激光检测系统分为激光发射、激光接收和回波信号处理三大部分。激光发射模块采用传统激光测距仪, 激光接收模块釆用激光接收管, 信号处理模块釆用FPGA编程实现, 采用高精度延时模块实现对激光距离的模拟。主要完成了采样数据的缓存和处理以及整个电路的时钟控制、逻辑控制和时序控制。采用激光回波模拟系统, 可以模拟激光在大气回波的传输过程, 提供远距离的虚拟目标, 实现对大测程指标的检测。以Spartan-6系列FPGA为设计平台, 高速的时钟电路使用300 M内部倍频电路, 实现回波延时精度达到3 ns左右, 使系统具有快速性, 而且实时性能好, 同时FPGA具有并行处理的特点。

随着光信息处理技术的发展, 基于光纤模式色散的光信息处理技术也开始得到了关注, 但是如何准确地激励出满足条件的模式一直限制着其应用。对于渐变多模光纤的模式激励已经有解析解, 阶跃多模光纤的模式激励没有解析解, 然而基于模式色散的光信息处理需要采用阶跃光纤来引入较大的模式色散。文中用Matlab数值仿真讨论阶跃光纤的模式激励。仿真结果表明, 改变高斯光束的入射条件, 例如偏移光束、倾斜光束、改变光束束腰半径, 均能得到不同的激励模式。最后, 通过实验验证了倾斜光束时的模式激励和模间色散的情况。

采用结合双温模型的分子动力学方法, 研究了典型脉宽飞秒脉冲激光与镍钛二元形状记忆合金相互作用时能量密度对靶材烧蚀深度的影响。模拟了脉宽为100 fs, 能量密度为0~125 mJ/cm2的单脉冲激光辐照90 nm厚镍钛合金薄膜的过程。模拟结果表明, 飞秒单脉冲激光烧蚀镍钛二元形状记忆合金会产生两种不同的烧蚀相。能量密度较低时, 烧蚀结果呈现弱烧蚀相, 烧蚀深度较低, 并且与光学穿透深度相关; 能量密度较高时, 烧蚀结果呈现强烧蚀相, 烧蚀深度大幅度增大。采用“拼花法”对高斯飞秒脉冲激光辐照镍钛靶材的形貌进行预测, 发现使用能量密度为阈值附近的飞秒激光辐照靶材时, 能够获得底部较为平坦的烧蚀弹坑。

微型干涉仪在许多微传感领域有很高的应用价值。基于空芯光纤的全光纤Mach-Zehnder干涉仪成为了近些年研究的热点。研究了全光纤MZ干涉仪的传光原理及干涉机制。在参考前人对空芯光纤干涉仪研究的基础上, 提出了一种基于空芯光纤的新型MZ干涉仪。搭建实验环境对该结构的MZ干涉仪的传输谱进行了验证。实验得出, 当波长为1 550 nm, 传感臂长度为50 μm时, 自由波谱范围大约为140 nm。利用BPM法对该新型MZ干涉仪进行了仿真, 仿真结果符合理论预期。同时对激发出的高阶模式进行了仿真探讨, 并且得到辐射模的传输特性。

对于白光照明而言, 显色指数(CRI)和暗视觉下光通量与明视觉下光通量的比值(S/P)是衡量白光光源质量的两个重要参数。CRI反映的是待测光源下物体色彩还原能力; 而S/P值越高的光源下人眼视物越清晰, 对节能也具有一定作用。一般而言, 这两个参数越高越好; 然而在实际中, 两者是一对矛盾体。当前的大部分白光光源的S/P值普遍低于2.5。白光发光二极管(LED)具有光谱可调特性, 因此可以通过优化光谱, 在满足一定的CRI下获得更高的S/P值。首先模拟光谱, 然后通过计算机编程调节光谱峰值波长、相对光强度等光谱参数, 最终获得高色温(6 500 K)下高S/P值光谱, 对于节能照明光源设计具有重要参考价值。

为了在有限带宽内增加参与谱合成的光束数目, 研究了光栅结构参数对光栅波长选择特性和串扰的影响, 给出了相应的优化设计方法。研究结果表明, 相比于透射式体全息光栅, 反射式体全息光栅的波长选择性曲线主瓣具有接近方波的形态, 更适合作为合束器件。为抑制串扰, 设计体光栅时应该增加光栅厚度, 减小折射率调制度和光栅周期, 并选用较小折射率的光栅介质。切趾技术可以进一步抑制串扰, 但会增加波长选择宽度, 实际中兼顾制作工艺的难度, 选用线性切趾体全息光栅是较为理想的方案。

将相移光纤光栅(PSFBG)有机聚合物相结合, 利用相移光纤光栅的窄带透射峰特性, 设计了一种D型结构的全光纤电光调制器, 并对其进行理论分析。主要研究了聚合物到纤芯中心的距离、聚合物厚度以及聚合物折射率对相移光纤光栅中心波长漂移量的影响, 分析了高频调制电压下相移光纤光栅的传输谱的变化。研究结果表明, 通过选择合适参数, 当聚合物折射率变化为10-4时, 中心波长漂移量可以达到10-2 nm; 同时, 高频电压调制下, 相移光纤光栅传输谱的形状以及中心波长还会受光栅长度和调制频率的影响。

混沌是在确定性系统中产生貌似随机的不规则运动, 这种非周期运动对初始条件极其敏感。激光混沌研究是混沌理论研究的重要组成部分。介绍了Ikeda激光系统模型。包括模型的建立、动力学方程以及相应的系统特性等。利用MATLAB程序仿真模拟系统的状态变量随参数演化的分岔图以及Lyapunov指数图。并结合仿真模拟得到的图像, 对系统特性进行了简单的分析与讨论。

