究发现, 随着空穴注入层厚度的增加, 器件的电流密度增加, 表明p型掺杂层的引入能够有效增强空穴的注入; 通过优化器件空穴注入层与空穴传输层厚度, 器件性能有所提高, 最大电流效率为29.8 cd/A, 可以认为合理的优化空穴注入层和空穴传输层的厚度, 使载流子在发光层中的分布更加平衡是提高器件发光效率的主要原因.值得指出的是, 从电流效率最大值到亮度为 20 000 cd/m2时, 优化后器件的效率衰减仅为17.7%, 而常规器件的效率衰减则为62.1%, 优化后器件效率衰减现象得到了明显的改善.分析认为优化后的器件中未掺杂的CBP有助于展宽激子形成区宽度, 进而减弱了三线态-三线态湮灭、三线态-极化子淬灭现象, 激子形成区的展宽是改善效率衰减的主要原因.

采用2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(BCP): 5 wt.% cesium carbonate(Cs2CO3)和N, N′-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine(NPB): 20 wt.% molybdenum oxide(MoO3)分别作为器件的电子注入层和空穴注入层, 研究了N型和P-i-N结构有机电致发光器件的载流子传输特性.载流子传输层中BCP: Cs2CO3和NPB∶MoO3的引入有效增强了载流子注入能力, 从而降低了器件的驱动电压.基于新型电荷生成层BCP: 5 wt.% Cs2CO3/ NPB: 20 wt.% MoO3制备了色稳定、高效率P-i-N结构有机叠层器件.与单元器件相比, 引入新电荷生成层有机叠层器件的最大电流效率增大了2.5倍, 表明该电荷生成层可以有效地将电子和空穴分别注入到相邻发光单元中.采用该电荷生成层制备了P-i-N结构白色有机叠层器件, 器件的上下发光单元分别为橙光和蓝光发射.当发光亮度从500增加到5 000 cd/m2时, 器件的色坐标稳定在(0.33, 0.29)附近, 接近白光等能点.利用单色发光单元堆叠制备白色有机叠层器件的方法为实现色稳定、高效率的白色有机电致发光器件提供了一种有效的途径.

论述了光致荧光的特点以及微光像增强器多碱光电阴极光致荧光的测量原理, 测量了光纤面板输入窗多碱光电阴极的荧光谱. 测试结果表明, 光纤面板窗的多碱阴极的荧光谱不是一条光滑的高斯型曲线, 而是在一条高斯型曲线上叠加了一些小的干涉峰的曲线. 原因是光纤面板窗所传输的荧光中, 有两束特殊的光线. 一束光为准直光, 另一束光为入射角刚好等于全反射临界角的反射光. 这两束光具有固定的相位差或光程. 当这两束光的相位差相差λ的整数倍时, 它们将干涉并产生干涉加强峰; 当这两束光的相位差相差1/2λ的奇数倍时, 它们将干涉并产生干涉减弱峰. 如果在荧光谱的峰值波长处刚好产生干涉加强峰, 那么所测量的峰值荧光强度较其固有的峰值荧光强度要高; 反之, 如果在荧光谱的峰值波长处刚好出现干涉减弱峰, 那么所测量的荧光强度就小于其固有的荧光强度. 另外由于受到干涉的影响, 荧光曲线半峰宽也不能精确确定,所以在分析光纤面板窗光电阴极的荧光谱时, 要考虑到干涉因素的影响.

采用密度泛函理论框架下的第一性原理方法计算了ZnO/GaN核壳异质结的电子结构和光学特性.计算结果表明: ［101－0］和［112－0］晶面的异质结在带隙边缘价带顶和导带底的电子态密度各自主要由氮原子和锌原子贡献.以［101－0］晶面为侧面的异质结结构的介电函数虚部(ε2)的曲线具有相似的特征, 都是价带的氮原子到导带锌原子的跃迁, 但峰位依赖于核层数和壳层数的不同而有所偏移.相对地, 以［112－0］晶面为侧面的结构, 其ε2的曲线与［101－0］晶面的情况有着很大的差别, 其出现了一个由镓原子与氮原子之间的跃迁形成的峰.因此, 可以通过控制异质结的晶面来实现对其光学特性的调控.这种新型异质结将在发光器件、光电太阳能电池、生物探测等方面具有一定的应用价值.

