本文对玻璃晶圆加工过程中常见的三种缺陷类型——颗粒缺陷、气泡缺陷、三角形划痕的散射光强进行分析, 发现不同缺陷结构在空间中有不同的散射光强分布特点, 可以建立缺陷结构与散射光强空间分布的对应关系; 同时针对产线中晶圆表面微米量级缺陷, 进行了不同尺寸颗粒缺陷的散射光强度计算, 得出了微米级别缺陷尺寸与散射光强度之间的关系曲线。从而提出一种非成像缺陷检测方法: 检测获取缺陷散射光强值与空间分布, 利用散射光空间分布结构确定缺陷结构以及利用散射光强计算缺陷尺寸, 从而间接确定缺陷信息, 达到缺陷检测的目的。为晶圆产业应用过程中的缺陷快速检测提供方法参考。

为了抑制在头戴式增强现实显示系统中激光扫描(LBS)与光栅光波导直接耦合时产生的带斑(Banding)现象并改善系统的最终成像效果,首先介绍了Banding现象,分析讨论了Banding现象产生的具体原因。随后,提出了一种加入扩散片的扩束抑制方法,并通过扩束光路结构验证了其可行性。针对抑制方案进行了小尺寸、大视场中继光路的设计优化,以满足其在头戴式增强现实显示系统中的应用。本设计的系统总长小于25 mm,在截止频率43 lp/mm处,前端与后端各视场的调制传递函数值均大于0.3,畸变均小于±2.2%,满足设计的各项指标需求。所提方法可以有效抑制LBS与光栅光波导配合使用过程中的Banding现象,因此为基于LBS的头戴式增强现实显示系统的研究提供了一定的参考价值,具有潜在的应用前景。

提出一种基于端面图像对称性特征的偏振轴检测算法。该算法利用图像极坐标变换来实现图像的对称性检测,使用金字塔搜索法快速寻找最优对称轴,确定偏振轴向。所提算法利用图像的全局性特征而不依赖于应力区边缘点位置实现精确定位,对图像清晰度要求显著降低。实验结果表明,所提算法具有较高的准确性和精确性(±0.1°),其稳健性大幅增强,且算法速度提升了近1.5倍。

提出了一种基于图像的保偏光纤尾纤定位技术, 研究了图像采集模块, 设计了粗检测与精检测相结合的边缘检测策略。首先采用自适应循环变化阈值算法对尾纤边缘进行初步检测, 增强了光照鲁棒性, 其中提出起始点自寻的区域搜索法能够准确提取目标边缘点; 然后通过基于三次多项式函数拟合的亚像素检测方法提高了边缘检测的精度。搭建了保偏光纤尾纤自动定位系统, 并进行了图像处理实验和旋转定位实验。实验结果表明, 本文的尾纤定位技术能够实现0.06°的保偏光纤尾纤旋转定位精度, 具有重要的工程应用意义。

保偏光子晶体光纤快慢轴的检测是保偏光子晶体光纤应用的关键技术。针对保偏光子晶体光纤端面空气孔数量多、尺寸存在差异及噪声和伪边缘干扰圆心定位精度的问题, 提出一种双峰均值二值化法粗定位和径向扫描三点法精定位相结合的方法。采用双峰均值二值化法实现空气孔重心的粗定位; 利用大空气孔定方位, 选取两个具有结构对称的空气孔区域, 去除粗大误差点, 径向扫描法确定边缘三点进行圆心精定位, 并利用半径阈值减小误差。实验结果表明, 该方法能有效分割光纤端面图像, 圆心偏差小于0.2个像素, 为光纤定轴打下必要的理论基础。

为满足激光测距领域大量程、高精度、高分辨率的应用需求, 设计了一种高精度脉冲激光测距系统。系统基于最小可分辨45ps的专用计时芯片TDC-GP22实现高精度、高分辨率的时间间隔测量, 并采用高带宽放大电路及恒比定时时刻鉴别方法提高系统精度。详细论述了TDC-GP22时间间隔测量模块的硬件设计及软件流程。实验结果表明, 该系统的测量分辨率达45ps, 对时间间隔1μs内的测量精度可达60ps, 对应150m测距精度可达1cm; 对时间间隔1μs以上的测量精度可达1ns, 对应千米级测距精度可达0.15m, 满足高精度距离测量的应用需求。

主要研究了保偏光纤与Y型波导输入端的对准耦合。基于模场重叠积分法，数值计算5个自由度上的对准偏差对耦合损耗的影响，并设计了一种基于数字图像的实验方案。仿真与实验结果吻合较好,证明该实验方案可行。结果表明：横向位错X和Y对耦合损耗的影响最大，纵向间距Z对耦合损耗的影响较小，而角度α和β变化时产生的耦合损耗主要是由附加横向位移引起的，单纯的角度变化对耦合损耗的影响极小。若要求对准偏差损耗低于0.5 dB，则横向位错与纵向间距的容差范围分别为-1~1 μm和-20~20 μm。本研究为后续自动耦合系统的研究提供参考。

对光子晶体光纤的端面研磨过程进行研究， 讨论了光子晶体光纤端面研磨损伤的特点。针对光子晶体光纤的结构特点，应用有限元法建立了数值仿真模型。通过单一磨粒切削孔壁的仿真实验， 分析了不同切削深度下裂纹损伤的产生情况以及不同磨粒直径对光纤孔壁结构造成的损伤。最后通过实际研磨实验验证了分析结果。结果表明: 有限元法能够很好地模拟光子晶体光纤的端面研磨过程; 研磨过程中，相对于非孔洞区域，孔壁边缘更容易出现损伤，呈现出沿圆周分布的崩塌区域; 边缘崩塌区域尺寸随磨粒直径的增加而增加。实验用光子晶体光纤孔壁边缘无崩塌的最大切削深度低于普通光纤脆塑转变的临界切削深度，使用0.02 μm的砂纸进行抛光可以有效地避免对光子晶体光纤孔壁造成损伤。

光子晶体光纤端面研磨过程中存在着大量磨粒切削光纤包层的空气孔壁。将这一过程简化为单颗磨粒切削单孔壁, 并应用有限元法(FEM)建立了数值仿真模型。分析了裂纹损伤产生的机理, 以及不同切削深度和磨粒尖端半径对加工结果的影响。仿真结果表明: 切削过程中, 孔壁边缘容易出现沿圆周分布的崩塌区域; 切削力和边缘崩塌区域随切削深度和磨粒尖端半径的增加而增加; 该光子晶体光纤孔壁边缘无崩塌的最大切削深度约为20nm。该方法对光子晶体光纤端面加工及耦合应用的研究具有重要意义。

利用高光谱成像技术提取可同时检测苹果糖度与硬度的最佳波长。首先双面采集苹果的高光谱图像, 获取亮度相近感兴趣区域（ROIs）的反射波形, 采用二阶导数结合标准正态变量(SD+SNV)的方法平滑波形, 测试ROIs的糖度与硬度; 之后采用连续投影算法（SPA）提取两项指标的特征波长, 根据特征波长的分布提出二次连续投影算法, 结合波形集特征与两次投影结果确定不同取样面的最佳波长; 最后采用遗传算法开发神经网络（GA-BP）建立预测模型, 双面取样波长（543 nm和674 nm）效果最优, 糖度相关系数（R）为0.847 6, 均方误差（MSE）为3.32; 硬度R为0.793 8, MSE为9.6。结果表明, 相同波长信息可以检测苹果糖度与硬度。