论述了国内利用Sagnac干涉仪系统、Mach-Zehnder干涉仪系统、Φ-OTDR系统等分布式光纤振动传感系统在输运流体管道检测中的发展历程与应用现状。分析了不同测试系统在输油气、输水管道等应用领域的监测原理、应用特点, 阐述了分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的发展趋势。通过对当今国外该技术领域发展状况的分析, 得出了在Sagnac干涉仪系统、Mach-Zehnder干涉仪系统技术领域方面国内具有一定的技术优势, 而在最前沿的Φ-OTDR系统的研究上国内外不相伯仲的现状。

虚像相位阵列(VIPA)具有色散角度大、结构简单、成本较低等优势, 对波分复用、色散补偿、脉冲整形等领域产生了重大影响。虚像相位阵列与衍射光栅结合解决了光谱混叠现象, 使其在光滤波器、光谱成像、光谱处理等领域的应用成为可能。基于虚像相位阵列的光谱仪具有采集时间短、频谱测量范围宽、光谱分辨率高等优点, 能应用于气体检测、分子科学、微生物学等领域, 因此成为研究热点。基于ZEMAX光学软件对VIPA二维成像进行了仿真, 分析了VIPA的厚度和入射角对其衍射、损耗、光谱分辨率和空间分辨率的影响, 讨论了VIPA用于成像时的最佳厚度和角度, 最后阐述了基于VIPA的布里渊和光频梳光谱仪, 论述了不同类型光谱仪的性能和应用, 并对未来进行了展望。

空间碎片是航天器正常运行的主要安全隐患。地基观测手段可以对大目标空间碎片进行探测和识别编目, 保障航天器运行安全。但对于1~10 cm的微小碎片, 主要采用天基光学观测手段。针对微小碎片, 结合红外探测和可见光识别两种方式实现微小碎片的远距离探测和识别过程。首先, 通过计算给出了红外探测光学系统的设计参数, 利用恒星背景和碎片目标的角速度的差别, 提出了一种剔除背景的方法。然后, 窄视场可见光聚焦观测每个碎片, 记录和提取其9个不同角度的角点特征, 用于目标识别。通过数值仿真和实验验证, 提出的算法可以有效的探测和识别微小碎片。

远程遥泵放大器是超长跨距无中继光纤通信系统中的关键器件, 介绍了远程遥泵放大器(ROPA)的基本原理, 提出了一种适合超长跨距无中继全光通信系统实用的远程遥泵掺铒光纤放大器设计方案, 并结合实际测试结论和软件仿真结果, 对影响远泵放大器增益的若干问题进行了分析论证。得出的结论可作为超长距离遥泵放大系统设计的重要参考。

窄带滤光片用于从复合波长的光中分离出某一窄波段的单色光, 它是光学成像系统的重要器件之一。随着光学成像技术在各个领域的发展, 窄带滤光片也在各个领域被广泛应用。文中以锗(Ge)材料窄带滤光片为例, 对温度升高对其性能产生的影响进行了分析, 并通过仿真分析和试验比对验证了分析的正确性。

由于卫星载荷的功率受限, 使得天基高能激光的方案只能处于构想, 为了增加天基激光对空间碎片清理的可用性, 研究了连续波1 064 nm激光辐照铝金属的热分布, 分析了连续波作用下的热力效应, 建立了激光作用金属材料的热效应解析模型并数值模拟了其温度场分布, 并以此为基础论证分析了低功率密度的连续波激光对铝金属结构热破坏作用的可行性, 在低功率大光斑的连续波辐照条件下, 工作状态的铝金属结构存在热和力学的综合破坏模式, 即利用低功率密度的连续波激光同样可以实现对空间碎片的清理。

提出一种新型的基于双包层双芯光纤结构的光时域一阶微分器。基于耦合模理论和矢量分析法, 通过选取合理的双包层双芯光纤的结构参数, 研究得到了一种适用于微波领域的一阶光时域微分器, 其处理信号带宽可达1.63 THz、中心频率为196.25 THz。该微分器具有高微分精度和能量效率。同时通过调节包层厚度, 可以改变微分器带宽和中心频率, 实现带宽和中心频率均可调谐的光时域微分器。

