使用背照减薄型CCD器件的色散型成像光谱仪在近红外波段会出现呈条带状干涉条纹现象, 该干涉条纹对入射光波长分布敏感, 空间频率稳定, 特别适用于微小光谱偏差的测量与校准。针对一台光栅色散型推扫式成像光谱仪样机, 先估计出条纹分布的规律, 再以此为基础, 采用频域滤波、最小二乘拟合等方法提取干涉条纹中包含的相位信息, 以此作为光谱定标的辅助参数。实验表明, 当入射光强变化达到130%以上时, 拟合谱线位置的不确定度最大为0.0073nm, 模拟光谱位置改变后, 以汞灯谱线作为基准光谱位置曲线, 测得拟合算法的最大误差为0.1358nm, 该结果证明, 干涉条纹拟合定标方法可有效减少定标系统对光源稳定性的依赖, 提高对光谱维微小偏移量的检测精度。

提出了一种新的基于一般散射模型的hybrid Freeman/eigenvalue 分解算法, 用于分析极化合成孔径雷达(PolSAR)数据。文中, 单位矩阵作为体散射模型, 相干矩阵的两个较大特征值对应的特征向量作为表面散射模型和二次散射模型, 并且不需要反射对称条件。新算法有三个优点: 第一, 表面散射和二次散射不需要反射对称条件, 更符合一般散射体的建模; 第二, 因为散射能量是相干矩阵特征值的线性组合, 所以散射能量具有旋转不变性; 第三, 表面散射能量和二次散射能量避免了负值现象。在San Francisco地区的AIRSAR数据上进行了实验, 证明了新算法的有效性。

在毫米波段, 为了更精确、快速地设计出非谐振型低副瓣波导缝隙天线, 提出了一种改进型解析方法, 具体方法为在传统的斯蒂文生公式引入一个修正因子。该修正因子可大幅度提高波导宽边上的径向缝隙偏移量的解析计算精度。一般情况下, 传统斯蒂文生公式仅适用于长宽比大于10∶1的窄缝设计。而此方法则可用于低副瓣、长宽比接近4∶1的宽缝波导缝隙天线的快速设计。对修正公式进行了理论分析, 并使用改进型公式, 设计加工出了一个工作频率为60GHz的波导缝隙原型天线, 实测增益和副瓣电平分别为14.8dB和-25dB。仿真结果以及测试数据吻合良好, 证实了此改进型方法的有效性。

采用宽带宽的光脉冲在铷原子蒸汽中产生两个红外波段双波长的光信号, 观察到两个红外光信号间存在竞争。研究了泵浦激光强度、光脉冲啁啾和铷原子数密度对两个红外光信号特性的影响。结果表明, 两个红外光信号产生于两个耦合的参量六波混频过程; 信号的强度随泵浦激光强度、光脉冲啁啾和铷原子数密度发生变化, 两个波长红外光信号间的竞争主要由与铷原子数密度相关的相位匹配条件所决定。

高深宽比离子束刻蚀技术是实现碲镉汞红外焦平面探测器的关键工艺技术.国内应用最广泛的双栅考夫曼刻蚀机束散角较大, 沟槽深宽比较低.针对Ar离子束刻蚀机, 尝试了三种提高深宽比的方法: 选择不同的光刻胶做掩模、改变刻蚀角度和使用三栅离子源, 并通过扫描电子显微镜(SEM)观察了碲镉汞刻蚀图形的剖面轮廓并计算了深宽比.分析了这些工艺方法对刻蚀图形轮廓的影响, 获得了一些有助于获得高深宽比的离子束刻蚀沟槽的实验结果.

为了实现InGaAs探测器响应波段向可见增强, 在传统的外延材料中加入一层InGaAs腐蚀阻挡层, 制备了32×32元平面型InGaAs面阵探测器, 采用机械抛光和化学湿法腐蚀相结合的方法, 去除了InP衬底.结果表明, 探测器的响应波段为0.5~1.7μm, 室温下在波长为500nm处的量子效率约为16%, 850nm处量子效率约为54%, 1550nm处量子效率约为91%.暗电流大小与衬底减薄之前基本保持一致.理论分析了材料参数对器件量子效率的影响, 为进一步优化可见波段探测器的量子效率提供了依据.

