以微通道板为光电转换元件, 以光子计数法为读出方式设计制作了一种实用的荧光强度探测器, 结合北京同步辐射装置4B9B光电子能谱实验站特点, 在样品架加载正偏压的方法减少杂散电子对荧光探测信号的影响, 有效提高了荧光探测器的信噪比.搭建的软X射线全荧光产额吸收谱探测器有独立的真空系统, 可方便与实验站分析腔体对接, 也可将探测器安装于其他束线, 具备良好的移植性和便捷性.利用该探测设备成功获取了表面覆盖ZnS薄膜材料的SrTiO3晶体Ti L边特征吸收谱, 与全电子产额模式模式吸收谱相比显示出探测设备对绝缘样品和深层次体相探测的优势.该探测器已在北京同步辐射4B9B光电子能谱实验站使用, 拓展了实验站软X射线吸收谱的功能, 在表面催化, 电极材料, 薄膜衬底的研究中, 为实验用户增加了一个新的表征手段.

为校正长波红外探测器辐射响应非均匀性, 抑制非线性和随时间漂移, 提出了一种基于分段两点校正法和局部恒定统计的校正方法. 首先, 对非均匀性噪声建模, 利用分段两点校正法进行粗校正; 其次, 利用绝对偏差中值法剔除异常像素, 并迭代累加得到均值图像; 最后, 对均值图像滤波, 求得校正系数矩阵并对图像精校正. 搭建了原理样机, 进行了两次实验室标定实验和一次外场实验. 实验结果表明: 本文方法可以将黑体图像标准差从2.75降低至2.26, 将外场图像粗糙度从1.47×10－2降低至1.03×10－2. 本文方法复杂度低、鲁棒性强、精度高, 可以有效去除非均匀性噪声.

以液相沉积法在FTO衬底上制备了TiO2纳米管阵列, 在室温下利用光沉积法在TiO2纳米管表面修饰金属纳米Ag颗粒, 并采用SEM、EDS、XRD对样品的形貌、成分、结构等进行表征.实验结果表明, 制备的TiO2纳米管分布均匀, 由锐钛矿相组成, 并在管壁有明显的纳米Ag颗粒附着.以Pt为对电极制备了Ag/TiO2纳米管紫外探测器, 光响应测试结果表明, Ag/TiO2纳米管紫外探测器具有可见光盲特性, 可以实现对紫外光的探测.与TiO2纳米管紫外探测器相比, Ag修饰TiO2纳米管紫外探测器光电流密度提高至91 μA/cm2, 开关比可达2 251, 紫外探测性能显著提高.

由于可见光图像在低光照环境下其可视性较差, 为了提高红外与弱可见光图像融合的效果, 提出了一种基于对比度增强和柯西模糊函数的图像融合算法.首先用改进的引导滤波自适应增强提高弱可见光图像暗区域的可视性; 其次, 利用非下采样剪切波变换将红外和增强后的弱可见光图像分解, 得到相应的低频和高频子带; 再后, 分别用直觉模糊集构建柯西隶属函数和自适应双通道脉冲发放皮层模型对低频、高频子带进行融合; 最后, 使用非下采样剪切波变换对融合得到的高低频子带进行逆变换重构得到融合图像.实验结果表明, 与其它融合算法相比, 该算法有效地增强了弱可见光图像的暗区域, 保留了更多的背景信息, 从而提高了融合图像的对比度和清晰度.

为了解决在动态飞机监管系统中, 遥感图像飞机多目标检测准确率低的问题, 提出一种目标检测方法.首先引入两种全新的旋转不变性特征, 中心质点角与H向量; 接着对遥感飞机图像进行滑窗检测, 分别计算每一重叠块的中心质点角集、H向量相关系数; 根据模板特征匹配度设计了相应的得分系统, 再结合非极大值抑制等算法确定检测窗口内是否存在飞机.用不同场景下的遥感图像飞机进行多目标检测实验, 结果表明该方法平均F1分数达到90%以上, 相比传统方法, 召回率与查准率更高, 且适用范围更为广泛.

