随着现代社会对数据存储容量和信息处理速度要求的不断提高, 更加小型化、集成化的平面光学器件受到了广泛的关注。作为一种典型的可以进行几何相位调制的液晶器件, 液晶偏振光栅具有衍射效率高、偏转角度大、响应时间短等优势, 已经展现出了非常大的应用潜力。然而, 目前液晶偏振光栅在设计制备过程中还存在许多与电光性能相关的问题, 限制其走向实际应用。实现液晶偏振光栅衍射特性的调控需要满足一些先决条件。本文通过选取合适液晶偏振光栅的弹性连续体模型, 主要研究改变液晶材料的物性参数如弹性常数、介电常数等在强、弱两种锚定条件下对临界盒厚和阈值电压的影响。并给出了针对不同应用要求的液晶偏振光栅的制备过程中, 关于液晶材料物性参数选择的理论参考依据。

我国大科学工程项目LAMOST巡天计划每观测夜能获取多达数万条天体光谱数据, 天文学家通过对天体光谱的分析观察可以获取有效的天文信息用于天文学或天体物理学的研究。 而针对海量数据, 寻找自动方法分析天体光谱并进行天体各种物理参数的测量就具有重要研究意义和价值。 这一课题也吸引了许多学者进行研究, 但目前所尝试的算法和相应结果仍然需要进一步改进, 针对这一需求深入研究了核岭回归(KRR)方法在恒星大气物理参数(包括有效温度、 表面重力和金属丰度)自动测量方面的应用, 特别是在我国大科学工程项目LAMOST所释放光谱数据上的应用。 核岭回归是岭回归算法的进一步发展, 而岭回归是最小二乘方法的一种变形, 其具有解决高维多重共线性问题的能力。 所以KRR方法适合于处理高维的天体光谱信息, 从LAMOST的第五期释放数据中随机选择了2万条被识别为恒星的光谱数据用于实验测试, 该数据既包含低信噪比数据, 也包含高信噪比数据(g, r, i波段平均信噪比最低至6.7, 最高到793)。 首先, 本文对光谱进行预处理, 包括三个步骤: (1)利用小波变换对光谱数据进行去噪处理; (2)因为LAMOST采用的是后期修正的流量定标设计, 所以还通过流量归一化来避免部分光谱流量值不准确的问题; (3)由于每条光谱维数高达数千维, 利用主成分分析方法(PCA)对光谱进行了降维。 然后, 利用KRR方法建立了光谱数据和标准化后的三大参数值之间的回归模型。 最后, 通过设计进行不同的组合实验对KRR算法模型进行了测试分析, 并与经典算法支持向量回归(SVR)进行了对比。 综合所有实验结果显示KRR方法对应的有效温度、 表面重力和金属丰度的测试平均绝对误差分别为82.989 7 K, 0.185 8 dex和0.121 1 dex, 优于SVR的144.230 8 K, 0.188 6 dex和0.124 6 dex。 特别是KRR在温度测试结果上有较大优势, 由此表明KRR方法能够有效地应用于天体光谱特别是恒星光谱参数的自动测量处理中。

岩石物性参数、 元素含量和光谱特征三者之间的相互关系并非独立存在, 研究三者之间的相互关系, 对于探索通过遥感信息进行岩石矿物成分、 物性参数的定量反演方法奠定基础。 采集了兴城地区590块岩样本, 分析其物性参数（密度、 介电常数、 电阻率、 磁化率）、 金属成分含量（Fe, Ti, V, Mn, Zr, Co, Zn, Nb, Bi, Pb）以及岩石光谱之间的关系。 将各物化参数与原始光谱、 光谱吸收深度、 光谱小波包分解后的高低频做相关性分析, 找出各物化参数影响光谱吸收和反射的特征波段, 探究关系密切的参数。 该研究为岩石岩性分类、 某种金属元素和物理特性的反演以及用某种参数来预测关系密切的参数奠定了基础, 取得如下结论: （1）获得了火成岩中Fe, Ti, Mn, V, Zn, Bi和Pb等元素的特征谱带, 其中Fe元素含量更高, 与光谱的相关性更显著。 在04和054 μm波段附近存在Fe的特征反射波段, 10~15 μm波段范围内存在Fe元素的特征吸收波段; 在04~055和06~065 μm波段范围内, Ti元素与光谱的相关性更显著, 在228 μm波段附近存在Ti的特征吸收波段; 在041 μm波段附近存在Mn的特征反射波段; 火成岩、 沉积岩V元素与光谱相关性差异性较大, 在076, 081, 089, 095 μm波段附近可能存在火成岩的特征吸收波段和沉积岩的特征反射波段; 沉积岩的Zn元素含量与光谱的相关性比火成岩要显著, 在041, 136, 159 μm波段附近可能存在火成岩Zn的特征反射波段, 在234 μm波段附近可能存在沉积岩Zn的特征波段; 214 μm波段附近, Bi元素对沉积岩光谱的吸收有一定的作用; Pb的特征谱带可能存在于045, 054, 229 μm附近; （2）在岩石各物理特性和光谱的关系研究中, 在057~085 μm波段范围内, 密度对光谱有很好的吸收反射特征, 在053 μm波段附近, 磁化率使光谱有较强的反射, 在108 μm波段附近, 磁化率使光谱产生较强的吸收; 电阻率和光谱的相关关系与密度和光谱的相关关系极为相似; （3）在岩石各物性参数间的关系中发现, 密度和电阻率呈显著正相关的关系; （4）在岩石各物性参数与金属元素的关系中研究发现, 密度与各金属元素相关性较弱; 磁化率与Fe和Ti元素呈显著的正相关关系; 电阻率与各金属元素间的相关关系较弱; 介电常数与各金属元素含量呈正相关关系, 其中与V, Zn, Bi元素的相关关系最显著; （5）在金属元素间, Fe与Ti有较显著的正相关关系, Ti与Fe, V元素间有较强的正相关关系, Zn和Pb存在较强的正相关。