运用第一性原理平面波赝势和广义梯度近似方法, 对纤锌矿结构和氯化钠结构GaN的状态方程及其在高压下的相变进行计算研究, 分析相变点附近的电子态密度、能带结构和光学性质的变化机制.通过状态方程和焓相等原理得到GaN从纤锌矿到氯化钠结构的相变压强分别为43.9 Gpa和46.0 Gpa; 在相变的过程中, GaN由典型的直接带隙半导体转变为间接带隙半导体材料; 氯化钠结构GaN相比于纤锌矿结构, 介电函数主峰值增强, 本征吸收边明显往高能方向移动, 氯化钠结构GaN在低能区域的光学性质差于纤锌矿结构.

以二维三角晶格光子晶体为研究对象, 在该光子晶体中引入两行以一行耦合介质柱为间距的平行单模线缺陷波导.通过分析和研究光子晶体波导耦合结构的耦合和解耦合特性, 发现在不同频率下耦合波导的耦合长度不同.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下, 缺陷波导间耦合波导的耦合长度, 设计了一种新型超微光子晶体波导耦合型三波长功分器, 实现了归一化频率分别为0.369、0.394、0.435的光波的分束效果.采用时域有限差分法验证了该功分器具有很好的功率分配效果.本文结果有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器、偏振光分束器以及光开关等光子器件的研究.

负折射率材料因为其奇异的特性成为广泛研究的对象, 尤其是光子晶体平板的完美成像.硅材料以其良好的物理性质成为当今集成光学领域中应用最广的材料之一.本文以硅介质柱在空气中周期性排列构成六角结构的光子晶体平板为例, 运用平面波展开法进行光子晶体能带计算并运用时域有限差分法模拟改变光子晶体平板成像并讨论表面结构对成像的影响.光子晶体平板等效折射率为－1时, 通过改变上下侧最外层介质柱的半径或是侧向移动最外层介质柱发现: 当光子晶体平板表面结构发生改变时光子晶体平板仍能成像但像点强度发生变化.当光子晶体平板表面结构的改变在一定范围时, 所成像的位置发生改变且位置变化符合光子晶体成像经典的Veselago关系; 当光子晶体表面结构的变化超过该范围时, 所成像与物的相位发生反相同时像点位置发生“巨变”, 此时Veselago关系已不成立.数值模拟表明: 光子晶体平板表面结构的改变可以有效地改变该光子晶体平板所成像的强度、位置和相位.

可调光子晶体由于其潜在的应用价值成为现今光子晶体研究中的一个热点.本文提出了通过光诱导液晶来调节光子晶体负折射效应的方法, 采用平面波展开法、等频图分析法和推广的斯涅尔定理分析了二维液晶正方晶格光子晶体负折射的可调节性.提出了一种新型的液晶光子晶体结构, 数值模拟结果表明: 通过偏振光改变液晶指向矢可以调节该液晶光子晶体的负折射.与电场调制方法相比, 该光控液晶取向技术具有响应速度快、结构简单的优点.这种可调光子晶体可用于制作光控路由或者应用于全光网络.

根据薄膜窄带滤光片在斜入射时的偏振特性, 提出了基于遗传算法的斜入射薄膜窄带滤光片膜系优化设计方法.根据开发的程序, 设计并制备了一组可用于18°倾斜入射的0.8纳米信道间隔的五腔薄膜窄带滤光片.该滤光片能有效地抑制斜入射时偏振光中心波长的分离现象, 降低器件的偏振相关损耗, 通过角度调谐能实现选择波长的改变.通过与针法设计的滤光片膜系相比, 遗传算法得到的膜系具有更高的矩形度、更大的波长调谐范围以及更低的偏振相关损耗.实验结果表明其满足设计要求并有超过25纳米的波长调谐范围.

对于埋嵌在薄膜材料中的纳米颗粒, 在其生长过程中总是不可避免地伴随着应变场的产生, 而这种应变场的分布能反映纳米颗粒的结构变化, 纳米颗粒结构与它的物理性能有重要的关系.研究埋嵌在不同薄膜材料中的纳米颗粒生长过程中的应变场分布对于调控纳米颗粒的物理性能有着重要的意义.本文利用有限元算法分别计算了埋嵌在非晶氧化铝薄膜和非晶二氧化硅薄膜材料中的砷化镓纳米颗粒生长过程中的应变场分布.砷化镓纳米颗粒在以上两薄膜材料生长过程中都受到非均匀偏应变作用.对于埋嵌在氧化铝薄膜中的砷化镓纳米颗粒, 其生长过程中, 纳米颗粒内部受到的应变大于纳米颗粒表面受到的应变; 而对于埋嵌在二氧化硅薄膜中的砷化镓纳米颗粒, 纳米颗粒内部受到的应变小于纳米颗粒表面受到的应变.选择砷化镓纳米颗粒生长的薄膜材料可以调控纳米颗粒生长过程中的应变场分布, 从而进一步调控纳米颗粒的晶格结构和形貌及其物理性能.

