功能氧化物一维有序纳米结构因具有奇特的物理化学特性而在纳米激光器、平板显示器、磁记录器、纳米晶体管等器件设计领域展现出了巨大的应用潜力。精确合成与控制组装功能氧化物一维有序纳米结构是新型纳米器件设计开发的关键。脉冲激光沉积是目前制备氧化物一维有序纳米结构的重要方法之一。本文综述了脉冲激光沉积技术的原理及特点,着重分析了脉冲激光沉积技术制备氧化物一维有序纳米结构的方法和机理,介绍了近年来脉冲激光沉积应用于典型氧化物纳米结构制备的研究进展,最后指出了脉冲激光沉积制备一维有序纳米结构存在的问题,并展望了超快激光在该技术中的应用前景。

基于切伦科夫辐射的光动力治疗是一种不需要外界光激发的新型光动力疗法。通过放射性核素产生的切伦科夫辐射激活附近的光敏剂,使其产生活性氧以破坏靶细胞或组织,它克服了传统光动力疗法存在的组织渗透受限、依赖外部光等缺点,是一个很有前景的新领域,为肿瘤治疗提供了一个新方向。切伦科夫辐射比较微弱、易被生物组织衰减、缺乏对应光谱的光敏剂以及肿瘤靶向性不佳是限制其在临床进一步应用的关键因素。如何增强基于切伦科夫辐射的光动力治疗疗效是未来的研究重点。提高切伦科夫辐射的强度及结合纳米技术对光敏剂进行表面修饰等均可改善光动力治疗效果,但是研究人员对于光动力治疗机制尚存在争议,需要进一步的研究。对基于切伦科夫辐射的光动力疗法用于肿瘤治疗的研究进展进行了综述。

星载多普勒测风激光雷达是目前能够有效获取全球大气三维风场的主动探测设备,能够弥补气象卫星被动探测的不足,对其需求和进展的综述研究具有重要的意义。首先阐述了天气预报精度提升、数值模式同化和气候变化研究等领域对全球三维风场探测的迫切需求;接着回顾了相干探测、直接探测和混合探测三种体制的星载多普勒测风激光雷达的发展历程,并总结了当前星载测风激光雷达研究所面临的挑战;然后根据我国多普勒测风激光雷达的研究现状,归纳出我国星载测风激光雷达发展所急需解决的七类关键技术;最后指出星载混合体制测风激光雷达结合了相干探测和直接探测的优势,既能降低研制成本,又能提高大气垂直风廓线探测精度,是未来星载测风激光雷达的主要发展方向。

成像光谱技术可以获取所观测目标的空间和光谱信息,能有效辨别目标表面的物质组成,在军民领域应用广泛。近年来,基于滤光片阵列的成像光谱设备由于其结构紧凑、成像速度快、覆盖波段范围大等优势受到广泛关注。而滤光片阵列作为确定该类设备光谱性能的核心元件,其结构设计一直以来都是研究热点。为此,总结了光谱滤光片阵列的主要进展,分析了不同结构光谱滤光片阵列的优缺点及适用范围,并展望了光谱滤光片阵列的发展趋势。

根据光伏电池与环境之间的牛顿传热以及禁带宽度对温度的依赖特性, 获得光伏电池的热学与电学特性。实验研究结果表明,光伏电池的温度高于环境温度,并随着输出电压的增加呈先减小后增加的趋势, 与辐射强度呈线性递增的关系; 短路电流随着辐射强度的增加而升高, 而开路电压随着辐射强度的增加呈先增加后减小的趋势; 优化光伏电池输出电压和太阳能辐射强度可以获得最大效率。在AM 1.5G标况下,将部分辐射能输入至集热系统, 构造一个分光型光伏-热耦合系统,而该系统可以提高太阳能的利用率。

针对高速铁路LTE-R(long term evolution for mobile communications-railway)越区切换过程中,基于A3事件判决的越区切换算法容易出现乒乓切换频繁和切换成功率较低的问题,提出了基于改进的模糊预测优化切换算法。该算法对切换过程中的参考信号接收功率(RSRP)进行采集,并通过改进的GM(1,1)灰色预测算法对采集的RSRP值进行优化处理,处理之后的测量参数值经3次循环预测和加权平均后,被送入判决公式进行判决。在MATLAB上的仿真结果表明所提算法降低了切换过程中的参数波动值,从而减少了乒乓切换的次数,提高了越区切换的成功率。