提出了一种基于光学柱面衍射的非对称双图像加密方法.首先对两幅灰度图像作离散余弦变换, 得到相应的频谱, 分别保留两幅离散余弦变换频谱的低频数据和任意1/3的高频数据, 并将其中一幅图的低频和任意1/3的高频融合为新的复合频谱, 对其进行柱面衍射后进行相位截断生成振幅和密钥.生成的振幅与第二幅图像的低频数据进行相同的加密过程产生新的振幅与密钥.最后将新生成的振幅与第二幅图的任意1/3的高频数据融合为新的复合频谱, 通过柱面衍射后的相位截断生成密文和新的密钥, 其中密文变成了原图的1/4.对两幅512×512的灰度图像进行加密测试, 结果表明重建图像的质量高, 相关系数值均高于0.97, 峰值信噪比均大于33 dB.基于柱面衍射的光学图像加密克服了传统平面衍射的对称性, 同时柱面衍射的内柱面半径、柱面高度、衍射距离可以作为加密系统的附加密钥, 扩大了密钥空间, 增加了系统的安全性.

提出一种指纹防伪方法, 通过光学相干层析成像获取手指指尖的表皮层指纹、真皮层指纹与汗腺等结构信息, 通过光学微血管造影获取手指指尖下的血流信息, 结合两种技术获取具有动态防伪的指尖生物识别特征体数据.用真指纹和制作的假指纹对传统商业指纹采集仪和所提方法的有效性进行实验验证.结果表明: 传统商业指纹采集仪难以分辨真假指纹, 防伪能力不足; 光学相干层析的指纹成像可利用获取的手指皮下结构有效识别常见的人造指纹制品, 基于真皮层指纹状态判断真假指纹; 利用光学微血管造影获取的手指皮下血流成像, 结合平均光强阈值可实现指纹活体防伪; 所提出的指纹防伪方法的准确率可达100%.

为捕捉生物组织体内快速变化的荧光信号, 并借鉴扩散荧光层析在穿透深度、高灵敏度等方面的优势, 设计了一套具备快速实时采样能力的动态扩散荧光层析成像在体测量系统.该系统采用多光源-探测器布配方案, 结合光电倍增管探测器与锁相光子计数检测技术, 具有高空间采样密度、高探测灵敏度、大动态测量范围以及高性价比等优势.有效性评估实验表明: 该系统具备良好的稳定性和很强的环境光抑制能力, 频率串扰率低于1.39%.仿体成像实验表明: 该系统能够有效地对单个和多个目标体成像.活体健康小鼠吲哚菁绿肝代谢实验进一步表明: 该系统可有效捕捉小鼠体内快速变化的荧光信号, 能够用于荧光剂药代动力学研究.

将指数修正嵌入到矢量外推框架中, 构建了一种改进的矢量外推Richardson-Lucy算法。以结构相似度因子作为评价指标, 优化彩色图像三通道最佳迭代次数,确定矢量外推加速参量与指数修正加速参量最优组合.试验结果表明: 改进的矢量外推Richardson-Lucy算法总迭代次数减少了78.9%, 能有效抑制噪声放大, 无需后续处理就能获得视觉质量更好的复原效果.该研究可为Richardson-Lucy算法在实时波前编码成像中的应用提供参考.

为了提升微偏振片阵列型长波红外成像系统精度, 在误差分析的基础上, 针对入射光偏振信息计算问题, 提出了一种偏振定标方法.通过确定像元级响应值与入射光功率的关系, 引入广义光学透过率, 不依赖大规模方程组运算, 实现了消光比、偏振方向的计算, 获取了微偏振片穆勒矩阵内各元素值.用固定盲元干扰下的超级像元内偏振信息计算法完成入射光偏振信息计算.实验结果表明, 该定标方法可有效降低误差干扰, 提高微偏振片阵列型长波红外成像系统探测精度.

