基于新型的时域有限差分光子学分析方法联合有限元电学分析方法研究了Pt/CdS紫外与InSb 红外双色焦平面阵列探测器的双色探测机理.研究发现超薄 Pt金属膜与CdS形成肖特基结可以获得较大的紫外光响应并能更好耦合红外光.采用像元间距为50 μm的Pt/CdS与InSb键合结构, 可以很好地抑制像元间的串音.结果证明了紫外-红外双色探测的可行性, 该方法将为紫外—红外双色探测器的设计提供基础指导.

纳米级金属薄膜能够作为热释电探测器红外吸收薄膜在14~16 μm波段范围内有效应用已经得到证明.通过调节沉积在LT(钽酸锂)晶体材料上的纳米级镍铬(NiCr)薄膜的厚度和表面特征来改善纳米金属薄膜红外吸收特性.通过调节晶体材料的厚度, 改变抗反射腔的深度, 从而调节吸收波长.为进一步加强红外吸收, 应用化学腐蚀, 生成粗糙的纳米级薄膜表面结构, 从而极大程度上增加吸收表面积.通过将这两种方法结合, 可以明显增强指定波段的红外吸收, 且其制造过程完全兼容, 易于实现.可控的吸收性能的实验结果与仿真和设计情况相符合.

设计了一种倒装焊结构, 用于340 GHz的肖特基二极管探测器.探测单元是基于砷化镓(GaAs)工艺设计的.薄膜陶瓷支撑层旨在为太赫兹检测单元提供封装.通常, 导电胶用作天线和输出电路之间的附接.分别对倒装焊结构和无倒装焊结构(类引线键合结构)模型对太赫兹接收天线性能的影响进行研究.为了比较的目的, 使用相同的测试系统表征FC结构模型和无FC结构模型(引线键合结构).通过引线键合与倒装焊测试增益的结果比较, 表明倒装焊结构可以作为大规模太赫兹检测阵列封装的低成本解决方案.

研究氨近红外光谱特性并建立浓度反演算法模型, 重点优化相关性分析和温度修正功能.利用开放式激光吸收光谱技术建立氨区域监测系统, 于2015年在安徽涡阳秸秆还田示范区开展监测实验, 研究玉米和小麦种植情况下的土壤氨挥发特征.研究结果表明, 氨浓度具有日变化趋势: 白天浓度上升在正午达到最高值, 逐步降低到夜间至最小值.夏、秋季典型小时浓度变化范围为0.6×10-3 ~1.34×10-3 mmol/mol和1.14×10-3~1.82×10-3 mmol/mol, 秋季玉米和夏季小麦秸秆还田的最大氨日均浓度为4.6×10-4 mmol/mol和1.7×10-3 mmol/mol, 还田一个多月后氨浓度明显上升, 并存在一定季节性差异.近红外光谱技术为明晰土壤氨排放规律提供了技术支持.

采用传统高温熔融法制备了Bi/Yb3+共掺杂锗酸盐玻璃, 通过吸收光谱、近红外光谱和荧光衰减寿命测试, 研究了玻璃样品的近红外发光性质.研究结果表明, 玻璃样品在980 nm 或808 nm 激光激发下, 均能同时观察到Yb3+离子和Bi离子的近红外发光, Yb3+离子与Bi离子之间存在相互能量传递.随着Yb3+离子浓度的增加, 玻璃基质的光学碱度和Yb3+离子到 Bi 离子的能量传递效率均增加, 讨论了能量传递效率的提高对Bi离子发光的增强作用与光学碱度增加对Bi离子发光的削弱作用的竞争影响机制, 获得了Bi/Yb3+离子共掺杂锗酸盐玻璃的近红外发光的机理.

介绍了一套基于频率步进机制的W波段三维近场安检成像系统以及相应的成像算法.W波段信号可以穿透普通衣物, 对人员携带的藏匿物品进行成像.成像算法通过在频率波数域进行插值处理可以完全补偿近场的波前曲面.文中阐述了频率波数域的插值过程以及实验数据的预处理过程.成像系统通过发射宽带信号得到高分辨距离像, 通过提高工作频率得到高分辨方位像, 方位向分辨率优于5 mm.成像实验结果表明该系统性能优于现有的Ka波段成像系统.

采用化学溶液沉积法在Al2O3衬底上生长了MgxNi1-xMn2O4(MNM, x=0, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20)薄膜.通过X射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜研究了Mg掺杂浓度对MNM薄膜的结构特性的影响, MNM薄膜均匀致密, 具有良好的结晶性, 为单一立方尖晶石结构.变温电流-电压特性研究显示, MNM薄膜的电输运特性符合小极化子变程跳跃电导模型, 同时获得了不同Mg掺杂浓度的MNM薄膜的电阻率ρ、特征温度T0和电阻温度系数α. 研究结果表明, Mg的掺杂对MNM薄膜的结构和电学特性都有一定的影响.