针对可见光定位的信源在空间传输中抗干扰能力差、易失真,且接收信号的信噪比(SNR)会随传输距离的增加而显著降低等问题,设计了一款线性调频(LFM)信号同步检测的时域匹配滤波器。该匹配滤波器的特点是结合了过采样与互相关正交算法,将它应用在LFM信号的可见光定位中,可以有效地提高信号传输的距离。基于现场可编程门阵列器件完成了LFM时域匹配滤波器的逻辑设计与集成。在长距离可见光通信的同步检测实验中,在6 m通信距离内,该匹配滤波器同步检测的正确率超过99%,这为将来采用LFM信号进行可见光定位的应用奠定了基础。

提出一种提取基于迈克耳孙干涉的弱反射光纤布拉格光栅(WFBG)时分复用系统中干涉信号的方法,以降低数据采集量并提高零差对称解调精度。对光强信号进行连续小波变换,寻找变换系数的极值,相邻的极小值和极大值用于界定激光干涉区间。针对不同宽度的激光脉冲工况,调整小波尺度因子,以寻找干涉区间,分别基于干涉区间内光强信号的最大值和平均值得到干涉信号,最后采用零差对称算法解调干涉信号的相位信号。将WFBG传感器放入振动液柱内,多次测量同一弱正弦信号,并对测量信号进行正弦曲线拟合。拟合结果显示采用连续小波变换提取短脉冲干涉区间并以平均值法计算干涉信号有助于提高该传感系统的零差对称解调精度。

针对存在直流(DC)偏移的非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)系统,提出了一个只采用单次快速傅里叶变换(FFT)的分集合并接收机。在可见光通信(VLC)系统中,背景光源会不可避免地导致接收端产生DC偏移。通过对称恢复操作可以在时域重构ACO-OFDM系统的奇、偶信号,从而估计出系统的DC偏移量。结果表明,提出的分集合并接收机具有较低复杂度,对直流分量不敏感,同时具有与传统分集合并接收机相同的分集增益。

提出基于双光束二氧化碳(CO2)激光的加热方法,设计并搭建了微锥型结构的长周期光纤光栅制备系统。该系统通过精确控制CO2激光功率、加热时间、光斑大小等实现均匀加热和光纤软化,通过高精度的步进电机控制光纤微型拉锥长度和拉锥比,以产生周期性的物理形变,制备出高精度(消光比>30 dB,插入损耗<1 dB)、光谱不退化的微锥型长周期光纤光栅(MT-LPFGs)。基于级联MT-LPFGs实现了宽带全光纤滤波器。实验结果表明,设计的双级联MT-LPFGs在30 dB消光比下实现了15 nm的宽带滤波,与单个光栅相比,其滤波带宽增加7.5倍;三级联MT-LPFGs在-25 dB带阻深度下能够实现25.2 nm的宽带滤波,该滤波带宽为单个光栅的12.6倍。最后,通过弯曲实验证明了级联光栅滤波器的弯曲容限为1.183 m -1。该滤波器具有精度高、制备简单、光谱不退化等优点,在宽带滤波方面有着重要应用。

针对卫星多径信号引入的干扰问题,建立了卫星多径干扰信号盲源分离模型,采用基于降维Householder变换的特征矩阵联合近似对角化(JADE)算法对接收的混合信号四阶累积量进行联合近似对角化,从而提取多径信号。实验结果表明,本算法能很好地分离频谱完全重叠的多径信号和部分重叠的干扰信号;在提取多径信号方面,本算法的性能优于快速独立成分分析(FastICA)算法;在运行时间上,FastICA算法运行1000次的平均时间约为采用Givens旋转的Cardoso高阶累积量特征矩阵联合近似对角化(CG-JADE)算法的6倍,而本算法比CG-JADE算法的平均运行时间少0.0024 s,证明了本算法的有效性和快速性。

针对米级大口径非球面,从平面波Offner零位补偿器检验光路的三级像差理论公式出发,推导计算了补偿器与被检镜面口径比不同时的光学规化参数,经过光学软件仿真,获取不同口径比下6种曲率半径非球面的最大口径和最大相对孔径。结果表明随着口径比的减小,平面波补偿检验非球面的相对孔径能力随之减弱,对于不同相对孔径的非球面检验,可选择最小口径比来达到检测要求。针对口径为720 mm的凹非球面镜检验,基于工程可行性,采用口径比α1=0.2的Offner补偿器,获得方均根(RMS)为0.0033λ的设计,实际检验测量中RMS为0.019λ,符合对该非球面的检验要求。