采用双通道差分式红外气体检测方法, 基于比尔朗伯理论做针对性修正, 研制出低检测下限、高探测性能的手持式红外甲烷气体检测仪.通过TracePro光线模拟软件, 对比分析多种光学路径结构, 得到小空间内长光程气室结构, 增强气体有效吸收, 提高仪器检测性能.引入多参数补偿算法, 对气体吸收理论进行优化, 得到适应本检测系统的气体吸收函数, 以保证气体浓度信息计算准确性.仪器工作时最大输出电流为130 mA, 采用干电池供电, 仪器的尺寸为209 mm×70 mm×40 mm, 甲烷气体浓度爆炸限以下最低检测限可达到50 ppm, 可以保证气体防爆的安全性要求.

为在相关光子定标技术工程化过程中选择合适的泵浦机制及相位匹配模式, 开展了基于连续和脉冲激光的相关光子比对实验.采用355 nm连续激光泵浦偏硼酸钡晶体产生相关光子对, 对晶体吸收、透射损耗以及光学元件透过率进行测量和修正, 同时使用基于时间幅度转换的符合测量方法,得到单光子探测器量子效率为59.15%.利用518 nm脉冲激光泵浦周期极化磷酸钛氧钾晶体, 采用准相位匹配技术获取相同波段的相关光子, 基于时间幅度转换的符合测量方法得到单光子探测器量子效率为59%.比对实验结果, 两套定标装置方法的测量结果之差在0.25%以内, 主要误差来源于单光子探测器的响应非线性、光路透过率修正误差和单光子探测量子效率面非均匀性.实验结果验证了相关光子定标技术可随时随地复现的优点, 以及相关光子定标结果不受泵浦机制差异和实验装置差异的影响, 可为相关光子技术工程化中的激光器工作模式和相位匹配方式的选择提供参考依据.

对不同参数的掺钕晶体双频微片激光器(DFML)进行频差温度特性研究.探索了在不同腔长、不同种类掺钕介质的DFML中, 晶体温控温度对双频信号频差的影响.结果表明, 双频信号频差与谐振腔光学腔长成反比, 与晶体温控温度呈正相关; 其中0.5 mm腔长DFML(Nd∶YVO4)的双频信号频差随晶体温控温度的变化率为0.34 GHz/℃, 0.8 mm腔长DFML(Nd∶YVO4)的双频信号频差随晶体温控温度的变化率为0.12 GHz/℃, 1 mm腔长DFML(Nd∶YVO4)的双频信号频差随晶体温控温度的变化率为0.044 GHz/℃; 即腔长越短, 晶体温控温度对频差的影响越大.不同材料Nd∶YVO4和Nd∶GdVO4晶体1 mm腔长的DFML双频信号频差随晶体温度的变化率相近,仿真与实验结果符合较好.

采用波长800 nm的飞秒激光对硬质合金YG6表面进行多脉冲加工, 利用光学显微镜测量微凹坑损伤形貌及损伤直径, 研究了飞秒激光在不同能量密度和脉冲数下硬质合金YG6的损伤阈值和损伤直径的变化规律及其损伤机制.试验结果表明: 硬质合金YG6的多脉冲损伤阈值随着脉冲数增加而降低, 呈现明显的累积效应.试验得到了多脉冲飞秒激光加工YG6的损伤阈值、损伤直径与脉冲数及中心能量密度的定量关系, YG6多脉冲损伤阈值主要与脉冲数相关, 由单脉冲损伤阈值和累积系数共同决定, 试验得到YG6单脉冲损伤阈值为1.14±0.06 J/cm2, 累积系数为0.84±0.02.损伤直径主要与光束中心能量密度和脉冲数相关, 由光束束腰半径, 单脉冲损伤阈值和累积系数共同决定.试验采用多组平均功率和脉冲数对YG6进行烧蚀, 验证了单脉冲损伤阈值和累积系数的可靠性.

