针对现有波长检测技术的不足，提出一种采用阵列波导光栅(AWG)进行波长快速检测的方法，该方法利用AWG对波长信号进行空间分离，将波长信号转化为光场强度信号，利用传统的光场强度检测手段实现波长检测。给出了分析这种检测方法光学特性的数学模型，应用此模型，分析了AWG性能参数对波长检测性能的影响。分析表明：待检测的波长信号可以通过AWG相邻通道的功率比的对数值进行线性表达；减小AWG通道波长间隔或其半波全宽(3 dB带宽)可以提高波长检测灵敏度；此方法对AWG的通道不平坦度不敏感；通过对AWG进行±0.1 ℃的温度控制，此方法可以达到±0.005 nm的波长检测精度。

无线紫外光局域通信是在短距离内实现全方位信息安全传输的有效途径之一,其中数据传输速率是该类通信系统的重要技术指标。从常用的紫外收发通信系统结构出发,研究无线紫外光局域通信数据传输速率的影响因素。研究结果表明:大气信道和紫外光源的选择对系统数据传输速率影响较大;由于大气散射信道的多径时延,系统的最大调制速率受到限制,当通信距离较短或天气环境较好时,系统的最大调制速率较高;紫外光源中,低压汞灯最大调制速率20 kHz,紫外LED最大调制速率为几兆赫兹左右。相关研究成果为高速紫外光局域网络的设计与应用提供了参考。

由于四象限探测器具有低噪声、高灵敏度和高带宽的优势,因此被广泛应用于激光光斑跟踪、准直和位置检测等领域。靶面上的光斑尺寸是影响系统性能的重要参数之一。对探测器的光斑位置探测灵敏度指标Sx进行了分析,比较了象限间沟道大小对Sx的影响关系。提出了一种测量光斑半径的方法,该方法利用电控偏转镜扫描探测器靶面,获得位置探测器灵敏度,基于位置探测灵敏度与光斑半径的对应关系,间接测得光斑尺寸。

根据IGBT对驱动电路的各项要求,在采用专用驱动模块EXB841及带有过流保护功能的驱动电路的基础上,设计了简化的IGBT驱动电路,并提出了构建实际驱动电路的注意事项。通过对PWM信号、IGBT动态驱动信号、IGBT开通时驱动信号上升沿、IGBT关断时驱动信号下降沿等波形的实际观测,表明此驱动电路工作正常。该驱动电路已用于某型脉冲固体激光电源中,运行良好,可靠性较高。

根据激光介质Nd∶YAG的发射截面随温度的变化规律,采用被动调Q速率方程进行计算,讨论了激光介质随温度上升单脉冲坪区和坪区重叠空间的改变。结果表明:在-40 ℃到+60 ℃温度内,随激光介质的温度升高,单脉冲坪区逐渐增大,单脉冲坪区重叠空间成逐渐减少趋势,但理论上有足够的坪区重叠空间。

在机器人路径规划中,机器人数字路标识别是很重要的,图像的预处理会影响识别结果。图像增强技术是提高预处理结果的一种有效方法,模糊图像增强算法是目前广泛使用的一种增强算法。针对Pal模糊图像增强算法在隶属函数的定义和渡越点选择上的缺点,提出了一种改进的模糊增强算法。本算法首先使用OTSU算子自动选择最佳阈值,解决渡越点需要人工设置的缺点,并消除选择的随机性。然后修改模糊增强算法的核心隶属函数式,解决了图像像素的低灰度值被硬性设置为0的缺陷,从而改善了图像信息损失的问题。最后,将改进的算法用于处理Pioneer III机器人的数字路标图像。实验结果表明,与现有的模糊增强算法相比,提出的算法可以取得好的效果,且提高了运算速度,具有一定得实用性和推广性。

条纹中心法是干涉测量技术中分析单幅干涉图的一种重要处理方法,该方法主要包括图像预处理、波前重构和样品表面形貌及参数的测量等三个部分。研究了条纹中心法的关键技术,特别是应用协方差矩阵法求解泽尼克多项式以进行波前重构的过程。提出了基于单幅干涉图自动波前重构的流程方法。最后应用该流程方法处理由泰曼-格林干涉系统采集的精密抛光铝制盘基片表面形成的一幅干涉图像。实验结果表明,该方法可以实现单幅干涉图的自动波前重构,干涉波前重构的拟合精度可达1.468 6×10-6 nm,还可以自动获得精密抛光铝制盘基片表面的形貌及参数。