夜间视频图像增强是夜视成像的关键技术, 而由于夜晚环境照度低, 存在路灯等局部亮点, 限于器材原因, 易造成夜视图像“局部饱和, 但灯下黑”的特点。根据城镇环境下极低照度CMOS视频成像的特点, 基于拉普拉斯金字塔重构算法, 将不同曝光参数下的同一场景图像进行分解, 通过熵和平均梯度数值筛选图像细节, 重构出细节丰富的场景。实验表明, 该方法在处理夜视图像时可以有效还原图像细节, 获得高动态范围图像。

当背景与目标颜色相近时, 传统基于颜色直方图的粒子滤波跟踪算法容易被干扰发生错误跟踪。彩色二进制局部不变特征(CBLID)具有旋转、尺度缩放和光照不变性等特点, 将CBLID特征应用到粒子滤波跟踪算法中, 以提高跟踪算法的抗干扰能力。考虑到纹理少的目标的CBLID特征点较少, 仅仅依据CBLID特征进行跟踪不稳定, 提出一种结合CBLID特征与颜色直方图特征的粒子滤波跟踪算法。该算法依据颜色直方图的Bhattacharyya距离以及CBLID特征点匹配数目确定粒子的权值, 并根据当前帧跟踪结果及CBLID目标模板中特征点匹配数来决定是否对目标颜色模板进行更新。实验结果表明, 当目标出现遮挡或者背景颜色相近时, 该方法能够有效地提高跟踪精度, 同时它比基于SIFT特征的粒子滤波算法速度快。

复杂环境下的目标跟踪是一个具有较多难点的任务。例如杂波干扰、 严重遮挡、 相似背景、 运动不连续、 光照变化等, 都会给跟踪带来很大困难。针对上述问题,利用目标与背景的区分度, 选取目标中独特特征建立模板, 并对候选目标过滤背景特征, 从而提高了目标在复杂背景下的匹配精度。同时为了解决Mean Shift算法搜索到的目标位置与真正目标存在偏差的问题,以目标中高区分度的像素点为种子点, 进行区域生长, 来获得准确的目标位置, 并以此确定目标框大小。实验结果表明, 文中算法在复杂环境下具有较好的跟踪精度和实时性能。

光路内环境的洁净度、温度、相对湿度对大功率激光的传输、发射会产生重要影响, 采用充入非吸收气体的方法不适用于腔体壁厚较薄、含有窗口和旋转关节的结构, 针对光路结构特点, 设计了激光光路环境控制装置, 采用充气控制器采集压差、温差、相对湿度及洁净度参数, 自动控制电控球阀与排气电磁阀的启闭, 通过自动充排气充入高纯氮气、液氮, 排出原有气体, 并保持压差在合理范围内, 实现了对光路内环境的洁净度、相对湿度和温度的控制, 保证了高能激光光束的传输质量。

随着图像处理技术的发展, 尤其在多路图像传输处理系统中, 需要极高的图像处理速度。提出了RapidIO网络互联加QDR2存储器高速存储的方案, 满足了多路红外图像并行处理的高速性、实时性要求, 可广泛应用于嵌入式图像处理系统中。在该平台上实现了三路红外图像的实时拼接功能, 验证了该平台的可靠性及实用性。

提出了一种双冗余结构的电子系统设计方案, 详细介绍了系统的架构和冗余管理策略, 并分别对单通道系统和双冗余系统结构进行了可靠性分析。本系统具有实时故障检测、自动切换控制的能力, 可以保证系统稳定、连续的工作。最后, 通过试验验证了冗余设计方案的可行性和可靠性。

在光电设备的结构设计中应用阻尼合金, 可在振动环境下发挥阻尼合金的隔振作用而保护设备内部器件, 并同时满足设备精度性能对于结构高刚性的要求。将复相型Zn-Al阻尼合金制成隔振构件, 安装于某光电设备的模拟件, 在振动和冲击条件下进行响应量值的测量和分析。对比普通铝合金, Zn-Al阻尼合金构件使设备振动响应加速度总均方根值平均减少10%, 系统阻尼比增大40%; 发挥阻尼合金振动衰减作用, 关键是要使合金构件因共振而产生适度的应变。通过对不同结构形式的Zn-Al阻尼合金隔振性能的测试分析, 为阻尼合金的工程应用提供技术参考。

为了解决全息干板使用过程中显影、定影等一系列繁琐的问题, 应用电寻址液晶(EALCD)和传统的散斑照相光路相结合, 用CCD代替底片或全息干板记录散斑图样, 用EALCD实现散斑图的再现, 所有散斑图样都由计算机存储, 这样就弥补了传统散斑照相技术的不足。对测量的基本原理、实验光路的布置进行了研究, 给出了实验结果, 记录和再现光路都是在泰曼格林光路的基础上进行修改, 整个实验过程光路结构简单, 应用的光学元器件少, 将EALCD放置在光路中的相应位置实现杨氏条纹的再现, 实验结果准确可靠、测量精度高。

研究的水质COD在线检测系统是根据朗伯-比尔定律来测试水样COD浓度, 系统采用双光路设计, 并选用可变光程流通池来满足在不同水体测试的要求。通过本系统检测得到的5组水样COD浓度, 对系统测试COD浓度值与已知实验室化学法COD浓度值进行了二者的数值偏差及误差分析。实验结果表明, 两者的最大偏差值约为7.93, 最小偏差值为0.33, 数据的平均偏差值为3.74左右, 以及本系统测试结果的平均相对误差为6.72%, 标准差为4.66。文中系统测试得到的COD浓度值与其已知浓度值很相近, 系统测试结果准确度比较高, 能够基本满足检测的需求, 并且测量快速、易操作、无污染, 适合于在线检测水体COD浓度。