在应用于自动驾驶的相位调制连续波（PhMCW）激光雷达测距系统中，测量中频（IF）信号的脉冲宽度是关键问题，时间数字转换器（TDC）模块对IF信号的测量决定了PhMCW激光雷达的测距范围与精度。然而传统的TDC实现方法测量范围很小，且实现大测量范围时系统复杂度高，难以应用于自动驾驶。为了实现高精度大范围的TDC模块，采用基于现场可编程门阵列（FPGA）的严格计数链法，在保证比较高的测量精度的前提下，增加很少的资源使用量就可以扩大测量范围，设计简单。该TDC模块能够实现1.24 μs的时间测量范围，对应最大探测距离为186 m。利用信号源产生不同脉宽的被测信号进行实际测试，获得了最佳为26.42 ps的测量精度，对应测距精度为3.96 mm，优于现有商用激光雷达50 mm的测距精度。对200 ns脉宽的过采样数据包进行了频谱分析，证明了TDC测试结果受开关电源噪声影响。最后，搭建PhMCW激光雷达系统进行应用验证，实现了0.3~7 m飞行时间探测，从而证明了该TDC测量方法的可行性。该方法在激光雷达测距领域具有广阔的应用前景。

光学相干层析成像（OCT）是一种广泛应用于眼科疾病诊断及其他测量和探测等领域的新型成像技术。其中，扫频方案（SS-OCT）作为OCT的一种主要技术路径，因具有成像速度快、深度深、分辨精度高等优势，成为了近年来OCT领域的研究重点。由于SS-OCT的性能主要由快速扫频光源的性能决定，所以对扫频光源的研究和开发至关重要。主要总结扫频光源的研究进展，从技术手段、设计思路、性能指标等方面出发，对扫频光源的研究进展和领域前沿的研究现状进行较为详细的介绍和总结。

针对时间调制稀疏阵列天线方向调制信号综合问题提出了一种分步迭代凸优化算法。通过对阵元开启时长和开启时刻的分析,将方向图的上下界约束转化成凸问题。通过对中心频带和边带方向图的分步优化,使期望辐射方向上只有中心频带辐射,边带信号形成零陷。稀疏线阵的仿真结果验证了所提算法的稳定性和高效性,达到了方向调制信号综合的目的。

激光被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”,与原子能、计算机、半导体并称为20世纪新四大发明。大功率半导体激光器在工业加工、医疗美容、光纤通信、无人驾驶、智能机器人等方面有着广泛的应用。如何实现大功率半导体激光光源,一直以来都是国际的研究前沿和学科热点。为此,简述了大功率半导体激光器的发展历史,综述了大功率半导体激光器的共用技术,包括大功率芯片技术和大功率合束技术,并对大功率半导体激光的发展方向进行了展望。

为了避免常用的天空光偏振模式测量仪器中鱼眼镜头所引起的图像边缘区域扭曲的缺点, 采用手机相机和线性偏振片相结合的方法, 进行了理论分析和实际验证, 得到了大气偏振模式的分布情况和中性点位置的数据。结果表明, 实际测量的中性点区域与理论仿真的结果间高度角的偏差为2.4°±2.6°,方位角的偏差为1.4°±0.8°, 证明了测量方法的可行性, 随着天空中云层的增加, 天空光偏振分布图像会发生扭曲, 但仍然可以确定中性点位置, 为天空光偏振仿生导航提供了参考。该研究可用来确定太阳位置、实现自身定向及导航定位, 并且具有易操作、便携等优点, 在一定程度上降低了天空光偏振仿生导航的成本, 提高了民用价值。

提出基于双光束二氧化碳(CO2)激光的加热方法,设计并搭建了微锥型结构的长周期光纤光栅制备系统。该系统通过精确控制CO2激光功率、加热时间、光斑大小等实现均匀加热和光纤软化,通过高精度的步进电机控制光纤微型拉锥长度和拉锥比,以产生周期性的物理形变,制备出高精度(消光比>30 dB,插入损耗<1 dB)、光谱不退化的微锥型长周期光纤光栅(MT-LPFGs)。基于级联MT-LPFGs实现了宽带全光纤滤波器。实验结果表明,设计的双级联MT-LPFGs在30 dB消光比下实现了15 nm的宽带滤波,与单个光栅相比,其滤波带宽增加7.5倍;三级联MT-LPFGs在-25 dB带阻深度下能够实现25.2 nm的宽带滤波,该滤波带宽为单个光栅的12.6倍。最后,通过弯曲实验证明了级联光栅滤波器的弯曲容限为1.183 m -1。该滤波器具有精度高、制备简单、光谱不退化等优点,在宽带滤波方面有着重要应用。

