超快激光一般是指脉冲宽度短于10 ps 的脉冲激光,主要指短皮秒和飞秒(10-15s)激光。这个时间尺度短于激发态电子向晶格弛豫能量的所需时长,使光与物质相互作用呈现了与通常光激发显著不同的特性,也促成了其崭新的光电应用。围绕飞秒激光与物质相互作用快(作用时间短)、强(瞬态功率高)、精(非线性使作用区体积小,用作加工分辨率高)的特点,开展了系列研究,包括飞秒激光超快光谱用于光/电-电/光转换动力学探索,激光诱导气体成丝用于近程遥感探测,及飞秒激光微纳加工用于新原理、新材料微纳集成器件的制备。介绍了相关研究的进展。

目前,在被动锁模掺铒光纤激光器中,进行腔内色散补偿的方法主要包括:在激光谐振腔内熔接一段具有正常色散的光子晶体光纤、插入具有正常色散的光栅对，以及利用具有正常色散的啁啾光纤光栅等。针对目前腔内色散补偿方法存在的耦合效率低、环境稳定性差、色散量不易调节等不足，设计了一种由偏振合束器、色散补偿光纤和法拉第旋转镜构成的线形支路进行腔内色散精确补偿,采用透射式可饱和吸收体实现自启动锁模,并结合混合光器件,实验获得了重复频率为82.84 MHz、平均功率为10 mW、脉冲宽度为381 fs的飞秒脉冲保偏输出,作为种子源,可广泛应用于太赫兹产生、生物医学成像、超快光谱学等领域。

对高能激光大气传输效应进行了理论分析,并结合数值算例定量分析了能见度和传输距离对到靶功率的影响。在此基础上,提出了一种基于阵列式探测器的高能激光大气传输试验与评估方法,给出了高能激光束到靶光斑参数的计算方法。研究结果能够用于测量高能激光通过大气传输后的激光功率密度时空分布,评估舰载高能激光**大气传输能力,为未来开展高能激光**外场试验奠定理论基础。

针对目前管道泄漏监测与安全预警技术的不足,提出了光纤布拉格光栅(FBG)振动传感的方法,搭建了管道振动信号实时监测系统,并在石油管道上进行了现场实验。通过对实验得到的时域信号进行初步分析,以及采用基于偏最小二乘判别分析法(PLSDA)的模式识别方法,可以对管道上的噪声、铁锹敲击、铁锤敲击、电钻钻孔信号进行有效区分,且信号识别正确率达到96%,得出FBG加速度振动传感器系统检测管道振动信号具有可行性的结论,为石油管道运输中存在的打孔盗油等破坏性行为的监测提供了可行方案,从而实现管道上振动信号的实时在线监测与科学管理。

在分析比较传统光纤探针研制工艺特点的基础上认为其不适用于蓝宝石光纤,因此提出了基于研磨抛光系统的光纤探针制备工艺。介绍了研磨系统的组成及运作方式,阐述了光纤探针制备过程中研磨抛光与固化的主要流程。最后使用光学仿真软件Zemax进行了光纤探针传输效率的仿真测试,仿真结果表明采用940 nm波段光源及“面对面”探头安置方式时光纤探针传输效率最高。可应用于蓝宝石光纤探针传感器系统的搭建。

提出了一种使用光学技术产生可调谐的四倍频相位编码信号的方案。利用一个马赫-曾德尔调制器(MZM),一个光滤波器(OBPF),一个布拉格光栅(FBG),一个环形器,两个偏振调制器(PolM)和光电探测器,结合波长复用技术、偏振调制技术和平衡探测技术,产生四倍频相位编码信号。仿真结果表明,此方法产生的相位编码信号具有大调谐范围,高倍频系数。仿真产生的20 GHz和40 GHz相位编码信号分别具有10.10 dB和9.79 dB的峰值旁瓣比,压缩比都是128。同时,从相位编码中恢复出来的相位信息分别具有200°和206°的变化。仿真结果验证了产生四倍频相位编码信号的可行性,所产生的相位编码信号具有20~40 GHz的调谐范围,同时还表现出很好的脉冲压缩性能。

