针对多激光光束风场位移测量系统中对激光后向散射信号的采集和处理,设计了具有高速数据采集的多激光光束风场位移测量系统,并集成了大动态范围内快速变化的低信噪比(SNR)信号的实时接收提取、空间滤波、精密延时和精确波门控制等技术。系统主要由脉冲YAG激光器、雪崩光电二极管(APD)探测器、级联增益放大器、模数转换电路、现场可编程门阵列(FPGA)处理芯片及其外围电路、单片机控制系统和数据传输电路等组成,其中FPGA芯片成功地通过仿真,达到了设计要求。最后进行了实地风场测量实验,结果表明系统能够有效地检测出风场中不同距离处的散射回波信号,从而计算出风场的速度并通过分析得到风向。

介绍并制作了一种光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器。通过在不锈钢圆柱管内设置粘贴裸光栅的铜质支撑架,实现完全隔绝压力测量温度参数。在无压力情况下,在35 ℃~85 ℃温度范围内,对传感器进行多次加减压温度实验。结果表明,传感器重复性、迟滞性及线性度较好,实测温度灵敏度为30.98 pm/℃,与理论计算相对误差仅为0.3%,约为裸光纤光栅的2.83倍,封装FBG温度传感器的分辨力约为0.03 ℃。对传感器进行了压力敏感实验,在35 ℃恒温和5~45 MPa压力环境下及在35 ℃恒温和40 Mpa恒压下对温度传感器进行45 min的压力实验,实验结果表明传感器中心波长无变化;另外,在40 MPa恒压下和在35 ℃~85 ℃温度范围内对传感器进行测试,并和无压力情况对比,结果表明在相同温度测试点,传感器中心波长基本无变化。

对离散分数傅里叶变换(DFRFT)框架下复值信号和复值图像相位恢复问题的研究现状进行了评述。首先讨论了基于Gerchberg-Saxton(G-S)算法和DFRFT级次多样性的并行和串行G-S算法,并针对二维复值图像和级次个数为3的情形进行了数值模拟。结果表明,当3个级次在关于1对称的意义下的间隔较大时,这两种算法都相当有效;串行G-S算法的整体性能优于并行G-S算法。其次,针对一维复信号的情形,研究了一种基于非线性最小二乘的算法。这种算法首先将问题转化为非线性最小二乘形式的最优化问题,然后采用Moré形式的Levenberg-Marquardt算法求解。基于一维复值信号任意两个级次的DFRFT振幅,本算法都能得到相当精确的相位;即使对振幅含有中等噪声的情况,所得结果也比较满意。

提出了一种基于Split Bregman 方法的快速曲率驱动(CDD)图像修补模型算法。由于CDD模型中曲率项的影响,数值求解高阶偏微分方程过程中需要大量迭代运算,修复速度缓慢。鉴于Split Bregman方法在L1正则化问题的成功应用,为提高算法计算速度,在CDD修补模型中引入Split Bregman方法。实验结果表明,与其他类似方法相比,新算法的实现速度显著加快,且视觉效果好。

随着太赫兹(THz)技术的发展,许多改善成像质量和拓展成像维度的方法不断应用到THz成像领域,其中有许多是借鉴了在其他波段已发展成熟的技术手段,这些技术与THz成像的结合,已成为当前研究的一个热点领域,THz共焦扫描显微成像技术即是其中之一。在介绍共焦扫描显微成像原理的基础上,阐述并分析比较了国内外THz共焦扫描显微成像技术的发展状况,这些研究展示了THz共焦扫描显微成像技术广阔的应用及发展前景。

点探测器的位置是决定双轴共焦显微技术层析能力的关键因素之一,理想的共焦显微成像系统要求点探测器放在光轴上并且没有离焦情况出现。通过理论和实验分析了点探测器偏离理想位置对双轴共焦显微技术的轴向响应特性造成的影响。结果表明,点探测器的微小轴向偏移对轴向响应特性造成的影响基本可以忽略,但点探测器的微小横向偏移会使轴向响应曲线沿着z轴方向产生一定的移动,移动量随着偏移量的增大而增大。

高功率单频主振荡光纤功率放大器在相干合束、引力波传感器、自由空间光通信、测距、激光雷达、非线性频率转换等有广泛应用。综述了高功率单频主振荡光纤功率放大器的国内外研究进展,分析了高功率单频光纤放大器关键技术,如种子激光源、受激布里渊散射与放大自发辐射噪声的抑制技术,指出了千瓦量级的主振荡光纤功率放大器未来的研究方向。

