介绍了L625瑞利激光雷达系统结构以及基于瑞利散射理论探测大气分子数密度的原理.提出了反复迭代修正大气透过率的计算方法, 并通过模拟仿真验证了该算法的可靠性.通过误差分析得到影响大气分子密度不确定度的主要因素为回波信号信噪比以及参考点处大气分子数密度值, 给出了回波信号误差产生的主要来源以及参考点选取方法.最后, 分析了激光雷达16年观测数据反演的结果, 得到合肥地区大气分子数密度的月份以及年份分布状况, 结果表明: 中层大气分子数密度分布呈现明显的季节性分布特征, 冬季分布稀疏, 夏季分布密集, 随年份分布则较为平稳.通过将统计平均得到的密度廓线与1976美国标准大气模式比对分析, 发现由激光雷达观测反演得到的结果较模式值大, 二者的比值在1.05~1.13之间.

为了解决光子计数型激光雷达测量系统, 收集到的信号存在不确定性的问题, 提出一种贝叶斯推论下的马尔可夫信号法, 可实现回波峰值位置、峰值幅度等参量的提取, 达到信号重建的目的.依据贝叶斯理论, 利用后验预设分布模型近似描述参量的先验分布, 有效提高对参量存在空间的探测速度.在求解过程中, 将这些参量构成一个全局近似解, 利用贝叶斯推论对所有全局近似解进行评估, 挑选出最合适的全局近似解作为问题的全局最优解.实验表明, 该方法具有较高的准确性和良好的鲁棒性.

光锥阵列耦合数字X射线探测器是获得大面积高分辨率数字X射线成像的重要途径, 但目前通常采用粘结固定的方式实现光锥阵列各小端面与对应图像传感器芯片之间的耦合.为克服粘结耦合方式的不足, 设计并实现了一种可微调的非粘结2×2光锥阵列耦合数字X射线探测器.该方案能够在调节空间受光锥阵列结构和硬件电路板尺寸限制, 特别是竖直方向板间距离仅40mm的情况下, 通过独特设计的水平和竖直调节机构在同一个调节层上对四块数据采集板分别进行多维度调节.利用四块数据采集板与数据传输板相互分立的特点, 设计了基于ARM+ 4 FPGA的嵌入式以太网多CMOS芯片传输数据采集系统, 所实现的X射线探测器成像面积达100mm×100mm, 能够完成可微调的非粘结耦合和多CMOS芯片的图像数据采集.

设计并构造了一种用于反光电子能谱实验的窄带通真空紫外光子探测器, 可以对能量在9.7 eV附近的光子进行计数.利用丙酮工作气体高通滤波与氟化锶窗口低能截止两种作用的叠加实现窄带通的效果.它的几何结构类似于一种特殊的盖革米勒型计数管, 内部填充低气压丙酮和氩气混合气体, 混合比例为1∶20.氟化锶作为入口窗, 阻止大于9.7 eV的光子进入, 而丙酮气用于捕获光子, 使低能光子不能产生信号.利用氘灯光栅单色系统对窗口温度同带宽的关系进行了精确校定, 使得探测器的光子能量带通宽度低于100 meV, 并可以通过变化氟化锶窗的温度, 使其可以被连续调整下降.温度控制系统的准确度可以达到±0.2 K.

根据超晶格结构的激光衍射图, 提出了一种定量确定倒易矢量分布的实验方法.首先, 将正方形周期超晶格结构作为参考光栅, 得到其衍射图.根据傅里叶光学理论, 计算出基本倒易矢量的大小, 与衍射图上的几何长度建立标尺关系.通过引入矩形超晶格结构, 证明了该方法在周期超晶格结构中的可行性.其次, 将H型和谢尔宾斯基分形超晶格结构作为光栅, 获得的衍射图与正方形结构衍射图进行对比.由衍射点间的几何长度比值, 推算出分形衍射图中的倒易矢量分布.根据倒易矢量和准相位匹配谐频的基频波长之间的定量关系, 理论计算出能够进行的谐频波长.最后, 实验制备分形结构LiNbO3非线性光子晶体, 探测准相位匹配倍频, 所实现的倍频波长与理论计算值相吻合.谢尔宾斯基分形结构光栅在理论与实验上均可实现1.352 μm的有效倍频输出.