为实现含聚污水浓度的在线光学检测,利用IRTracer-100傅里叶变换红外光谱仪测量了封装窗口-含聚污水-封装窗口三层光学腔的透射特性。基于透射比并结合K-K关系式反演液体样品光学参数,使用Matlab软件对含聚污水的光学腔透射特性进行数据拟合。仿真结果表明,含聚污水含光学腔的透射特性与其浓度之间的关系没有呈现一定的规律性,基于含聚污水光学常数反演的透射特性与其浓度拟合效果较好,拟合精度为0.932 69,误差范围为0.13%~2.32%。对基于光学方法在线检测油田含聚污水浓度具有指导意义。

十二烷基苯磺酸钠( Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate,SDBS)是一种通用的阴离子表面活性剂,其洗涤性能优良,配伍性能好,可与其他无助剂以不同比例配比,且价格便宜,被广泛应用于洗衣粉中。应用FS920荧光光谱仪分析了不同浓度的十二烷基苯磺酸钠水溶液和不同品牌洗衣粉水溶液的荧光光谱特性,发现十二烷基苯磺酸钠溶液的荧光特征峰位于λex/λem=315/350 nm,洗衣粉水溶液的荧光特征峰位于λex/λem=356/430 nm,经分析是由于洗衣粉中添加了其他非离子表面活性剂、沸石等物质使特征峰发生红移。根据荧光强度与浓度的关系,采用径向基神经网络完成了水溶液中十二烷基苯磺酸钠含量的定量测试,同时通过采用荧光光谱技术和径向基神经网络相结合的检测方法分析了生活中常见的7个常用品牌洗衣粉中表面活性剂的含量。

为保证船用光电设备的安全可靠运行,针对船用光电指向器存在的气密问题,利用红外成像手段和CO2气体对红外线较为敏感的特性,研究了一种气密检测方法。该方法采用帧间差分和局部熵差相结合的算法对泄漏处进行检测和定位,从而能够高效、准确地发现船用光电指向器的气密缺陷,起到维护设备稳定工作的重要作用。

为了解决光电传感器用电动镜头盖的控制精度、抗风能力以及提高可靠性,提出了基于单圈电位器和电机驱动电流变化的级联位置检测技术。启动开盖或关盖程序后,先检测单圈电位器中间抽头电压,当抽头电压超过某位置阈值后,再检测驱动镜头盖电机的电流变化,当驱动电机的电流变化超过某一阈值时则认为镜头盖到达理想的打开或关闭状态。级联位置检测技术能够精确地检测镜头盖的终了位置,将镜头盖的控制精度控制在2°以内。此外,该技术摒弃了用于检测镜头盖终了位置的小型限位开关,提升了镜头盖的可靠性。

为了更好地解决电机转速测量及转向识别的问题,利用光耦计数器和Arduino控制器,在电机上安装码盘,通过测量码盘黑线的遮光次数来判定电机的转速,并利用双光耦原理来判断电机的正反转,最终将结果显示在LCD12864显示屏上。实验结果表明该系统结构能简单地判断电机的正反转,尤其是在提高测速稳定性与可靠性、降低测速成本等方面具有参考价值及应用前景。

眩光效应是影响照明系统使用效果的重要因素。首先建立了眩光效应的评估模型,对某远程照明系统进行实际建模仿真及定量分析,计算了其眩光效应的理论值。分析了人眼视觉仿真模式并使用逆向追迹算法对系统的人眼视觉效果进行仿真,最后对不同视角、不同昼夜背景环境、不同观察距离仿真了人眼观察照明系统的实际眩光效果。对某实际远程照明系统的仿真结果表明其眩光值GR小于30,眩光效应较为严重,并使用软件仿真验证了理论分析的结果。提出的分析方法对照明系统眩光效应评价及判断给出了可视化的评判方法。在照明系统的设计领域有应用前景。

