为提高火焰探测器综合测试系统的稳定性,在相关国家标准基础上,自行研制的IUR76-Ⅰ/Ⅱ型火焰探测器综合测试系统对传统火焰探测器综合测试系统进行了优化和改进。经计算该系统的稳定性较传统测试系统得到了较大提高。分析并计算了新型测试系统和国家标准要求传统测试系统的稳定性,并针对相关国家标准要求提出相应修正建议。

介绍了亚波长光栅衍射理论体系以及基于纳米平版印刷术的亚波长减反射光栅的设计与制备、减反射特性和应用等方面的最新研究进展。分析了以亚波长减反射光栅作为光学系统增透元件的可行性。展望了亚波长减反射光栅向可见光、紫外波段的发展趋势,以及在高功率激光领域的应用前景。研究表明,亚波长光栅在减反射和激光损伤方面均具有优异的特性,而且有可能同时实现多种功能,简化光学系统。利用纳米平板印刷术可以使亚波长光栅的制备和应用向可见光、紫外波段方向延伸。

基于光纤模式理论,研究了三层平顶模光纤的波导色散特性,分析了光纤折射率的分布和芯径大小的改变对其波导色散的影响。结果表明,平顶模式微纳光纤与常规微纳光纤及大芯径平顶模式光纤的波导色散特性均不同。在0.3-1.6 μm波段内,当光纤折射率分布发生变化时,其波导色散曲线唯一的极小值有规律地增大或减小,并出现蓝移或红移现象;而当芯径尺寸减小时,波导色散极小值明显减小,但极小值点位置都出现在0.6 μm处。无论是光纤折射率分布还是芯径大小发生变化,在1.3-1.6 μm长波段,其波导色散曲线增势均趋缓,且值渐趋于零,尤其当芯径大小发生变化时这种趋势更明显。

为充分利用光电路交换(OCS)和光突发交换(OBS)两种网络技术的优点,更好地应对网络故障,提出一种新的OBS/OCS混合网络方案。根据节点对之间的数据业务需求,建立由OCS光路构成的虚拓扑(OCS层),用链路上剩余的波长资源(信道)构建OBS网络(层)。当网络中出现故障导致一条或多条OCS光路中断时,可以用已构建的OBS层,将受影响的数据分组组装成突发包发送,尝试恢复数据传送。在网络正常工作时,数据业务均通过OCS层发送。当出现突发业务导致OCS光路过载时,可以通过OBS发送超出OCS层传送容量的部分数据。与基于恢复的OCS网络、单一的OBS网络的性能相比,在不同的网络故障场景下新的OBS/OCS混合网络方案均能较好地恢复数据业务的传送;在网络正常工作时也能较好地应对突发业务。

利用四阶迂回相位计算全息原理实现原始图像计算全息图的制作,并将其作为水印信号嵌入到载体图像。在水印嵌入过程中选择载体图像离散余弦变换(DCT)域中频系数作为嵌入点,以提高抗JPEG压缩能力,而对全息水印数据的Arnold置乱处理可明显提高水印信息的抗剪切能力。仿真实验结果表明,基于迂回相位编码方法的计算全息水印技术在透明性和稳健性方面具有一定优势,特别在抗剪切方面具有优良性能。计算全息术及置乱的引入使所嵌入的水印具有较高的安全性。

将CCD与电寻址液晶(EALCD)相结合,CCD作为记录介质,用于全息图和全息再现像的记录,EALCD则代替传统光学全息中曝光后的全息干板,用于数字全息图的再现。这种方法不仅避免了传统全息记录材料显影、定影等过程,也避免了全息材料非线性记录等缺点,并可以实现普通的数字全息较难实现的基于相位移法的位移测试。利用双曝光数字全息干涉法,在实验中对反射式被测物体生成的菲涅耳全息图进行了光学再现,并得到了准确的数据,验证了该方法的实用性。实验结果表明,CCD与EALCD相结合,可以实现数字全息图的光学再现,通过获得的干涉条纹,可精确测定物体位移量。

提出一种基于不变性联想神经网络的道路交通标志识别算法。该算法通过对交通标志的颜色属性和形状属性的分析,建立了交通标志的颜色和形状之间确定的关系,以其作为识别交通标志的重要依据。建立颜色形状特征库,设计联想记忆神经网络模型用来实现不变性模式识别,采取约束突触权值的方法从图像中提取不变特征。仿真表明该方法可以对交通标志实现快速分类,较好地消除了视角的影响,具有良好的准确性、实时性和稳健性。