针对光纤Bragg光栅（FBG）温度传感器的溯源性标定问题,研发了一套光纤温度传感仪表智能检测平台,对FBG传感器进行在线校准。检测平台同步分析传感器标定过程中波长变化量及量值转换后物理参量变化量,并利用最小二乘法拟合得出传感器静态标定指标。通过对标定过程中不确定度的分析,将标定结果溯源到国家基准。实验结果表明,通过光纤温度传感仪表智能检测平台标定得到的FBG温度传感器的灵敏度为9.824×10-3nm/℃,线性度为99.91%,校准装置的测量不确定度为0.1℃。

针对316L不锈钢金属粉末选择性激光熔化过程,利用ABAQUS有限元软件,考虑了材料热物性参数随温度变化特性和相变潜热的影响,实现了激光高斯热源的移动加载,建立了三维瞬态温度场模型。研究了相同扫描参数下,扫描道与扫描道之间温度的影响和不同搭接率情况下温度影响的变化。模拟结果表明,由于热积累效应,随着扫描道的增加,各扫描道中心点最高温度有小幅度的上升;当前扫描道会对后续扫描道有一定的预热作用,对前一扫描道又会有重新加热的作用,扫描道之间会有一定的相互影响;不同的搭接率形成的温度场差异很大。

针对SLM产品加工时的实际情况, 利用ABAQUS有限元平台, 建立了激光融化316L不锈钢粉末三维瞬态非线性温度场的模型。通过子程序编写实现了材料的热物性参数随温度和状态变化而变化——即材料由粉末转变为实体时热物性参数发生改变, 模型考虑了相变时潜热的影响, 实现了高斯热源的加载以及边界条件的设置等。在相同加工参数条件下建立了模型中全部为粉末、含无预热实体的粉末、含预热实体的粉末三种模型, 对应于实际加工中的不同情况, 结果表明它们温度场传热形态具有很大的差异, 形成SLM成型过程中不同的温度场。

随着斯隆数字巡天项目(SDSS)、 欧空局GAIA和我国大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)等项目的相继实施, 拥有的恒星光谱数据量急速增加, 由此导致基于光谱的恒星大气物理参数自动测量方法的研究成为天文光谱分析的重要课题之一<参考文献原文>。探讨了恒星光谱特征提取的方法(Haar+lasso), 其基本思想是首先使用Haar小波包对原始光谱进行多尺度分解, 去除高频系数, 选取低频系数作为光谱信息的描述; 再采用lasso算法提取最优的特征; 最后将最优特征输入非参数回归模型中对恒星大气参数进行自动测量。Haar小波可以较好地去除原始光谱信号中的高频噪声, 对全频谱数据进行降维。lasso算法可以进一步剔除数据冗余, 提取与物理参数相关度较强的特征。Haar+lasso方法提高了物理参数自动测量的准确性和运行效率。我们采用本文方案对SLOAN发布的40 000个恒星子样本的物理参数进行测量, 三个物理参数的平均绝对误差为: log Teff: 0.007 1 dex, log g: 0.225 2 dex和［Fe/H］: 0.199 6 dex。同现有相关文献的实验结果相比, 该方案可以获得更准确的物理参数。

恒星大气物理参数(有效温度、 表面重力、 化学丰度)的自动测量是天体光谱数据自动处理中的一项重要内容。 由于光谱数据的高维性的特点, 处理运算量非常大, 对于光谱的实时分析及处理会造成延误。 文章提出了一种基于Lick线指数, 利用核偏最小二乘回归(KPLSR) 对恒星大气物理参数进行测量的方法。 可以有效地减少运算量并可达到理想的准确率。 首先计算Kurucz合成光谱的Lick线指数, 利用核偏最小二乘回归方法建立Lick线指数与大气物理参数之间的核回归模型, 并利用DR8实测光谱数据对得到的模型进行测试, 将测试的结果与SEGUE SSPP提供的大气物理参数进行了对比, 取得了比较好的效果。 此外, 为了检验噪声对参数测量的影响, 本文还对Kurucz光谱分别加了信噪比为10, 20, 30, 40, 50, 70, 90, 120的高斯白噪声, 对得到的不同信噪比的Kurucz数据进行了测试, 实验结果表明, 核回归模型对噪声比较敏感, 光谱数据的信噪比越高, 其大气物理参数的预测精度越高。 提出的基于线指数建立核偏最小二乘回归模型的方法运算量小, 训练速度快, 适合用于恒星大气物理参数的测量。

在光纤通信网络中, 以微环为代表的光学滤波器是实现在波长频段选择功能的重要器件。测量该器件的物理参数不仅是实际应用的需求更有利于设计更加复杂的滤波器结构。本文基于低相干干涉测量技术, 给出一种通用数学方法, 可获得复杂结构微环滤波器的物理参数。该方法引入数字滤波器概念以及 Z变换分析法来对光学滤波器进行建模, 并用简洁的线性方程组将干涉图中峰值以及传输函数的系数关联起来。对于一个给定的滤波器结构, 根据传输函数与物理参数的内在关联, 物理参数就能被准确地计算出来, 从而为器件的激光修正提供关键参数。实验结果表明, 该方法实现了低成本并且准确可行。