基于微流体理论, 对采用聚合物量子点墨水打印薄膜的干燥过程进行了研究, 并通过优化溶剂配比、聚合物含量及干燥温度克服“咖啡环”现象, 改善薄膜形貌.研究结果表明: 墨水中添加高沸点溶剂有助于延缓外向流动; 调节聚合物含量可改变墨水的物理性质, 有利于在诱发内向流动的同时阻碍外向流动, 二者均可明显改善“咖啡环”形貌, 另外聚合物的流平作用可提高薄膜的平整度; 调节干燥温度可优化液滴与基板的接触线钉扎, 从而进一步改善“咖啡环”形貌.最终, 在量子点浓度为12 mg/mL, 墨水中氯苯/环己基苯体积比为8∶2, 聚丙烯酸酯质量百分比为11 wt%, 干燥温度为25 ℃时制备了直径约为169 μm, 高度约为65 nm的均匀量子点薄膜及量子点点阵, 为QLED器件的制备及Micro-LED面板的全彩化提供了技术支持.

对掺镓和掺硼的二种多晶硅钝化发射极和背面电池进行了电注入退火研究, 分别用Halm电学性能测试仪和量子效率测试仪分析了它们在不同条件处理后的电学性能和外量子效率变化.结果表明, 以8.0 A的注入电流在260℃的温度下处理2 h, 有利于促进电池由衰减态向再生态转变, 电注入退火后电池的转换效率增加了0.83%, 在光照5 h后比初始值仅衰减了0.61%.电注入退火能有效降低多晶硅钝化发射极和背面电池的光致衰减效应, 掺镓多晶硅钝化发射极和背面电池具有更低的光致衰减效应, 相比掺硼多晶硅钝化发射极和背面电池光致衰减值降低了约50%.

将具有独特叠层结构的聚乙烯醇-聚乙烯共聚物纳米纤维膜材料与环氧树脂复合, 并引入紫外光吸收剂2,4-二羟基二苯甲酮, 利用多相之间的强界面相互作用, 制备得到了具有高柔韧性、高透明度和高紫外光过滤效果的复合透明膜.在该柔性基底上, 通过压力转移法相继复合银纳米线层和还原氧化石墨烯层, 形成了相互渗透的导电网络.最终得到面电阻为147 Ω/Sq、可见光透过率约80%、紫外吸收率达90%的透明导电复合膜.该导电复合膜显示出良好的拉伸和弯曲性能, 并在循环弯曲变形测试下保持良好的电学稳定性.

使用微波回旋共振离子源制备蓝宝石(A向)自组织纳米结构, 研究不同入射角度下Kr+离子束刻蚀蓝宝石表面形成的自组织纳米结构及其形成过程.采用等离子体与离子束刻蚀设备在不同入射角度下对蓝宝石样品表面进行刻蚀并通过Taylor Surf CCI2000非接触式表面测量仪和原子力显微镜分别对刻蚀后的蓝宝石样品的刻蚀速率及表面形貌进行分析.研究表明: 当离子束能量为400 eV,加速电压为200 V,离子束流密度为310 μA/cm2时, 小角度入射下, 蓝宝石样品表面出现纵向尺度较小的有序点状纳米结构; 随着入射角度的增加, 样品表面形成条纹状纳米结构, 30°时形成短程有序且纵横比为0.87的条纹状结构; 入射角度继续增加, 纵向高度减小直至纳米结构消失; 当角度达到60°附近, 蓝宝石表面又出现条纹状结构, 70°时形成了短程有序且纵横比为1.07的条纹状结构.自组织纳米结构的形成先以“岛状”形式出现, 随后岛上生长出条纹状纳米结构, 随着刻蚀时间的增加, 岛状条纹结构纵向尺度增大且有序性增强, 纳米结构的横向周期不变.

