激光剥离技术通过脉冲激光辐照致材料烧蚀实现器件向终端基底的转移,具有一定的材料适用性和工艺兼容性,已成为近年来柔性电子器件制造的新兴关键技术。从激光剥离技术的基本机制和工艺特点出发,对激光剥离技术在不同柔性电子器件制造中的研究现状进行调研和介绍,重点阐述激光剥离技术应用中的新工艺与新理论。对激光剥离技术今后的发展方向,特别是超快激光在技术中的应用可能性进行了总结和展望。

液晶光学器件在激光聚变、光电对抗、激光雷达、激光通信等领域的应用面临着近红外高功率激光辐照失效的风险。在介绍液晶光学器件基本结构和基本工作原理的基础上,按照液晶光学器件的组成,依次对构成液晶光学器件的导电膜、取向膜、液晶材料,以及整体液晶光学器件在近红外激光辐照下的损伤特性及机制的研究进展进行了综述。

报道了基于反共振空芯光纤的氘气单程和级联受激拉曼散射实验研究,详细分析了反共振空芯光纤中氘气受激拉曼散射的过程,研究了输出光谱和拉曼谱线功率随氘气压强和泵浦激光功率的变化规律,指出降低气压、采用峰值功率相对较低的泵浦脉冲可以有效抑制转动受激拉曼散射,提高振动受激拉曼散射效率。此外,通过进一步设计、拉制传输带位置合适、带宽较窄的反共振空芯光纤,利用1064 nm脉冲激光泵浦,可以实现高效的氘气一阶振动斯托克斯光(1561 nm)和二阶级联振动斯托克斯光(2925 nm)输出。

提出并演示了一种基于声光调制器(AOM)主动调Q的环形腔双包层光纤激光器获得窄线宽、窄脉宽和高重复频率激光脉冲的方法。通过在腔内采用以双包层增益光纤作为输入尾纤的泵浦剥离器来缩短腔长,可以降低增益光纤正向放大自发辐射(ASE)的反射,抑制其ASE的增益自饱和效应,使腔内有效增益增大,窄线宽调Q脉冲可在环形腔中快速建立,从而不仅可使调Q脉冲脉宽变窄,还允许其重复频率大幅提升。在7 W泵浦功率下,所提出的调Q光纤激光器获得了线宽和脉宽分别窄至0.16 nm和10.4 ns、重复频率高达150 kHz的调Q激光脉冲。

报道了一种基于非线性光纤环形镜(NOLM)、工作在耗散孤子共振(DSR)区的长腔被动锁模掺镱光纤激光器,该激光器谐振腔的总长度约为1502 m,可以输出重复频率为133.18 kHz的高能量方波脉冲,且输出脉冲的宽度和单脉冲能量均随泵浦功率的增大而呈线性增大。当泵浦功率增大到414.47 mW时,输出的方波脉冲具有最大宽度(761.6 ns),同时单脉冲能量达到了最大值(60.2 nJ)。通过改变NOLM中单模光纤的长度,进一步研究了谐振腔长度对输出方波脉冲特性的影响,结果表明:谐振腔越长,所得DSR方波脉冲越宽,脉冲峰值功率越低。

脉冲定时误差会使测距精度恶化,为此,提出了一种基于循环平稳随机序列的脉冲激光测距方案。该方案首先将回波脉冲定时信号映射在周期基准信号上,由此构造出一个循环平稳的随机序列,将对脉冲定时时间的测量转化为对循环平稳随机序列的参数估计。该方法利用了循环平稳随机过程在时间上呈现为周期性平稳变化的特征,从携带时间抖动等误差的测量数据中高精度地估计参数,从而获得高精度的目标距离。为了获得循环平稳随机序列测量数据,提出了一种遍历欠采样方法,以解决在采样频率与信号频率相差很大的条件下进行等效等间隔采样的困难。以此原理研制出的脉冲激光测距仪具有精度高、原理结构简单等优点,测试后可知,在激光出瞳平均功率为1 mW的条件下,当信噪比为10时,无合作目标测程为300 m,测距精度为±(2 mm+2×10 -6D)。