提出了在三腔光力学系统中实现非互易性的理论方案。三个被强驱动光场驱动的光学腔场通过辐射压力分别与一个机械振子耦合,其中两个光学腔场通过光纤耦合在一起的同时还被弱探测光场驱动。基于海森堡-朗之万方程给出了三腔光力学系统的稳态解,利用输入-输出理论得到了传输振幅的具体表达形式。研究结果表明:三腔光力学系统中的非互易性来源于光力相互作用以及两个光学腔场相互作用之间的量子干涉效应;相位差不仅可以决定系统中能否发生非互易性,还决定了发生非互易性的方向;随着有效光力耦合强度增加,传输振幅曲线的变化形式完全不同;在一定的有效光力耦合强度下,腔光力学系统可以实现完美的非互易性。本研究成果为基于腔光力学系统的量子信息处理的应用提供了参考。

基于全场相位计算的光学测量方法可获取物体表面的三维(3D)形貌,全场条纹投影轮廓术和相位测量偏折术分别用于漫反射表面和镜面物体形貌的测量。工业生产和日常生活中存在许多由漫反射面和镜面共同组成的复合表面物体,快速测量这些物体的表面形貌是保证其质量的关键。因此,提出了一种基于相位测量偏折术和条纹投影轮廓术的复合表面3D形貌测量方法,同时建立了相应的仿真系统。仿真分析了不同结构参数对3D测量结果的影响,对测量系统参数进行了优化,得到最佳参数配置。仿真和实验结果表明,优化后的测量系统能准确、高效地获得复合表面物体的3D形貌数据。

通过在非线性光子晶体光纤的两个特定包层气孔内侧镀甲烷气敏薄膜,实现了一种基于简并四波混频效应的甲烷测量新方法,该方法通过建立光纤中斯托克斯光谱、反斯托克斯光谱的移动与甲烷浓度变化的直接联系来实现对甲烷气体的实时精准检测。实验结果证明,传感器的灵敏度与气敏膜厚度、泵浦波长密切相关。在同一泵浦波长下,随着气敏膜厚度增加,传感灵敏度相应增加;当气敏膜厚度保持不变时,泵浦波长越接近零色散波长,传感灵敏度越高。经过结构参数优化,最终斯托克斯光谱和反斯托克斯光谱所对应的气体传感灵敏度分别达到了-4.87 nm/%和2.83 nm/%。相关测量原理同样适用于其他气体的精准测量和混合气体的组分分析。

针对航空发动机叶片的高精度和高效率测量需求,提出一种基于HSI(Hue、Saturation、Intensity)色彩模型的快速三维测量方法。首先分析HSI模型并设计结构光三维测量系统,使用基于LUT(Look Up Table)的色彩校正方法对色彩串扰进行校正,之后对色相与深度的映射关系进行标定。在此基础上,提出仅用一幅彩色图样获取包裹色相。在非连续表面上使用彩色编码色条图像实现条纹级次的识别,进而完成色相解包裹,并通过仿真模拟验证所提方法的可行性。最后对航空发动机高压压气机转子叶片进行三维测量,并将所提方法与常用的包裹相位获取方法和解包裹方法的计算效率进行对比。实验结果表明,所提方法满足航空发动机叶片的测量要求并可以提高测量效率。

直接相位测量偏折术 (Direct Phase Measuring Deflectometry,DPMD)解决了非连续镜面物体的测量问题,其通过数学模型直接建立了相位与深度之间的关系。在DPMD系统中,采用液晶显示屏 (Liquid Crystal Display,LCD)显示具有高对比度的条纹图案,通过相机采集经被测镜面反射的变形条纹图像,但是LCD透明层的折射效应导致DPMD测量结果出现误差。因此,提出了一种补偿DPMD系统中显示屏折射效应的方法。先建立单层折射模型,并利用光线方程标定透明层厚度及折射率。然后利用系统几何关系标定折射角角度。最后基于标定好的参数计算偏移量,对系统的深度数据进行补偿。对一个镜面台阶和一个凹面镜进行了测量,结果表明,测试精度提高了30%。因此,该方法有效提高了偏折术的测量精度。

