数字微镜器件(Digital Micromirror Device, DMD)作为一种新型的空间光调制器, 具有分辨率高、生产成本低、加工效率高等优点, 使用起来非常灵活, 因此实验室搭建了基于DMD的近红外光谱仪。首先, 介绍了DMD近红外光谱仪的基本工作原理。其次, 对该光谱仪进行了波长标定, 提出基于同一样品吸光度曲线相关系数的方法对其进行了波长台间差标准化, 使得波长的台间差在理论上小于0.1 nm, 在模型转移时符合要求。又通过在强光与弱光条件下对其噪声与信噪比的测试实验对比得出DMD近红外光谱仪不同编码模版的选择准则: 在强光条件下扫描方法优于阿达玛方法, 在弱光条件下相反。最后, 利用该光谱仪对实际样品汽油和柴油进行检测, 测试结果表明该光谱仪性能稳定。该DMD近红外光谱仪检测波长范围为1 330~2 500 nm, 吸光度偏差小于等于0.000 4 AU。

随着大气遥感信息的定量化精度不断提高, 遥感信息定量化链路中偏振修正因子逐渐引起重视。因此研究大气探测仪器的偏振特性, 解析归一化穆勒元素, 对大气偏振特性引起的遥感信息定量误差以及偏振修正十分必要, 然而常用来描述仪器偏振特性的偏振灵敏度是系统偏振响应的综合体现, 而不能准确表征系统的偏振特点。对大气探测仪归一化穆勒元素傅里叶解析方法进行研究, 应用仪器在不同偏振方位角下的线偏振光响应曲线, 然后采用傅里叶级数拟合的方式得到系统响应函数, 进而得到大气探测仪的归一化穆勒元素m2、m3。对不同阶数傅里叶级数拟合得到的归一化穆勒元素进行对比, 结果表明偏差<0.12%。最后对归一化穆勒元素的测试精度进行分析, 综合误差优于0.96%, 为大气探测器归一化穆勒元素的在轨应用奠定基础。

基于严格矢量衍射理论, 分析了亚波长光栅将圆偏光转化为线偏光的机理。根据分析的结果提出了一种利用光栅空间分布控制出射光偏振态分布的方法, 并使用该方法规设计了一类光栅区域呈多带环形分布的偏振器件。通过改变该型器件的环形光栅区域数量, 可以得到不同的偏振光束。通过对出射光束使用Richards-Wolf矢量衍射法进行数值分析, 得到了在大数值孔径条件下, 聚焦光束在焦点附近的归一化光强分布。其中大多数出射光束的焦点光强分布为平顶光斑, 光斑的最大径向半高全宽达到了1.541 λ。与同数值孔径下线偏光、径向偏振光及角向偏振光的聚焦光强分布具有明显区别。

激光回馈技术灵敏度高, 并且无须配合靶镜就能够测量诸如黑色、粗糙的目标的位移或形变。为了消除环境(气压、地基震动、温度漂移等)对测量精度的影响, 设计、构建了稳定的微片正交偏振激光器, 采用半导体激光器泵浦微片; 搭建了包括光学、电路的完整的正交回馈干涉仪系统, 系统工作稳定, 实现了远距离处测量。这一系统能有效地减小环境对测量的影响, 提高激光回馈干涉仪的精度。

为获得高衍射效率、高消光比、宽带宽及大角度容差的光栅结构, 提出了一种在近红外波长区域工作的倒梯形双层金属光栅结构的偏振分束器。该结构引入了一层高折射率介质层, 并且将光栅区的光刻胶斜切成倒梯形结构, 新的设计增大了光栅的透射效率和消光比。使用严格耦合波分析方法, 模拟和优化了偏振分束器的结构参数。结果表明, 横磁波及横电波在1 290~1 840 nm波长范围内的透射效率和反射效率分别超过97％和95%。透射和反射的最大消光比分别为33 dB和53 dB。在波长为1 550 nm, 入射角为-40°~40°时, 光栅的透射和反射消光比都大于22 dB, 达到了高性能偏振分束器的要求。相较于双层金属矩形光栅, 所提出的倒梯形双层金属结构表现出更高的透射性与反射性, 同时具有更好的设计灵活性。

