有机聚合物和钙钛矿杂化物在合成控制、加工及属性调控的进展显著地增强了其太阳能电池性能。聚合物和杂化太阳能电池的性能十分依赖材料吸收光子、激子离解、电荷传输以及在金属/有机/金属氧化物或金属/钙钛矿/金属氧化物界面的电荷收集的效率。介绍了如何通过有效地整合材料设计以及界面与器件工程以显著提高聚合物和杂化钙钛矿型太阳能电池性能(转换效率＞18%)。还介绍了一些关于制备串联和半透明太阳能电池的新型器件结构和光学工程策略,以发挥聚合物和钙钛矿太阳能电池的最大潜能。

采用可调节延迟、共线的双束飞秒激光脉冲列烧蚀ZnO表面,验证随着延迟时间的变化,其表面周期波纹结构的转变及结构转变的机理。在ZnO表面上可以分别观察到低空间频率的周期波纹结构(LSFL)和高空间频率的周期波纹结构(HSFL)。随着延迟时间的增加,发现低空间频率的周期波纹结构开始向高空间频率的周期波纹结构转变的现象。利用电子产生的速率方程分别去计算由800 nm激光和400 nm激光辐照所激发的电子密度。最终的计算结果结合Sipe理论可以对该现象的发生进行解释。该研究表明,可以通过可调节延时的双束激光脉冲列来控制激发的电子水平从而改变飞秒激光辐照在材料表面诱导的周期波纹结构。

天文导航是通过探测恒星并利用其在天体坐标中的已知位置信息,反解出探测平台姿态信息。无论是在可见光波段,还是在近红外波段对恒星进行探测,由于飞行器的快速运动和持续曝光时间的存在,在拍摄恒星图像时,容易造成星图的运动模糊,给后续的星图匹配和导航定位精度造成影响。针对星敏感器拍摄到的星图,在运动参数未知的情况下,利用Roberts边缘检测算子和自相关的方法分别确定出点扩散函数的方向和尺度参数,然后采用有约束的最小二乘滤波来复原恒星图像,取得了较好的效果,为天文导航后续的恒星位置确定及星图匹配奠定了基础。

为了满足用户对高分辨率、大屏幕、大色域图像的追求,设计了一种基于激光光源照明系统的超高清(UHD) DLP投影光学引擎,样机应用单片式4K TRP DMD芯片,采用红(638 nm)、绿(532 nm)、蓝(447 nm)三色激光器作为光源。介绍了DLP UHD照明光学系统的两种典型设计方案,采用复眼透镜阵列作为匀光方案来提高光能利用率和光源均匀度。还介绍了TI的TRP技术和XPR技术,对比了适合于TRP技术的TIR和RTIR棱镜的优缺点,给出了光学仿真,设计了双DDPP4422+FPGA的驱动系统, 实现了投射比为0.248的激光投影样机。样机色彩饱和度高,显示效果好。光学系统结构简单、集成化程度高、易于实现批量化生产。

对比分析了量子阱材料增益谱及其折射率变化谱随阱宽、应变和载流子浓度的变化特性,在此基础上以两谱线3 dB谱宽交叠区面积为度量,分析了各因素对兼顾材料增益与折射率变化的影响,并剖析了其中的物理机理。研究表明,两谱线3 dB谱宽交叠区面积随阱宽的变化过程中存在一个极大值;引入压应变有利于增大交叠区面积;交叠区面积随载流子浓度单调增加的过程中存在一个转折点,在转折点之前增加迅速,在转折点之后增加放缓。基于以上影响规律,选取适当的阱宽与压应变量,在载流子浓度为3.0×1024 m-3时,设计出的In0.583Ga0.417As/In0.817Ga0.183As0.4P0.6量子阱在C波段内可恰当地兼顾增益与折射率变化,两谱线3 dB谱宽交叠区面积为3.7×104 nm/cm。

以等截面悬臂梁为研究对象,分析了表面式封装工艺对光纤光栅传感器的应变传递特性的影响,推导了光纤光栅传感器所测应变与实际基体应变之间的关系,得到了应变传递率与平均应变传递率表达式。对影响平均应变传递率的参量进行了详细的仿真分析,结果表明为使光纤光栅能够真实地反映基体的形变,应选用剪切模量较大的物质作为中间层,减小中间层的厚度,增加中间层的长度和宽度,以提高平均应变传递率,减小测量误差。中间层厚度是影响封装结果一致性和重复性的最主要因素,而增大中间层长度和宽度,能有效地提高传感器封装结果的一致性和重复性。

