在过去数十年中,有机光电子在基础研究和产业化方面取得了巨大的发展,主要归因于有机光电子器件的可溶液加工、可印刷性、柔性、低成本和大面积制备等独特的优势。团队主要致力于发展并制备高性能的有机半导体应用于有机光电子器件。首先阐述了高性能有机半导体材料应用于有机发光二极管、有机激光、存储器、化学/生物传感的最新进展,然后将进一步介绍了获得国际认可的有机半导体p-n能带调控理论。

纳米材料,如碳纳米管、金属氧化物(或硫化物)纳米线和纳米颗粒,在电子、光学、材料科学、能量转换和存储方面有极其广泛的应用,因为它们的结构和物理性质可以在合成过程中进行设计。直接观察了单根硫化钴-碳纳米管核壳纳米线电化学嵌锂过程。在脱嵌锂的过程中,硫化钴体积急剧收缩或膨胀,碳纳米管的封闭结构及其优异的机械强度保护了硫化钴的完整性。这种核壳纳米线在开发高性能的充电电池方面有良好的前景。纳米材料在溶液法制备太阳能电池的过程中起到了及其重要的作用。利用较长的TiO2纳米棒阵列作为染料敏化太阳能电池的阳极和利用铌掺杂的二氧化钛纳米棒作为有机钙钛矿太阳能电池的阳极都显著地提高了电池的能量转化效率。

飞秒激光成丝现象已经开创了从纯物理到应用研究的许多新的科学研究领域,其中包括源于量子和经典物理的多个应用研究。飞秒光丝中的新现象,例如激光强度钳制效应、空气激光、粒子数捕获、分子排列、分子超激发态、光丝诱导降雪、光丝化学等等,开辟了令人振奋的、多学科交叉新领域。激光强度钳制效应是一个复杂的物理现象,结果可以形成一个非常稳定的相互作用状态。粒子数束缚、分子排列、转动及其周期性可被用于脉冲太赫兹辐射的远程探测。光丝中的空气激光现象看起来像是一种新的激发机制,例如,光丝中激光强度可以把氮气和二氧化碳分子激发到一种粒子数反转的状态。与此同时,这种光丝诱导激光现象(或粒子数反转)在空气中“污染分子”形成的分子碎片中也被观察到。利用单一激光,通过探测特征荧光来远程识别污染物、气体或者固体样品已经至少在原理上得到证实。光丝诱导沉积现象已经在云室中变成现实。最后讨论了光丝研究领域未来的挑战以及光丝化学为光丝研究提供的一个新的机遇。

从电磁场基本理论出发,采用标量波动方程进行分析与计算,设计出了一种陆地长距离通信用G.654.E新型光纤的折射率剖面结构。然后采用连续化学气相沉积工艺制造出光纤预制棒,在2 100 ℃左右的高温下拉丝成包层直径为124.6 μm的光纤。测试表明,该光纤的纤芯折射率为1.461 17,纤芯直径为14.0 μm,内包层下凹环的折射率为1.455 65,宽度为6.96 μm。该光纤在1 550 nm波长的模场直径为13.85 μm,有效面积为150 μm2。该光纤在1 550 nm波长的衰减为0.163 dB/km,在1 625 nm波长的衰减为0.176 dB/km。22 m光纤截止波长测试为1 490.6 nm,小于1 510 nm,有力保障了密集波分通信系统在光监控信道(OSC)的正常工作。国家通信干线工程应用表明该光纤的关键技术指标优于当前国际技术水平,能够满足陆地长距离大容量光纤通信的新需求。

为了提高相干接收的超高密度波分复用无源光网络(UDWDM-PON)上行链路的谱效率,提出了一种差分二进制相移键控与幅移键控联合调制技术(DBPSK/ASK)。DBPSK/ASK-2联合调制技术通过引入相位信息使得传统ASK-2信号的谱效率由1 bit/s/Hz增加到2 bit/s/Hz。通过采用低成本的硅基马赫-曾德尔调制器和分布反馈激光器,基于DBPSK/ASK-2调制的2.5 G波特率上行链路在标准单模光纤传输80 km后的接收灵敏度为-46 dBm,相比四阶脉冲幅度调制(PAM-4)有6 dB的性能提升。