验证SiGe BiCMOS工艺线性器件的单粒子瞬态(Single Event Transient, SET)效应敏感性, 选取典型运算放大器THS4304和稳压器TPS760进行了脉冲激光试验研究。试验中, 通过能量逐渐逼近方法确定了其诱发SET效应的激光阈值能量, 并通过逐点扫描的办法分析了器件内部单粒子效应敏感区域, 并在此基础上分析了脉冲激光能量与SET脉冲的相互关系, 获得了单粒子效应截面, 为SiGe BiCMOS工艺器件在卫星电子系统的筛选应用以及抗辐射加固设计提供数据参考。

氧化锌基紫外光电探测器较小的开关比和长的响应时间, 制约其在紫外检测中的实际应用。一种简易制备纳米金刚石修饰氧化锌纳米线紫外光电探测器的方法, 纳米金刚石和氧化锌纳米线混合物光电探测器的光电性能比氧化锌光电探测器有明显的提升: 快的响应时间和好的开关比; 优异的光电性能得益于纳米金刚石和纳米线之间的协同效应。这种策略为设计和制备新型光电系统提供了一种可能。

针对单感知平台动静热释电红外传感器(PIR)阵列在目标轨迹测量方面的局限性, 提出了利用4感知平台的“米”字型PIR阵列构成正方形感知模型实现对目标运动轨迹的测量。在该研究中, 单感知平台由8个PIR传感器组成“米”字型阵列, 每个传感器间隔45°均匀分布; 将4感知平台的“米”字型阵列规则排布建立封闭的正方形感知模型, 通过多传感器自适应加权融合算法将4感知平台的32路传感器角度信息进行融合, 再结合自身坐标信息及检测目标时间信息通过轨迹预推算法推导出准确的运动轨迹, 同时得到目标的运动速度。实验结果表明, 该方法有效弥补了单感知平台PIR阵列功能上只能实现单一定位且精度低的不足, 实现了目标运动轨迹的准确测量以及时序上目标位置的预判, 具有较大的理论意义与实际应用价值。

针对光学系统在实际工作中元件表面污染粒子对光的散射问题, 以空气中Al2O3污染粒子为例, 基于米氏散射理论, 模拟和分析了元件表面双向反射分布函数(BRDF)随散射角的变化规律, 进而定量计算了元件表面全积分散射值(TIS)。在此基础上, 进一步分析了影响表面洁净度的三个主要因素(空气洁净度、工作面朝向和曝露时间)对元件表面BRDF及其TIS值的影响。结果表明, 空气洁净度等级、工作面放置方向和曝露时间等对元件表面散射量的影响均较为明显。其中, 工作面的放置方向对元件表面的散射影响尤为突出, 水平向上放置(TIS=1.93×10-4)较之垂直放置时(TIS=8.07×10-5)散射量增大一个量级, 而较之工作面水平向下放置时(TIS=3.12×10-6)增大两个量级。最后, 以卡塞格伦望远镜为例, 针对其主镜的污染容限问题, 分析了不同空气洁净度条件下主镜表面洁净度达到污染容限所用的曝露时间, 可为实际工作中污染控制和保证系统对微弱目标信号的有效探测提供参考。

基于受激布里渊散射(SBS)和可调谐多波长光纤激光器, 设计了一款基于新型多抽头的复系数微波光子滤波器。该滤波器由SBS效应引入一个相移量实现复系数, 通过调节SBS的泵浦光功率控制相移量的大小, 进而实现滤波器的中心频率连续可调谐。实验研究了基于高掺杂铒纤的可调谐多波长光纤激光器, 得到了波长间隔为0.338 nm的多达16个激光信号的稳定输出。以实验数据为抽头光源, 仿真研究了SBS增益介质长度、抽头光源的数目和波长间隔对该款微波光子滤波器性能的影响。