为了研究基于微光纤的谐振器中的慢光效应, 设计并制作了并联结构的微光纤双结谐振器.基于环形谐振器和方向耦合器理论, 提出并联结构微光纤双结谐振器的理论模型, 分析了该谐振器中光场传输和耦合的方向, 推导了该谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式和群延时表达式.通过数值模拟, 给出了有关该谐振器的透射光谱和群延时, 分析了群延时与透射光谱中谐振波长的对应关系.数值结果表明在该谐振器中, 大的群延时能够在具有大消光比的谐振波长处产生.实验制作了一个并联结构的微光纤双结谐振器, 测得的透射光谱与理论模拟相一致, 验证了该谐振器理论分析的正确性.利用示波器上脉冲延时的方法, 搭建了慢光延时测量系统, 测得该谐振器中大约75 ps的群延时, 远大于现有文献中的值.该谐振器可用于微纳光学的数据延时线、光学开关和光学存储等.

研究了去包层U型弯曲光纤的折射率传感特性.首先根据模间干涉理论, 分析了U型光纤传感器的传感原理, 指出干涉谱损耗峰波长与环境折射率和弯曲半径有关.利用单模光纤(SM-28)实验制作不同曲率半径的U型光纤传感器, 把传感器的U型部分浸入不同折射率的液体中, 研究其折射率传感特性.当U型光纤曲率半径为2.5~5.0 mm时, 传输光谱中均能观察到明显的模间干涉现象; 当液体折射率从1.30RIU变到1.43RIU时, 光谱损耗峰波长发生红移, 且弯曲半径越大, 折射率传感灵敏度越高; 在曲率半径为5 mm时灵敏度为207 nm/RIU(折射率1.30~1.40RIU)和1 220 nm/RIU (折射率1.40~1.42RIU).干涉峰的波形参量(半高宽、对比度)决定于包层模和纤芯导模之间的比例, 当曲率半径为4 mm时, 损耗峰半高宽最小达3.2 nm.综合半高宽和灵敏度两个参量, 得出曲率半径4.5 mm的U型光纤传感器品质因素最高, 分别为43.1RIU-1(折射率1.30~1.40RIU)和191.2 RIU-1(折射率1.40~1.42RIU), 可直接由SM-28单模光纤制成, 且制作工艺简单、成本低、机械强度高不需要任何特殊处理, 具有很好的应用前景.

为了改善纳米纤芯光纤的非线性与色散特性, 提出利用气孔填充非线性液体的新型纳米纤芯光纤结构来增强现有纳米纤芯光纤的非线性系数, 利用选择性填充方法来改进现有纳米纤芯光纤的特性调控能力, 实现改善光纤非线性和色散特性目的.分析结果表明采用选择性气孔填充方式和适当的光纤参量有助于实现光纤单模单偏振工作,可以大幅度地提升纳米纤芯光纤的非线性系数和改善光纤色散特性.

利用全矢量有限元法研究了单模光纤及光子晶体光纤中掺杂材料及浓度、光纤结构对去极化型声波导布里渊散射频移和散射效率的影响. 结果表明增大包层掺氟浓度或纤芯掺锗浓度均会减小光纤布里渊频移, 也会增大单模光纤散射效率. 光子晶体光纤中整体掺氟浓度不变时, 空气孔层数的增加会减小布里渊频移; 而纤芯掺锗浓度不变时, 随空气孔层数的增加TR2,3模式的布里渊频移增大, 而TR2,7模式的布里渊频移减小.

结合基于喇曼散射的分布式光纤温度传感器的基本原理及温度解调过程, 研究和分析了温度测量产生误差的主要原因.采用拟合修正的方法来解决斯托克斯光和反斯托克斯光传输损耗差异以及光纤弯曲、应力等附加损耗对系统的影响; 采集光纤起始端同一位置3个不同温度的信号值求解非线性方程组, 实现了对探测器暗电流引起的测量误差的修正.实验结果表明: 经过修正的传感器在900 m位置的温度测量误差平均值从8.0℃降到0.37℃, 整条光纤的温度测量误差平均值≤±0.6℃.

