该文从理论上仿真了切割方向为165°Y，传播方向为75°Y的LiNbO3晶体(简称165Y LN)的表面波声光调制器的场分布及其重叠积分、驱动功率随波导厚度变化的关系，并与其他切割方向的仿真结果进行了比较。该方向位于材料退耦面内，且在该面具有最大的机电耦合系数，是潜在的高性能切割方向。测试表明，165Y LN的TE模和TM模在低频区均有较低的驱动功率和较大的重叠积分带宽，可被用于制作具有高性能且对偏振不敏感的表面波声光器件。

提出了一种基于深度学习的红外与可见光决策级融合检测方法。首先, 提出了一种介于深度学习模型之间的参数传递模型, 进而从基于深度学习的可见光物体检测模型上抽取了用于红外物体检测的预训练模型, 并在课题组实地采集的红外数据集上进行fine-tuning, 从而得到基于深度学习的红外物体检测模型。在此基础上, 提出了一种基于深度学习的红外与可见光决策级融合检测模型, 并对模型设计、图像配准、决策级融合过程进行了详细地阐述。最后, 进行了白天和傍晚条件下基于深度学习的单波段检测实验和双波段融合检测实验。定性分析上, 由于波段之间的信息互补性, 相比于单波段物体检测, 双波段融合物体检测在检测结果上具有更高的置信度和更精确的物体框; 定量分析上, 白天时, 双波段融合检测的mAP为86.0%, 相比于红外检测和可见光检测分别提高了9.9%和5.3%; 傍晚时, 双波段融合检测的mAP为89.4%, 相比于红外检测和可见光检测分别提高了3.1%和14.4%。实验结果表明: 基于深度学习的双波段融合检测方法相比于单波段检测方法具有更好的检测性能和更强的鲁棒性, 同时也验证了所提出方法的有效性。

用泵浦探针法实验研究了红外激光辐照二氧化钒薄膜的相变特性.首先利用氧源-分子束外延法制备了薄膜厚度分别为20 nm、40 nm、60 nm的三组VO2单晶外延薄膜, 并且以10.6 μm的CO2连续激光作为泵浦光, 分别以1 064 nm和3 459 nm的纳秒脉冲激光作为探针光, 对这三组薄膜分别进行了辐照实验.实验发现三组薄膜相变后对1 064 nm探针光的透过率降低量平均值分别为5.26%、6.2%、8.92%, 反射率降低量分别为3.09%、6.56%、4.93%; 对3 459 nm探针光透过率降低量平均值分别为28.4%、47.78%、55.13%, 反射率升高量平均值分别为6.65%、17.87%、7.49%.结果表明: 利用分子束外延法制备的纳米级VO2薄膜相变前后对入射激光为镜面反射; 薄膜对3 459 nm探针光的相变特性比对1 064 nm探针光相变特性显著; 薄膜厚度的增加会降低相变前透过率, 但是对相变后透过率降低更为明显; 薄膜对10.6 μm CO2连续激光相变前后始终保持几乎不透.研究结果可为薄膜的应用提供参考.

为了探究VO2薄膜受激光辐照的温度场分布, 以及1 064 nm激光直接辐照100 s内至相变的激光功率密度阈值, 并比较近红外和中红外波段透过率调制特性差异。首先基于COMSOL建立了薄膜受激光辐照的模型并进行了温度场仿真, 然后分别测试了薄膜正反面被不同功率密度的1 064 nm激光辐照100 s内激光透过率随时间响应特性。实验中的VO2薄膜利用分子束外延法在Al2O3基底上制备得到。仿真结果表明, 激光功率密度为25 W瘙
簚mm-2时,50 nm厚薄膜在被辐照1 ms时间内即达到相变温度。经激光辐照实验发现: 50 nm厚的VO2薄膜正反面受1 064 nm激光直接辐照100 s内至相变的功率密度阈值分别为4.1 W瘙
簚mm-2和5.39 W瘙
簚mm-2。30 nm厚VO2薄膜对1 064 nmn激光的透过率调制深度约为13%, 对3 459 nm激光透过率调制深度约62%, 说明VO2薄膜对近红外透过率调制特性不明显。

为了探究在脉冲激光辐照VO2薄膜过程中, 影响薄膜相变响应时间的因素, 基于COMSOL对辐照过程进行仿真计算.建立辐照VO2薄膜的物理模型, 并设置模型的边界条件, 利用红外脉冲激光辐照三组通过分子束外延法制备的VO2薄膜, 间接得到了薄膜平均吸收率, 并将吸收率实验数据带入计算模型中.在仿真计算中, 考虑了激光的功率密度.薄膜基底厚度和薄膜初始温度等因素对仿真结果的影响.实验结果表明：增大激光功率密度和初始温度.减小基底厚度均可缩短薄膜辐照中心相变时间, 并且相变时间和激光功率密度呈指数衰减趋势.5 000 W/mm2的激光辐照基底厚度分别为0.15 mm、0.3 mm、0.5 mm的三组VO2薄膜, 达到相变的时间分别为157 ns、250 ns、455 ns, 相变时间随薄膜初始温度升高线性减小.在入射激光功率不明确时, 可以通过给VO2薄膜施加一个接近相变点的偏置温度,适当控制薄膜基底厚度等来缩短相变时间, 这对VO2薄膜防护激光干扰中相变响应时间的相关研究具有一定的借鉴意义.

