太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)广泛应用于材料、 生物医学、 化学、 药学、 安检等诸多领域。 传统扫描式THz-TDS技术需要通过改变探测光延时逐点扫描并重构时域信号, 仅适合于具有较高重复频率且稳定的太赫兹辐射源情形下的样品探测。 在低重复频率或涨落较大的太赫兹辐射源情形下和不可逆过程中样品的探测, 扫描式THz-TDS不再适用, 需要使用单发THz-TDS技术, 单发THz-TDS技术原则上仅需要一个激光脉冲就可以获取一个完整的太赫兹时域脉冲波形。 介绍几种主要的单发THz-TDS探测技术, 这些技术都利用了电光晶体的泡克尔斯效应, 通过测量探测光的某个物理量的变化来提取太赫兹信号。 根据探测方法不同可分为光谱编码、 空间编码和互相关等技术。 在光谱编码技术中, 探测光不同频率成分在时间上发生分离, 不同时间成分分别被太赫兹脉冲不同时刻电场调制, 通过测量探测光各个频率被太赫兹脉冲调制前后的光谱的变化提取太赫兹脉冲波形。 该方法光路简单, 测量结果直观, 有较高的信噪比, 但其时间分辨率较低, 且被测太赫兹信号容易产生失真。 为提高被测信号的时间分辨率, 有人提出了空间编码技术, 即不同位置探测光分别被太赫兹脉冲不同时刻电场调制, 通过测量探测光各个位置太赫兹脉冲调制前后的光强变化提取太赫兹脉冲波形。 根据不同空间展开方法可分为一维空间编码技术和二维空间编码技术。 空间编码技术中虽然有较高的时间分辨率, 但由于探测光在空间展开能量分散使得其信噪比相对较低。 此外, 还有一种较高时间分辨率的技术即互相关技术, 可分为共线互相关和非共线互相关技术。 在非共线互相关技术中, 被太赫兹脉冲调制的激光啁啾脉冲与短脉冲互相关作用产生二次谐波, 通过太赫兹脉冲调制前后二次谐波空间分布变化来提取太赫兹信号; 在共线互相关技术中被太赫兹脉冲调制的啁啾脉冲与短脉冲共线入射到光谱仪, 通过干涉条纹提取太赫兹信号, 该技术提高了时间分辨率和信噪比, 但光路布置复杂, 不能进行实时监测。 回顾了这几种单发THz-TDS探测技术的发展历程, 综述探测技术的原理、 实验方案和测量结果, 并讨论了这些探测技术的优势和不足。

设计了一组长焦距轻量型变焦光学系统, 焦距为30 mm ~ 300 mm, 视场角为1.1°~ 11.4°, F数为3.5。由于变焦系统焦距较长, 并且需要在控制口径的前提下减轻质量, 经过对变焦理论进行分析并结合实际情况, 采用正组补偿, 运用Zemax软件, 对变焦系统同时进行像质优化与轻量化设计, 优化过程中加入非球面, 达到简化结构, 提高像质的作用; 在不影响像面照度的情况下, 对轴外光线进行了适当的拦光, 使得有效口径尽量变小, 同时对系统的部分透镜材料进行替换, 平衡了高像质与轻质量间的矛盾, 最终使系统的总体质量从937 g减小到584 g, 且系统像质良好, 轴上调制传递函数在120 lp/mm处大于0.3, 轴外调制传递函数在120 lp/mm处大于0.2, 各视场的调制传递函数在40 lp/mm处大于0.5, 畸变小于1%。根据变焦运动方程, 运用Matlab软件进行编程计算, 得到反映变倍组与补偿组运动过程的凸轮曲线, 在变焦的过程中像面比较稳定, 调焦顺畅。

在一些环境比较恶劣的情况下,需要密封使用的变倍望远镜,经常会将转像及变焦集成到目镜上,这样更有利于整体进行密封设计。因此设计了一种在可见光波段具有实像面转像变焦目镜的方案。通过对目镜初始结构的分析,高斯光学的计算,运用Zemax软件对选定结构进行优化设计,得到三组元4倍变焦目镜。目镜在变焦时入瞳的位置保持不变,出瞳位置的变化在3 mm之内。传递函数曲线、畸变和倍率色差均符合目视光学系统的设计要求。根据动态光学理论,用Matlab软件设计了凸轮曲线,使得变焦的过程中像面比较稳定,调焦平滑。虽然目镜结构略显复杂,但光学镜片均采用球面,降低了整体目镜的成本,而且便于加工装配。

波前像差可以很好地反映光学系统的性能,波前检测结果通常用一组Zernike多项式线性组合表示。透射式光学系统波前需要在特定波长下检测,由于检测仪器的限制,目前只有少数波长的波前可以得到准确检测。提出一种新的思路,通过分析透射波前Zernike系数与波长的函数关系,间接反映波前随波长的变化规律,从而实现任意波长波前的检测。利用Zemax对光学系统建模,采集光学系统在不同波长时的波前Zernike系数,通过Matlab曲线拟合工具寻找Zernike系数与波长曲线可能存在的函数形式,并最终确定了Conrady-Zernike公式。模拟的光学系统使用这种解析式计算所得Zernike系数的最大误差在1%以内。结果表明透射式光学系统的波前Zernike系数与波长之间基本符合Conrady-Zernike公式的关系。