太赫兹成像可用于安检、反恐和工业生产等领域,已成为研究热点。由于连续太赫兹激光源体积较小、操作简单,因此,近几年对连续太赫兹激光成像的研究越来越多。基于CO2激光泵浦甲醇气体生成的118.83 μm激光,采用室温单元探测器、二维位移平台、聚乙烯透镜、光阑和计算机等器件组成的扫描透射成像系统对物体进行了成像实验,比较分析了扫描步长分别为1 mm和0.5 mm的成像结果。实验结果表明,由于增加光阑,实际成像功率下降,但此套成像系统在激光输出功率约为20 mW时,仍成像清晰,且步长为0.5 mm的成像效果更好。

针对基本SUSAN算法存在漏检测、处理速度慢以及容易产生伪角点等问题,提出了一种改进的SUSAN角点提取算法。首先对图像的像素点按边缘点、内部点和背景点进行分类,在此基础上只对边缘点进行SUSAN算法处理,然后检查已经提取到的所有角点,剔除同一区域范围内的伪角点,从而实现对大部分角点的快速、准确提取。实验结果表明,该算法的运算速度比改进前提高约一倍,能够较准确地检测到目标角点。

提出了直接和间接等价关系等概念,指出处理等价标号数组的目的就是为了找到足够多的间接等价关系,直至可以为每个标号找出其最小的等价标号。详细论述了有用和无用间接等价关系的区别,最后给出的快速处理算法较传统方法极大地减少了扫描次数和处理时间。

分析研究了复杂海洋环境下点目标的红外辐射特征,从红外警戒探测系统应用的角度出发,给出了海洋环境下迎面攻击目标的红外辐射特征模型的建立、计算与分析方法。利用大气透过率计算软件计算并分析了特定条件下三个海域的目标红外辐射的大气透过率。给出了迎头攻击目标红外辐射特征的简化计算模型,并分析了特定区域下目标的红外辐射特征。

提出了一种基于单负Metamaterials对的带通滤波器的设计原理,给出了这种带通滤波器的谐振频率的表达式,对其谐振频率及带宽与其决定因素之间的关系进行了计算,对计算结果进行了讨论,为设计单负Metamaterial对带通滤波器的理论与方法提供了依据。研究结果表明:利用单负Metamaterials对的确可以实现带通滤波器;ENG板的磁导率μ1、MNG板的介电常数ε2、电等离子体频率ωep、磁等离子体频率ωmp、两个层的厚度比值a这五个因素决定了这种滤波器的中心频率;两个层的厚度及二者之间的比值决定这种滤波器的带宽。

利用有限元法分析了双面电极下铌酸锂晶体内部的电场分布。在规定匀强电场区域条件下,得到匀强电场区域大小随晶体宽度与电极宽度比值增大而增大的规律。在此基础上利用铌酸锂晶体的双横向普克尔效应设计了一种适用于任意光波长的电控λ/2波片。制作并测试了晶体宽度与电极宽度之比分别为2∶1和3∶1的电控铌酸锂λ/2波片,结果表明:这种波片可将一束线偏振的输入光转换成任意方向偏振的输出光,也可将任意偏振方向的输入光转换成固定方向偏振的输出光,并且晶体宽度与电极宽度比值越大,实验值与理论值符合得越好。

基于机器视觉的大视场非接触精密检测的需求,参照卡尔蔡司公司的TVM 150/11/0.1远心镜头指标,设计了一款大视场双远心光学系统。采用了近对称的结构和半部设计的设计思路,较好地控制了畸变和倍率色差,实现了长工作距离(大于160 mm)、大视场(物方视场达到Φ150 mm)、低畸变(最大畸变小于1个像素)、高分辨(在2/3″ CCD全视场200 lp/mm处光学传函优于0.3)、宽景深(设计景深达到了±38 mm)和双远心系统的设计要求。着重分析了系统各器件偏心对畸变的影响,通过对关键器件的偏心控制,有效地抑制了由于生产制造过程中的偏差产生的随机畸变对测量误差的影响,从而为实际生产提供了理论指导。

