通过结合静电纺丝和氨化技术方法合成了Eu2+掺杂的GaN(GaN:Eu2+)纳米纤维.SEM和TEM图像显示纳米纤维由尺寸均匀分布的GaN纳米颗粒组成.XRD测试结果表明, GaN:Eu2+样品主要为六方相GaN(h-GaN), 其平均粒径为7.3 nm.进一步的拉曼测试结果显示出现了两个额外的GaN拉曼位移, 波数分别位于252和422 cm-1.室温光致发光谱表明GaN基质中的Eu2+在407 nm处产生了强烈的特征蓝色发光峰.

设计了一种高集成检波器, 其包含贴片天线、匹配电路、肖特基二极管和透镜.在中芯国际130 nm工艺下将天线、匹配电路、肖特基二极管集成到一个芯片上, 检波器的集成度相比于分离式有了明显的提高.为增强片上天线的方向性, 进行了带有空气腔的尼龙透镜的设计和优化.透镜上的空气腔不但提供了组装空间而且减小了透镜体积.通过测试, 天线在220 GHz辐射增益为22 dB, 其中透镜贡献约为20 dB.检波器测试得到的响应率可达到130~150 V/W,等效噪声功率计算为400~460 pW/Hz.

采用矩形波导加载光栅的慢波结构作为太赫兹返波管的高频结构, 通过理论分析和电磁仿真研究了该慢波结构的色散特性和互作用阻抗, 理论分析结果和仿真结果能很好地吻合.在理论分析的基础上, 设计了一个中心频率为340 GHz的返波管, 经粒子模拟软件计算, 在较低电流密度的情况下该返波管输出功率达100 mW且可调带宽约30 GHz.

分析了由菲涅尔反射、中心点偏移引起的耦合损耗.提出了一种新的方法——用T型金属管作为光子晶体光纤和单模光纤的连接器.计算了从单模光纤到光子晶体光纤方向以及从光子晶体光纤到单模光纤方向的最佳耦合距离, 分别为15 μm和25 μm, 实验证明了结论的可靠性.与传统的检测方法相比, 采用光子晶体光纤的检测方法使得拉曼信号得到明显增强. 以氮气为背景气, 采用氧气肯定了光子晶体光纤同拉曼检测技术相结合后在气体检测方向的应用前景.

结合热力学基本定律和热辐射理论, 改进了Pennes生物热传导方程, 描述艾灸生物组织内的热量传递过程。采用Green函数法推导了其解析解, 建立了定量解释艾灸不同生物组织如健康组织、肿瘤组织的温度变化行为的方法。提出温度衰减系数的概念来衡量组织内不同深度处的能量吸收情况。艾灸时皮肤表面温度的变化趋势与仿真结果的一致性验证了方法的有效性。振荡的能量流对于组织是温和的刺激, 这是生物组织实现良好功能的物理兴奋剂。结果表明, 高频能量主要被皮肤表层吸收, 而低频能量可以深入到生物组织内部。重要的是, 疾病可以通过艾灸热的深透作用来治疗。

镜像综合孔径可利用较少的天线获得地球遥感所需的高空间分辨率, 但是镜像综合孔径辐射测量灵敏度尚未得到深入分析.针对该问题, 推导了二维镜像综合孔径辐射测量噪声特性, 在此基础上, 对一维/二维镜像综合孔径测量灵敏度进行了分析, 开展了仿真实验, 并与常规综合孔径测量灵敏度进行了分析比较.

结合太赫兹辐射源及焦平面探测器特性, 同时考虑目标-背景特性、大气衰减及器件衰减等影响, 研究建立了太赫兹主动成像系统的最小可分辨对比度匹配滤波器模型.并结合文献示例以及实际太赫兹焦平面主动成像系统的测试结果, 验证了最小可分辨对比度模型.结果表明, 实验测量值和计算值基本一致, 误差在合理范围之内, 从而表明了本文模型的有效性.

