设计了一种基于离轴反射式光学结构、投影距离可以改变的增强现实型平视显示（AR-HUD）系统，以降低驾驶员的视觉疲劳。其中，眼盒的大小为130 mm×50 mm，虚像投影距离为3~10 m，可以通过改变图像生成单元（PGU）到一级镜的距离和像源尺寸的方式实现投影距离连续可调。通过随机取样的方式，在投影距离变化范围内随机选取一个投影距离对系统进行像质分析，证明投影距离连续可变。视场角（FOV）在投影距离的可调范围内恒为15°×5°，畸变小于5%，动态畸变小于5′，MTF在5 lp/mm处优于0.5。结果表明，当车辆与前方物体距离较近时，AR-HUD系统可以根据需要改变虚像的投影距离，且能保证像质始终符合规格。

针对数字剪切散斑干涉技术在检测过程中得到的包裹相位图中存在噪声干扰的问题，本文提出了一种基于同态滤波的正余弦全变分融合降噪的激光散斑图像噪声抑制方法。首先对同态滤波后的包裹相位图进行正余弦分解，然后在分解的基础上通过全变分滤波来抑制噪声，最终通过散斑抑制指数的变化自适应地判断滤波是否完成。通过仿真与实验对所提方法的有效性进行了验证。首先向仿真包裹相位图中添加噪声并采用所提方法进行噪声抑制，根据散斑抑制指数验证所提方法的可行性；然后对预制缺陷的复合材料试件进行检测，并采用所提方法进行噪声抑制；最后通过散斑抑制指数和相位展开结果对所提方法的滤波效果进行验证。结果表明：采用所提方法得到的散斑抑制指数相较于传统的正余弦全变分滤波方法约降低了10.7%，同时有效地保护了相位信息不被破坏。

作为一种新型的激光探测雷达, 布里渊激光雷达可以用于海水参数的监测。针对现有的布里渊激光雷达反演模型存在反演精度和参数范围较小的缺点, 将频移和线宽作为自变量, 采用最小二乘法对温度与盐度进行了拟合, 提出了新的温度与盐度的反演模型。该模型提高了海水温度和盐度的反演精度与范围, 并从灵敏度、误差、不确定度三个方面对反演模型进行了分析。结果表明, 利用布里渊频移和线宽可以实现海洋温度和盐度的同步监测。在温度反演模型中, 布里渊线宽对温度的影响要大于频移对温度的影响, 新的模型温度反演范围从15 ℃≤T≤30 ℃扩大为10 ℃≤T≤30 ℃, 最大误差为0.17 ℃, 平均误差为0.07 ℃, 平均相对误差为0.27%, 比现有模型的精度提高了63.16%; 在盐度反演模型中, 布里渊频移对盐度的影响要大于线宽对盐度的影响, 该模型的反演范围也从30‰≤S≤35‰扩大为15‰≤S≤35‰, 最大误差为0.20‰, 平均误差为0.09‰, 平均相对误差为0.29%, 比现有模型的精度提高了77.50%。研究结果对布里渊激光雷达探测海水温度和盐度具有指导意义。