采用步进投影式光刻机的步进原理控制曝光剂量, 制备楔形模斑转换器.分析了不同曝光剂量对侧壁形貌的影响以及最佳的刻蚀参数.实验结果表明: 最佳曝光时间为20 ms/次, 回流温度为160℃, 时间为1 min, 当刻蚀气体及比例为SF6∶He=8∶80时, 刻蚀后得到满足需求的样品,且制备方式制作周期短, 精度高, 与电子束灰度曝光方法相比, 具有高效率、低成本等优点.

以DCJTB为颜色转换层, 结合双蓝色发光层有机电致发光器件制备了结构为PMMA∶DCJTB(x%)/ITO/NPB(30 nm)/mCP(5 nm)/mCP∶Firpic(8%, 30 nm)/TPBi∶Firpic(8%, 10 nm)/TmPyPB(30 nm)/Cs2CO3(1 nm)/Al(x=0.7, 1.0, 1.5)的白色有机发光器件.结果表明, 器件的效率和显示性可通过DCJTB浓度加以调控,当DCJTB浓度为1.0%时, 器件拥有最佳性能, 其最大电流效率、色坐标和显色指数分别为13.4 cd·A－1、(0.33, 0.31)和69.为进一步提高器件效率和显色性, 在发光层TPBi∶Firpic与电子传输层TmPyPB之间插入TPBi/TPBi∶Ir(ppy)3结构, 研究表明: 该插入结构能丰富器件发光颜色, 增大颜色转换层的有效吸收光量; 同时可限制激子复合区域, 提升激子利用率, 实现了器件效率和显色性能的同时提升.获得的白光器件最大电流效率和显色指数分别为17.8 cd·A－1和81, 分别提升了33%和17%, 色坐标仅漂移(0.02, 0.02).

利用自行设计的集成微区成像激光诱导击穿光谱系统, 分析了孔径光阑设定、目标区域大小以及样品表面反射率对表面图像位置敏感特性的影响.结果表明, 表面图像锐度在大孔径设定下对位置更为敏感, 适用于自动对焦过程; 反射率对表面图像锐度的位置敏感特性影响较小, 且部分表面图像的锐度也可用于辅助激光诱导击穿光谱对焦; 不同样品不同目标区域大小, 图像锐度最大值对应表面位置具有很好的重复性.在此基础上, 建立了基于表面图像锐度的自动对焦方法.

从哈达码变换光谱成像仪成像原理出发, 对其光谱成像过程进行数学建模, 分析了哈达码模板调制引起光谱信息混叠和空间信息混叠的原因, 提出了一种根据光谱偏移量去除混叠的算法.采用自行研制的哈达码变换光谱成像仪进行了目标数据采集, 用提出的去混叠算法对目标数据进行复原, 得到目标的三维数据立方体, 有效去除了空间信息混叠和光谱信息混叠, 验证了算法的正确性.

为充分提取复杂掺伪食用油的特征信息, 提出并建立一种掺伪芝麻油的判别方法.采集40个纯芝麻油和40个掺入不同浓度玉米油的芝麻油的常规一维近红外透射光谱和中红外衰减全反射光谱.对两样本采用二维相关谱技术进行相关计算, 得到每一样品的同步和异步二维近红外相关谱和中红外相关谱, 并进行预处理, 得到其对应的同步-异步二维近红外相关谱和中红外相关谱.采用多维主成分分析法提取其特征, 并将其得分矩阵进行融合.基于融合的得分矩阵, 以及单一近红外、中红外相关谱得分矩阵分别建立纯芝麻油和掺伪芝麻油偏最小二乘判别分析模型, 三个模型对预测集样品的判别正确率分别为100%、96.2%和96.2%.研究结果表明, 所提出的方法可提取更多的特征信息, 提供更好的分析结果.