为探索纳秒激光直接诱导不锈钢金属表面着色的工艺参数,利用纳秒激光诱导不锈钢表面着色,获得了深蓝色、黑色、灰色、粉红、绿色、紫色、金色、黄色、棕红色等多种颜色,其中棕红色在激光诱导不锈钢金属表面着色的其他研究中还未曾报道。通过测量同一激光诱导着色工艺参数下Lab色度空间中三要素的数值,可得样本的色差ΔE均小于7,色块表面颜色稳定、均匀、无损伤,获得的激光诱导工艺参数具有可重复性。该研究在汽车、电子等行业,具有较大的应用价值。

实验上利用1.064 μm波长的Nd∶YAG激光作用在真空腔内的高纯度固体铪(Hf)靶上产生等离子体,测量了不同功率密度下Hf等离子体在1.0~8.5 nm波长范围内的软X射线时间积分光谱。首先基于Cowan程序计算得到不可分辨跃迁峰(UTA)原子光谱数据,并将其展宽为Gaussian线型与实验光谱进行比较,两者吻合较好。随后基于碰撞辐射平衡模型(CRM)计算了电子温度在0~500 eV的Nd∶YAG激光Hf等离子体的离子丰度,结果表明,随着电子温度的增加,高价Hf离子的丰度增高,与实验光谱分析结果相吻合。实验与理论计算对比后发现:Hf XXI-Hf XXV离子的4f n-4f n-15g和Hf XXVII-Hf XXXV离子的4d n-4d n-15p不可分辨跃迁峰位于水窗波段。最后基于MED103模拟了实验条件下等离子体时空演化过程,获得了电子密度和电子温度时空分布,通过不同激光功率密度下电子温度和电子密度分布的分析对比,进一步验证了实验光谱和CRM计算的结果。

使用毫秒脉冲激光精密打孔系统,在厚度为2 mm的镍基高温合金GH4037上进行通孔加工。针对传统控制变量法中通孔加工脉冲个数设定值过盈会造成诸多不利影响等问题,利用穿透检测技术建立脉冲个数阈值的数学模型,并使用基于此模型得到的改进型控制变量法研究了激光的离焦量、扩束比和脉冲重复频率对出入口孔径、锥度和打孔效率的影响。研究表明,当离焦量为-2~0 mm、扩束比为2~4、重复频率为45~85 Hz、辅助气体为氧气时能够得到较高的打孔效率,与传统控制变量法相比,打孔效率最高可提升89.09%。

对增益调制掺铥光纤激光器展开了系统性探究,基于速率方程与传输方程构建了增益调制掺铥光纤激光振荡器和放大器的数值模型,并通过时域有限差分法进行求解,从理论和实验上探究了不同的泵浦光及激光器结构参数下输出的2 μm激光特性。通过数值仿真和实验优化,获得了高转换效率、窄线宽、单一偏振的2 μm波段纳秒激光输出。种子源振荡器获得了最高功率为796 mW、脉宽为67.9 ns、斜效率为54.4%的脉冲激光;在一级放大器后得到了最高功率为9.13 W、脉宽为50.5 ns的2 μm脉冲激光。数值仿真模型的模拟结果与实验结果较好地吻合,该模型能够为该类型激光器的实验研究和工程设计提供参考。

为了提高腔体器件电磁特性的计算效率,基于压缩感知理论,提出了一种时域不连续伽略金快速求解方法。该方法采用节点基函数和蛙跳策略对麦克斯韦方程进行时空离散处理,并在电磁场迭代更新的初始阶段,采用传统方法对区域内的所有单元进行循环计算。当电磁波布满整个区域后,将所有单元视为整体进行全域求解。首先,针对全域质量矩阵,按行进行随机抽取以构建欠定方程;其次,将少量的前时间步结果作为先验知识,以构造待求场值的稀疏变换;最后,利用恢复算法求解欠定方程,从而实现腔体器件电磁特性的快速分析。

研究了纳秒脉冲光纤激光表面重熔对316L不锈钢组织、力学性能和耐磨性能的影响,分别采用三维激光扫描共聚焦显微镜、金相显微镜和扫描电子显微镜表征了重熔前后不锈钢的表面形貌、显微组织、拉伸断口形貌与摩擦磨损形貌。结果表明:重熔层从底部到表层可分为平面晶区、枝晶生长区和表面等轴晶区,激光重熔处理可将316L不锈钢的抗拉强度从580 MPa提高到710 MPa,不锈钢的表面硬度和耐磨性能也因此得到了显著提高。

