量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)是一种基于半导体耦合量子阱子带间电子跃迁的单极性半导体激光器,其特点、优势为：工作波长由耦合量子阱子带间距决定、可实现波长的大范围剪裁(2.65~300 μm); 有源区由多级耦合量子阱模块串接组成,可实现单电子注入的倍增光子输出而获得大功率; QCL的受激发射过程是发生在子带间,是一种超高速响应的激光器。QCL的小型、大功率、高速响应等特点,使其在环境、医学、缉毒反恐等方面具有广泛的应用。

非球形粒子的光学特性是国际研究的前沿课题,而柱状粒子作为一种典型的非球形粒子,研究其对光偏振特性的影响是解决非球形问题重要的一步。采用T矩阵方法,仿真得到柱状粒子的散射矩阵,再根据散射矩阵中包含的偏振信息,计算求得光经过柱状粒子后的偏振度。在其他参数不变的条件下,分别改变柱状粒子折射率、有效半径、形状,得到相应的仿真结果,处理数据,研究这三个参数对光偏振特性的影响。结果表明:前向散射时,折射率实部越大,柱状粒子对应的光偏振度越大,后向散射时,则与之相反;折射率虚部越大,柱状粒子的形状对偏振度的影响越小;随着有效半径的增加,通过柱状介质的光偏振度的最大值在减小;形状不同的柱状粒子在散射角0~50°之间时,偏振度的曲线变化趋势接近。

LED可见光通信中光电接收器输出信号幅值较小且有畸变,影响了数据传输速率。设计了光电接收器信号处理系统,通过将光电接收器输出的信号放大,并将单端信号转变成差分信号,然后输入至限幅放大器中整形恢复。实验结果表明,该信号处理电路可以实现800 MHz正弦波的整形,将其连接到可见光通信系统中,在LED上加载280 MHz正弦波,信号处理电路具有较好的跟随和整形恢复能力,信号速率约可达到560 Mbps,达到了目前单信道LED使用OOK调制传输的最高速率水平。

舰载激光通信中,成功捕获信标光是通信链路建立的首要条件。为了实现复杂海面背景下信标光自动检测,针对简单背景提出了基于阈值分割的质心提取算法,此算法适用于简单背景下信标光的检测。实验结果表明,此方法简单有效、实时性好,单帧目标结算时间小于20 ms。同时,针对复杂海面背景,质心提取算法易受到反射光及鱼鳞光的影响,提出了基于水天线检测下信标光自动检测提取的方法,仿真试验结果表明，此算法可以有效抑制太阳反射光的干扰。最后研究了基于Haar特征与光流法相结合的目标识别技术,为信标光的检测提供了一种新的方法。

针对传统的目标识别已不能适应信息化战争的需求，**变形伪装目标的识别技术亟待加强等问题，对变形伪装**目标的识别技术进行分析与研究，采用SIFT算子进行图像特征提取并匹配，采用快速排序法对识别目标按照相似度排序，并开发了一套**变形伪装识别系统。通过系统测试可知，该系统能够有效地在海量图像库中识别出存在变形伪装的**目标，并能够找出相似的**目标，按照相似程度将这些目标排序，具有很好的应用价值。

针对实际的测量设备无关量子密钥分配系统需要辅助校准系统来实现参考系共享,增加了系统复杂性,不利于组网应用的问题,提出了参考系无关的测量设备无关量子密钥分配协议,分析了该协议在弱相干光源以及参量下转换光源条件下的密钥生成率和安全传输距离,研究了有限密钥长度对该协议最终密钥生成率的影响,并与传统测量设备无关量子密钥分配协议的统计波动结果做了对比。仿真结果表明,参考系无关的测量设备无关量子密钥分配协议的安全密钥传输距离十分接近传统的测量设备无关量子密钥分配协议。同时,在有限密钥长度的条件下,要实现相近的安全传输距离,该协议所需要的实际密钥长度要比传统协议低大约5个数量级,极大地提高了协议的效率和实用性。