碲锌镉晶体中存在着各种典型晶体缺陷, 其缺陷研究一直倍受关注, X射线衍射形貌术是一种非破坏性地研究晶体材料结构完整性、均匀性的有效方法.采用反射式X射线衍射形貌术对碲锌镉衬底的质量进行了研究, 并将衬底的X射线衍射形貌与Everson腐蚀形貌进行了对比分析, 碲锌镉衬底的X射线衍射形貌主要有六种特征类型, 分别对应不同的晶体结构或缺陷, 包括均匀结构、镶嵌结构、孪晶、小角晶界、夹杂、表面划伤, 对上述特征类型进行了详细的分析.目前, 衬底的X射线衍射形貌主要以均匀结构类型为主, 划伤和镶嵌结构缺陷基本已消除, 存在的晶体缺陷主要以小角晶界为主.通过对比分析碲锌镉衬底和液相外延碲镉汞薄膜的X射线衍射形貌, 发现小角晶界等晶体结构缺陷会延伸到外延层上, 碲锌镉衬底质量会直接影响碲镉汞外延层的质量, 晶体结构完整的衬底是制备高质量碲镉汞外延材料的基础.

利用溶胶-凝胶法, 由添加高分子聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的化学溶液制备了锆钛酸铅(PbZr0.4Ti0.6O3, PZT)多层膜, 研究了溶液中聚合物PVP的含量对多层膜光学性能的影响．测试表明, PZT多层膜呈现出由致密层和多孔层交替排布的层状结构, 在可见光区具有单一的高反射率带, 且反射带中心波长在一定范围内随着溶液中PVP浓度的升高向长波方向移动．在PVP的相对摩尔比为x=1.0时, 多层膜反射性能达到最优, 室温绝对反射率高达89%, 反射带宽为44nm．

为了在亚毫米波波段进行遥感探测, 研制了450GHz的二次谐波混频器.混频器的核心部件是一对反向并联的肖特基二极管, 长度为74μm, 截止频率高达8THz.在石英基片上搭建悬置微带的匹配电路, 并采用一分为二的金属腔体.在二极管的仿真中获得二极管管芯的输入阻抗, 然后考虑二极管的封装、匹配电路, 仿真得到混频器的单边带变频损耗为8.0dB, 所需本振功率为4mW.测试表明, 本混频器的单边带变频损耗的最佳值为14.0dB, 433~451GHz之间的损耗小于17.0dB, 3dB带宽为18GHz, 所需的本振功率为5mW.

对平面梯形结构多间隙谐振腔的模式分布、特性阻抗、耦合系数以及工作稳定性进行了研究.在此基础上给出了W波段高峰值功率扩展互作用速调管高频互作用系统设计, 并采用三维粒子模拟(PIC)技术对电子的速度调制、群聚及其与高频场的相互作用和能量转换等物理过程进行了研究, 定量给出了放大器的功率、带宽、效率以及增益等关键技术指标.PIC结果显示: 在中心频率94.52GHz以及电压16kV、电流0.6A的电子注参数下, 最大输出功率达到1.8kW, 相应的增益和电子效率分别为47.7dB和19.4%; 扫频结果显示瞬时3dB带宽为210MHz.

在对肖特基二极管电磁模型和电路模型精确建模的基础上, 设计并制作了W波段宽带八次谐波混频器.通过对肖特基二极管物理结构的分析, 建立了其精确的三维电磁仿真模型和直到180GHz的改进的宽带等效电路模型.针对W波段八次谐波混频器混频产物能量分布特点和工作带宽要求, 设计了宽带射频和本振匹配网络, 使混频器的工作带宽能覆盖整个W波段.测试结果显示, 射频信号在75～110GHz频率范围内, W波段八次谐波混频器最大变频损耗28dB, 最小变频损耗18dB.

针对“双频双调制双本振(DFDMDL)”大测距动态范围高重频相干测距测速体制, 分析了该体制信号调制需要考虑的调频线性度、发射光和本振光信号的“幅-频”特性、对称三角线性调频(STLFM)信号的周期稳定性等因素, 通过参数的对比、仿真及实测, 提出了适合本系统的信号调制方案．实测结果表明, 采用声光移频器(AOFS)外调制提供高线性度STLFM信号, 直接数字频率合成(DDS)驱动AOFS, 通过DAC调节射频驱动源功率补偿AOFS非平坦的“幅-频”特性, 以及基于FPGA的高精度时间测量系统监测STLFM信号周期及测量多个STLFM周期间的时间差, 可以使该“双频双调制双本振”体制具有较高的距离测量精度, 并为通过脉冲积累减小发射能量的途径提供了可能．

作为超材料的重要组成部分, 介质层是影响超材料响应特性的关键因素.固定超材料的尺寸和表层金属图形, 通过理论推导和仿真模拟详细分析了在太赫兹波段下介质层的介电常数和厚度两个参数对超材料响应特性的控制规律, 并首次确定了响应频率与介电常数的关系方程.结果表明, 在其他参数不变的情况下, 超材料的响应频率主要取决于介质层的介电常数的实部大小, 而其吸收率则主要取决于介质层的厚度.据此, 提出一种设计超材料的新方法: 首先将设计要求的响应频率代入频率方程计算出相应介质层的介电常数, 由此挑选合适的介质材料; 然后固定介电常数、调节介质层厚度, 获得在特定频率具有特定吸收率的超材料.