针对当前水驱开发油田井下注入水的颗粒度难以实现外场在线检测的技术难题,设计了一个基于光学散射原理的注入水颗粒度的在线检测光学系统。采用波长为640 nm的激光光束,通过4×准直扩束系统获得了8 mm的照明孔径。利用光瞳匹配和像差平衡,完成了直径为42 mm的紧凑型光学系统的优化设计,该系统可实现1~100 μm粒径的井下实时在线检测。光学系统的焦距为50 mm,视场角为17°,通光口径为8 mm,所有视场点斑半径均小于6 μm,可有效避免非散射光对感光环带能量的干扰。利用样机对标准颗粒试样进行检测,测试误差小于5%,满足设计要求,从而验证了设计系统的可行性和合理性。

延时反馈光电振荡器是高速混沌保密通信系统产生光混沌信号的重要方案。通过Hopf分岔分析,详细研究了延时可变光电振荡器通往混沌的三条典型路径(激变、周期和准周期振荡及“breather”振荡)及其特性。通过仿真发现,随着延时的增加,输出信号的复杂度增加;当延时足够大时,在一定时间范围内出现周期脉冲现象。另外,相图突变的临界点可能是由滤波器引起的,但在临界点附近信号的复杂度变化不大。

提出一种基于CCD相机和双朗伯靶的能流均匀性测量系统和方法。系统有两块朗伯靶,其中一块是固定的水冷朗伯靶,靶中心开孔处装有一个用来获得区域灰度值的热流探测器,另一块是可移动朗伯靶,用于拍摄没有探测器的光斑图像。所提方法可以直接获得探测器区域的像素灰度值,使得测量过程简单精确。详细阐述了测量原理和聚焦光斑灰度图像能流密度分布提取的整个过程,并搭建了平台,测量了多块小型定日镜的光斑能流分布,验证了所提方法的正确性和可行性。通过重复性实验和误差分析,结果表明,所提方法检测的峰值能流密度误差小于2.4%,所提方法可用于线性菲涅耳聚光系统二次聚光器开口平面处吸热管表面的能流分布检测。

设计了一个具有快焦比长焦距的日盲紫外光学系统。其F数为2.0,焦距为100 mm,总长与焦距之比为1.5。该系统由全球面透镜构成,未采用非球面或衍射光学元件,便于加工和检测。其中,正透镜采用氟化钙材料,负透镜采用熔石英材料,有效地校正了系统色差,最大垂轴色差不超过一个像素大小。设计结果表明,该系统成像性能优良、分辨率高,兼容了快焦比和长焦距的特点,满足设计要求,并且通过公差分析验证了该系统的工程可实现性。

对太赫兹金属平行平板波导的最低阶横电(TE1)模式进行理论研究,并且在真实金属参数的条件下,推导出一个适用于太赫兹金属平行平板波导TE1模式有效折射率的近似表达式。首先对TE1模式进行基于有限元方法的数值模拟,并且将模拟结果与近似表达式所得的数值进行对比,验证理论推导的可行性。接着由误差分析表明所推导的近似表达式在整个太赫兹波段具有很高的精确度,并且具有适用频率范围广的特点。模拟仿真结果表明,该近似表达式对TE1模式的分析具有高度的适用性,将对金属平行平板波导的研究和应用起到一定的促进作用。

针对距离向量跳段(DV-Hop)算法在多边定位中误差较大的问题,详细分析了定位误差形成的原因,并提出了一种改进的人工蜂群优化DV-Hop定位算法。该算法引入数学优化模型,使用改进的区域限定人工蜂群算法对该模型进行目标寻优,优化多边定位的执行过程。实验结果表明,改进的人工蜂群算法可减少多边定位阶段的误差和计算量,且定位效果较好。