推导了内腔式黄光拉曼激光器考虑空间分布的归一化速率方程,得出输出黄光的峰值功率、脉冲能量等的表达式。结合黄光拉曼激光器的具体实验参数估算了各综合参量的取值范围,分析了各参量变化对内腔式黄光拉曼激光器性能的影响。由所得的曲线和相应公式估算了输出黄光脉冲参数并与实验结果比较,验证此理论研究能够描述内腔式黄光拉曼激光器的特性。

采用激光熔覆技术,在45#钢表面制备原位生成WB-CrB颗粒增强镍基复合涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能量色散谱(EDS),对熔覆层的显微组织和物相构成进行分析,并对硬度、摩擦性能进行测试。结果表明,在适当工艺条件下,原位生成WB-CrB颗粒增强镍基涂层形貌良好,涂层与基材呈冶金结合。熔覆层底部组织为定向生长的γ(NiFe)树枝晶,熔覆层中上部组织为WB-CrB颗粒相,均匀分布于γ(NiFe)树枝晶基体中。熔覆层具有较高的硬度(平均硬度HV0.31350)和良好的耐磨性,其摩损失重仅为纯Ni60熔覆层的1/7。大量WB-CrB复合颗粒的形成及其在涂层中的均匀弥散分布是熔覆层硬度和耐磨性提高的主要原因。

由于高选择性、高穿透性和高分辨率,双光子显微术已经成为一种很好的非侵入式检测方法。基于光纤的双光子微内窥镜在对清醒行为动物的脑成像并达到细胞水平分辨率,对内部器官和活体动物光学实时成像的应用研究中具极大潜力。对建立微型双光子荧光内窥镜的技术方法进行了综述,对基于单模、多模、光子晶体光纤等方法传输激发光和荧光信号进行了分析,着重介绍了不同扫描方式和系统设计,并对检测方法的研究进展和应用前景进行了探讨。

设计了一种用于大型复杂激光器的紧凑空间中实现在线监测光是否恰好通过空间滤波器小孔光阑中心的检测方法。紧贴空间滤波器小孔光阑上方的窗口片胶合一棱镜,使置于CCD前的LED发出的光经棱镜后照射到小孔光阑,反射回的图像由CCD接收,从而实现在线监测。分析了所需棱镜应满足的条件:棱镜尖角到小孔光阑中心的垂直距离不小于4 mm,棱镜的角度应尽量小以致照射小孔光阑的出射光尽可能平行。并利用光学设计软件Zemax模拟了加入棱镜后的光路,合理的棱镜参数为角度55°,两直角边分别为10 mm和14.3 mm。实验验证了所设计方法的高效可行性。

针对含有离轴非球面的两镜光学系统,利用三阶矢量波像差理论建立了离轴抛物面主镜的波像差模型和系统内失调量与波像差泽尼克多项式系数的关系模型。在对复杂光学系统的粗装调完成后,利用高精度的自准干涉检测以得到系统各个视场的干涉图,处理后得到系统的波像差,并以泽尼克多项式系数表示;对比理想系统的波像差得到系统波像差的变化量,代入失调模型中,计算出系统元件失调量,以此为依据对系统进行调整。以无遮栏、大口径、长焦距离轴二镜光学系统为模型进行了仿真计算,结果表明,基于矢量波像差理论的计算机辅助装调技术可行,并可用于大型光学系统的装调。

提出一个基于级联铌酸锂泡克耳斯效应的偏振转换器。偏振转换器由3个附有横向电极的铌酸锂晶体组成,通过调节3个外加电场可以将任意偏振态的入射光转换为任何想要的偏振态的光输出。利用线性电光效应的折射率椭球和耦合波理论研究入射光通过偏振转换器的偏振态变化,并举例说明偏振转换器如何将某一椭圆偏振光转换为任意偏振角的线偏振光、右(或左)旋圆偏振光和任意椭圆率的椭圆偏振光。