在相干光通信系统中, 激光器相位噪声导致信号在复平面发生旋转, 因此在接收端需要对信号进行载波相位估计和恢复。文中主要对当前载波相位估计算法特性进行比较研究。介绍了两种经典算法Viterbi&Viterbi算法和盲相位搜索(BPS)算法的基本原理, 总结了六种二阶级联相位噪声估计算法。比较八种载波相位估计算法的硬件复杂度及线宽容忍度, 并评估了这八种载波相位估计算法在16QAM系统中的性能。

研究强光对图像中目标识别的干扰能力以及信息处理对强光干扰的抑制能力, 并对信息处理效果进行量化分析。研究过程采用了两种不同的研究方案, 一是基于无干扰底图的强光干扰效果分析, 将被干扰的图像与同一场景未受干扰的可见光图像进行比对, 通过配准后的图像直接分析干扰抑制效果。二是基于目标模板的强光干扰效果分析, 选择目标模板进行仿真, 分别计算信息处理前后目标模板在目标场景下的可识别度, 并进行比对, 即获得信息处理对强光干扰的抑制效果。两种研究方案均能对信息处理的效果进行定量的统计分析。将处理效果量化, 能够对信息处理技术提供必要的技术支持。

机载设备供电兼容性试验方法的实施, 对用电设备的电源设计提出了更严苛的要求。结合工程实际, 介绍了一种集电子开关/保险、前端稳压、浪涌抑制等功能于一体的设计方法, 将其应用于机载设备中, 机载设备顺利通过了机载设备供电兼容性符合性验证。试验结果证明了设计方法的可行性。

利用云对激光回波信号展宽效应, 提出了一种提高对空激光探测目标识别概率的方法, 并设计了一种适用于脉冲激光测距的回波数字化系统, 通过对回波信号高频采样, 完成回波信号数字化, 进而利用相应目标识别算法对云等目标进行识别。

鉴于小角度测量的要求, 采用自准直角度测量技术, 建立自准直光路数学模型, 推导PSD探测像点坐标Y和平面镜偏转角α的方程。PSD小角度测量系统由前置放大、A/D转换电路、采样电路和液晶显示构成。PSD位置传感器输出两路角度信息数据, ADC完成模数转换, 由单片机进行数据运算, 最后, 位置和偏转角的求解结果在液晶屏上显示。仿真结果显示, 前置放大电路性能指标、单片机采样10-2 mrad量级精度均达到了系统的要求。

目前观瞄仪器型号众多, 样式各一, 功能单一的检测设备远远满足不了实际工作的需要, 需要通用光学检测维修设备。从分析观瞄仪器检测的需求着手, 提出了观瞄仪器通用测试维修系统的设计思路, 并给出了一套切实可行的实现方法。

随着光载无线通信(ROF)的发展, 为了得到60 GHz的毫米波信号, 提出了一种改进的基于二次外差法八倍频产生毫米波的方案, 给出了生成毫米波系统的完整模型, 理论分析了系统的可行性及激光器线宽和光纤色散对系统性能的影响。通过OptiSystem软件, 对系统进行仿真, 调制解调出60 GHz毫米波, 验证了方案的正确性。并仿真得到系统的眼图, 得到了激光器线宽对系统误码率的影响曲线, 证实了窄激光器线宽有利于降低系统的误码率。

分析了冲击、振动对车载精密光学系统的影响,指出了光学平台的变形和振动是影响车载精密光学系统精度和稳定性的主要因素,提出了车载光学平台隔振系统设计方案。采用ANSYS有限元方法分析了光学平台隔振系统的振动模态,完成了车载状况下的光学平台振动测试。分析与测试结果表明,该车载光学平台隔振系统具有良好的稳定性,且对环境强振动有很好的衰减作用。设计的技术方案及其振动测试, 对于各种车载精密光学系统和设备具有重要的工程应用价值。

一般将厚度与长度(或直径)的比值小于1:10的光学零件称为薄型光学零件, 有时可达到1:40以上, 所以薄型零件加工的难点是光圈变形的问题, 而面形精度要求高就更难加工了。加工中引起光圈变形的原因主要包括胶结变形、热变形和应力变形, 所以薄型光学零件加工的难点即是如何消除或减小这些变形, 从而得到所需的高精度的薄型零件。文中主要阐述了上述三种变形产生的原因和解决方法, 对实际生产具有一定的指导作用。