当面向高功率径向偏振场激光的产生和传导时,在光纤内实现高的模式区分度与大的模场面积一直是核心的技术挑战。基于此,提出一种全新的径向偏振场光纤设计方案,通过在纤芯内部引入圆对称的径向分布热应力场,使得纤芯内形成径向双折射效应,有效打破常规光纤中偏振模式之间的简并,使TM01模、TE01模和HE21模的有效折射率差为10 -4量级,从而将TM01径向偏振模区分出来。同时,此类径向偏振场光纤更易实现TM01模场的大模面积设计。

飞秒激光在工业加工、精密测量、****、科学研究等领域具有广阔的应用前景。报道了基于光谱控制与色散优化的高功率、高脉冲质量飞秒啁啾脉冲放大系统。利用与压缩器色散量相匹配的色散可调啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)作为展宽器,通过微调CFBG色散量补偿系统的残余色散使整个系统的净色散趋于零;同时引入光谱滤波等手段,保证入射到主放大器之前的脉冲光谱形状不发生畸变,避免了放大过程中脉冲质量的劣化。最终获得了重复频率为50 MHz、平均功率为24 W、脉冲宽度为198 fs的高脉冲质量飞秒激光输出。

采用激光增材修复技术和Inconel 718 球形粉末对预制凹槽的Inconel 718合金进行逐层修复,然后在800 ℃下进行不同时间(4,8,16,32 h)的δ时效处理,研究了时效时间对修复层组织和性能的影响。结果表明:随着时效时间延长,修复层中的Laves相和强化相γ″相逐渐消失,而δ相通过切变的方式在γ″相密排面层错的基础上形核并长大。修复区中的δ相在残余Laves相周围呈细针状析出,并随着时效时间的延长而变大;而母材中的δ相优先在晶界处形核长大,最终在晶粒内以平行式生长。虽然时效处理能够有效提高修复区及母材的显微硬度及抗拉强度,但随着时效时间的持续增加,硬度及力学性能均呈现下降的趋势;修复区及母材的显微硬度在时效4 h时分别达到最高值361 HV和465 HV,之后随着时效时间的延长而逐渐下降;不同时效处理后的修复件的拉伸断裂部位均位于修复区,断口整齐,呈典型的脆性断裂。

将基材预热至100 ℃和400 ℃,采用激光沉积制造技术制备了直接过渡TA15/GH4169复合结构,研究了预热温度对TA15/GH4169微观组织、残余应力及显微硬度的影响。结果表明:基材预热对复合结构成形质量的影响较大;基材未预热时,复合结构在界面处断裂;预热基材至400 ℃后,成形质量得到了改善,在界面处形成了厚度约为0.33 mm的过渡区;随预热温度升高,GH4169侧的残余应力明显降低;预热基材至100 ℃时,残余应力值较未预热时降低了21.59%,预热至400 ℃时,残余应力降低了33.19%;复合结构的显微硬度随预热温度升高呈轻微下降的趋势,在同一预热温度下,过渡区的显微硬度最高;预热基材至400 ℃时,过渡区硬度较TA15侧提高了91.2%。

对表面已进行喷砂处理的增材制造TC4钛合金在氩气环境下进行激光抛光实验,通过极化曲线测试研究了抛光前、后钛合金的耐蚀性,并结合表面粗糙度、晶粒尺寸、表面残余应力以及显微组织分析了激光抛光对TC4钛合金耐蚀性的影响。研究结果表明:抛光钛合金的自腐蚀电位与自腐蚀电流密度均大于未抛光钛合金,说明抛光钛合金相比于原始钛合金的被腐蚀倾向更小,但其一旦受到腐蚀,腐蚀速率会略大于原始钛合金。自腐蚀电位的升高源于钛合金表面粗糙度的降低,自腐蚀电流密度的增大则是因为表面晶粒的细化以及残余拉应力的存在。