针对局部放电测量中的光纤法珀传感器, 研究了其工作点稳定和提高灵敏度的参数优化方法.通过改变可调谐激光器的波长稳定了传感器的工作点.用激光器波长调谐范围确定腔长, 令玻璃薄板的反射率为1, 根据单模光纤对高斯光束的耦合特性和多光束干涉原理, 通过迭代算法得出光纤端面的最优反射率.基于波长调谐范围1530~1565nm的可调谐激光器, 制作了自由光谱范围28nm, 腔长43μm, 玻璃薄板反射率大于0.97, 光纤端面反射率0.52的法珀传感器.经实验测试, 法珀腔光损耗为10%, 条纹对比度为1.实验结果表明, 基于可调谐激光器的传感器工作点稳定, 可测试最小局放声压约为1Pa, 达到实用要求.

提出了一种适合硬件形式波前处理器的非共光路像差校正方法.讨论了非共光路像差的产生原因和运用相位差异技术检测非共光路像差的方法.根据波前处理器的工作流程, 推导了将非共光路像差折算到波前探测器参考点偏移量的算法, 编写了实现算法的主控计算机软件模块.在望远镜光路中以光源为目标开展实验, 用本文算法校正后, 目标能量集中度提高了17.6%, 证明了该方法的可行性.

为了采用T型激光发射阵列的傅里叶望远镜对深空暗、弱、小目标进行高分辨率成像探测, 研究了T型发射阵列情况下的图像重构算法.借鉴点面激光发射阵列, 提出了准相位闭合概念, 分别得到了T型发射阵列的最小二乘法(LMS)和加权噪声的Wiener滤波图像重构算法, 完善了T型激光发射配置的傅里叶望远镜成像系统, 为实际工程系统的实施奠定了技术基础.在不同成像信噪比条件下对整体系统数值模拟发现: 相比直接傅里叶逆变换方法, 重构图像成像质量有所提升, 特别是当成像信噪比较低时, 如SNR为50时, LMS和加权噪声的Wiener滤波方法重构图像的斯特里尔比分别提高了7%和8.4%, 证实了该方法的可行性和正确性.

为了提高激光捷联惯性导航系统在晃动基座上的初始对准准确度, 将惯性仪表数据的低频波动看作载体真实姿态晃动的反映, 采用对准算法跟踪这种姿态变化.粗对准在惯性坐标系进行, 利用惯性系对准对姿态变化敏感的特性, 跟踪载体姿态角变化, 确保粗对准误差为小角度; 精对准采用标准Kalman滤波, 避免了复杂的非线性算法, 将两个水平加速引入Kalman滤波的量测向量, 利用水平加速度对姿态角变化的敏感性, 提高了Kalman滤波对准算法跟踪载体姿态变化的能力.提出了一种晃动基座对准准确度的考核方法, 通过激光捷联惯性导航系统车载晃动对准和跑车试验, 表明所提对准算法可以在风扰、发动机工作、人员晃动等干扰条件下, 实现自对准, 对准时间180 s, 对准重复性为0.04°, 跑车水平定位误差达到770 m/h, 满足高准确度惯性导航设备要求.

为了克服经典成像测距对相机姿态和视差信息依赖的问题, 以观瞄发控装置的电荷耦合器件获取的单目图像为研究对象, 提出了基于姿态角估计的坦克目标测距方法.该方法首先利用多级尺度不变特征变换匹配算法实现目标姿态角的快速估计, 获取与当前目标姿态偏差最小的模板; 然后利用该模板和目标图像模拟立体视觉, 建立不依赖于相机姿态和视差的单目测距模型.该模型在远距离测距和小角度偏差的前提下, 将模板中的匹配特征点投影到等效平面世界坐标系中, 建立被测坦克图像点及其空间点的映射关系, 将测距问题转化为对相机外参量的标定, 从而求解出相机中心到坦克中心的距离.采用200 m到2 500 m范围内的坦克验证测距方法的性能, 对测量误差随距离的变化规律进行分析, 并将其与不同射程时导弹末制导交班的最大容许误差进行对比.结果表明, 该方法适用于观瞄发控装置获取的任意姿态图像, 实现了野战条件下单兵反坦克**系统的远距离、快速测距; 测量结果中相对误差小于4.9%, 绝对误差小于87.7 m, 满足导弹各个射程的最大容许误差的要求.