设计了一种新型的低成本、小体积的基于变焦液体透镜的可调光衰减器。该器件以具有圆柱状通孔的精密套管为透镜腔,腔内放置两种互不相溶的液体(水/油/水),腔内液体构成了薄(油)透镜介质;采用导电材料制作的套管作为一个电极,另两个电极则分别是与导电水溶液相接的左右管脚。通过介质上电润湿效应(EWOD)控制导电液体与绝缘油接触面形状,实现透镜焦距的调谐,进而实现单模光纤间耦合光强的调控,达到光的衰减控制目的。理论分析表明,这种光衰减器的衰减范围为0~60 dB,而且具有很好的波长相关损耗特性。

阐述了当前硅量子点(QDs)太阳电池的发展概况。介绍了量子限制效应引起的碰撞电离和多激子产生现象,分析了硅量子点太阳电池设计理论。同时介绍了硅量子点当前几种制作工艺,详细阐述了硅量子点从富硅层中析出工艺。最后,介绍了硅量子点太阳电池的几种结构形式,如叠层结构、PN结构和中间带隙结构。

人眼是一个不完善的成像系统,不仅存在离焦和散光,还存在着球差、彗差以及不规则的高阶像差。这些像差影响视网膜的成像质量,尤其在暗视场弱光下人眼呈现大瞳孔,像差更大,使人眼的视觉性能远远低于衍射极限。近年来,人眼波前像差的测量技术得到不断发展,应用于人眼波前像差测量的仪器也不断更新,而在人眼波前像差测量中,基于哈特曼夏克(HS)波前传感器的测量仪器较为多数。因此着重论述哈特曼夏克波前传感器的误差分析,并提出人眼波前像差测量需要解决的问题的新思路。

介绍了湿度传感器的现有技术,提出了使用激光扫描技术实现湿度检测的新方案。通过扫描检测水在1.36 μm处的吸收峰,实现了长期稳定湿度检测,避免了检测误差和漂移。整套系统采用全光纤设计,实现了远程检测。由于探头以及信号传输部分均不需要供电,因此增强了系统的安全性能。采用不易受温度、应力影响的光学器件,使得系统可以在高温高压环境中稳定工作。对设计的湿度检测技术进行了详细说明,并实现了一套湿度检测系统,达到了10-6量级湿度检测。

将具有不同横纵比的多分散、随机取向的椭球粒子混合,模拟了自然界中的尘埃粒子,利用T矩阵方法计算了其单次散射特性,并与球形粒子以及单一形状的椭球粒子模型进行了比较。结果表明,混合椭球粒子的相函数随角度分布是平滑、无特征的,且在侧散射方向上是平坦的,这与实验室和实地测量得到的真实尘埃粒子散射特性非常类似。利用此模型,根据矢量辐射传输理论,利用矢量累加法计算了尘埃气溶胶对非偏振光的多次散射特性,结果表明,利用任何单一形状的粒子模拟尘埃粒子的多次散射特性都会带来较大的误差。

研究光动力作用诱导人宫颈癌细胞HeLa凋亡的分子机制。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR),分析光动力作用后,细胞中的核酸、蛋白质、脂类的谱图变化。结果显示,与对照组相比,表征核酸的3条谱线972,1083和1241 cm-1,峰强减小,峰位发生位移;表征脂质的2923 cm-1 和2957 cm-1 峰,波数增加,峰强度明显减弱;蛋白质二级结构中,无规卷曲和β转角的含量大幅上升,α螺旋和β折叠含量减少。实验结果表明,光动力作用使核酸、蛋白质、脂类受到损伤,从而诱导肿瘤细胞凋亡。

采用有机金属化学气相沉积方法在单晶硅(111)衬底上生长GaN薄膜,并利用X射线衍射分析确定了GaN主要为以〈0001〉方向取向生长的纤锌矿结构。对样品进行自由和压力荷载状态下的拉曼光谱测试,结果表明,自由状态下,GaN处于张应力状态,最大应力为342.272 MPa,同时Si衬底为压应力,但由于缓冲层的存在及影响,GaN中的张应力和Si中的压应力数值不完全相同。在对样品施加平行于(0002)面的外加压力后,随着加压的增大,GaN和Si的拉曼峰都发生蓝移,说明外加压力在材料内部造成了压应力。

讨论了微小光学的发展和异形孔径(正方形和六角形)微透镜阵列的制作。自聚焦透镜的制作加速了微小光学的产生,微透镜阵列器件的应用,促使微小光学迅猛发展,异形孔径微透镜阵列的研制,开创了微小光学新的研究领域。重点对异形自聚焦透镜和异形孔径微透镜阵列的理论和实验研究工作进行讨论,给出了有益的结果。