通过理论计算和对比实验研究了InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管中InP顶层掺杂浓度对于器件性能的影响.理论结果显示, InP顶层的掺杂浓度越低越有利于抑制边缘击穿, 降低隧穿暗载流子产生速率, 提高雪崩击穿几率.实验结果显示, 顶层非故意掺杂的器件在223 K下获得了20%的单光子探测效率和1 kHz的暗计数率, 其单光子探测效率比顶层掺杂浓度为5×1015 /cm3的器件高3%～8%, 而暗计数率低一个量级.结果表明, 降低InP顶层的掺杂浓度有利于提高器件性能.

针对双波片偏振调控结构, 基于Stokes-Mueller矩阵偏振算法, 对双1/4波片和双1/2波片的偏振调控机理作了详尽的理论分析, 得出调控偏振态与双波片快轴方向之间的关系, 并追迹其在庞加莱球上的运动轨迹.基于双波片调控结构搭建偏振测量系统, 根据入射和出射Stokes矢量构建了投影关系矩阵算法, 完成了待测元件Mueller矩阵的测量, 并分析了波片的快轴方向误差和位相延迟误差对Mueller矩阵测量结果以及对出射偏振态调控精度的影响.分析结果表明: 波片的快轴方向误差控制在±2°内, 位相延迟误差不大于λ/300时, Mueller矩阵的最大测量误差为0.040 2, 波片自身误差对测量结果的影响可以忽略不计; 波片自身误差所引起的方位角误差不大于0.16 rad时, 快轴方向误差引起的椭率角误差最大不超过0.032 rad, 位相延迟误差导致的椭率角误差小于0.015 rad, 且对偏振度无影响.

对于表面光滑、纹理单一甚至缺失、高反光的目标, 传统的三维重构方法由于对纹理以及反光特性的依赖会使得重构表面出现大面积的的数据空洞.而基于偏振的三维重构方法不依赖于物体表面的纹理信息, 同时偏振成像能够在一定程度上抑制耀光, 能够有效解决传统三维重构方法存在的问题.但是, 基于偏振视觉的三维重构方法得到的是像素坐标系下的深度信息, 因此提出了偏振双目视觉三维重构方法, 以由双目立体视觉获得的少量特征点的世界三维坐标为“桥梁”, 利用双目立体标定得到的相机参数, 将偏振得到的图像像素坐标系下的点云数据转化为世界坐标系下的绝对数据.

以高光谱分辨率的空间外差光谱仪为例, 针对其获取地表目标干涉数据的特点, 提出一种利用高空间分辨率遥感图像中海岸线区域的大面积均匀地貌且地表反射率有突变的特征来对空间外差光谱仪进行指向配准的方法, 实现了不同轴成像遥感设备与非成像遥感设备之间的匹配应用.利用空间外差光谱仪在多个对地观测点的结果干涉数据和相同经纬度区域的高空间分辨率图像数据进行地基测试实验, 将配准校正值结果与其标称值进行对比, 误差范围在-3%~5%.结果表明, 该方法可为星载不同轴成像遥感设备与非成像遥感设备之间匹配应用提供参考依据.

基于GaAs肖特基二极管, 设计实现了310~330 GHz的接收机前端.接收机采用330 GHz分谐波混频器作为第一级电路, 为降低混频器变频损耗, 提高接收机灵敏度, 分析讨论了反向并联混频二极管空气桥寄生电感和互感, 采用去嵌入阻抗计算方法, 提取了二极管的射频、本振和中频端口阻抗, 实现了混频器的优化设计, 提高了变频损耗仿真精度.接收机的165 GHz本振源由×6×2倍频链实现, 其中六倍频采用商用有源器件, 二倍频则采用GaAs肖特基二极管实现, 其被反向串联安装于悬置线上, 实现了偶次平衡式倍频, 所设计的倍频链在165 GHz处输出约10 dBm的功率, 用以驱动330 GHz接收前端混频器.接收机第二级电路采用中频低噪声放大器, 以降低系统总的噪声系数.在310~330 GHz范围内, 测得接收机噪声系数小于10.5 dB, 在325 GHz处测得最小噪声系数为85 dB, 系统增益为(31±1)dB.

天空光偏振模型能够仿真天空光偏振态的分布规律,是研究天空光偏振态分布与大气特性参数之间的定量关系的重要工具.首先, 基于倍加累加法的辐射传输模型和T矩阵法计算粒子散射特性, 建立了适用于多种天气条件下的天空光偏振模型, 可覆盖可见光波段到近红外波段; 其次, 在比较实验中, 所建立模型的仿真结果与Hovenier等人的计算结果有95%的全天空光仿真点的相对误差小于5%; 最后, 利用基于液晶相位可变延迟器(liquid crystal variable retarders, LCVR)的全偏振成像探测系统进行全天空光探测实验, 结果表明, 所建模型的仿真精度优于传统模型, 并且在80%的区域内与实际观测结果保持一致.由此可以得出结论, 所建立的天空光偏振模型能够比较准确模拟多种天气下的全天空范围内天空光偏振态分布规律, 为不同天气条件下偏振遥感探测和偏振导航等技术提供有力的理论依据.