同轴送粉激光熔覆工艺的稳定性受诸多因素的影响,其工艺参数难以寻优。通过设计以工艺参数(激光功率、送粉速度、扫描速度)为输入、以反映熔覆层形貌和质量的特征参数为响应的中心复合实验,对比分析了响应曲面法的回归模型与神经网络对单道熔覆结果的预测效果。采用多目标优化算法NSGA-II对三个工艺参数进行优化求解。结果表明:采用优化后的参数进行激光熔覆的修复件表面硬度增大了17.11%,基体热影响区深度减小了13.90%,熔覆效率增大了6.10%。

采用脉冲激光偏移镁侧并添加铜中间层的方法对镁合金和钛合金进行激光对接焊接,研究了界面元素扩散和反应特点,分析了铜中间层厚度对接头组织和力学性能的影响及接头断裂的主要原因。结果表明:铜中间层的加入改善了焊缝/钛合金界面的组织,增大了界面附近Ti-Cu化合物的含量;随着铜中间层厚度增大,界面处Ti2Cu反应层的厚度逐渐增大并变得连续,且接头的断裂位置从界面反应层转变到焊缝区;当铜中间层的厚度达到30 μm时,接头的抗拉强度达到了121 MPa。

针对激光深熔焊接过程的监控问题,基于小孔内部压力平衡条件分析了小孔振荡和小孔深度的关系。在此基础上基于小孔行为与等离子体行为的耦合性,以及等离子体振荡特征与等离子体电信号波动特征的一致性,利用短时自相关分析方法分析了A304不锈钢和Q235碳钢在激光深熔焊接过程中等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系。结果表明,等离子体电信号振荡周期随焊缝熔深的增加而增大,并且不同焊接材料的等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系不同。最后,在可变热输入连续焊接验证实验中,在焊接过程稳定的条件下,等离子体电信号的短时自相关分析结果与焊缝熔深之间有比较好的对应关系,与所分析的小孔振荡特征方程具有一致性。

为探明激光沉积制造TC4合金拉伸性能各向异性产生的机制,对不同取样角度的试样进行拉伸性能测试,并采用电子背散射衍射技术对成形件的晶体取向进行分析。结果表明:90°试样(拉伸试样的长轴方向与水平方向夹角为90°)的延伸率比45°试样高32%,抗拉强度和屈服强度分别低9%和8%;90°试样中的主要织构所对应的Schmid因子值最高,为0.485,外加拉伸应力σ与滑移方向分切应力τ之间的夹角θ为38°,试样首先开动的滑移系为柱面滑移系;45°试样的Schmid因子值最低,为0.415,θ为28°,试样首先开动的滑移系是锥面滑移系;90°试样中小角度晶界的占比最小,为1%,45°试样中小角度晶界的占比最高,为29.2%;90°试样具有最优的塑性,而45°试样具有最高的强度。

采用激光熔化沉积技术制备了TiC/CaF2/Inconel 718高温合金基高温耐磨自润滑复合材料,对其显微组织、显微硬度及高温干滑动摩擦磨损性能进行了研究,探讨了其高温磨损机理。结果表明:复合材料的显微组织由TiC、CaF2、Cr7C3、γ″-Ni3Nb和γ-(Ni, Fe)构成,原位自生TiC初生相和细小CaF2/TiC共晶弥散分布在被Cr7C3和γ″-Ni3Nb等超细高温相强化的γ-(Ni, Fe)固溶体基体上;复合材料的平均显微硬度为820 HV;与激光熔化沉积Inconel 718对比样相比,复合材料具有良好的高温耐磨性及低且稳定的摩擦因数,复合材料优异的高温摩擦磨损性能源自于其合理的显微组织结构。

