为了研究电控相位延迟对矢量涡旋光偏振态的影响规律, 采用半波液晶可变延迟器和液晶q波片搭建了电控矢量涡旋光的全斯托克斯偏振测试实验装置, 进行了电控矢量涡旋光的斯托克斯参量传输特性的Muller矩阵分析和实验验证。通过对输入偏振光进行连续相位调控, 获得了其通过调谐q波片后的输出光束偏振态演变规律。结果表明, 电控相位延迟会改变角向和径向偏振光的局域偏振椭偏度, 且随电压变化呈线性关系, 同时偏振态演变会影响矢量涡旋光的输出光强。 此研究对于探索电控矢量涡旋光的偏振转换有着重要的意义。

为实现激光对飞行无人机远程充电过程中对充电目标的快速识别，提出一种改进的Yolov3算法，采用轻量级网络模型作为特征提取网络，实现了激光发射系统对充电无人机目标的精准快速识别。与原有的Yolov3网络相比，平均检测速度从17 frame/s提高到33 frame/s，并将网络模型权值大小从236.0 MB缩小到29.7 MB，大大减少了Yolov3模型对硬件的依赖程度。研究结果表明，改进后的算法具有较高的精确性和实时性，为激光对无人机的实时远程充电提供了一种具有应用价值的技术手段。

为了提高微型无人机(MUAV)的续航时间, 基于二轴扫描振镜的工作原理, 设计了一套激光对MUAV的远程实时跟瞄充电系统。系统采用硅光电池阵列作为光斑位置传感器, 其信号经扫描跟踪算法处理后, 在地面与MUAV间建立起无线数传反馈链路, 控制二轴扫描振镜改变激光发射方向, 实现激光束对MUAV的扫描与实时跟踪; 同时硅光电池阵列也作为充电器件, 实现对MUAV的实时充电。结果表明,当MUAV在高度为80m、直径50m圆形区域内以低于2m/s速率飞行时, 可实现激光对MUAV的准确跟踪, 跟瞄精度小于0.63mrad。该系统具有跟踪速度快、瞄准精度高的特点,为激光对移动目标的远程实时能量传输提供了一种有效的解决方案。

针对由平面或球面反射镜构成的传统激光谐振腔调节要求精度高、允许转动失调角度小的缺点,将Luneburg lens与球形全反射面组合作为光束回射器件,分别对高斯光束在不同入射角,且中心轴线与Luneburg lens光轴不同距离情况下回射器的反射特性进行数值模拟。结果表明:即使在Luneburg lens线度小至光波波长的数十分之一情况下,该回射器对分布在角向、横向上较大范围内的入射高斯光束仍均能实现方向性好、反射能量稳定的逆向反射。因此,将其作为激光器的光学谐振腔镜理论上可行,且具有调节要求低,腔长横向、角向移动范围大等优点,且该回射器的尺度小,易于实现谐振腔镜的小型化。

为了实现激光束对充电目标的高精度瞄准,基于双目成像的几何光学原理,提出了一种由两个相机组成的双目瞄准系统,通过分析相机、激光发射端口、充电目标的相对位置关系,优化双目相机与激光发射端口的位置,得到实现高精度瞄准的技术方案,从理论和实验上实现了横向、纵向较大范围内的高精度瞄准。理论计算和实验测量结果表明,该系统在选用焦距为20 mm的相机镜头时,对距离激光发射端口为3 m处、面积为4 m×4 m的平面上各点的瞄准误差不超过1.6 mm;使用焦距为50 mm的镜头时,该系统对纵向区域上距离激光发射端口10 m内的目标的瞄准误差不超过2 mm。因此该系统瞄准精度高,且装置简单,操作方便,是一种可用于激光充电技术的高效便捷瞄准方法。

针对目前实时交通标志识别中出现的对于中小型目标检测精度低的问题, 本文提出了一种基于YOLOv3-tiny的深度可分离卷积(Depthwise Separable Convolutions)的轻量级交通标志检测网络。采用深度可分离卷积构建深度可分离卷积模块代替普通卷积搭建特征提取网络,在保证计算量的前提下更好地提取中小型目标的特征信息。同时, 改进多尺度特征融合网络, 提高对中小型交通标志的检测精度, 使用h-swish激活函数减少因为网络层数增加而丧失的图像特征, 实现对多类交通标志的检测。实验结果表明: 本算法有效的提高了对中小型交通标志的检测, 在验证集上对警告标志(Warining)指示标志(Mandatory)、禁止标志(Prohibitory)3类交通标志进行检测, 检测精度(AP)结果分别为9857%, 96.03%, 98.04%。检测平均精度(mAP)97.54%、检测速度为201.5 f/s.平均精度较YOLOv3-tiny提高了1401%。在保证轻型网络的计算量低、检测时效性好的前提下, 有效地提升了检测精度。

在激光作为能量载体给远程移动设备如无人机充电的过程中, 为确保接收端能精准接收到从发射端发射来的激光束, 设计了一套基于四象限探测器的激光束二维扫描跟踪系统。该系统通过实时测量入射激光的光斑中心相对于四象限探测器中心的偏移量, 利用监控和控制计算机、控制柜以及二轴转台构建闭环控制系统, 可实现激光对移动目标的实时跟踪。测试结果表明, 当移动目标在距离激光束发射端高1m、横向宽度30cm的区域内以不大于5cm/s的速度移动时, 该跟踪扫描系统可较准确、实时地跟踪移动目标。

为了探索光强均匀性对光电池组件整体光电转换效率的影响, 采用波长为808 nm、输出光强可调的半导体激光束照射两片单结砷化镓电池, 实验测量光电池在串联、并联组合方式下不同光功率密度激光照射时的输出特性, 结果表明, 当照射到两光电池上的激光功率密度相同时, 两种连接方式下组件的光电转换效率基本相同, 都在46%左右；当照射到两光电池上的激光功率密度不同时, 串联方式下组件的光电转换效率低于并联时的效率。该结果可由光电池的等效电路理论得到解释。因此, 在光强分布复杂的情况下, 对光电池的组合方式进行合理选择, 可以有效地保证光伏组件整体的光电转换效率。

三结砷化镓叠层电池(InGaP/GaAs/Ge)耐强光、光电转换效率高且温度特性好，是激光无线电能传输系统中光电转换组件的理想材料。基于三结砷化镓叠层电池的光谱响应曲线，以532、808和980nm三种波长激光组合入射，在保证入射总功率密度为2W/cm2的条件下，研究了三种波长入射激光的不同功率配比对其光电转换效率的影响。结果表明，在532、808和980nm三种波长入射激光功率配比为7∶8∶5时，光电转换效率最高，为33.549%。该研究对提高三结砷化镓电池的转换效率有一定的应用价值。