把用于匹配滤波器的最小平均相关能量(MACE)算法进行改进,成功应用于实时联合变换相关器。训练系列图像的谱按MACE综合后,经傅里叶逆变换在物面合成参考图像,同时在合成参考图像前对训练图像进行边缘提取,并对目标与参考图像的联合功率谱进行拉普拉斯锐化,提高相关峰对比度。给出了存在旋转变化的目标图像和光学实验。实验表明,改进后的MACE方法可大大减少训练图像的数目,减小运算量,很好地解决联合变换相关器对目标存在旋转变化的识别问题,可扩大目标识别的范围,提高识别率。

研制了一套内渐进多焦点镜片(PAL)数控(NC)车床系统,车床系统通过采用带双CPU的开放式结构和音圈电机来实现高精密车削加工。通过对其三轴电机运动进行比例积分微分(PID)参数调整和误差补偿,该闭环系统的定位精度为1 μm,重复定位精度为2 μm。将内渐进多焦点镜片型面区分成“视近”、“视远”、“像差”和“渐变”4个区域,依次提出与其相适应的数学表述,并在此基础上开发内渐进多焦点镜片型面数据处理软件,实现内渐进多焦点镜片型面的软件离线插补,为镜面加工提供刀具控制数据。

对侧面抽运模块的抽运结构进行了优化,采用漫反射腔设计,利用3个激光二极管阵列(LDA)旋转对称抽运尺寸为2 mm×75 mm,掺杂原子数分数为4%的钕玻璃棒。钕玻璃棒两端面镀有在1053 nm高透率为99.8%的增透膜,为消除放大的自发辐射(ASE)光振荡,钕玻璃两端面采用1.5°倾角设计。放大器采用集体制冷,产生的热量由在热沉中流动的去离子水带走。能量10 μJ,工作频率1 Hz,脉冲宽度3 ns,输出波长1053 nm的种子激光经过钕玻璃放大器后,在抽运功率为8.2 kW,抽运脉冲宽度为400 μs时达到了70倍的稳定高增益,放大器的荧光分布均匀,脉冲波形图放大后无畸变。

偏振检测技术用于水下目标探测,为复杂海洋环境下的目标探测提供了一条全新的技术途径。阐述了水下激光偏振探测的基本原理,并搭建了简单的实验系统,对不同材料的人造目标进行了探测。结果表明,不同材料的目标具有不同的偏振特性,偏振信息在改善水下人造目标检测性能方面具有重要的价值。提出了基于Matlab的图像处理方法,最终处理的偏振图像包含了目标的偏振信息和细节信息,提高了图像的对比度和清晰度。通过偏振图像处理,可以有效地区分不同水下条件中人造目标与自然背景,极大地压缩自然背景噪声。

激光冲击成形(LPF)技术利用激光与物质相互作用时产生的等离子体冲击波进行塑性变形,它结合了激光冲击强化与塑性成形的优点,在大型复杂曲面零件成形、微机电系统结构元器件制造、装配、整形等领域具有深远应用前景。介绍了LPF的历史背景,根据变形模式将其分为凸面成形和凹面成形两大类,分析了成形机理和技术优势。在几何形状、材料性质、成形缺陷、分析手段等方面,阐述了其研究现状,并就其存在的主要问题和研究动态进行了深入讨论,指出了发展过程中面临的机遇和挑战。

基于光纤模式理论,数值研究了含有介电薄层微纳光纤的模场特性,尤其是薄介电层厚度和折射率对模场和能流密度的影响。结果表明,介电薄层的引入对微纳光纤纤芯和薄介电层中的模场特性影响不大,但对外包层中的模场影响较大。

采用结扎大鼠冠状动脉左前降支的方法建立急性心肌缺血模型,通过双光子荧光显微成像技术(TPEF)获取左心室前壁不同缺血时间的图象,得到心肌在不同缺血时间情况下的双光子荧光图像及其光谱图像。从荧光图像中得到不同时刻形态学信息及心肌细胞代谢信息;从光谱图像中分析心肌缺血组织物质成分。

采用玻璃多纤维拉制(GMD)技术研制并批量生产了微小通道(孔径4-5 μm)还原铅硅酸盐玻璃微通道板(MCP),空间分辨率达到95 lp/mm。优选皮芯实体边玻璃组合,解决了小通道实体边MCP制板过程中发生变形、破裂的难题;开发新的拉丝设备和技术以及细小直径单纤维的排棒、复式纤维的排屏工艺和相应的技术设备,保证单复丝拉制过程中纤维的尺寸误差不大于0.5%,解决了MCP增益的均匀性难题,实现了两步法拉丝制作孔径5 μm以下MCP的工艺方法,制作的MCP平均孔径5 μm,厚度为0.25 mm,增益大于1×10⁴ (900 V)。