在室温环境下,实验采用Nd∶YAG光纤脉冲激光器辐照银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)三种光滑连续的金属薄膜,制备出了对应的三种金属纳米颗粒薄膜。通过调节激光扫描速率可以实现三种金属纳米颗粒薄膜的局域表面等离子体共振(LSPR)波长和强度的调谐。其中,Ag纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现出较宽的调谐范围,Cu纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现较小的调谐范围,Al纳米颗粒薄膜在紫外光波段的等离子体吸收峰窄而尖锐,且LSPR波长调谐范围也较小。与激光辐照前的三种金属薄膜相比,激光辐照后生成的三种金属纳米颗粒薄膜出现了更强的表面增强拉曼散射信号。有限差分时域仿真模拟出的样品的电场强度分布与实验得到的表面增强拉曼散射结果一致。

针对相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)信号处理复杂、计算量大、实时性要求高的特点,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)异构加速计算技术的Φ-OTDR实时信号处理系统。对外差探测式Φ-OTDR信号处理流程进行分析与分解,提出基于FPGA的滑动窗数据帧分割、多通道并行快速傅里叶变换(FFT)计算、频域滤波、短时能量求和等一系列加速计算方法。该系统最终实现在40 km光纤传感距离、2 kHz重复频率与1 m采样间隔下的长时间、实时扰动信号解调与显示,并且具有80%的帧重叠率。该FPGA系统作为异构加速器,能够减轻计算机数据处理压力,保证传感系统高重复频率下的运算实时性,为系统可靠性和稳定性提供了有效保障。

传统的激光三角法测量玻璃厚度时,玻璃与测头的相对位置需保持固定,每当玻璃位置移动时,均需重新标定才能进行准确测量。针对这一问题,提出可自适应位移变化的玻璃厚度激光三角测量方法,玻璃在不同位置时均可以直接对玻璃厚度进行测量。首先分析当玻璃位于基准位置时,其前、后表面反射光的成像光斑间距与玻璃厚度之间的关系;其次分析当玻璃位移变化时,成像光斑间距与玻璃前表面位置、玻璃厚度之间的关系,建立数学模型,并相应地提出修正算法来消除玻璃位移变化对厚度测量的影响;最后设计了基于激光二极管-互补金属氧化物半导体(LD-CMOS)的激光三角测量系统,并采用多块已知厚度的玻璃样本进行标定和测量实验。实验结果表明,当玻璃位置在1~4.5 mm的范围内变动时,不同位置处玻璃厚度测量的绝对误差小于0.010 mm,并且相对误差均在0.5%以内。该方法实现了玻璃在不同位置时对玻璃厚度的高精度测量,无需重复标定,具有很好的实用性、灵活性和通用性。

建立表面粘贴布拉格光纤光栅(FBG)传感器、黏结层、被测物体三者间应变耦合传递的分离式模型,推导得出FBG测量应变与被测应变真值之间的修正关系。通过有限元模拟和实验,验证该理论模型的精确性,并在不同粘贴条件下讨论理论解的精确程度和适用性。结果表明:理论值与实验值稳合良好,误差普遍低于1.6%;应变感知率及精度与粘贴长度和涂层弹性模量呈正相关,与被测物体力学强度呈负相关;应变感知率对保护涂层、黏结层的几何特性不敏感,但其精度与两者呈负相关。研究成果对表面粘贴FBG应变测量、误差修正和传感器设计具有重要的参考意义。

在高精度光纤陀螺小型化过程中,检测电路串扰问题越发严重,在复杂应用环境下难以采用基于转台的传统方法测试光纤陀螺串扰在输出中的表现。基于此,提出一种基于施加模拟转速阶梯波的测试方法。该方法使用专用电路生成台阶高度人为可控的阶梯波,利用加法电路将其与闭环阶梯波叠加接入Y波导,通过测试陀螺响应,可确定串扰大小。对该方法进行相关实验验证,实验结果表明:该方法能在不依赖于转台的条件下实现光纤陀螺检测电路串扰的自检测,提升了应用系统的设计与测试效率。