以偶氮间苯二酚磺酸和4,4∕-二苯甲烷二异氰酸酯为原料, 利用偶氮间苯二酚磺酸的羟基、磺酸基与4,4∕-二苯甲烷二异氰酸酯分子中的异氰酸酯基, 通过A2+B3方法缩聚合成超支化偶氮聚氨酯, 利用合成聚合物分子外围的羟基与丁二酸酐/偏苯三酸酐反应, 改善超支化偶氮聚氨酯的溶解性.并通过IR、TG等对目标聚合物进行表征.采用UV-Ｖis光谱研究了合成偶氮聚合物的光致变色特性.结果表明: 目标偶氮聚氨酯π→π*跃迁最大吸收峰为425 nm, 偏苯三酸酐改性超支化偶氮聚氨酯与超支化偶氮聚氨酯π→π*跃迁最大吸收峰基本一致, 丁二酸酐改性超支化偶氮聚氨酯偶氮基团π→π*跃迁最大吸收峰由425 nm红移至501 nm.

以单层聚苯乙烯微球阵列为模板, 通过控制其表面金膜蒸镀时间, 制备了具有不同厚度的空心半球壳结构的金纳米膜.利用扫描电子显微镜和自制光谱仪分别测量了金膜表面形貌和其透射光谱, 并分析了金膜形貌与其光学性质间的关系, 同时以4-巯基苯胺为探针分子测定了金膜的表面增强喇曼散射效应.结果表明, 该金纳米膜的表面等离子体共振波长随膜厚度增大而发生红移, 在可见与近红外波段较宽范围内可调谐, 并且, 当金膜共振波长与入射激发光波长较近时, 探针分子可产生出较强的表面增强喇曼信号.同时, 对该现象的产生机制也进行了理论解释.

用量子理论新方法研究光的双缝衍射实验现象, 首先用光的量子理论计算光在缝中双缝衍射的波函数, 再由基尔霍夫定律计算光的衍射波函数, 由衍射强度正比于衍射波函数模方, 从而得到光双缝衍射强度的解析式, 把量子理论计算结果和经典电磁理论计算结果以及与实验数据三者进行比较, 发现量子理论结果与实验数据符合更好, 而经典电磁理论计算结果与实验有一定偏差.从而说明量子理论更能精确解释光的衍射现象.该方法还可进一步研究光的单缝、多缝以及光栅衍射的实验现象.

为了解决量子信令的最佳帧长问题, 本文提出了一种基于保真度的量子信令最佳帧长的算法.根据量子信令收发模型, 定义了一个由若干量子态组成的量子信令的联合保真度, 并通过计算链路的有效利用率而得出最佳帧长的算法.仿真结果与理论分析完全相符, 从而表明本文提出的最佳帧长算法稳定、易行, 可以应用到复杂多变的实际环境中.

研究了少周期脉冲串作用下三能级原子中的布居转移和相干布居捕获现象.在非旋波近似的情况下求解了密度矩阵方程.研究结果表明在等时间间隔的锁相脉冲作用下, 系统能级的布居逐步转移并积累, 系统基态相干也逐步积累.在满足脉冲重复频率为基态能级频差的整数分之一倍时, 三能级系统和频率梳中两梳齿频率成分作用形成相干布居捕获现象, 原子暗态布居值达到最大, 介质对脉冲透明.在适当选取少周期脉冲参量的情况下, 在0.5个ns的时间内三能级系统相干性演化到最大后到达稳态, 相干布居捕获发生.与脉宽为100个fs的多周期脉冲相比, 少周期脉冲串在介质中建立相干布居捕获的时间缩短两个数量级.由于频率梳中与三能级系统发生作用的梳频成份有相同的频移, 相干布居捕获的条件双光子共振仍然满足.因而,当两基态能级频率差较大时, 如果选取少周期脉冲载波频率为系统能级1至2和1至3的传输频率之和的一半ω=(ω1+ω2)/2, 室温下原子热运动的引起的多普勒频移并不会破坏相干布居捕获.