利用平面波展开法, 发现双原子正方晶格光子晶体中ΓM方向边界面存在着快慢两类边界模式, 并且通过计算色散关系和电场分布研究了边界参量对这两类边界模式传输特性的影响.依据两种模式的色散关系, 计算了群指数和群速度色散参量, 结果表明边界参量的变化对第一类边界模式传输特性的影响较小, 该模式的平均群指数始终维持在5.0左右; 第二类边界模式与第一类模式明显不同, 边界参量的变化能够有效地影响到这种模式的传输特性, 该模式的最大平均群指数可达178左右.利用时域有限差分法记录了不同时刻电场强度在边界附近的分布及监测点处的电场幅度变化情况, 结果表明, 两类模式都能够被限制在边界附近并向前传播, 时域有限差分法得到的群速度与平面波展开法的结果完全吻合.

采用高温固相法制备了Ca9Al(PO4)7: Eu2+蓝色荧光粉, 研究了Ca9Al(PO4)7: Eu2+的发光、浓度猝灭及温度稳定性.Ca9Al(PO4)7: Eu2+的激发光谱覆盖200~350 nm紫外区; 发射光谱为一主峰位于445 nm的宽谱, 对应Eu2+的4f65d1→4f7特征跃迁.研究发现, 随Eu2+掺杂量的增大, Ca9Al(PO4)7: Eu2+的发射强度呈现先增大、后减小的变化趋势, 最大发射强度对应的Eu2+掺杂量为0.01, 即存在浓度猝灭效应, 对应的机理为电偶极-电偶极相互作用; 依据晶格常数, 得出临界距离为2.297 nm.在25~300 ℃范围内改变光谱测量温度, 发现温度升高到150 ℃时, Ca9Al(PO4)7: Eu2+的发射强度变为25 ℃时的81.0%, 对应的激活能为0.268 eV, 说明材料具有较好的温度稳定性.

利用光学设计软件Zemax构建了轴长和角膜前表面曲率不同比例的五种+6.00 m-1的远视模型及框架眼镜矫正模型, 分析镜片中心产生偏移时的像差情况.结果表明: 对于+6.00 m-1的远视性弱视而言, 当镜片中心偏移大于4 mm时, 其产生的球差、像散和畸变开始对矫正视力产生影响.镜片偏移带来的球差在轴性远视所占比例高的模型中表现明显, 而畸变和像散在各种模型中的作用没有明显差异.在远视性弱视矫正过程中, 需要检测角膜曲率及轴长数据, 分析其在屈光不正形成中所占的比例, 合理选择个性化定制的非球面镜片, 从而保证弱视的治疗效果.

研究了稀疏计算层析成像重构中的迭代去噪模型及其求解算法, 理论推导及模拟实验验证了代数重构技术的抑噪能力.根据稀疏计算层析成像成像过程的噪音特征, 提出了基于欧氏范数不等式约束和基于无穷范数不等式约束的去噪模型.提出了基于凸集投影方法求解去噪模型的算法, 并给出了算法推导过程.结果表明: 欧氏范数去噪模型优于无穷范数去噪模型, 代数重构技术具有抑制噪音的作用.

为了揭示极低频脉冲电场对作物抗旱性的影响及其机理, 采用渗透势为-0.1 MPa的PEG-6000溶液模拟干旱条件, 研究脉冲频率为1 Hz 、场强为200 kV/m、脉宽为80 ms的极低频脉冲电场对干旱胁迫下玉米幼苗根系延迟光子辐射动力学参数的影响.结果表明, 在干旱胁迫下, 玉米幼苗根系细胞延迟光子辐射动力学参数的初始光子数I0、相干时间τ和衰减参数β均随着胁迫时间的延长呈现出波动性的下降趋势, 经过极低频脉冲电场处理的玉米幼苗根系细胞的初始光子数I0、相干时间τ和衰减参数β的变化趋势与之类似, 但是, 各动力学参数的数值均明显高于对照.延迟发光动力学参数的变化暗示极低频脉冲电场处理提高了渗透胁迫下玉米幼苗根系细胞的代谢水平和组织序性, 增强了细胞内功能分子之间的相互作用.延迟光子辐射的分析结果为在活体细胞层面阐明极低频脉冲电场对作物抗旱性的影响及其机理提供了参考.