在自适应光学系统中,传统比例-积分控制模型依赖于变形镜的响应矩阵,系统状态的改变会对变形镜响应矩阵造成影响,导致波前校正性能下降。通过重新定义BP(back-propagation)神经网络结构实现哈特曼斜率数据到控制信号的输出,并建立了控制模型。实验结果表明,所提模型摆脱了传统固定模型的限制,具有在线更新控制模型的特点,控制模型收敛性能良好,能适应系统状态变化,有较强的鲁棒性,同时提高了控制精度,一定程度上改善了控制性能。

为了削弱激光器工作时芯片横向温度不均而导致的热透镜效应对慢轴发散角的影响,提高慢轴的光束质量,引入了边缘绝热封装方式,即在激光器芯片两侧与过渡热沉之间加入空气隙,以降低两侧的传导散热。利用有限元分析软件ANSYS 18.0对该封装结构中激光器芯片的温度进行仿真。结果表明:当工作电流为1.6 A,芯片与热沉的接触宽为200 μm时,慢轴发散角由普通封装时的11.5°减小至8.2°,降幅为28%,光束参数积和光束质量因子也分别降低了28%和24%,热阻增大了6%。边缘绝热封装对器件激射波长、阈值电流、电光转换效率的影响很小。

基于平面角谱扩展法和4×4矩阵传输理论,研究了拉盖尔-高斯光束(LGB)在含拓扑绝缘体(TI)周期性层状薄膜中的反射和透射特性,对线偏振的LGB入射到周期性层状薄膜中的反射场和透射场的强度分布进行了分析和详细讨论。研究结果表明,TI的拓扑磁电极化率(TMEP)和薄膜的周期个数对强度分布有很大影响,通过改变TMEP或周期个数可以操纵涡旋光的光场。所提方法不仅可以推广到其他含TI的多层介质体系,而且对进一步研究TI光子晶体中的光子能带结构和带隙具有一定的意义。

偏振光在浑浊介质中传输的偏振特性的研究对实现各类偏振光技术具有重要意义。建立一种非球形粒子介质模型,并采用T矩阵法和矢量蒙特卡罗模拟相结合的方法,计算分析含不同非球形粒子的介质中的偏振光经过多次散射形成的后向散射光的偏振特性。按照介质所含非球形粒子的尺寸分为瑞利散射粒子介质和米氏散射粒子介质。结果表明:瑞利散射粒子介质中,不同粒子形态对线偏振光和圆偏振光的后向散射光的偏振特性的影响不显著,线偏振光保偏能力优于圆偏振光,线偏振方向得到保持,而圆偏振光旋性发生改变;米氏散射粒子介质中,不同粒子形态对后向散射光的偏振特性有显著影响,光学厚度大时,各介质中的圆偏振光保偏能力优于线偏振光,厚度小时线偏振光的保偏能力优于圆偏振光。此外,粒子的形态对偏振光后向散射光偏振度空间分布及光强空间分布均有显著影响。

设计了一种在室内可见光MIMO通信系统(MIMO-VLC)中使用具有两个不同视场角(FOV)的光电二极管(PD)的角度分集光接收机(2FOV-ADR),其兼具两个不同视场角的接收机(2-FOV)和传统角度分集接收机(ADR)的优点,实现了更优的接收性能。对将LED灯用作数据发射器的典型室内可见光通信场景进行仿真,结果表明,2FOV-ADR均衡器输出端的最小信噪比(minSNR)要高于2-FOV接收机和传统ADR,实现了室内97%的位置的minSNR在45 dB以上,相比于前两种接收机,这一比例分别提高了96%和32%。最后,对使用非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)作为调制方案的系统,计算总误码率(BER),给出了迫零和最小均方误差均衡器的结果。结果表明,对于所考虑的室内位置,2FOV-ADR都具有最低的误码率。

