面对人类对能源的需求持续增长,以及化石能源的日益枯竭和其带来的环境污染问题,太阳能成为主要的可再生清洁能源的来源。讨论了利用太阳能催化生氢或消耗二氧化碳,探索在半导体基光催化剂表面的光催化反应和光化学反应。半导体材料被认为是最有前景的光催化剂,其材料合成是发展先进催化剂的核心。减少电荷重新复合,是提高太阳能转化为化学能的关键,关系到太阳能的转换效率。研究结果发现了提高光催化制氢的关键因素,通过Pt-PdS/CdS催化体系使其量子效率提高到93%,提供了发展高效催化剂体系的方法。

介绍了Allan方差的基本定义, 描述了用Allan方差法估算激光陀螺噪声的方法, 并推导了具体过程。用Allan方差法对某小型激光陀螺的零偏数据进行分析, 得到该激光陀螺的量化噪声系数、角度随机游走系数、零偏不稳定性系数、角速率随机游走系数、速率斜坡系数等5个误差源, 对所得结果进行了解释,为该型激光陀螺进行各种误差补偿提供了理论依据。

研究了激光水下衰减系数的比较测量法, 通过在激光传输路径上进行多点测量激光能量或功率, 经过数据拟合获得准确的激光水中衰减系数, 此方法可以消除一般测量方法容器侧壁的反射及吸收的影响, 并可在较长距离测量激光传输路径上不同位置的衰减系数。在实验室中测量了脉冲绿光、连续绿光、连续蓝光在自来水中衰减系数并进行了比较,结果表明蓝光在水中的衰减系数大于绿光。对水下光通信及水下目标探测具有一定参考价值。

在高功率激光器中采用相位共轭谐振腔技术可以补偿动态波前像差,在校正畸变的输出光束方面有极其重要的应用。分析了相位共轭腔的模式结构特性及稳定性,在实际高功率激光器中采用相位共轭谐振腔,使得激光系统的光束质量得到了极大改善。通过实验数据分析,提出在激光器系统中描述光束质量只用PV值和RMS值来量度是不足的,并利用结合光束环围能量分布图像和平均离焦系数来评价系统光束质量。实验结果表明,采用相位共轭谐振腔使得焦平面环围能量更为集中,同时平均离焦系数更接近零,结合上述方法评价系统光束质量更具实际意义。

开发出一种高性能保偏光纤的制造工艺,并制备出包层直径为80 μm的细径高性能保偏光纤。试验表明:该光纤具有优良的全温(-50 ℃~85 ℃)偏振串音性能,光纤全温串音变化典型值在3.23 dB,具有良好抗弯曲性能和良好的端面研磨性。

往复式压缩机是石油化工企业中一种应用广泛的大型动力设备,其故障一般可通过振动和温度异常进行判别。主要介绍了光纤传感器的基本原理,并提出了一种基于Bragg光纤光栅传感器的故障状态监测方法。对某石化企业的往复式压缩机进行了在线监测,对其温度和振动进行监测,结果均符合正常工作指标。

对光纤中磁流体在梯度磁场作用下的光透射特性进行了研究,提出光纤中磁流体的光透射率变化主要来源于梯度磁场引起的磁流体密度分布变化。根据郎之万函数和流体理论,推导了光纤中磁流体在梯度磁场作用下的密度分布,并根据Beer-Lambert定律,得到磁流体光功率透射衰减和纳米粒子局部密度的关系,从而建立光纤中磁流体在梯度磁场作用下光透射特性的理论模型。进而对光纤中磁流体在不同梯度磁场作用下的光透射功率进行数值分析,得到不同磁场强度和磁场梯度下光纤中磁流体透射功率的变化规律。最后将数值分析的结果和实验数据进行对比,验证了模型的合理性,同时也验证了梯度磁场作用下磁流体光透射功率的变化主要来源于磁流体密度分布变化的推论。