星载紫外全景探测仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求, 根据天底和临边同时探测的研究目标, 提出了一种天底视场和临边视场共像面的全新紫外全景探测仪光学系统结构, 设计了一个中心波长360nm、带宽20nm、中心视场10°、环形视场360°×(70.31°～72.71°)、焦距5mm、相对孔径1/3.3的全景探测仪光学系统.利用光学系统的畸变增加边缘视场的能量, 同时利用光阑像差产生的有效像差渐晕来提高边缘视场的像面照度, 边缘视场的相对照度达到98%以上.将天底视场光路和临边视场光路建立多重结构, 利用ZEMXA-EE软件的多重结构优化功能同时优化设计天底视场光路和临边视场光路, 设计结果表明, 天底和临边视场的光学传递函数均大于0.6@38.5lp/mm, 满足设计指标要求, 且体积和质量小, 适合空间应用.

针对现有的衍射光学元件设计方法只适用于小角度衍射的情况, 本文提出了一种基于瑞利-索末菲衍射积分的设计方法, 可以用来设计具有大衍射角的衍射光学元件。先对目标光场进行坐标变换和强度调整, 再利用改进的Gerchberg-Saxton算法优化得到衍射光学元件的相位分布。分别采用本文方法和原有的基于夫琅禾费衍射积分的方法设计衍射光学元件实现线条结构光和不同角度方框图形的光场重构, 结果表明: 原有的设计方法只适用于衍射角全角小于25°的情况, 当衍射角大于25°时, 重构光场会出现显著的枕形畸变和不均匀的强度分布。而本文方法在小角度和大角度衍射下都能重构出准确的衍射角和较为均匀的强度分布.

为了得到宽光谱波段范围内光谱可调多色温多星等能量分布的星模拟器光源, 并且达到星模拟器光源的自动标定, 本文从辐度学和色度学出发, 基于最小二乘法, 在400 nm～900 nm光谱范围内, 采用双积分球法, 以白光LED光源为基底光源, 多种不同峰值波长的窄带LED光源对目标光谱进行补偿以实现色温3 900 K～6 500 K连续可调, 星等-1 MV～+6 MV, 1 MV可调的自动标定型多光谱星模拟器光源系统.最后, 在实验室完成了光源系统以及与相应的光学系统形成星模拟器并对其进行装配调试, 所测得的光谱分布和星等值与理论模拟结果以及标准目视星等值进行了对比.星模拟器输出光谱点模拟误差和星等误差分别在±10%和±10%范围内, 满足现阶段星模拟器的使用要求.同时在后期控制电路稳定的情况下, 星等误差可保证在±5%范围内.

为解决胶囊内窥镜分辨率与景深相互制约的问题, 将一种单液体、电控、可变焦液体透镜应用到内窥镜光学系统中进行光学设计, 在保证分辨率的同时, 扩大了系统景深.采用CODE V软件进行设计, 建立系统初始结构, 构造液体透镜模型, 基于液体透镜中液体的体积不变, 曲率、孔径和厚度可变的结构约束特点, 在MATLAB中计算出不同物距下透镜的曲率、孔径和厚度数据, 将其导入CODE V的系统模型中, 并提出了相应的优化流程.设计并优化带有液体透镜的胶囊内窥镜系统, 实现了系统在3~100 mm景深范围内的清晰成像, 视场角大于110°, 全视场范围内调制传递函数在40 lp/mm频率下均大于0.3.

在极端低温情况下, 为保证高空相机镜头光学系统温度满足设计要求, 结合被动热控和主动热控进行相机光机系统的热设计.以聚酰亚胺为隔热材料进行被动热控, 增大相机内部与外界的热阻, 减弱外界低温环境对镜头温度的影响.采用电加热膜加热对相机镜头进行主动热控, 在WorkBench有限元软件中建立镜头和窗口组件的传热模型, 分析载荷构成, 加载加热功率载荷、热对流载荷和热辐射载荷, 进行稳态热分析.结果表明, 在六个加热区, 当加热功率分别为12、17、22、17、10、13 W时, 相机光学系统的温度控制在18℃～22℃范围内, 满足热控设计要求.