针对目前谐振式光纤陀螺中存在的跟踪失锁问题开展研究,分析了频率跟踪失锁原因及机理,研究表明频率跟踪同步过程中的电流变化以及背向散射、偏振耦合等非互易性噪声引起的谐振峰对称性改变是导致尖峰脉冲和零偏变化的主要原因;随后,提出了基于半导体激光器温度闭环反馈的失锁控制方案,通过温度闭环实现激光器中心频率对光纤谐振腔单个谐振频率的长期跟踪同步,消除频率跟踪失锁引入的陀螺输出误差;对失锁控制总体技术方案、信号处理流程及实现方法进行了详细叙述;最后,成功搭建陀螺原理样机,对采用频率跟踪失锁方案前后的陀螺静态性能进行实验测试,测试表明频率跟踪失锁控制方案将陀螺输出脉冲幅值突变量从3000 (°)/h降低到200 (°)/h,陀螺输出零偏变化从600 (°)/h降低到0,完全消除了频率二次锁定过程中的零位变化,陀螺精度大幅降低到4.9 (°)/h(100 s平滑积分时间)。

对硅基二氧化硅阵列波导光栅解复用器(AWG DEMUX)的偏振相关损耗(PDL)进行了优化。理论分析了引起AWG偏振相关性的物理因素以及消除偏振相关性的工艺方法和条件。利用化学气相沉积、光刻和刻蚀等半导体工艺制备了AWG DEMUX芯片,并结合理论分析对包层材料中的硼(B)、磷(P)含量进行了优化调整,成功地将芯片的PDL降低至0.12 dB,使PDL参数满足芯片的商用化需求。

针对荧光分子断层成像数据采集方式存在的问题,提出了一种基于频率调制和空间编码的成像方法,旨在改进数据采集方案,缩短数据采集时间。在该方法中,激发光束被分成若干个子束,用作多点激发光源。这些子光束首先被调制成不同的频率,然后同时入射到目标表面的不同点上。在检测端,目标的出射光首先通过空间编码掩模,然后被引导至单光电倍增管。根据压缩感知理论,改变掩模的模式,进行稀疏重构恢复,最终得到目标表面荧光信号的分布。为了验证本文所提方法的可行性,设计了相应的仿真模拟实验,实验结果表明该方法可以较好地恢复原始图像,证明该方法的可行性。

经典的暗原色先验去雾算法易丢失图像细节信息,基于保边滤波的去雾算法虽可以有效保护图像细节,却耗时较长。针对以上问题,提出一种能够很好地保护图像边缘细节且耗时较短的自适应指数加权移动平均滤波算法,并与改进的暗通道结合,实现快速去雾。首先,对暗通道加以改进并求得透射率粗分布;再利用自适应指数加权移动平均滤波算法对透射率进行优化;之后修复明亮区域透射率,避免颜色失真;最后通过变换大气散射模型求解得到去雾图像。实验结果表明:本文算法具有很快的执行速度,且经本文算法处理后的去雾图像质量较高,在有效边缘强度、色彩还原能力、结构信息这三个无参考客观评价指标下均表现不错。

针对传统集成成像显示技术存在深度反转,需要进行二次成像的问题,提出一种无深度反转的集成成像一次拍摄方法。该方法采用离轴平行式集成成像拍摄结构对三维(3D)场景进行拍摄,通过设计合理的拍摄参数,重排图像元,生成无梯形畸变的图像阵列(EIA),直接用于集成成像显示,解决了传统集成成像的深度反转问题,避免了复杂且繁琐的图像校正和二次成像过程,可快速生成具有正确深度信息的EIA。该方法所获取的EIA在集成成像3D显示实验中重建的3D图像具有正确的深度和逼真清晰的立体显示效果,验证了本文方法的正确性。