永磁同步电机具有运行平稳、惯量低、效率和功率因数高等优点,有效解决现有光电设备中直流电机的惯量大、需要维护等系列问题。介绍了永磁同步电机的数学模型简化条件,给出了一种基于磁场定向的空间矢量控制原理,推导了空间电压矢量SVPWM的实现算法,最后进行了永磁同步电机的空间矢量控制实验研究。实验结果验证了该算法的可行性,电机伺服系统能够进行无超调的跟踪控制,具有较好的动态性能和较强的鲁棒性。

提出了一种无人机载光电吊舱在高误码率信道条件下操控指令传输策略。该传输策略通过连续重传机制保证了操控指令传输的可靠性,并依靠序号标记机制避免了重复响应。在误码率为0.01的情况下,操控指令数据包长度由20字节减少到10字节,可以将丢包率由0.85减小为0.65,正确接收一个数据包平均所需要的最少传输次数由8次大幅减少到3次。采用该传输策略保证了光电吊舱对操控指令的正确接收,降低了操控延迟,避免了重复响应。

针对使用单一频率飞秒激光纵模间拍信号测距时测量分辨力和最大非模糊距离之间的矛盾,提出了一种同时使用不同频率的微波信号对距离进行测量并逐级合成测量结果的方法。分别选取频率为100 MHz和1 GHz的纵模间拍信号测量目标距离,之后调整飞秒激光器的重复频率,使1 GHz的纵模间拍信号频率变化1 MHz后再次测量,借助频率变化进一步得到更大的合成波长,最后将三次测量的结果逐级合成,在扩展最大非模糊距离的同时保证了测量结果的高精度。实验结果表明,这种方法能够将最大非模糊距离扩展到150 m,对目标绝对距离的测量结果不确定度为25.8 μm。该方法不需要改变光路结构,测量过程简便,能很好地实现大尺寸高精度的绝对距离测量。

针对复杂背景下视觉目标跟踪问题,提出了一种基于多特征融合和改进建议分布函数的粒子滤波目标跟踪算法。为了解决单一特征跟踪稳定性差的问题,该方法在构造粒子滤波算法观测似然函数的过程中,综合利用颜色、梯度和纹理特征,并给出一种有效的特征权值自适应分配策略。针对传统建议分布函数无法利用观测信息的缺陷,提出了一种基于PSO算法的建议分布函数,有效地抑制了粒子退化现象。实验采用复杂地面环境下的多组图像序列,结果表明该算法的有效性。

在激光通信、量子光学等领域,获得低相位噪声的相干激光是实现高信噪比信号探测的前提,光学锁相环是获得相干光的有效方式,环路的相位噪声水平直接制约着相干光相位噪声水平。为了降低相干激光相位噪声,从光学锁相环环路的基本模型出发,推导了锁相环的传递函数以及环路方程,分析了锁相环路不同频段的相位噪声来源和其对环路噪声的影响,最后通过激光锁相实验对前面的理论分析进行了简单的验证和分析。对低相噪锁相环路设计具有指导意义。

通过分析岛礁防卫对岸基监控的迫切需求,强调研发光电与雷达复合监控设备的必要性。综述国内外研究现状,归纳出复合监控设备的两种技术体制。通过对比发现将红外周扫成像与导航雷达相结合,更能满足岛礁警戒的实际使用要求。阐述了这种结合方式的特点、关键技术及解决途径,指出了岸基智能警戒技术的未来发展方向。

惯性导航是一种完全自主、抗干扰能力强的导航方式，因受限于惯性器件的灵敏度和长期稳定性，惯性导航系统定位精度相比于卫星导航仍有较大差距。新型的基于原子干涉技术的惯性敏感器件在理论上具有灵敏度高、长期稳定性强和实时消除重力偏差的特性，具有推动惯性导航技术到达卫星导航性能的潜力。介绍了近年来欧美研究机构在原子干涉惯性敏感器的工程化研制上取得显著进展，总结了原子干涉在惯性导航领域的技术发展方向。