提出一种基于Lyot-Sagnac滤波器和级联结构的高品质因数跳频带通微波光子滤波器.在该滤波系统中, 利用宽带光源和Loyt-Sagnac滤波器原理实现波长间隔可变的连续光载波.利用相位调制器与单模光纤形成第一级单通带微波光子滤波器, 光纤环形谐振器作为第二级滤波结构.经两级滤波器级联, 实现高品质因数跳频单通带微波光子滤波器.在使用三段保偏光纤的情况下, 通过调整偏振控制器的偏振状态, 可实现滤波器中心频率在1.012 1 GHz, 1.214 5 GHz, 1.416 9 GHz, 1.619 3 GHz, 1.821 7 GHz之间跳跃.由于采用了级联结构, 所设计的滤波器继承了前后两级滤波器的共同优点, 故滤波器的滤波特性良好, 品质因数最高可达13 155.69; 主旁瓣抑制比均在18 dB以上, 最高达25.51 dB.且该装置结构简单, 调谐便利.

为了实现高速光信号的降速处理, 提出了一种基于级联半导体光放大器环镜(SLALOM)的光串并转换器, 用于实现将高速串行光脉冲信号转换成低速并行光脉冲信号.该光串并转换器采用串联SLALOM组成, 将前一级SLALOM的输出作为后一级SLALOM的输入; SLALOM之间的光传播时延为输入光信号比特周期; 设置控制光与信号光脉冲时序, 实现各级SLALOM光脉冲并行输出.通过采用1×10光串并转换器实现将80 Gb/s串行信号转换为10路8 Gb/s并行信号, 并对控制、信号脉冲光功率和时间偏移量器件参量进行了优化.对于1×10光串并转换器, 端口接收灵敏度差异小于10 dB.该光串并转换器光功率损耗小、易于扩展并行端口数目, 可用于光通信领域中的高速解复用、光信号处理和光交换系统中.

采用磁控溅射法制备了石榴石型偏振调节器并研究了温度对其的影响.利用斯托克斯偏振仪和CCD, 研究激光透过石榴石及石榴石型偏振调节器的偏振极化性质和光斑变化.实验结果表明: 在 25~75℃温度范围内, 激光穿过不同材料时, 斯托克斯参量变化趋势不同; 但是因方位角不改变, 激光的偏振度、线偏振度、圆偏振度基本不变.

根据准相位匹配线性电光效应耦合波理论, 基于单个周期性极化铌酸锂晶体, 提出了外电场可控的电光复合与门、或门的逻辑计算方法.采用级联周期性极化铌酸锂晶体, 探讨了外电场可控的电光复合逻辑异或门、半加法器、半减法器的逻辑计算方法.在外加电场分别为0.184 KV/mm和0.368 KV/mm条件下, 分析了光波的波长、方位角和极角、晶体的温度对逻辑输出的影响.研究结果表明, 基本逻辑门的逻辑计算能够成功实现, 但其逻辑计算对光波波长、晶体温度、方位角和极化角非常敏感, 这些参量轻微的变化会导致逻辑输出的改变.该方案可推广到更为复杂的基本逻辑门以及三个以上逻辑输入与输出的基本逻辑门中.

通过对仅有单层介电薄膜双液体变焦透镜模型的相关理论分析, 得出介电层薄膜的厚度及均匀性对双液体变焦透镜的性能影响很大, 并绘制了双液体变焦透镜焦距与驱动电压、介电层厚度的关系曲线.在此基础上, 以降低双液体变焦透镜的驱动电压为目的, 对介电层的选择进行了分析, 选择既可充当介电层又可充当疏水层的派瑞林材料作为双液体变焦透镜的介电层材料, 通过真空蒸发镀膜工艺得到了合适厚度的介电层派瑞林薄膜, 并对所镀薄膜表面形貌以及厚度进行了测试.选择氯化钾以及溴代十二烷作为导电液体和油性液体, 利用离心方式除去液体中溶有的气体, 进而制作完成双液体变焦透镜样品.电驱变焦实验得到低压双液体变焦透镜样品的变焦范围为±20 mm, 驱动电压约为30 V, 对于实验过程中出现的迟滞效应, 通过对杨氏方程中引入摩擦力项, 合理地解释了其原因.