提出并研究了一种基于稀土光纤双花生结(RDDFP)的光纤温度传感器。采用稀土掺杂光纤制备双花生结,利用其包层模和纤芯模干涉对温度的敏感特性,结合稀土光纤中稀土离子的强热光效应,实现对温度的高灵敏度感知与测量。通过理论和实验研究并对比掺铒光纤双花生结(EDDFP)和掺镱光纤双花生结(YDDFP)两种稀土光纤花生结中的模式干涉和热敏感效应。实验结果表明,相比于普通光纤双花生结,RDDFP具有更强的热光效应和更高的温度灵敏度。其中,EDDFP温度灵敏度为1286 pm/℃,YDDFP温度灵敏度为-2343 pm/℃。基于RDDFP的光纤温度传感器具有灵敏度高、重复性高、全光纤、制作简单、结构紧凑等优势,在电力系统、建筑、航空航天以及海洋开发领域等具有良好的应用前景。

针对无人船(USV)海上近距离实时性避碰检测的需求,提出一种基于三维激光雷达的USV障碍物自适应栅格表达方法。根据USV周边环境障碍物的激光雷达点云分布,建立障碍物密集度和障碍物表达时间与栅格地图分辨率之间的函数关系,自适应确定适中的地图分辨率,构建栅格地图;对三维激光雷达点云数据进行降维处理,将三维激光雷达点云投影到栅格地图,减小数据量,提高障碍物检测效率。利用三维激光雷达开展方法验证性实验,获取了三种不同障碍物场景的激光雷达点云数据。处理结果显示:环境中障碍物数量越多,获得的期望栅格地图分辨率越高,障碍物表达更精细;反之,障碍物数量越少,获得的期望栅格地图分辨率越低,障碍物表达更快速,可实现障碍物自适应栅格表达。所建立的方法可为后续USV局部避碰路径规划研究提供支撑。

为了提高大视场靶标场标志点自动编码的容量和效率,设计自编码标志和普通标志,建立以自编码标志作为编码基准、以普通标志点作为控制点靶标的室内靶标标定场。基于“同名点同编号”的原则,提出自编码标志和普通标志点的自动编码方法。该方法能自动实现同名影像标志点与同名物方控制点标志的自动编码映射,避免人工交互设置影像标志点编号,提高了标定的效率。推导出含有隐式约束条件的多视组合相机标定的间接平差模型的一般形式,并用其标定一种由网络摄像头组成的多视相机。实验结果表明:该方法具有标志点编码容量大(可达65535个)、解码效率高、能自动解码的优点;该标定方法的反投影像点平面方均根误差(RMS)小于0.20 pixel且相机之间的相对定向元素波动较小,能够有效地提高多视相机标定的稳健性和精度;该方法可方便地扩展到其他同类多视相机或者全景相机的标定应用中。

实现目标实时动态追踪与识别是条纹管激光成像雷达中亟待解决的问题,针对条纹管激光成像雷达峰值探测三维重构算法运算时间长的问题,提出一种抽样插值目标三维重构算法,以一定的抽样率对条纹图像等间隔抽样并插值运算,再进行峰值特征提取运算。当抽样率为4%时,对于探测距离为706 m的目标,抽样双线性插值重构法的运算速度比原重构法提高了2.3倍,三维重构矩阵的相关系数约为0.99;抽样最近邻插值重构法的运算速度比原重构法提高了3.5倍,三维重构矩阵的相关系数约为0.98。实验结果表明所提算法可以提高目标三维重构速度,并且目标条纹图像帧幅数越多,目标三维重构速度改善效果越好。