设计了一种适用于任何形式的可调谐激光器的光学系统和测试系统,同时实现了对调制光栅Y型可调谐激光器(MGY)的封装,该系统由光源模块、准直透镜、隔离器、双面胶合棱镜、聚焦透镜、三棱镜、法布里-珀罗(F-P)标准具、以及光电探测器构成。利用法布里-珀罗标准具的滤波特性实现了可调谐激光器光学系统的波长锁定模块,分析了入射光线与标准具轴线之间夹角对透射谱峰值和自由光谱值(FSR)的影响,发现角度在1°以内,角度变化对锁波精度的影响非常显著,而对自由光谱值的影响非常小。结果表明:对于光通信可调谐激光器的锁波模块,可以通过旋转F-P标准具与入射光线之间的夹角使F-P标准具的透射波长与国际电信联盟(ITU-I)的标准信道一致,从而实现输出波长的锁定。

2 μm激光器作为中波红外固体激光器的泵浦源方案之一,由于可以获得较高的中波红外激光输出,因此逐渐得到重视。设计了一种基于1 940 nm光纤激光器泵浦的高平均功率准连续Ho∶YLF激光器,并对其进行了实验研究,表明在Ho离子掺杂浓度0.5%、晶体长度35 mm、晶体控温20 ℃时,采用双棒串接、平凹腔L型结构获得了36 W的准连续2.067 μm激光输出,其最高光光转换效率为51.4%,重复频率20 kHz,脉冲宽度121 ns,谱线宽度小于3 nm。实验结果验证了采用1 940 nm光纤激光器泵浦作为泵浦Ho∶YLF获得高功率准连续2 μm激光的可行性。

针对激光角度欺骗干扰中存在过顶区的问题，提出一种无过顶区的假目标布设方法。首先分析单个假目标的过顶区和有效防护区范围，得出消除过顶区至少需要4个假目标，采用假目标有效防护区覆盖其他假目标过顶区的方法，计算假目标的布设方位。研究结果表明，采用4个假目标按照0°，40°，180°，220°方位布设，能够避免过顶区的形成。此方法对于激光角度欺骗假目标的布设具有理论指导意义。

脱机手写数字识别其本质是数字的图像特征匹配问题,所以需要进行手写数字的特征提取,为了准确识别,往往使用较高的特征维数,这就导致识别效率较低。为了提高识别效率,同时为了保持较高的识别率,提出了一种基于图像特征提取的脱机手写数字识别方法。首先利用主分量分析法抽取数字字符图像的统计特征,来降低数字的特征维数,通过对主分量重建模型的误差分析进行数字识别;然后,结合手写数字的笔画结构不稳定的特点,设计并提取数字的宽高比结构特征,进一步比对识别;最后,利用自制训练样本及测试样本库进行仿真实验,数字识别率为96%,识别准确率较高。

在红外遥感图像复原过程中,一般是采用刃边法获得调制传递函数的。然而,该方法存在图像刃边位置难以确定,以及提取的像素点较少等缺点。为了解决上述问题,实验设计了一种新的调制传递函数测量方法,通过直接移动刃边来观察一个像素点在刃边附近灰度值的变化情况,然后对这些数据点依次进行拟合、微分、傅里叶变换等步骤就得到系统的调制传递函数,最后,用逆滤波和维纳滤波进行图像复原。实验结果表明,通过该方法得到MTF后进行图像复原效果较好。

对于单幅图像去雾处理,暗通道先验算法具有较好的效果,但该算法处理时间长,对储存资源与计算资源要求很高,很难应用于无人机图像去雾。在暗通道先验算法的基础上进行改进,提出了一种快速的去雾算法,首先通过优化滤波器直接获得高精度的透射率,避免了原算法后续的抠图处理,显著降低了计算复杂度;然后针对去雾图像偏暗、灰度分布偏离原始图像的情况,以原始图为参考,采用直方图规定化方法进行增强处理,提高了亮度,改善了去雾图像的视觉效果,与He算法相比,该算法不仅极大地降低了计算复杂度,速度提高了近5倍,而且保持了原始算法的去雾能力。