为克服常规雷达精度标校采用真值雷达或者加装GPS的飞机实飞的方式而产生的数据量有限,而且成本高、容易受天气制约等缺点,提出了一种利用光电跟踪标校系统来进行雷达精度标校的方法,并对该标校系统的主要性能指标数据精度进行了深入分析及实际瞄星验证,试验证明该方法能为雷达标校提供较高精度的真值,并具有使用方便,受天气制约较小等优点。

介绍了位置敏感传感器（Position Sensitive Detector,PSD）的基本原理及特性,设计了一种基于一维PSD探测器的位移测量系统。针对PSD只与光的能量重心有关、光敏面无死区、可连续测量光斑位置的应用特点,设计了PSD后续的信号处理电路及上位机显示系统。单片机（MCU）通过ADS7825UB采集PSD输出的位置信息,经过处理后由USB接口传给上位机,上位机控制面板可控制数据采集,并进行位移值显示,从而完成对位移的测量。实验结果表明,测量分辨率可达0.1 μm,测量误差在±6 μm内,可在位移测量领域推广使用。

理论分析了LED的电流/电压(I/V)特性与PN结结温的关系,揭示了温度函数的串联电阻项对I/V曲线的影响,并应用这一影响提出了一种基于串联电阻测量LED结温的方法。该方法只需多点记录LED工作状态的电流、电压值,对数据进行模型拟合就可以得出LED的结温,测试仪器要求低,测量过程简单,可与LED老化工艺同步进行,是一种简单、有效的批量检测LED结温的方法。利用该方法测量了6组LED灯具,测量结果与传统正向电压法的结果具有较高的一致性,证实了该方法的可行性。

激光冷却原子技术已在精密测量领域获得广泛应用,偏振梯度冷却技术是获得超冷原子的常用方法。偏振梯度冷却需要大范围减小冷却光频率,传统方案是用声光移频器的衍射光作为冷却光,通过改变声光移频器的移频量改变冷却光频率,但声光晶体移频带宽较窄,该方法冷却光频率移动不能充分进行,这严重限制了原子冷却的效果。介绍了一种可大范围改变冷却光频率的方法，该方法通过改变激光器输出频率来实现冷却光频率的改变,频率调谐范围可达120 MHz。该方法可获得更低温度和更多数目的原子源,满足高精度冷原子物质波干涉测量的需求。

提出了一种以基于3×3耦合器的非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪为核心元件解调DFB传感信号的技术方案。运用光波导和偏振光理论,推导出干涉仪输出光强表达式,分析了干涉仪输入光偏振态对可见度以及相位噪声的影响;利用三路输出信号之间互存120°相位差这一特点,提出了一种解调算法。分析发现,该方案在干涉仪可见度不为0的前提下,能够克服可见度变化对干涉仪输出的影响,获得传感信号的线性输出。

由于具有较高的效率及可控的热影响,纳秒激光加工在工业中具有较大的应用潜力。该加工方式与具有超快特性的飞秒激光加工和具有准稳态特性的长脉冲激光加工都不同,其加工的结构同时与激光能量在材料中的传导过程、材料的去除过程和熔池内液态材料的喷溅过程相关,所以结构参数难以预测。基于激光的高斯光束特性推导了纳秒激光多脉冲加工微孔孔径随激光脉冲能量的变化规律,并通过纳秒激光在铝合金板上的实验对推导的规律进行验证。结果表明,激光加工微孔孔径随能量的变化规律基本满足R2∝ln(E);孔径随激光脉冲数量的增大而增大,但增大的趋势不明显;孔径随离焦距离的增大而增大。以上这些结果对激光打孔及激光珩磨等工艺一定指导意义。