为了解决太阳光经传统菲涅尔聚光镜聚光后太阳能电池接收面上的光强分布不均匀问题，设计了一种环带式菲涅尔聚光镜。根据菲涅尔环带设计方法，把接收面划分为与之对应的环带，使光线在经过菲涅尔聚光镜的表面环带后进入相应的接受面环带，减少了光能损失并提高了光强分布均匀性。给出了在350 nm ~760 nm波段范围内太阳张角角度为0.54°、口径200 mm、高宽比为0.65、聚光比为400的菲涅尔聚光系统设计实例，通过Tracepro模拟并分析了菲涅尔聚光镜的光学能力。结果表明：在接收面尺寸相同的情况下与参数相同的的传统匀光菲涅尔聚光镜相比，此环带菲涅尔透镜光斑能量分布均匀性达到75%。

设计了在相同光学引擎、相同屏幕位置下, 能满足不同屏幕尺寸需要的变焦投影物镜。该变焦投影物镜的焦距变化范围为22 mm~37 mm, 视场角为46°~75°, F数为2.8。考虑设计的光学系统要求相对孔径较大, 具有大视场角和小变焦倍比, 根据变焦理论, 采用正组补偿的机械补偿法, 并对变倍组、补偿组进行合理的倍率选段, 求出高斯解; 然后对各组元分别选用合理的初始结构, 利用Zemax光学设计软件进行优化设计, 适当添加非球面。采用二、四组元运动的机械补偿法解决了大视场变焦系统畸变难以控制的问题, 并利用调制传递函数综合评价了整个光学系统。设计结果表明: 该变焦投影物镜系统的光学结构和成像质量均符合设计指标要求, 在空间频率64 Lp·mm-1处调制传递函数(MTF)值均大于0.3, 畸变小于1%。

为了实现半导体激光器快轴准直柱透镜加工公差的快速、准确制定，在快轴光束准直理论分析的基础上，采用几何光学的方法建立了多参数加工公差理论模型。该模型以各个结构参数的极限偏差值作为公差初始值，以实际的加工精度作为边界条件，并根据具体的准直设计要求进行优化，实现各个参数公差的合理、快速分配。针对常见的TO-MOUNT型号中的一款快轴发散角为36°的半导体激光器设计了快轴准直柱透镜，利用该理论模型实现快轴准直柱透镜加工公差的快速制定，引入该公差后的ZEMAX仿真结果符合准直设计要求，且仿真的出射光束发散角与理论计算结果仅有1.1%的误差。

采用红外光谱、热重分析、紫外光谱和荧光光谱对侧链含查尔酮基团的聚(4-甲基丙烯酰氧基-4′-二甲氨基查尔酮)(PMADMAC)和聚(4-丙烯酰氧基查尔酮)(PAC)的光交联特性进行了研究。随着光照时间的增加, PMADMAC和PAC聚合物光致环加成反应迅速进行, 波长短的紫外线更易使得聚合物发生［2+2］环加成反应。与溶液状态相比, 固体薄膜状态下的光交联反应速率较慢。PMADMAC聚合物更容易发生光致环加成反应, 其光交联速率要比PAC聚合物快, 环加成反应也更彻底。采用荧光光谱研究了聚合物的发光特性, 发现PAC聚合物无荧光, 而PMADMAC聚合物具有溶剂极性敏感的荧光特性。在PMADMAC聚合物的稀溶液中, 随着365 nm紫外光照时间的增加, 荧光强度迅速降低, 其荧光特征波长在紫外光照射后发生蓝移。 PMADMAC和PAC聚合物的热稳定性较好, 光交联后形成热不稳定的环丁烷结构, 其热稳定性有所降低。

设计一种可用于监控系统的大口径百万像素变焦距光学成像镜头，采用0.85 cm(1/3英寸)CCD接收，像元大小为3.75 μm。镜头在短焦、中焦、长焦的位置时F数分别为1.6、2.1和2.4。变焦系统采用四组元组合形式，与传统的变焦系统相比，该系统采用第4组元作为补偿组。通过高斯法分析与求解得到初始结构，使用Zemax软件对其优化，系统均采用球面透镜进行设计。镜头轴上视场在133 lp/mm处大于0.3，轴外0.7视场在133 lp/mm处大于0.2，系统的最小后截距大于9 mm，满足装配要求。最后采用多点拟合绘制出此系统的变焦凸轮曲线。

以4-氟苯甲酸(4-FBA)、4-氯苯甲酸(4-ClBA)为配体制备了具有良好热稳定性的稀土配合物Tb(4-FBA)3·2H2O和Tb(4-ClBA)3·2H2O, 与前期工作中合成的Tb(4-BrBA)3的紫外及荧光光谱进行了分析比较。紫外-可见光吸收光谱表明, 相同浓度下, 3种配合物的紫外吸收能力以Tb(4-FBA)3·2H2O、 Tb(4-ClBA)3·2H2O、Tb(4-BrBA)3顺序依次增大。液体荧光光谱表明, Tb(4-ClBA)3·2H2O的荧光发射强度最强。从配体的能级、配合物的紫外吸收能力及能量传递过程中的热振动损耗等方面对实验结果进行了讨论分析。热重分析表明, Tb(4-FBA)3·2H2O和Tb(4-ClBA)3·2H2O在450 ℃出现快速分解。将2种配合物放置于马弗炉中350 ℃加热1 h后, 发现Tb(4-FBA)3·2H2O的荧光发射强度降低了24%, Tb(4-ClBA)3·2H2O荧光发射强度仅降低了13%左右, 表明2种配合物高温条件下分子结构保持稳定, 加热后2种配合物的红外光谱也表明2种配合物在高温条件下未发生分解。