利用4,4',4″-tris(N-carbazolyl)triphenyl-amine (TCTA)、N,N'-dicarbazolyl -3,5- benzene (mCP)和1,3,5-tri(m-pyridin-3-ylphenyl)benzene (TmPyPB)作为主体材料制作出一系列蓝色有机电致发光器件。由于主体材料具有不同的最低未占有分子轨道(LUMO)能级和最高占有分子轨道(HOMO)能级,通过改变发光层中的主体材料和发光层数量,形成具有不同能级梯度结构的发光层,探究不同的发光层结构对蓝色磷光有机电致发光器件性能的影响。其中采用TCTA与mCP作为主体材料的双发光层结构器件A3具有最佳的性能,其最大电流密度、最大电流效率和最大亮度分别为134.94 mA/cm 2、40.28 cd/A和12070 cd/m 2。在所有器件中,器件A3也表现出低开启电压(3.25 V)和低效率滚降的特性。

研究了奇点光束的叠加特性,从理论上分析奇点光束叠加后的相位分布和偏振分布,并用实验验证了理论推导的正确性。对同阶非相干涡旋光束叠加后的偏振态进行分析,发现叠加后的光束保持原有的轨道角动量,且光束的偏振态随方位角呈周期性变化,变化周期由涡旋拓扑荷值决定;分析了具有不同偏振拓扑荷值的柱矢量光束叠加后光场偏振态的变化规律。探究了既有相位奇点又有偏振奇点的柱矢量涡旋光束的叠加特性,发现叠加后的光束偏振态随方位角呈周期性变化,变化周期由涡旋拓扑荷值决定,光场各点的偏振态由涡旋拓扑荷值、偏振拓扑荷值及初始相位角共同决定。

建立了多光束干涉场的光强分布数学模型,利用Matlab仿真计算了基于方位角、入射角和偏振角联合调制的四光束干涉光场。分析了光束方位角、入射角和偏振态的变化对多光束干涉的影响,阐释了非对称入射时光场中隔离带现象的生成原因。基于四光束干涉并采用s-s-s-s波的偏振态组合,使其中一束光的方位角旋转180°,并改变入射角,得到一种可用于制备高长宽比椭圆阵列的方法。实验结果表明,方位角、入射角和偏振角共同决定了光束的偏振矢量。由于方位角和入射角两个自由度的引入,非对称入射增加了干涉图案的多样性,使多光束干涉不仅局限于周期性圆孔阵、圆点阵的制备,也为制备多周期、跨尺度图案提供了理论参考。

为研究土壤有机质(SOM)含量与土壤电导率(EC),pH和Fe的相关关系,立足于艾比湖保护区,在2017年8月共收集了110个样本,测量了土壤反射光谱、SOM含量、土壤协变量(EC,Fe,pH)。对原始光谱进行了三种预处理:SG(Savitzky-Golay)平滑、多元散射校正(MSC)和一阶微分(FD),并对光谱数据进行了主成分分析(PCA),选取前5个主成分(PC)的特征值作为光谱变量。以使用原始光谱数据、两种预处理方法(SG-MSC、 SG-MSC-FD)作为策略I,以土壤协变量(EC,Fe,pH)为预测变量作为策略II,以策略I和策略II组合作为策略III,分别利用偏最小二乘回归(PLSR)建立SOM的预测模型。结果表明,基于预处理后的光谱数据的预测效果(验证集中决定系数为R2=0.66~0.82)优于以土壤协变量为预测变量的预测效果(验证集中R2=0.40),此外将土壤协变量与光谱数据相结合可以明显改善SOM的光谱预测精度(最佳验证集中R2=0.88)。同时,对光谱数据进行预处理后,能够有效增强潜在的光谱信息,提高模型的预测精度。综上,将可见光-近红外光谱信息和土壤协变量相结合的策略能够有效提升SOM模型的预测性能。

为提高地基红外测云系统全天空云检测的准确性,通过辐射传输模式SBDART模拟大气向下红外辐射与云光学厚度之间的对应关系,发现利用云的光学厚度拟合曲线反演云的光学厚度具有可行性,然后在此基础上提出了一种利用红外和激光联合反演云光学厚度的方法。通过建立更精确的适用于特定地区和特定季节的大气廓线和水汽含量,利用激光消光廓线较精确地反演气溶胶和云底高,并将以上获取的大气参数代入辐射传输模式SBDART,模拟得到了云的光学厚度反演曲线,从而反演出全天空云的光学厚度分布。实验结果表明,通过单层云和两层云的光学厚度反演曲线反演得到的全天空光学厚度分布与全天空辐射分布保持一致,能够较清晰地分辨全天空不同高度云层的光学厚度。