选用适当的全景环形镜头模型,运用CODE-V软件设计了一款小型紧凑结构红外全景镜头。设计结果表明,选用的全景环形镜头模型有利于镜头的小型化和集成化,将模型的两个透射面和两个反射面全部设置为球面,降低了镜头加工的难度,通过优化相对孔径,提高了系统的灵敏度和分辨率。中继系统采用三片式结构,其中非球面和衍射面的运用有效地平衡了系统像差。最终得到的镜头工作在3-5 μm波段,对±55°-±100°视场成像,F数为1.3,有效焦距为-0.53 mm,总长为64.5 mm,最小分辨极限只有6.3 μm。 CODE-V软件分析显示,系统横向像差在-0.021-0.021 mm之间,为艾里斑直径的1.6倍,调制传递函数(MTF)值在空间分辨频率为40 lp/mm时大于0.2,成像质量良好。

对用LED制作的灯具色容差指标进行了理论、实验和数据分析,制作出满足色容差指标的LED灯具。通过相关色温对色容差指标的影响分析,选择5000 K相关色温的LED,有助于满足色容差指标,且兼顾显色性和光效指标;采用峰值波长为(458±1) nm的芯片,选择相应激发波长以及合适发射光谱的荧光粉,控制好荧光粉的使用量,小批量生产出符合色容差要求的LED灯。

设计了正方形和正六边形圆孔阵列组成的金属/电介质光子晶体(MDPhC)来研究阵列类型对其强透射特性的影响。采用微机电(MEMS)技术制作了两种具有相同结构参数的正方形和正六边形圆孔阵列组成的金/二氧化硅/硅光子晶体,利用傅里叶变换红外光谱仪测量其反射光谱。同时,也对这两种结构进行了时域有限差分法数值模拟。理论模拟和实验测量结果均表明,与正方形圆孔阵列相比,由正六边形圆孔阵列组成的MDPhC能够获得较强的光透射增强效果和较窄的透射峰。

提高热光伏(TPV)系统的光电转换效率是目前热光伏技术的研究重点,提高热辐射器的辐射效率是提高热光伏系统效率的重要途径,而光子晶体结构以其特有的选择性辐射性能成为热光伏系统理想的热辐射器。简述了热光伏系统的工作原理及光子晶体的物理特性,重点介绍了光子晶体热辐射性能及其在热光伏系统中应用研究的进展情况。

半导体照明光源——发光二极管(LED)是近年来快速发展的光源,是光源领域的研究热点。回顾了LED的发展历史,理论分析了LED的光效,通过与其他类型光源的价格等的比较,展示了LED在光源领域未来的重要地位和光明前景。综述了LED技术的发展现状,包括LED外延技术、芯片技术、金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备、封装技术等的进展,并叙述了提高LED内量子效率及光效的主要研究方向。指出,随着LED光效等的进一步提高,LED将成为照明光源的主角。

外界温度变化与光纤应变都会导致光纤布拉格光栅(FBG)的中心波长发生偏移,由此引起FBG传感器在测量时的温度与应变交叉敏感问题。运用人工神经网络理论,建立FBG测量系统的BP神经网络模型,利用Matlab的神经网络工具箱,采取含动量项的梯度下降算法对网络进行训练,结果表明收敛速度较快。对训练后的网络进行验证,温度误差最大不超过2%,应变误差最大不超过5%,很好地实现了温度与应变的同时测量。

采用射频反应溅射法在玻璃衬底上制得均匀透明的TiO2纳米薄膜,然后采用金(Au)离子溅射镀膜法制得金包覆TiO2复合薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等研究了金包覆TiO2薄膜的结晶特性和表面形貌。研究显示,射频功率为200 W时,射频薄膜表面光滑平整,由锐钛矿型TiO2纳米微粒构成,其微粒直径在20-100 nm。Au离子溅射镀膜和真空退火后薄膜的表面形貌没有明显的变化。采用细菌涂布培养法对金掺杂TiO2纳米薄膜的光催化杀菌性能进行研究,结果表明金包覆TiO2纳米复合薄膜较单一TiO2纳米薄膜在光催化杀菌范围、速度及效率上具有明显的增强,对枯草芽孢杆菌在10 min内的杀菌率均达到90%以上。根据实验结果,讨论了金包覆TiO2纳米薄膜光催化杀菌机理。

砷化镓光导开关具有响应速度快,转换率较高等特点,为它应用于研究高速器件的性能等方面提供了可能。通过阐述该领域理论和实验的主要研究结果,分析比较国内外的研究现状,为以后的研究工作打下基础。