将图像区域像素的统计特征引入活动轮廓模型,提出使分割轮廓所包括区域的质心对应角均方根误差极小的最优搜索方法——质心配准法。质心配准法有效地避免了散斑噪声等图像污染对图像区域分割精度的影响,实现了模糊图像精确的区域分割,求得图像最佳配准参数。对实际光学系统输出的多幅具有较大空时互补性的低分辨率图像进行了仿真实验,实验结果表明:该配准算法具有较高的精度,并在光学系统分析上得到了很好的应用。

GaN是一种理想的紫外发光和探测材料,其光学特性参数是光学器件设计的重要依据。采用紫外反射与透射光谱相结合的方法对国产GaN外延层进行光学特性测量,利用反射率与折射率之间的关系和薄膜干涉效应,建立了GaN外延层厚度、表面反射率、光谱吸收系数的光谱测量公式。测量结果表明,GaN外延层在紫外波段存在三个吸收区,其中364 nm以下波段为强吸收区,吸收系数接近105 cm-1,364~375 nm为吸收过渡区,375 nm以上波段为弱吸收区;GaN表面反射率在三个吸收区的变化不大,为0.2~0.25之间。

为实现高精度中小口径非球面的加工,介绍了一种非球面修抛技术。基于Preston假设,将抛光过程描述成一个线性方程,计算得到材料的去除量与抛光时间、抛光压力和零件转速之间的函数关系。设计了整体修抛法和环带修抛法两种方法,在数控抛光的基础上,对口径为Ф117 mm的凹抛物面和口径为Ф17 mm凸双曲面进行修抛,修抛后非球面的面形精度PV值为0.184 μm,RMS均小于0.032 μm,达到了工程化应用要求,实现了中小口径非球面的高精度加工。

以纯水为研究对象,利用激光测量了其反射率,并利用菲涅耳公式对反射率进行了计算。比较反射率的计算值和实测值发现有明显的偏离(偏离相对值为8.317%)。对此进行了误差分析,排除这种偏离是主要由试验和计算误差引起的可能性(这些误差累积不会超过1.083%)。利用带消光系数的反射率菲涅耳公式进行修正计算,反射率计算结果与实测值很接近。说明并非只有金属等物质在进行反射率计算时需考虑能量吸收的问题,对于完全符合菲涅尔公式适用条件的纯水来说,在进行反射率计算时同样需引入修正系数。

为改进传统飞机主系统液压泵转速测试仪表,设计了以红外光电传感器、单片机以及液晶显示器为主要硬件的微型转速测试仪及其C语言驱动程序。红外光电传感器先采集液压泵旋转产生的脉冲,将其放大后送入单片机;再通过单片机定时器的中断计时和计数器对脉冲计数,计算出转速后将结果送入液晶显示器。为确保系统的软硬件设计正确,基于Proteus虚拟平台对设计进行了仿真。结果表明,系统的设计正确,运行可靠。

针对工程中光纤珐珀传感器的工作点容易偏离线性工作区而使解调系统无法正常工作的实际问题,设计了一种可实现自动校准工作点的动态应变检测系统。该系统利用数字信号处理器控制可调珐珀滤波器自动输出波长满足工作点要求的窄带光,同时还通过软件校准的办法消除了因光源的不稳定、系统老化等缓变因素引起的信号波动对测量结果的影响。实验结果表明该动态应变检测系统能完成工作点自动校准,并且在500 με范围内线性度可达99.79%,实验分辨率约为±0.5 με。

介绍了角锥棱镜的检测方法和存在的主要问题。采用高精度图像传感器将角锥棱镜检测中自准直像数字化,通过分析回像特点,提出了基于实体的自准直图像的重叠与分裂处理技术,以解决角锥棱镜检测中存在的问题,为角锥棱镜规模化生产提供了一种实际可行的检测方法。

对于复杂的非定常流动,流场的测量往往要求无干扰、非接触,并且能够瞬时记录流场的信息。采用光干涉方法对放气系统流场的气压变化进行了测量。在加压法测量空气折射率的迈克尔逊双光束干涉实验装置中,引入特制激光功率计和孔状光阑,记录在自由放气过程中等倾条纹中心强度变化与时间的关系曲线,通过折射率与压强和质量流之间的对应关系,进行流场流速的无干扰、非接触的瞬时测量。实验证明这种测量方法响应度好,准确度高。