为实现早期龋齿的无损检测，研究了一种基于自体荧光效应的龋齿检测方法。从光谱学角度对不同龋齿的特征光谱进行实验研究，利用荧光光谱仪采集各样品的激发、荧光光谱，采用Savitzky-Golay平滑法对光谱进行预处理。健康牙齿与龋齿的激发峰值波长位于405 nm附近，牙齿硬组织的荧光峰值位于480 nm附近；另外在623 nm、685 nm处龋损组织出现较强的荧光峰值，与牙菌斑代谢物质卟啉类化合物的峰位值一致；在405 nm光源激发下牙齿荧光光谱存在明显差异，健康牙齿的荧光图像呈绿色，而龋齿的荧光图像随着牙菌斑含量的增高产生红移。结果表明，通过分析荧光图像颜色差别实现对早期龋齿的检测是可行的。

为了解决传统白光干涉测量技术中对线性位移机构的位移精度要求过高的问题, 本文提出了一种全视场外差白光干涉测量技术。该技术主要通过使用存在差频的白光干涉信号作为光源来实现在大扫描步长和低扫描精度条件下相干峰位置的高精度检测。本文首先建立了白光外差干涉的数学模型, 再根据数学模型提供的光强信号特性提出了整体系统设计方案, 然后对测量方案的可行性进行了实验验证。最后针对多种误差对算法计算精度的影响进行了理论分析和数据对比。误差分析的结果表明: 白光外差干涉测量技术提供更高的测量精度和更好的抗干扰性能, 有效地降低了传统白光干涉测量对线性位移机构精度的严苛依赖, 为光学自由曲面检测技术提供了更多的可选解决方案。

为了研究蓝宝石/SiO2/AlN/GaN光阴极组件外延片热应力分布及影响因素, 以直径 d为φ40 mm的 GaN外延片为研究对象, 利用有限元分析法对其表面热应力分布进行了理论计算和仿真, 验证了仿真模型的合理性。分析了外延片径向和厚度方向的应力分布, 结果显示: 在 1200℃的生长温度下, 径向区域内的热应力分布比较均匀, 热应力变化范围为±1.38%; 生长温度在 400℃到 1200℃范围内, 外延层表面应力与生长温度呈近似正比关系。分析了外延片生长温度、蓝宝石衬底和 SiO2、AlN过渡层厚度对表面热应力的影响。研究成果可为该类外延片生长工艺研究和低应力外延片的筛选标准制定提供借鉴。

为了研究真空系统中被加热的蓝宝石衬底应力的变化, 利用有限元分析方法, 借助 ANSYS Workbench软件仿真了温度场以及应力场, 对两种不同结构的加热器及加热工艺参数进行了分析。用多圈钨丝螺旋结构外加抛物面釜的加热器, 并改变工作电流, 将 200℃下温度差异由 41.13℃降低至2.33℃, 使厚度为2 mm、直径40 mm的蓝宝石衬底整个圆面内的应力差异由2.11 MPa减小为1.56 MPa, 应力差异减小了 26.1%。结果表明, 采用多圈钨丝螺旋结构外加抛物面釜可获得高均匀性的加热器温度场, 且当工作电流为 12 A时, 加热的蓝宝石衬底整个表面应力分布均匀。并采用蓝宝石衬底的应力检测结果进行了验证。研究结果对真空系统中被加热的其它材料如 GaAs、InGaAs、GaN、Si、石英玻璃等应力分析研究具有一定的借鉴意义。

为了研究SiO2对多层结构GaN外延片的热应力的影响，以直径d为Φ40 mm的GaN外延片为研究对象，利用有限元分析法分别对蓝宝石/AlN/GaN和蓝宝石/SiO2/AlN/GaN这两种光阴极组件外延片表面热应力进行理论计算和仿真。在其他结构参数相同的情况下，分别分析了两种光阴极组件外延片径向和厚度方向的应力分布，分析了外延片热应力分布及影响因素。分析结果显示: 在1 200 ℃的生长温度下，径向区域内的热应力分布比较均匀，厚度方向的热应力均在衬底和外延层的界面上发生突变。最后分析了外延片生长温度、蓝宝石衬底和GaN、AlN过渡层厚度对表面热应力的影响。