提出了一种结构简单、易准直、能探测单个微纳颗粒的激光自混合干涉(SMI)探测方法。建立了单个颗粒产生的激光SMI信号模型,理论分析了干涉信号的特征,搭建了微流控颗粒探测系统。采用自主开发的LabVIEW程序进行聚苯乙烯颗粒的探测实验和信号采集,并从时域和频域两方面分析了单个粒子的直径。结果表明,本方法能有效探测和区分直径为0.5~10 μm范围内的聚苯乙烯微球颗粒。

阐述了激光雷达系统中脉冲整形电路的作用,设计了基于恒比定时法和基于脉冲峰值检波法的脉冲整形电路,在实验室及室外条件下对两种脉冲整形电路的性能进行分析,验证了不同脉冲整形电路在激光雷达系统中的性能。结果表明,恒比定时电路与峰值检波电路都拥有亚ns级的时间鉴别能力,恒比定时电路的时间鉴别能力受距离、回波脉冲幅度影响很小,检测精度仍需继续优化。本研究为激光雷达系统的测距精度优化提供了参考。

采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术激发铝合金标样表面的不同位置,得到320组光谱数据;然后对原始光谱数据进行预处理,并选取铝合金中6种主要元素的20条特征谱线构成320×20光谱数据矩阵;再采用主成分分析法对光谱矩阵进行降维,使模型输入变量从20个降至6个;最后,将经过主成分降维的光谱数据作为径向基函数神经网络的输入量,对铝合金中5种主要非铝元素(Si、Fe、Cu、Mn和Mg)建立多元定标模型。结果表明:该模型的拟合优度均值为0.978,均方根误差均值为0.31%;主成分分析结合径向基函数神经网络的方法能够有效减小参数波动,并能校正基体效应,提高模型定量分析的精度和稳定性,尤其是对于Fe、Si和Cu等低含量元素的分析精度具有明显的提升作用。

为了实现大口径拼接薄膜镜失调误差在线校正,建立了由5块子镜组成的菲涅耳波带片拼接成像模型,分析了光学系统的点扩展函数(PSF)和调制传递函数(MTF)与失调误差的关系,并采用随机并行梯度下降算法(SPGD)对失调误差进行在线校正仿真。为了验证所提算法的性能,选取远场光强平方和、远场光斑等效半径、桶中功率、MTF积分和光强二阶矩5个性能评价函数作为优化指标,对失调误差进行盲优化校正,并比较了上述评价指标的收敛速度和精度。100组随机误差的校正结果表明上述指标均能收敛,优化后的波前残差方均根(RMS)均小于0.13λ,斯特列尔比(SR)均大于0.96,其中MTF积分和光强二阶矩指标的收敛速度最快,远场光斑等效半径指标的精度最优。

对蓝宝石-氮化镓异质膜系统的界面应力进行有限元模拟分析,研究了从生长温度(1373 K)降到室温(300 K)的过程中系统界面应力的分布情况及其影响因素,并通过理论计算验证了所建模型的合理性。模拟结果显示:系统界面应力沿径向分布均匀,只有在边缘处界面应力急剧增大。当不考虑边缘效应,分别改变氮化镓膜或蓝宝石衬底厚度,保持另一厚度不变时,薄膜系统界面应力极大值出现在蓝宝石衬底与氮化镓膜厚度之比ds/df≈1.5处,极小值出现在ds/df≈4.3处,说明薄膜系统界面应力大小不仅仅取决于热膨胀系数的差异或温差,受膜厚比的影响也很大。模拟还发现,由于晶格失配产生的应力远远大于因热失配产生的应力。

相位补偿是脉冲压缩和产生超短激光脉冲的关键技术之一。首先通过类比菲涅耳波带片在空间中的相位函数,理论上证明菲涅耳二元相位整形方案可以实现类似透镜的功能,可以在频域中引入负二次光谱相位(负色散)。然后利用所提方案补偿啁啾脉冲的色散,从而将其变为变换受限脉冲,使其脉宽压缩到变换受限的时间宽度。所提方案仅与二次相位有关,不依赖于光谱振幅,因此对具有对称性分布的各种脉冲形状均适用。最后给出常见的高斯脉冲与方波脉冲的数值计算结果,在理论上验证所提方案的正确性。所提方案为啁啾脉冲压缩提供一种新的思路和方法,并可以拓展到有关色散补偿的其他领域中。