针对传统水下偏振差分成像模型在图像处理过程中出现失真的问题,提出改进的水下偏振差分成像模型。该方法通过增加目标透射光辐射强度的反演过程,同时引入修正参数,对目标透射光辐射强度进行校正,有效避免了传统水下偏振差分成像模型中由全局参量直接反演场景图像造成的图像失真和局部灰度值为负数的情况。利用FD-1665偏振成像仪,开展基于线偏振光主动照明的水下目标成像探测实验,获取偏振图像数据,并利用客观图像质量评估参数对处理结果进行对比分析。结果表明,改进后的模型相较于传统偏振差分模型,图像对比度提高了40%以上,故改进后的偏振差分成像模型能更有效地识别水下目标。

窄线宽激光器的线宽表征方式通常采用延时自外差法测量技术。 该技术是通过延时光纤差拍产生一个与待测激光线宽相关的洛伦兹频谱, 因此该频谱只具有单一的线宽表现形式。 为了能够观察到激光器的线宽和频率噪声在其傅里叶频率分布下的完整特性, 报道了一种基于β算法计算窄线宽激光器线宽的方法。 该方法是结合频率噪声中的白噪声和1/f噪声分别诱导不同激光线型的理论, 从而确定激光线宽。 首先, 对β算法的基本原理进行了详细的分析说明。 通过基于维纳-辛钦定理, 分析了窄线宽激光器不同频率范围内的频率噪声和激光线宽的依赖关系。 阐明了在截止频率趋于0和无穷大的两个范围条件时, 激光频谱特性从高斯线型向洛伦兹线型演变。 同时推导出使两种线型转换的截止频率表达式, 并将其转换为频率噪声函数, 该函数定义为β分子线。 此时频率噪声分量中高斯线型的总和即为激光线宽计算公式; 其次, 对窄线宽激光器的频率噪声和激光线型进行数值仿真。 将通过OEwaves公司的OE4000互相关零差相位/频率噪声自动测试系统测得的频率噪声谱密度, 带入β算法理论公式中。 结果显示: 1/f噪声导致激光呈现高斯线型, 线宽随截止频率的增加而增大。 而白噪声将导致洛伦兹线型, 线宽不再随截止频率而改变。 此外, 在低频区域, 频率噪声电平远大于其傅里叶频率, 噪声调制系数较高, 该部分噪声可以决定线宽大小。 因此, 高斯线型区域对应的频率噪声的积分, 即为待测激光器的线宽; 在高频区域, 频率噪声电平与其傅里叶频率相差较小, 频率波动较快, 噪声对线宽影响可以忽略。 并且频率带宽在截止频率范围内, 计算的线宽误差较小。 最后, 实验上运用β算法对RIO公司的1 550 nm低噪声窄线宽激光器的频率噪声功率谱密度进行积分计算, 成功获得了其不同傅里叶频率分布下对应的激光线宽值。 其中β分子线将频率噪声中的白噪声和1/f噪声分隔两部分: 当频率噪声谱密度大于β分子线时, 激光即为高斯线型, 线宽随频率积分带宽的增加而减少; 而频率噪声谱密度小于β分子线时, 激光呈现洛伦兹线型, 线宽为定值不再改变。 同时为了对β算法进行实验验证, 搭建了延迟光纤为50 km、 移频频率为60 MHz的延时自外差法测量系统。 对注入电流为110 mA的RIO 1 550 nm低噪声窄线宽激光器的线宽进行实验测量, 测量结果表明激光线宽为1.8 kHz, 与上述β算法中2.8 kHz的频率带宽积分结果一致。 充分证明了此算法的准确性。 β算法可以对任意类型的窄线宽激光器进行线宽表征, 对窄线宽激光器的研究具有重要意义。