紫外光通信技术具有低窃听、低位辨、全方位、全天候、抗干扰等优点, 而基于紫外光灯的通信系统存在光源体积大、易碎、调制困难、通信速率低、功耗大等问题。设计了一种基于紫外C波段(UVC)LED的小型化无线通信系统方案, 并对系统性能进行了理论分析。系统光源采用UVC LED, 探测器采用日盲光电倍增管(PMT)和窄带紫外滤光片, 通信系统采用开关键控(OOK)和脉冲位置调制(PPM)调制方案。仿真结果表明所设计的紫外无线通信系统可在200 mW发射光功率情况下实现直径200 m范围内的非视距语音通信和100 mW发射光功率情况下实现250 m的64 Kbps准视距通信。

在傅里叶变换轮廓术频域滤波过程中通常采用不对称的汉宁窗滤波窗来提取基频信号,当投影呈二维变化的光栅条纹时,采用的滤波窗长短轴方向和载频方向不吻合,会导致被测物体的部分高频信息丢失,从而影响相位展开的难易程度和系统测量的精度。分析比较物体高度的分布与频谱的关系,通过旋转滤波窗使其短轴方向与载频方向一致,可以保留物体的高频信息,降低相位展开的复杂度,提高测量的精确度。计算机模拟和实物实验结果表明滤波窗旋转滤波可以避免相位展开在物体高度突变处的出错,有效地提高测量精度。

以并联稳定平台作为研究对象,介绍了并联型光电设备稳定平台的工作原理。根据交流伺服矢量控制原理,建立了并联稳定平台控制系统的数学模型。为提高系统的响应速度和跟踪特性,引入了基于速度和加速度补偿的前馈控制算法,并进行了并联稳定平台控制算法的仿真研究。结果表明前馈控制应用在并联稳定平台系统中可提高系统的响应速度,跟踪微分器和α-β-γ滤波补偿比位置差分具有更好的跟踪效果。

根据高斯光束的传输特性,搭建了一套测量电玩具中LD和LED光束质量和光斑尺寸的测量系统。该系统以CCD作为光斑采集的关键设备,利用自行编写的软件同步控制CCD和数控位移平台,采集LD和LED所发出光束在不同位置的光强分布图样。利用二阶矩计算光束的束宽,并由双曲线拟合得到光束轮廓曲线,计算出光束的M2因子,进而推算出LD和LED光束任一位置的光斑尺寸,实现对电玩具中LD和LED发光光斑尺寸的精确测量。

矩形光栅1级和0级衍射效率之比对光栅的凹槽深度敏感,介绍了将其应用于聚合物光栅生物传感器的原理和光栅衍射光信号检测电路系统原理。设计了锁相放大器的信号通道滤波器,获得带宽不大于1 kHz的窄带滤波特性;利用相敏检测器(PSD)结合二阶巴特沃思低通滤波器,使等效噪声带宽限制在20 Hz以内,避免了工频干扰,实验结果表明系统输出信噪比SNR可达4 000以上。

轴系误差是影响潜望式光电仪器测角精度的重要因素,传统轴系误差模型使用大量数学近似,存在适用局限性。将轴系误差的产生用坐标变换的方法来表现,建立了一种精确的数学模型。推导了高度角误差与方位角误差的微分计算方法,在MATLAB上进行了仿真计算,验证了模型的正确性。该模型综合考虑了各种误差的影响,不存在数学近似引起的原理误差,为潜望式光电仪器的轴系误差补偿校正提供了参考。

介绍了太赫兹脉冲技术在宽带示波器计量校准方面的应用。首先介绍了宽带示波器上升时间和带宽的校准原理,然后介绍基于光电技术的太赫兹脉冲的产生和测量技术,最后利用实验室现有的条件对50 GHz和70 GHz取样示波器上升时间进行了校准,测试结果表明用该方法产生的太赫兹脉冲是校准宽带示波器的有效方法之一。

提出了一种基于楔形平板等厚干涉原理测量光学玻璃非线性折射率变化的方法。在理论分析的基础上,建立了变形的等厚干涉条纹变化Δe/e与待测玻璃平片(K9玻璃)折射率变化量Δnb之间的数学模型;在选取一定的实验条件下,获得等厚干涉实验测量干涉图样,并利用MATLAB对实验所得的干涉图进行图像数据处理分析计算,恢复出非线性变化光学玻璃材料的折射率变化量Δnb,该方法的测量精度可达10-6。