光学元件磨削加工引入的亚表面损伤威胁着光学元件的使用性能及寿命, 成为现阶段高能激光发展的瓶颈问题, 特别是抛光表面光学元件的亚表面损伤检测已成为光学元件制造行业的研究热点和难点.本文结合光学共聚焦成像、层析技术、显微光学、光学散射以及微弱信号处理等技术, 给出了基于光学共焦层析显微成像的光学元件亚表面损伤检测方法.分析了不同针孔大小对测量准确度的影响, 并首次给出了亚表面损伤的纵向截面分布图.与腐蚀法比较结果显示: 针对自行加工的同一片K9玻璃, 采用本文提出的方法测得的亚表面损伤深度45 μm左右; 采用化学腐蚀处理技术, 对光学元件逐层刻蚀, 观察得到的亚表面损伤深度50~55 μm.两者基本一致, 进一步验证了本文采用的方法可以实现对光学元件亚表面损伤的定量、非破坏检测.

立体显示技术是当今信息显示的前沿和热点方向, 其终端显示的图像质量也逐渐引起注意.本文针对立体显示过程中的质量问题, 给出了影响立体显示器显示质量的因素, 如串扰、可视角、亮度、双眼亮度差、亮度均匀性等指标的测量和评估方法.基于当前最流行的LCD显示屏和PDP显示屏样本进行了测试, 比较了不同尺寸和不同制式立体显示屏各种测量值之间的差异.通过分析实验数据, 得出了上述测量指标对不同立体显示屏的影响.结果表明: 快门式立体电视采用PDP屏幕的串扰度要远远低于采用LCD屏幕的串扰度, 拥有更广阔的可视角范围.

飞机激光雷达散射截面的测量, 对于研究飞机激光散射特性以及评估探测系统至关重要.本文介绍了飞机激光雷达散射截面测量理论, 设计了飞机激光雷达散射截面测量装置和测量方法, 并通过实验验证了该装置与测量方法.在全尺寸真实飞机试验与测量过程中, 通过对原始数据高斯补偿与背景修正, 获得了误差小于7%的飞机激光雷达散射截面数据.实验结果表明,本文提出的飞机激光雷达散射截面测量与分析方法是正确的和有效的.

针对红外图像的小目标检测问题,提出了一种基于局部尖峰特性的检测方法.首先分析红外小目标的局部灰度特性,提出了一种红外目标的峰值特性判据; 然后依据目标的峰值特性判据和时域特性,设计了一种目标检测的快速算法,算法先基于子块预选出局部极大值点,把后续运算限于各极大值点处以减少运算量,再根据极大点值在各方向上的灰度下降判断其尖峰特性; 最后利用帧间的连续性滤去噪音引起的伪目标.实验表明本文的算法具有很快的处理速度,且能有效滤去图像中的随机噪音.

Arimoto熵是一种广义熵形式.本文首先指出了已提出的二维Arimoto熵阈值分割法的表述错误, 给出了正确的二维Arimoto熵阈值分割法; 然后提出了二维Arimoto熵直线型阈值分割法, 并给出了快速递推公式; 对Arimoto熵公式中参量的选择进行了探讨, 并基于标准图像进行了分割性能评估.大量分割实验表明, 二维Arimoto熵直线型阈值法至少与二维Arimoto熵和二维Renyi熵直线型阈值法分割效果相当; 在图像边缘和噪音信息丰富的情况下, 二维Arimoto熵直线型阈值法的分割效果优于二维Arimoto熵和二维Renyi熵直线型阈值法, 是一种有效的图像阈值方法.

背景杂波是影响红外搜索跟踪系统探测性能的主要因素, 针对这一问题, 根据红外场景中目标和背景特性, 提出了一种基于多分辨率双边滤波的红外场景杂波抑制新方法.首先采用非下采样轮廓波对红外场景图像进行多尺度、多方向分解, 提取红外原始场景图像在不同尺度和方向上的细节特征, 然后, 根据目标和背景信号子带分布特性之差异, 通过应用双边滤波调整分解后的各子带系数, 最后重构各子带就可将红外场景中目标信号和背景杂波分离, 可有效地将背景杂波剔除掉.将本文提出的方法应用于实际的红外场景, 实验结果显示, 与经典的二维最小均方误差方法相比较, 该方法具有更好的杂波抑制能力.

提出了gyrator变换全息图, 利用gyrator变换快速算法模拟实现了gyrator变换全息图的产生和再现, 并研究了基于相移数字全息的gyrator变换全息图.在此基础上提出了采用正弦相位光栅实现光学图像加密的新方法.该方法利用gyrator变换在相空间的旋转特性, 将gyrator变换的角度、光栅的频率及光栅的旋转角度作为加密密钥, 并利用两个或两个以上的gyrator变换系统的级联实现图像加密, 增加了系统的安全性.依据相移数字全息进行的两个gyrator变换系统级联的仿真实验验证了该方法的可行性、有效性及其良好的安全性能.