为了研究蓝宝石/AlN/GaN外延片表面层热应力分布及影响因素, 以直径d为Φ40 mm的外延片为研究对象, 利用有限元分析法对其表面热应力分布进行了理论计算和仿真, 验证了仿真模型的合理性。分析了外延片生长温度、蓝宝石衬底和AlN过渡层厚度对表面热应力的影响。结果显示: 在1 200 ℃的生长温度下, 外延片径向应力比轴向应力大一个量级; 在径向(d＜Φ32 mm)区域内的热应力分布比较均匀, 热应力变化范围为±0.38%; 生长温度在600~1 200 ℃范围内, 外延层表面应力与生长温度呈近似正比关系。研究成果可为该类外延片生长工艺研究和低应力外延片的筛选标准制定提供借鉴。

为了明确近红外成像光学系统对杂散光的抑制能力,设计了一个光谱为0.75 μm ~1 μm,焦距12.002 mm,F/1.8,视场15°×15°的光学系统,其结构为改进型的双高斯结构.实验结果表明:设计的光学系统的各视场光斑在艾瑞斑内,焦移量最大为4.9 μm,球差约为1 μm,垂轴像差最大为3 μm,MTF接近衍射极限.对设计的光学系统进行了杂散光评估和杂散光抑制,得到了杂散光抑制前后的点源透射比.分析结果表明:与未加遮光罩相比,加入遮光罩的光学系统PST值下降了76.6%~87.5%.

成像光谱仪是一种“图谱合一”的光学遥感仪器。光栅型成像光谱仪由于原理简单, 性能稳定, 技术发展成熟等优点得到了广泛的应用。光栅成像光谱仪中不同采样步长的选择及不合理的拼接方法会导致目标图像(分划板图像)的畸变, 会使原来分划板图像中的正方形发生不同程度拉伸或者压缩成为矩形。现采用He-Ne激光器确定成像光谱仪的通带宽度, 并利用低压汞灯进行波长定标, 确定特定波长所对应的像元数, 通过基于区域和小波变换的拼接方法完成目标图像, 从而对目标图像的畸变进行校正。实验证明, 可以使畸变量相比原始块匹配拼接方法减小一个数量级。

成像光谱仪是一种“图谱合一”的光学遥感仪器。从光栅型成像光谱仪的使用要求出发，利用Zemax软件设计了一种光栅型成像光谱仪光学系统。其中，前置望远物镜采用反射式结构，传统的卡塞格林结构在主次镜均采用非球面时校正像差的能力依然有限，设计时采用改进后的卡塞格林结构对像差进行校正，最终设计的望远镜头传函在50 lp/mm处达到0.5，场曲控制在0.078以内，且不存在畸变。针对光谱成像系统通常采用的基于平面光栅的Czerny-Turner结构由于像差校正能力有限、成像质量较差不能满足仪器的使用要求。采用基于凸面光栅的光谱成像系统，该系统结构紧凑、可实现宽波段内像差的同时校正。最终设计的光谱成像系统光谱分辨率<5 nm，MTF在50 lp/mm时升至0.75。将前置望远物镜与光谱成像系统根据匹配原则进行组合优化后光栅型成像光谱仪系统点列图RMS半径随波长的变化均小于0.2，波长的80%的能量集中在Φ6 μm范围内，波长各视场在特征频率50 lp/mm处的光学传递函数均大于0.5。整个光学系统具有结构简单、像差校正能力强、结构尺寸较小的优点。

Talbot-Moiré技术是目前长焦距测量研究的热点。利用Talbot-Moiré技术测量长焦距时，很多都需要测量莫尔条纹的宽度或斜率，而CCD的标定精度直接影响测量精度，因此需要对CCD精确标定。文中提出采用光栅作为系统的自基准进行标定，再用图像处理的方法标定CCD。为了检验该方法的精度，在MATLAB中生成一个标准条纹图案，用图像处理和灰度拟合对其进行亚像素定位。经过对标准条纹的标定，验证了采用该文的定位方法条纹中心定位误差小于0.1个像素。最后用光栅为自基准标定了CCD，并与量块的标定结果进行了对比，证明该文的标定方法不但简单可行，而且精度较高。