文章采用4×4传输矩阵法研究了两种一维磁光子晶体结构的宽带光隔离特性.结构一在外加磁场与光路光轴方向呈41.0°角时, 用22.90μm的总厚度实现了3nm的宽带光隔离, 且在宽带范围内法拉第旋转角和透射率分别在45°~48.89°和99.86~99.95%之间波动, 此结构在宽带范围内均可实现稳定的光隔离; 结构二在外加磁场与光路光轴方向平行时, 用18.61μm的总厚度实现了1nm的宽带光隔离, 且在宽带范围内法拉第旋转角和透射率分别在45.83°~45.89°和98.53~98.78%之间波动, 此结构无需调节外加磁场角度即可实现光隔离.

采用射频磁控溅射技术在Si(111)基片上制备金属锰膜, 用椭圆偏振光谱在2.0~4.0eV光子能量范围内研究了溅射压强对锰膜光学性质的影响.分别用德鲁得-洛伦兹模型以及有效介质模型对椭偏参数进行拟合, 结果表明随压强增大薄膜致密度先增大后减少; 折射率随压强增大先减少后增大; 而消光系数随压强的变化与光子能量有关, 在低能量区变化复杂, 高能量区随压强增加与折射率规律一致.分析表明上述变化与薄膜的致密度密切相关.

研究了一种基于二次外差法的八倍频毫米波光子发生器.该方案将二次外差法的相关原理应用到倍频式毫米波光子发生器的研究中.利用两次拍频, 抵消两个独立激光器各自的相位噪声, 得到了频率八倍于射频本振频率的射频毫米波信号.理论推导了毫米波产生的原理, 讨论了影响射频功率代价的激光器相位噪声、光纤色散和光链路的延时失配问题, 在此基础上进行了仿真模拟验证了光子发生器的工作原理及在模拟光链路中的应用.

基于天宫一号高光谱成像仪2012年3月6日获取的可见近红外谱段数据, 分别进行了氧气吸收通道的同步和非同步替代光谱定标, 为了提高非同步替代光谱定标结果的可靠性, 利用与同步实验日期相近的另外两景图像进行了多次非同步替代光谱定标．结果表明: 基于三景图像的非同步替代光谱定标结果相近, 差异小于0.2nm, 标准差小于0.11; 同步和非同步两种替代光谱定标结果差异小于0.3nm; 以星上定标结果为基准, 两种替代光谱定标方法的误差分别为0.384nm和0.489nm, 二者差异较小．可见, 可采用非同步替代光谱定标方法对高光谱成像仪进行高频次的光谱定标．

在传统的场匹配理论的基础上建立起盒型窗的通用传输参数矩阵, 并提出了一种新型的混合模式传输方法来扩展盒型窗带宽．在研究结果的基础上, 通过理论分析和数值计算得到了能满足Q波段超宽带带状束行波管所需求的新型混合模式传输盒型窗的初始结构和尺寸、利用三维高频分析软件HFSS优化并得到了最终结构参数．通过仿真验证和热分析, 证明了新的混合模式紧凑型盒型窗在34~52GHz频带内平均功率容量达到10kW、反射系数小于-18dB、相对带宽超过40%．冷测实验结果证实了盒型窗在要求带宽内反射系数均小于-18dB, 能满足实际器件的指标要求

现有的全色遥感图像机场目标检测方法, 对机场目标的直线特征利用得非常有限.提出一种同时利用自顶向下和自底向上显著性机制的新方法.利用线段检测算法检测直线, 通过跑道线段间邻近、平行且长度范围一定的特点, 提出了邻近平行性的概念, 可以深度挖掘机场跑道几何关系的先验知识.同时使用简化的基于图的视觉显著性模型, 提取自底向上的显著性.两者协同得到机场的候选位置.最后, 通过尺度不变特征变换提取特征, 利用支撑向量机进行判决, 可以精确定位机场目标.在具有各种类型的机场图像数据库上的实验结果表明, 相对于其他方法, 所提议算法具有速度快、识别率高、虚警率低的优势, 同时对于复杂背景具有更强的鲁棒性.