星载激光测高仪通过测量从卫星平台发射的激光脉冲在卫星与地面激光脚点之间的渡越时间计算两者之间的距离。由于光束经过大气层时发生的折射,导致卫星激光测高系统典型的与大气延迟相关的测距误差在数米量级。讨论了大气折射延迟修正的理论与方法,分析比较了各种大气折射率模型,以全球首个对地观测星载激光测高仪系统GLAS系统为例,给出了各种折射率模型的计算偏差,发现在常见温度和湿度范围内Owens375模型是一种精度较高的简化折射率模型;计算了GLAS系统高度角偏离天顶方向不超过10°的情况下,使用简单映射函数与CfA2.2映射函数模型的值,发现其差异不超过0.5 mm。

光电指向器的轴系精度直接影响到光电系统的整体性能指标。分析了光电指向器轴系之间精度影响关系,根据对方位轴系、俯仰轴系和视轴轴系的各项误差源分析计算出各轴系误差值,结合在安装过程中方位轴系误差与俯仰轴系误差建立数学模型,寻找方位角和俯仰角与方位轴系、俯仰轴系、视轴轴系的误差之间的耦合关系,并将三个轴系误差进行耦合后建立数学模型分析。该分析方法和结果为光电指向器的多轴系结构耦合误差设计提供了理论及工程依据。

捷联成像导引头中各个传感器的动态响应不一, 直接合成不同传感器的信息提取的制导信息精度差, 为获取更高精度的制导信息, 需要改进提取方法。匹配滤波理论是在考虑传感器不同的动力学特性情况下的一种信息融合方法, 依据传感器动态特性进行信息匹配的方法提高制导信息提取精度。首先建立非制冷全捷联成像导引头及其在制导控制系统中的简化模型,依据导引头上各种传感器主要指标, 及匹配滤波的原则, 推导出相位匹配器。最后, 对匹配后的系统提取制导信息, 并参与制导系统半实物测试, 对比传统惯性滤波器与相位匹配滤波器的效果。在三轴仿真转台、半实物机及热十字丝目标的配合下, 对转台扰动下的非制冷全捷联导引头进行静止和运动目标下的视线角速率提取, 结果说明在相位匹配滤波的提取方法获得的视线角速率精度为0.2 °/s, 精度比传统惯性滤波提取方法提高了1倍。

在比较不同探月任务取得的月表三维影像数据的基础上,选择中国嫦娥一号全月分幅数字高程模型(DEM)数据作为构建月表地形模型的数据源,并利用ArcGIS、Cass和AutoCAD等软件的功能及其之间的连接关系,研究了基于月球探测数据构建月表三维模型的技术和方法。以月表撞击坑Lichtenberg为例,建立了撞击坑的三维地形模型,并对其精度和影响精度的因素进行了分析。分析结果表明,对于500 m分辨率的原始数据,模型误差较小,产生误差的原因主要包括生成等高线的密度、采点间距等因素。

针对目前CMOS探测器的噪声研究绝大部分采取频率域的分析方法, 所得的结果对于实际的探测器应用指导性不强。从时间域出发, 构建了全新的探测器噪声模型, 分析了在探测器的不同工作时期内噪声量大小同时间的关系。给出了探测器工作时序的优化准则, 积分时间越长, 系统的信噪比增加, 输出信号电压值增大, 等效输入端信噪比不变, 系统的动态范围减小; 复位时间越短, 输出噪声量越小, 但是图像的滞后效应也就越严重, 在对弱小目标进行成像时应该尽可能地减少复位时间, 增大积分时间, 对于亮目标成像, 应该增大复位时间, 减少积分时间。

海天线的检测和提取是舰船红外图像处理中的一个重要内容,在综合分析比较基于边缘检测、图像分割以及小波变换多尺度分析等多种海天线检测算法优缺点的基础上,提出一种基于形态学处理和最小二乘法的算法,仿真分析表明此算法能适应含有各种干扰的海面背景环境,鲁棒性好,并且提取精度高,能精确定位海天线。