用激光脉冲沉积(PLD)方法, 以MgAl2O4(001)为衬底制备了过渡金属氧化物LiTi2O4薄膜.采用X射线衍射(XRD)对所制备材料进行结构测试, 结果表明, 材料具有立方尖晶石单相结构, 结晶性能良好.应用拉曼光谱和光谱椭偏仪(SE)分别研究了材料在常温下的拉曼活性声子特性和可见-近红外波段的折射率和消光系数.应用第一性原理计算了LiTi2O4材料的能带结构和态密度, 结果表明理论计算结果和实验测试结果具有很好的一致性, 能带计算结果能够很好的解释薄膜的光学常数.

介绍了一种将可见光图像转换为红外图像的装置.装置的核心器件是利用MEMS工艺制作的可见光/红外图像转换芯片.红外图像生成装置包括可见光图像生成系统、可见光/红外图像转换系统以及红外图像投影光学系统三部分.红外图像生成装置产生的红外图像辐射波段覆盖8～12 μm, 分辨率达到了20 lp/mm, 可模拟温度范围为20～150 ℃, 图像非均匀性小于5%, 几何畸变小于3%.

提出一种用于高光谱图像小目标探测的目标光谱学习算法, 目的是从图像中学习得到一条更为准确的目标光谱, 从而提高有监督目标探测的效果.该算法由基于自适应权重的目标光谱学习算法和自完备字典两部分组成.前一部分内容是在已有完备的背景字典的情况下, 通过稀疏编码和梯度下降算法来优化学习目标光谱; 后一部分内容通过背景字典的不断扩充来确保该字典的完备性, 从而保证了学习算法的准确性.仿真和实际高光谱数据的实验结果表明, 所提出的方法能有效地提取出准确的目标光谱, 从而显著提高目标探测算法的精度.

首先对地球同步轨道星载降雨雷达进行了介绍; 其次基于其技术参数, 利用美国第二代机载降雨雷达(APR-2)的实测数据模拟了地球同步轨道星载毫米降雨雷达的数据并对模拟的强度和速度场数据进行了分析; 最后根据时域信号(I、Q)和功率谱数据的特征, 采用时域无限脉冲响应(IIR)椭圆滤波器和频域高斯模型自适应处理(GMAP)两种方法对地表杂波进行了抑制, 并对抑制前后的廓线数据和回波图进行了对比分析.结果表明, 采用IIR和GMAP方法能够对受弱风条件下海面杂波影响的近地面气象回波进行较好的恢复, 对地表杂波具有较好的抑制效果.

结合毫米波体制和双站毫米波合成孔径雷达(SAR)前视成像技术, 开展毫米波双站SAR前视成像算法的研究.在双站SAR前视成像系统中, 较大的前视角引入了多普勒质心偏移和严重的距离徙动, 因此普通双站SAR的成像算法无法直接移植到双站SAR前视成像中.针对以上问题, 论文首先提出了一种基于瞬时多普勒分析的改进Loffeld's Bistatic Formula (MLBF)二维频谱求解方法, 相比于现有方法, 该方法能更准确的得到双站SAR前视回波信号的二维频谱.在此基础上又推导出了适用于毫米波双站SAR前视成像的Omega-k算法; 最后通过仿真实验, 验证了提出算法的有效性和优越性.

针对国产化大面阵红外器件技术缺乏, 用红外焦平面探测器获取图像时难以消除自身的非均匀性以及信噪比低, 航空航天成像应用中的图像采集、传输、存储成本越来越高等问题.论文引入了像面编码计算成像, 首先分析了这种成像系统的原理模型, 然后将压缩感知理论应用于计算成像中, 搭建成像原理样机, 进行非压缩和压缩的计算成像实验.最后在重构的图像质量评价中引入了信号子空间分析方法, 进行重构图像的信噪比估计, 实验结果表明, 这种信噪比估计方法更加准确有效, 并且可以以此作为实验结论给出实际压缩成像时需要的合理采样次数.

针对主动毫米波成像安检系统的个人隐私保护问题, 提出了一种不受身高、站姿影响的毫米波人体图像隐私保护算法.通过预处理将毫米波图像背景噪声弱化, 增加人体目标边缘细节.使用二值化和形态学处理进一步区分背景与人体目标, 根据身高划分的人体部位比例与像素点遍历求最值法实现隐私部位的初步定位, 可以满足标准站姿下不同身高受检人的隐私部位定位需求.算法所包含的定位复查校准模块通过对隐私位置条件的循环判断与调整, 解决了非标准站姿下隐私部位的定位.最后, 根据已定位的坐标进行模糊化处理, 实现保护受检人隐私的功能.算法已应用于实际产品, 与常规隐私保护算法相比, 可移植性高, 运行速度快, 定位准确