为提高测温精度和空间分辨率,搭建了基于电光调制器调制探测光脉冲的布里渊光时域反射分布式温度传感系统。分析并验证了电光调制器输出探测光脉冲信号的特性、电信号解调系统中窄带滤波器中心频率以及检波器响应速率对反射测温精度和空间分辨率的影响。结果显示,中心频率为700 MHz的窄带滤波器进行布里渊增益谱扫描时,布里渊光时域反射测温系统可获得高的测温精度；采用响应速率较快的检波器获得的系统空间分辨率较高。在此基础上,采用电光调制器调制脉宽约10 ns的探测光脉冲进行测温实验,在约3 km的传感距离上获得了±1.24 ℃的测温精度和1.217 m的空间分辨率,实现了较高空间分辨率和温度精度的分布式光纤传感测量。该实验可为BOTDR温度传感解调系统中器件参数的选择提供参考。

在基于快速傅里叶变换的光纤法布里-珀罗传感器解调方法的理论分析基础上,引入了离散频谱能量重心校正方法,改进了FFT算法。仿真结果表明该联合算法解调值与真实值一致性较好。并通过实验加载0~10 Mpa的油压,对压力和解调得到的传感器腔长数据进行拟合,并将拟合得到的曲线与参考值比较,相对误差为0.003%。实验结果表明,FFT与能量重心联合解调方法可以得到较高的精度。

光载无线技术(RoF)因其大带宽、高移动性和低传输损耗等特点,成为未来接入网极具前景的解决方案之一。同时,该技术与矢量调制格式结合可以有效提高系统容量。但是如何低成本地产生光矢量微波/毫米波一直是亟待解决的问题。从预编码和光子倍频技术出发,提出多种光子辅助微波/毫米波产生方案,这些方案从成本、器件可用性、系统复杂度、系统容量等角度对传统方案进行了改进,为将来的研究工作提供参考。

空间光通信受到大气湍流影响的衰落时间可持续数毫秒,严重影响通信系统的可靠性。提出了一种适合于空间光通信的自适应编解码方案,并且给出了具体的实现方法。针对信道当前不同的状况,采取不同的编解码方案降低系统的误码率。并且采取阈值切换的方法,避免了由于信道状况在设计阈值周边波动时出现的编解码方案频繁切换的现象。经过MATLAB仿真,验证了该方案的可行性。

应用于航空航天等**技术领域的高分辨率遥感相机在轨图像处理过程中,需要用到相机实验室静态MTF测量结果进行补偿复原,因此对其测量的准确性提出了较高的要求。针对目前遥感相机实验室静态MTF测量常用的固有频率目标法,进行了各相关误差源的深入量化分析,并结合某航天遥感相机的MTF测量计算出各误差源的影响程度,其中系统总误差和随机总误差分别为0.021 32和0.003 04,最后给出了提高测量精度的建议。在实际工程中,可根据测量条件估算出误差值,并对影响较严重的误差因素采取相应措施,从而提高测量的准确性,对遥感相机在轨图像处理有指导意义。

激光损伤阈值是衡量光学元件性能的重要参数,而判别薄膜是否发生了损伤是准确测量薄膜激光损伤阈值的关键,因此研究薄膜损伤的判别方法具有重要意义。传统方法准确度低、操作复杂、人为因素影响大,提出了以等离子体冲击波压强特征为标准的判定薄膜损伤的新思路。以多种单层薄膜为例,搭建测试平台,利用传声器采集激光辐照薄膜产生的等离子体冲击波,将该数据与国标法测得的激光薄膜损伤阈值相对照,找到对应的等离子体冲击波压强阈值。实验表明,该方法判别速度快,操作简单,测试设备搭建方便,并可以实时监测,能够大大提高检测效率。