通过建立校正集样本不同的模型Ⅰ与模型Ⅱ来研究温度对水泥生料近红外光谱模型的影响,其中模型Ⅰ中的建模样本为温度一致的样本,模型Ⅱ中的建模样本为温度变化的样本,建模方法采用偏最小二乘法。对比两组模型的预测结果可知,模型Ⅱ中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaCO3的预测方均根误差与模型Ⅰ相比分别减小了78.3%、26.4%、42.9%、60.4%。实验结果表明:温度变化会导致预测结果产生一定的误差。在校正集中加入温度不同的样本进行建模,可以降低预测误差,使近红外光谱模型更好地应用于生产现场。

搭建了基于2.3 μm中红外可调谐二极管激光器的CO气体的光声光谱测量系统,并选取4300.699 cm -1处的CO吸收谱线作为传感目标。为了消除较长的CO分子弛豫时间对测量的影响,采用在实验气体中混入水汽的方式来增强光声信号。通过优化调制参数确定出系统的最佳调制振幅和调制频率分别为4.29 cm -1和785 Hz。在最优的实验条件下,所选谱线的二次谐波信号与CO浓度间具有良好的线性关系,其线性度为0.994,利用该关系反演出空气中CO的体积分数约为2.13×10 -6。最后利用Allan方差对干湿条件系统的长期稳定性进行了分析,得到系统在干湿条件下的探测极限分别为1.18×10 -7和0.58×10 -7,验证了水汽的加入可以有效提高系统对CO的探测灵敏度。

为了提高复杂环境中甲烷气体探测的适用性,选择空芯带隙型光子晶体光纤(单端镀全反膜)作为光学气室,实现了置入式同源甲烷浓度的探测。采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,结合长度为0.5 m的空芯带隙型光子晶体光纤,实现了甲烷气体的在线测量,系统的检测下限可达到1.92×10 -5,稳定性波动小于±2.18%。单端全反射设计配合同源探测方式使复杂环境中的甲烷浓度的置入式探测成为可能,为单光源分布式探测提供了研究基础。

利用3+3光束双锥干涉法设计了双周期渐变光子晶体结构阵列,并研究了它的纳米聚焦效应。通过调整内锥角和内外锥的增量角来改变光子晶体晶格的小周期及光子阵列的大周期,通过调整光束强度、偏振方向来实现渐变光子晶体晶格结构、形状等参数的改变。采用傅里叶变换的方法研究了光子晶体结构对光场的纳米聚焦效应。该结构对于提高发光二极管的提取效率、光显示、光耦合及光集成具有非常重要的意义。

提出了层析短时积分成像法,并通过实验验证了该方法的数据质量更高,成像效果优于传统的层析成像法;在小波去噪理论方面,结合太赫兹信号的特点提出δ-σ评价规则,利用该评价规则遴选出最优的小波去噪组合(即sym7小波,分解尺度为5),并以此为基础设计酚醛塑料样件进行无损检测层析短时积分成像实验,对比不同的小波去噪组合,从识别缺陷数量、缺陷识别率这两个主观评价指标和韦伯对比度这一客观评价指标上对比小波去噪的效果,结果表明:sym7小波(分解尺度为5,软阈值处理)对酚醛楔形缺陷无损检测信号小波去噪具有良好的效果,信号预处理后的样件无损检测图像背景噪声带得到了有效抑制,预制缺陷与背景区域的对比效果更加明显,能够清晰准确地获取样件的内部结构变化。

搭建了基于非线性放大环形镜的全保偏掺铒光纤激光器,它可为光梳系统在室外环境中的应用提供稳定运行的光学振荡源。在实验上,通过两级光学预放大及高非线性光纤获得了1000~2300 nm的超连续谱,采用共线型f-2f干涉仪检测到的载波包络偏移频率f0的信噪比高达35 dB。研究了腔内净色散和f0线宽的关系,并将自由运转状态下的f0线宽窄化至5 kHz。将光梳系统的主要参数(重复频率fr和载波包络偏移频率f0)溯源至同一台铷原子钟,锁定后所测标准偏差分别为780 μHz和308 mHz。该光纤光梳系统具有集成度高、体积小的特点。