研究了InAs/GaSb II 类超晶格长波探测器的γ 辐照效应.在60Co源γ 辐照下器件的电流—电压(I-V)特性并未随辐照剂量的增大而发生显著的变化, 100 krad (Si)辐照剂量下的零偏阻抗相较辐照前的减小率仅为3.4%, 表明该探测器具有很好的抗辐照性能.结合不同辐照剂量下的实时I-V特性曲线和辐照停止后器件电流随时间的演化情况, 对辐照所带来的器件性能的损伤以及微观损伤机理进行了分析.发现零偏压和小反向偏压下, 辐照开始后电流即有明显增大, 辐照损伤以暂态的电离效应为主导, 器件性能可以在很短时间内恢复.而大反向偏压下器件暗电流的主导机制为直接隧穿电流, 辐照所引入位移效应的影响使得暗电流随辐照剂量增大而减小, 损伤需通过退火效应缓慢恢复, 弛豫时间明显长于电离效应损伤.

将美国NPP卫星可见光红外成像辐射仪(Visible Infrared Imaging Radiometer, VIIRS)的中红外通道(中心波长3.697 μm)作为检验基准, 使用菲涅尔反射定理建立中红外和被验证通道的海表反射率关系, 对四个太阳反射通道(中心波长位于0.672、0.862、1.238和1.602 μm)进行了基于海水表面耀斑区反射率精度验证并深入分析该方法的不确定度.结果表明:VIIRS四个通道的验证不确定度分别为3.8%、3.9%、4.1%和4.1%, 这一方法可实现VIIRS部分光学通道的在轨较高精度验证.

基于光的偏振散射原理提出了一种对大气中炭黑颗粒物进行表征的测量方法.首先利用偏振光子散射的蒙特卡洛模拟方法寻找表征炭黑颗粒物属性的偏振特征参量, 进而通过实验对特征参量进行验证.结果表明, 获取的偏振参量对炭黑有较好的表征效果.此外, 偏振表征不仅可以兼容现有非偏振散射仪器, 提供更多颗粒物属性等信息, 还可以减少探测角度, 优化探测装置.

对比研究了两种不同结构太赫兹波段的双金属波导一级分布反馈量子级联激光器(THz-DFB-QCL).提出并实现基于衍射光栅耦合输出的THz-DFB-QCL中, 太赫兹波通过衍射光栅而非解理腔面形成出射.计算表明, 优化衍射光栅的结构可实现约70%的激光输出效率和小于1%的反射率, 激光发散角约为10°×50°.极低的反射率可以有效抑制反射波对腔内谐振的干扰, 是获得单模激射的关键.实验上, 利用衍射光栅耦合输出的激光器实现了频率约2.58 THz的稳定单模激光, 边模抑制比达23 dB, 光束分布与理论计算相吻合.得益于较好的衍射效率和光束准直性, 相比于常规的解理腔面边发射激光器, 通过衍射光栅耦合输出显著提升了激光功率.

结合人眼视觉特性, 提出了一种基于目标特性的欠采样等效模糊模型, 将系统对欠采样的容忍度和目标的有效频谱理念引入到欠采样的量化模型中, 实现了对采样系统性能的有效评估, 从根本上解决了传统模型在预测欠采样对目标识别性能影响方面的诸多不足.

提出了一种基于几何结构属性的光学和合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)影像配准方法.该方法引入了具有光照不变性的相位一致性模型进行影像特征提取, 采用该模型的强度和方向信息构建了一种几何结构特征描述符—相位一致性方向直方图(histogram of orientated phase congruency, HOPC), 并根据该描述符间的欧式距离定义了影像匹配的相似性测度(称为HOPCn).该测度能表示影像间的几何结构相似性.通过选择4组光学和SAR影像进行试验, 结果表明, HOPCn能有效率的抵抗影像间的非线性辐射差异, 并且其匹配性能好于经典的相似性测度.另外, 也设计了一种基于HOPCn自动的配准方法, 试验结果证明了该方法的有效率和鲁棒性.