亲脂性偶氮染料苏丹红Ⅲ(Sudan Red Ⅲ)分子因染色后可使食品鲜艳、 不褪色, 常被放入食品添加剂中, 食用后对人体的肝肾器官有明显的毒性作用, 严重影响人类身体健康。 苏丹红分子的毒性与其分子几何和电子结构密切相关, 对其结构、 电子激发等研究具有重要的指导意义。 采用密度泛函理论(DFT)方法结合def2-TZVP基组对苏丹红Ⅲ分子结构、 红外与拉曼光谱和紫外光谱进行系统研究, 结果表明PBE0和B3LYP杂化泛函方法计算的红外和拉曼光谱与实验值吻合; 采用含时的B3LYP杂化泛函计算得到的苏丹红Ⅲ分子的紫外-可见吸收峰为228、 353和490 nm, 与实验符合较好, 它们是基态电子向第2激发态、 第6激发态、 第30激发态跃迁所致。 采用空穴—电子分析法考察电子激发可知, S0→S2激发类型是氧、 氮原子到萘环和苯环上的n—π*电荷转移激发, 同时伴随着萘环、 苯环环内间的π—π*局域激发。 S0→S6激发类型是氮、 氧原子到萘环, 氮原子到苯环上的n—π*和萘环环内间π—π*电荷转移激发的叠加。 S0→S2和S0→S6激发类型属于电荷转移激发为主的混合激发。 S0→S30激发类型属于萘环环内的π—π*局域激发, 同时也伴随着氧、 氮原子到萘环上的n—π*和苯环到萘环上的π—π*电荷转移激发, S0→S30激发类型是以局域激发为主。 通过分子片段对空穴、 电子的贡献热图分析, 进一步证实了上述电子激发转移过程。 系统研究苏丹红Ⅲ分子的光谱及电子激发, 为实验检测食品苏丹红Ⅲ分子提供理论参考。

设计完成了一款具有特定结构的光阑, 光阑孔径深度设计为15mm, 光阑孔径张角设计为左右张角各为10°, 上方张角设计为6.5°, 下方张角设计为3°, 光阑安装在一级反射镜后, 光阑中心线与对应主光线重合, 同时采用双光电传感器与多温度传感器作为信号探测器接收信号幅值。通过特定孔径深度、张角等结构设计的光阑使得边界内、外幅值区分明显且幅值成正态分布, 结合传感器的使用将光照强度及像源面温度以数值显示, 便于检测标定。这检测设计光阑体积小、检测效果明显、成本低, 通过光阑与传感器的逻辑配合使用, 可以用于车载抬头显示器阳光倒灌的检测, 对车载抬头显示器行业起到一定借鉴作用。

光电设备设计要求结构紧凑、体积小、质量轻、工作精度高、响应速度快、可靠性高。传统的电机选型会留有较多余量, 导致伺服驱动电机的尺寸过大, 进而导致整个系统的尺寸和质量增大。因此在对电机的选型时应充分考虑其搭载的平台。分析了在海洋环境下某光电设备伺服控制电机克服外界环境时需要考虑各项因素, 如在复杂海况环境下载体摇摆, 参考电机机械性能指标, 选取合适电机, 并通过摇摆试验和实际使用验证了该电机选择的合理性。

光的自旋轨道耦合现象在微纳尺度的光与物质相互作用中几乎无处不在。偶极辐射等非傍轴光在空间传播中具有自发自旋轨道耦合，当光遇到各向异性结构、磁性结构、手性结构，以及具有波长尺度空间不均匀的结构时，自旋轨道耦合现象也时常发生。对光的自旋深入研究不仅有利于新光学现象的发掘，还为微纳光场操纵提供了新途径。近些年来，基于几何相位的超构表面在新型自旋光控制中展示出了很多重要应用，实现了多维度、多波长的激光自旋控制，产生了纠缠光子、自旋依赖的偏振热光源等，也发展了一些基于光自旋的超灵敏测量手段。相比而言，光与无序微纳结构相互作用的研究则较少。无序结构内在的随机性使得该体系的自旋轨道耦合变得复杂，光场的表征需要考虑统计特性，为测量、分析带来了一定挑战。此外，随机系统的光子自旋霍尔效应机理还没有完全清楚，随机几何相位涨落或者涡旋都能使光产生自旋霍尔效应，但是两者有很大的物理差异。因此，光子自旋霍尔效应与无序几何相位之间的规律还有待深入探索。首先介绍光的自旋概念、不同体系下的基本自旋轨道耦合现象，然后分析以超构表面为平台研究的二维随机体系对光自旋轨道耦合与光子自旋霍尔效应的影响，包括各向异性无序、磁光涨落、涡旋、随机偶极子辐射等产生的光自旋分离现象。这些研究和分析有利于将来用光自旋霍尔信号作为新的探测和控制手段，研究相互作用体系的相变与演化。