对于复杂云层背景下的红外弱小目标检测跟踪一直是图像处理的研究热点。受复杂云层和强光等因素的干扰,目标很容易淹没在背景中。针对传统方法无法兼顾较高的目标检测概率和较低的目标检测虚警率的问题,提出了一种目标检测跟踪方法。通过梯度预滤波的方法获取初始目标,二次比对的方法获取真实目标;通过目标航迹建立与删除的方法降低虚警率;通过抗云层遮挡卡尔曼滤波跟踪的方法提升目标检测能力。实验结果表明,该技术不仅很好地抑制了复杂云层背景和强光干扰背景,而且通过目标建航和抗遮挡跟踪等方法极大提升了目标检测概率,降低了虚警率。

非易失存储器是集成电路最重要的技术之一,广泛应用于信息、航空/航天、**/**、新能源和科学研究的各个领域,有着巨大的市场。目前主流的非易失存储技术——基于浮栅结构的“闪存”,尺寸微缩已接近其物理极限,难以继续提高其存储密度和性能来满足大数据时代对信息存储和处理的需求。介绍了国际及中国存储器产业发展现状和面临的挑战、非易失存储器的学术研究态势及微电子所在该领域的研究进展。

天然气集输站场是天然气输送和储存过程中的枢纽,也是天然气泄漏检测的重点对象。传统的天然气泄漏检测技术响应慢、效率低,难以满足实际所需。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)以其响应速度快、灵敏度高、无需维护等优点得到广泛应用。使用可调谐半导体激光吸收光谱技术实现了同时对天然气的主要成分甲烷、乙烯、乙炔三种气体实时测量的开放式检测和报警系统。实验结果表明,该系统响应时间小于2 s,其甲烷、乙烯、乙炔的测量精度分别小于100 ppm-m,40 ppm-m,50 ppm-m,为石油化工行业中天然气泄漏检测技术提供了新的技术方法。

从振动的基本理论出发,应用矩阵光学理论,推导了光学图像法测试光束指向稳定性的原理。设计了光电法测试光束指向稳定性的测试应用,并搭建了实验光路,结果表明:光学图像法可以准确分析光束指向稳定性误差的大小、产生的误差的振动频率及其影响程度,并结合加速度计的电学法测试,可以探测光路中引起光束指向误差的来源。光电法测试结果正确可靠、简单方便,具有较好的工程应用价值,特别适合大型光学系统的光束指向稳定性测试。

为快速高效地进行云检测和云相态识别,提出了基于BP神经网络的云检测和云相态识别方法,并针对中分辨率成像光谱仪(MODIS)的相关数据建立了BP神经网络。利用该算法对MODIS图像进行了云检测和云相态识别,并把识别结果与MOD06数据进行了对比,对比结果表明,该算法对冰云、水云以及混合云的识别准确率分别达到了100%、100%以及99.94%。该算法快速、准确,消除了未确定态,具有很强的自主学习能力。

应用联合变换相关器对目标进行探测和识别时,由于实际探测到的目标相对于参考图像存在比例、旋转、平移畸变,因此在传统的光学相关器中很难实现目标的探测和识别。为了更好地探测到目标,提出了面积-极坐标的算法,该算法利用相似图形之间的尺寸与面积存在满映射函数关系,实现了比例不变光学探测,并结合极坐标变换实现旋转不变光学探测,最后,对变换后的联合图像进行小波边缘提取,既能提取到清晰的图像边缘,又能有效地抑制噪声,不但提高了相关峰,并使得相关峰更为尖锐,成功实现了大尺度混和畸变目标的探测和识别。作为实例,对混合畸变目标进行了计算机模拟和光学实验,验证了该算法在大尺度混合畸变光学相关探测中的可行性。

探测器采用浸没透镜结构的单元光伏芯片,工作波段为2.5~3.2 μm。采用储能焊TO9管壳封装,将二级热电致冷器、 热敏电阻、透镜结构的HgCdTe红外探测器封装为一红外探测器组件,组件可在室温至-50 ℃下工作,经过老炼、力学和热学环境适应性试验后,结果表明,HgCdTe红外探测器的零偏电阻(R0)变化率、探测器峰值电流响应率(Rλp,I)变化率和热电致冷器(TEC)的交流阻抗(R)的变化率均小于5%,探测器暗电流Id@-0.1V≤9×10-7A,探测器的漏率优于1×10-7 Torr·l/s,组件的密封性达到了航天要求。