提出并实现一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管单光子探测器的双重复频率光时域反射仪系统.通过发送两列重复频率有差异的脉冲激光信号对同一光纤的断点进行检测.接收系统采用高速单光子探测器, 保证了回返光探测灵敏度, 同时也提高了数据采样的速度.通过调节两列激光脉冲重复频率, 不仅可以实现系统测量距离量程的改变, 而且能够改变测量精度.

针对光机扫描式超大幅宽对地观测面临的地面成像畸变导致的分辨率随扫描视场增大而急剧降低的问题, 提出了一种变焦距摆扫配合可调狭缝光阑成像的方法, 推导了其在超大幅宽成像过程中需满足的变焦扫描与光阑控制关系式.理论分析表明:当系统光轴倾斜角度和狭缝大小与瞬时焦距满足对应关系时, 可有效消除地面成像畸变, 解决边缘分辨率急剧降低的问题, 实现大幅宽扫描成像过程中地面分辨率始终与星下点分辨率保持一致.此外, 设计了一套变焦摆扫成像系统, 分析证明了该方法具有较大可行性, 这对未来超大幅宽、高分辨率对地成像观测具有重要指导意义.

基于3.87 μm聚苯乙烯(PS)微球, 通过垂直基片自组装法制备了光子禁带位于红外波段的有序三维光子晶体.研究发现, 当悬浮液中乙醇和水的比例为2:8 (V%)时, 微球的排列有序度最高, 缺陷最少；随着微球浓度增大, 微球堆积层数增多, 光子晶体厚度增大.表征了不同有序度的光子晶体在红外波段的反射性能和辐射性能, 结果表明微球排列有序度越高, 有序面积越大, 光子晶体的反射率越高, 辐射率越低, 从而有效抑制目标表面的红外辐射.

偏振光学成像技术作为一种新型的光学成像技术, 通过对光波偏振特性的探测, 增加了信息的探测维度, 有利于全面、准确地获取目标的信息.文中阐述了偏振成像的探测方法, 典型偏振成像系统的分类；详细介绍了一种基于Stokes矢量方法的分孔径全偏振态同时探测的实时彩色偏振成像相机；利用该相机进行了全偏振度成像实验和偏振去雾成像实验.实验表明全偏振态同时探测偏振成像技术在提高成像探测距离、目标细节获取及恢复等方面具有一定优势, 能够为现代光学成像探测系统提供重要的技术补充.

高斯分解是波形激光雷达数据预处理的常用方法, 但在应用于大光斑全波形激光雷达数据中的叠加波时却难以发挥作用, 为此提出一种基于小波变换的高斯递进波形分解方法.首先, 利用小波变换多尺度分析特性检测出目标地物并准确估算组分特征参数, 进而建立高斯模型优化特征参数；然后通过拟合精度指标, 判断是否需要添加新组分进行逐级递进分解, 确定最终模型及其组分构成, 最终实现全波形激光雷达数据的波形分解.为了验证算法的有效性, 分别对实验数据使用本文算法和常用的基于拐点匹配的高斯分解法进行分析, 结果表明, 本文算法提取的目标数几乎是拐点匹配算法的2倍, 可以有效地从叠加波中检测出目标组分, 且拟合精度高于98%.

有机薄膜半导体器件在微电子和光电子领域具有重要的研究与应用价值, 其成膜质量是影响器件性能的重要因素, 如空间分布的均一性.采用反射差分显微测量方法, 对各向异性基底上生长的并五苯薄膜的反射差分显微图像进行分析, 研究了该薄膜参数空间分布的非均一性, 同时展示了反射差分显微术在薄膜制备检测及工艺研究的应用价值.

提出了一种新颖的基于金属脊-三角形半导体的混合表面等离子体波导结构, 基于有限元法对该波导结构进行了数值仿真和分析.主要研究了该结构的电场分布、传输长度、归一化模场面积和质量因数.结果表明:在工作波长为1550 nm时, 通过优化参数, 其有效模场面积达到0.00193 λ2, 传输长度为37.7 μm, 质量因数为4853, 该结构具有较低的损耗.与金属平板混合波导结构相比, 具有更大的质量因数, 更强的光场限制能力, 波导的综合性能更好.这种波导结构在微纳米光子学、光电子通讯和光信息存储等领域具有广阔应用前景.