医用硬性内窥镜是一种常用的医疗器械,成像质量的好坏直接影响着内窥镜的检测效果,因此内窥镜光学传递函数测量是一个亟待解决的课题。设计了基于刀口法的内窥镜调制传递函数测量系统,利用CMOS相机分别对刀口移动时刀口像的灰度值进行连续采样和刀口静止时刀口像的灰度值进行单步采样,电子计算机将所得到的数据进行微分、傅里叶变换和滤波,就可以快速地得到内窥镜的调制传递函数。以0°鼻窦镜为测量模型,实验表明,在中心视场空间频率5 lp/mm处,刀口扫描法测得的MTF值比仿真值低0.03,空间频率10 lp/mm处,刀口扫描法测得的MTF值比仿真值低0.01,且刀口扫描法和刀口目标成像法都可以测量出稳定的MTF曲线。

针对相位测量偏折术(PMD)检测平面光学元件面形的光路结构,系统地分析了各部件因各自由度的不确定度变化对重建面形的影响,并且提出了一种高精度的平面元件调整方法。通过对相移算法得到的显示器坐标与通过光线追迹得出的参考面显示器坐标进行比较,能够将被测镜调节至理想测试状态,从而能准确求出被测面上各点斜率,再采用波前重建算法,实现了光学元件面形重建。实验结果显示,有效口径为Ф140 mm的平面元件在去掉Zernike多项式前6项的面形数据与干涉仪的测量结果差值在RMS=5 nm以内,结果远优于未经过该方法调整的结果。因此,该调整方法可行,能够有效完成对平面元件的精密调整,具有很大的应用价值。

为了实现对轨道车辆车体自动化测量,提出了基于激光线结构光的车体外形宽度尺寸测量系统,并对系统的原理模型、图像处理方法、系统标定进行了研究,完成了实际车辆的现场测量实验,并进行试运行。测验结果表明: 单个相机在1 000 mm左右的测量范围内能达到±0.5 mm的精度,满足工业测量的高精度要求。

利用灰度共生矩阵能提取图像纹理信息的特点,在灰度共生矩阵的14个纹理特征值中选取与纹理周期性相关的特征值,对三维测量中强度有规律重复分布的变形条纹图像的周期进行分析,能准确得出条纹的周期数,或者每周期中的像素个数,给傅里叶变换轮廓术的滤波操作等后续条纹分析提供参考依据。对模拟条纹和实拍条纹的周期分析、纹理特征提取实验表明灰度共生矩阵提取的条纹周期参数与实际值相符合,能准确反映条纹图像的周期特性,可用于条纹分析的实际应用中。

液基细胞学检查是目前国际上比较先进的一种宫颈癌细胞学检查技术,对宫颈癌的诊断具有较高的准确率。然而在自然沉降式的液基细胞制片过程中,白细胞有时会随液基细胞沉降到基片上,镜检时不利于医生观察液基细胞,不仅会影响制片的质量、液基细胞计数,甚至会影响诊断,因此提出一种基于色彩色度改善液基细胞图像质量的方法。将液基细胞图像从RGB色彩空间转换到LUV色彩空间,在有效避开亮度L对液基细胞特征提取影响的前提下,充分利用U和V通道色度信息,根据液基细胞色度特征,对液基细胞进行定位提取,采用阈值分割以及形态学中的腐蚀和膨胀方法有效滤除白细胞等干扰信息,从而有效改善液基细胞的图像质量。实验验证了该方法的有效性和实用性。

针对跟踪过程中目标被遮挡的问题,提出了一种基于中心距离加权的快速相关跟踪算法,定义了基于灰度差异和距离加权的相似性度量,并根据相关系数自适应更新目标模板,提高了目标的跟踪稳定性和定位精度,结合多尺度的高斯金字塔快速搜索策略,加快了目标匹配速度,在目标遮挡过程中采用Kalman滤波算法预测目标位置,目标退出遮挡时可以重新捕获。实验结果表明,该方法能较好地抑制噪声和目标遮挡的影响,目标遮挡重新捕获成功率高于85%,目标跟踪精度优于10个像素。该算法可有效地跟踪复杂地面背景的运动目标。

原子干涉重力梯度仪利用原子来感应重力的作用,不同于角加速度、静电悬浮和超导等重力梯度仪,是一种绝对重力梯度仪,无机械磨损,测量频率高,且采用激光操控原子,时序、定位精度高,使用寿命长,具有固有的抑制振动特性以及极佳的长期稳定性,在惯性导航及重力匹配辅助导航方面极具应用潜力。简要介绍了基于原子干涉的重力梯度仪测量原理,并在相关资料的基础上总结了原子干涉重力梯度仪在国内外的发展现状,指出了国内目前在技术体制、小型化以及测量精度上的主要差距。