为了给VO2薄膜在定向红外对抗系统防护方面的应用提供理论依据, 我们用透过率调制深度表征VO2薄膜在中红外波段的相变特性。本实验利用分子束外延法(MBE)制备VO2外延单晶薄膜, 经XRD、AFM表征, 发现其具有(020)择优取向、纯度较高, 薄膜表面平整、均匀且致密。经VU-Vis-IR测量发现其近红外透过率相变特性显著, 但在紫外和可见光范围内透过率相变特性较不明显。然后我们对制备时间为30 min、40 min的两组薄膜分别进行25~70 ℃的升温和降温实验, 观察其对波长为3 459 nm、脉宽50 ns、重频50 kHz、功率密度0.14 W/cm2的中红外激光的透过率变化, 并比较两组薄膜的温滞曲线特性。实验发现它们对中红外透过率的调制深度均可达60%以上, 前者比后者对中红外的调制深度高出约4%。这说明利用分子束外延法制备的VO2单晶薄膜具有良好的中红外调制特性, 且调制深度和膜厚有关。进一步表明了利用VO2薄膜实现中红外激光防护具有一定的可行性。

为研究纳秒激光作用下的VO2薄膜的相变特性, 采用泵浦-探测技术进行实验。首先, 利用直流磁控溅射法制备VO2薄膜, 经X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析表明样品质量较高。然后, 测量VO2薄膜在波长532 nm处的透过率随温度的变化情况, 发现透过率随温度升高由32%上升到37%, 与红外波段完全相反。在此基础上, 选择1 064 nm泵浦光和532 nm探测光研究激光参数中能量密度和重频对VO2薄膜相变特性的影响, 同时结合ANSYS有限元软件对纳秒激光作用下VO2薄膜的单脉冲温升情况进行分析。结果表明: VO2薄膜在大于30 mJ/cm2的纳秒激光能量密度作用下, 单脉冲温升可达相变温度, 最小相变响应时间在14 ns左右。进一步提高纳秒激光能量密度, 其相变响应时间略有增加但变化不大。在100 Hz以内改变纳秒激光重频对VO2薄膜的相变响应基本无影响。VO2薄膜的相变恢复时间随着纳秒激光能量密度的增大而呈自然指数增加, 其变化过程与基底材料和纳秒激光参数密切相关。因此, 可以通过优化VO2薄膜基底材料参数提高其激光防护效果。

为实现对 VO2薄膜光学常数的测量，本文在全光谱拟合法的基础上，首先利用导纳矩阵法推导出透射率 T与薄膜厚度 d、折射率 n以及消光系数 k的函数关系，然后利用单纯形法得到其优化函数。最后采用 Matlab编程方法对低温态、高温态 VO2薄膜的红外透射率进行了全光谱拟合，得到折射率和消光系数等 VO2薄膜光学常数的拟合曲线。结果表明：拟合曲线与已有研究结果及实测曲线基本吻合。采用全光谱拟合方法得到的光学常数能较准确的对 VO2薄膜进行描述，为最佳膜厚设计提供了依据。此外，为更简便地描述 VO2薄膜的光学常数，本文还引入了 Cauchy色散模型方程，对全光谱拟合方法得到的中远红外波段(2.5～15 μm)的光学常数结果进行了拟合。

VO2是一种相变温度为 68℃接近室温的热致相变材料,具有十分广泛的潜在应用价值,自从被发现以来针对它的研究就从未停止。如何使用恰当的制备方法简单、快速的制备性能良好的 VO2薄膜一直是研究的热点之一。目前, VO2薄膜常见的制备方法主要有蒸发法、溶胶 -凝胶法、脉冲激光沉积工艺、分子束外延法及磁控溅射法等。本文详细介绍了每种方法的相应制备原理与国内外研究现状,并用表格的方式简洁明了地对比出每种方法的优势与不足,为不同条件下 VO2薄膜的制备方法的选择提供了参考。同时,本文也对未来研究方向做出展望,对今后 VO2薄膜的制备与应用研究有重要的借鉴意义。