通过基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型, 推导分析了物体表面红外辐射偏振传输方程的Stokes表达式, 得出物体表面红外线偏振度与表面反射率(发射率)、波长、探测角度以及波长、目标与背景辐射差异等参数的数学关系；针对环境因素对红外偏振度的影响, 开展了不同材质以及标准黑体的中、长波红外偏振成像及红外高光谱偏振成像实验, 结果表明:黑体表面的红外偏振度与波长不相关, 进而提出以标准黑体红外偏振特性作为溯源基准进行红外偏振定量处理的方法.

围绕单采样和过采样扫描探测体制下的点目标定量检测性能, 基于亚像元的采样模型, 建立了一定分辨率条件下探测不同高度、尺寸目标的成像链路仿真模型, 从目标信号采集能力、背景及杂波水平影响、检测能力和测量特性四个方面对比分析了相同瞬时视场的单采样、过采样以及两倍瞬时视场的过采样三种规格采样体制的目标检测性能.分析结果表明:相同瞬时视场的过采样比单采样更有利于目标信号的采集, 检测能力更强, 两倍瞬时视场的过采样对目标信号有抑制作用, 不利于低信杂比情况下的目标探测；两种规格的过采样对背景信号及杂波均有抑制作用；两种规格的过采样对目标辐射强度都有明显的过采集误差, 必须进行修正.

提出了测量物体比辐射率的二次照度四次测量法.根据自主研制的仪器表明该方法和设计能够测量到与照射到被测目标完全一致的热辐射源辐照度, 并且能够排除传感器镜头、腔壁等的干扰.不仅提高测量精度, 而且可以设计成小尺寸便携式的比辐射率测定仪.设计的1000 w/m2以上的强热辐射源, 大幅度提高仪器信噪比.为了补偿在强热辐射源下的被测目标的增温, 提出了在非同温系统中求解比辐射率普适表达式以及补偿增温的“过程法”.从而解决了在非同温系统中温度变化造成比辐射率测量误差的瓶颈问题.三种比辐射率测量方法对比表明, 该方法优于其它两种方法.

采用分子束外延技术(MBE)对GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气(2DEG)样品进行了制备, 样品制备过程中, 通过改变Al的组分含量、隔离层厚度、对比体掺杂与δ掺杂两种方式, 在300 K条件下对制备的样品进行了霍尔测试, 获得了室温迁移率7.205E3cm2/Vs, 载流子浓度为1.787E12/cm3的GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气沟道结构, 并采用Mathematica软件分别计算了不同沟道宽度时300 K、77 K温度下GaAs基HEMT结构的太赫兹探测响应率, 为HEMT场效应管太赫兹探测器的研究和制备提供了参考依据.

风云四号A星干涉式大气垂直探测仪在轨运行以来发现, 受噪声、采样误差、条纹计数错误等影响, 干涉图零光程点会发生定位偏差.干涉条纹平移引起的相位误差与波数成线性关系, 对残余相位进行线性回归分析可以得到零光程差位置的偏移量.利用在轨实测数据, 应用残余相位方法, 分析了零光程点定位偏差校正前后对相位谱及辐射光谱的影响.该方法已经应用于风云四号A星干涉式大气垂直探测仪的在轨数据预处理中, 并取得了很好的应用效果.

在双色散结构编码孔径光谱成像系统(DD-CASSI)的基础上, 提出了利用多帧采样图方法(Multi Frame-DD-CASSI), 以提高信息采样率, 并提出新的数学模型, 实现了对三维数据立方体的光谱维压缩编码, 充分利用了光谱维数据的相关性, 利用32帧采样图恢复数据, 达到了0.99的光谱曲线相似度和40 db的图像峰值信噪比.