提出了一种基于激光拍频测量实现光纤光栅温度传感解调的方法,并构建了三层BP神经网络模型对温度传感数据进行优化。该方法分别采用线性啁啾光栅(CFBG)和传感光纤光栅(FBG)作为光纤激光系统的反馈腔镜,测量激光器拍频随传感光栅温度的变化实现温度传感。为减小CFBG非线性时延及时延抖动引起的温度测量误差,采用三层BP神经网络模型,将所测的拍频频率与对应温度经过BP神经网络训练。实验中,重复测量10次,得到10组拍频频率/温度数据。随机选择9组频率数据作为训练校正集,送入三层 BP 网络模型的输入层作为网络输入值,其相应的实际温度值作为网络的输出值,训练网络的权值和阈值,直至满足设定的目标使网络的参数及结构最优化。另一组作为验证样本集,测试该网络模型的实用性。此组数据的温度灵敏度和相关系数分别为37.89 kHz/℃和99.767％,对该组数据训练温度校正及预测,其相关系数达到99.95％。结果表明,利用三层BP神经网络算法对实验数据进行校正,能够有效地提高系统的测量精度。

为了提高投影仪的成像品质,提出了一种以激光作为照明光源,对激光扩束、准直,并使用位相片调制相位,以X棱镜实现RGB光源的合束。为了解决激光散斑问题,提出了一种利用压电陶瓷结合位相片,将时间上连续的激光分成多束独立的激光脉冲,产生N个独立的散斑图像,对N个独立的激光散斑图案进行叠加,从而实现了对激光散斑的抑制,理论上实现了叠加后的散斑对比度可以降为原对比度的1/N。在20 ms内,位相片实现了30幅独立的散斑图案的叠加,通过对散斑图案的采集和分析,单幅散斑图案的对比度为0.993,叠加后散斑对比度降至0.191;结果表明散斑图案的叠加使散斑对比度得到了抑制。为后续的激光投影光路设计提供了一个参考。

集成成像立体显示是利用微透镜阵列记录和再现立体图像,在水平和垂直方向同时具有运动视差的真三维立体显示技术。概述了三维立体显示技术的基本分类,总结了集成成像的原理、特点和发展历史。对于集成成像存在的分辨率低、景深范围小、视角范围窄等问题,结合国内外对于提高分辨率、扩大景深范围、增加视角范围的研究进展,分析和比较了增加分辨率、提升景深范围、扩大视角的技术方法以及本实验室项目组在集成成像三维显示方面取得的研究成果及下一步研究计划。

为实现扫描振镜驱动电路的自主化，使其具有维修性和互换性，对高速扫描振镜的伺服控制理论进行了研究，并对反射镜进行了ANSYS有限元谐响应分析。在理论研究和仿真的基础上，完成伺服控制电路设计，其设计仿真结果可满足热像仪的应用需求。与国外同类扫描伺服控制电路性能进行了对比测试，响应时间小于2 ms，跟随稳定。测试结果表明，自主设计的扫描振镜伺服控制电路性能能够达到热像仪的使用要求。

现代激光光动力治疗仪难以大面积清除肿瘤细胞。设计了一种LED阵列肿瘤光热光动力热治疗仪。采用温度传感、集成电路、风冷和纳米光散射效应,将串、并联的LED阵列光源转变为均匀的3D冷光源。该治疗仪具有液晶显示、温度控制系统,功率可调,照度可调,照射时间可调。该治疗仪波长在400~2 000 nm之间,通过更换不同的灯珠来改变激发波长。实验表明该仪器能大面积、快速杀死或清除肿瘤细胞。此仪器与光敏剂在可见-近红外波段靶向吸收的纳米材料配合使用,对皮肤或浅表性肿瘤能发挥协同治疗作用。

应用电子束在真空条件下沉积氧化铟锡(Indium-Tin Oxide,ITO)薄膜,研究不同生长条件(温度、速率、厚度及氧气流量)对ITO薄膜光电特性的影响,结果表明ITO薄膜表面微结构随着沉积温度上升逐渐变得平整,晶体结构强烈地依赖于ITO薄膜生长过程的沉积速率,氧气流量会影响ITO薄膜晶体结构的完整性,氧空位会引起晶体结构变化造成薄膜光电特性差异,适中的沉积速率会得到致密性较好的ITO薄膜,通过实验研究,为LED生产ITO薄膜工艺提供一定的技术依据。