利用矩阵光学方法, 计算得出五角棱镜两种光学平行差的解析表达式, 分析五角棱镜光学平行差与工作面法向矢量夹角的矩阵关系.基于Agilent激光干涉仪角度测量系统和DHC三维转台搭建实验装置, 测量了Thorlabs五角棱镜的两种光学平行差.实验和解析式计算结果偏离度不超过4%.五角棱镜滚动角、偏摆角的变化等效于五角棱镜光学平行差的变化.通过坐标系变换, 五角棱镜的自身误差和系统在线测量误差可以被同时标定.该研究对五角棱镜的实际加工、测量系统标定, 以及高准确度面形检测提供了参考.

为了研究样品温度对激光诱导等离子体辐射特性的影响, 以国家标准土壤样品为靶, 在空气中利用波长为1 064 nm的Nd∶YAG纳秒脉冲激光烧蚀不同温度(≤350 ℃)下的片状样品, 测量了激光诱导等离子体的发射光谱强度和信噪比, 计算了光谱分析检出限和信号的测量准确度.实验结果表明, 当能量为200 mJ时, 随着样品温度的升高, 等离子体辐射逐渐增强, 并且在样品温度为300℃时达到最大值.计算表明, 元素Al、Mg、Ba和Fe在300 ℃样品温度时的光谱线强度比室温条件下分别提高了67%、58%、61%和52%, 信噪比分别增大了41%、51%、28%和38%, 且元素分析检出限和光谱信号稳定性均有改善.升高样品温度有利于改善激光光谱的质量.

从在线Low-E玻璃光学机理出发, 用椭圆偏振光谱仪对在线Low-E玻璃功能层和过渡层的可见-近红外波段的光学常数进行研究.测量了样品在三个不同入射角的椭偏参数, 分别用Lorentz双振子模型和Cauchy模型来描述Low-E玻璃功能层和过渡层的光学色散特性.通过拟合椭偏参数获得在线Low-E玻璃的光学常数及每层膜厚度, 并用扫描电镜对样品的膜厚进行表征.结果表明, Lorentz双振子模型和Cauchy模型能很好地解释在线Low-E玻璃的光学特性; 同时, 椭圆偏振法也为多层膜系统提供了一种测定光学常数和膜厚的可靠方法.

铟锡氧化物(Indium Tin Oxide, ITO)导电层是触控显示技术的绝对定位元件, 为保障定位的灵敏性和准确性, 需对导电层表面缺陷进行质量检测.本文针对导电层透明区域机器视觉自动检测存在的问题, 提出了图案对比度增强的方法.该方法首先利用ITO材料的光谱属性及其表面光学特性, 设计出用于ITO导电层检测的近红外同轴光照明, 将图像对比度从零提高到4.5%.在通过光学方法实现了对比度从无到有的转变后, 充分利用数字图像预处理的优势, 结合基于小波变换的非线性增强方法, 最终成功将对比度提高至16%, 为后续ITO导电层缺陷的分析和识别提供了良好保障.

为掌握高功率脉冲激光防护中脉冲激光各参量对VO2薄膜温升的具体影响, 采用有限元分析程序ANSYS的热分析模块分析了VO2薄膜在脉冲激光辐照下的温度场变化, 分析讨论了CO2脉冲激光的光斑尺寸、功率密度、脉冲宽度、重复频率四个参量, 对VO2薄膜达到相变温度的时间与相变区域尺寸的影响.结果表明, 光斑尺寸等四个参量共同影响薄膜达到相变温度的时间, 在一定范围内增大光斑尺寸和功率密度可缩短薄膜相变的时间, 而薄膜相变区域尺寸所占光斑面积的比例与二者并无直接关系, 增大脉宽或重频都有利于缩短薄膜达到相变的时间, 但前者对单脉冲产生热量的提升比后者效果更明显.