光学计算成像旨在通过照明、光路、探测器以及重建算法等的共同努力来提高光学系统的成像性能, 实现新的功能。讨论了两个值得关注的计算成像例子：超越衍射极限的光学成像和复杂媒介成像。第一个例子也被称为超分辨成像, 研究者们打破了保持了130多年的阿贝衍射极限, 为纳米尺度的光学成像带来了前所未有的机会：将基于光激活和光转换蛋白的荧光成像技术和计算光学成像系统相结合, 可以提供宽场单分子检测能力；将三维点扩散函数工程和最优重建算法结合, 进一步提高了系统的三维分辨能力。第二个例子是关于透过强散射介质的聚焦和成像, 是近年光学领域的研究热点。通过使用反馈系统和光学调制来实现波前控制, 可以克服介质传播中的多散射效应。特别值得指出的是, 将相位控制全息技术跟微机电技术相结合, 可以实现散射介质状态的高速评估, 从而能够在动态强散射介质样品上实现聚焦。

为了满足现代水声传感对光纤水听器系统大动态范围的要求, 研究了外差检测技术, 提出了外差-反正切的解调方案。通过软件仿真模拟, 分析了一定噪声下外差检测方案中的干涉信号特征和解调结果特征, 成功解调出1 kHz的声信号。同时展示了在一定参数下采用外差检测法可以使得光纤水听器系统的解调信号频率达到7 kHz和振幅达到40 rad。最后搭建了基于外差检测技术的干涉型光纤水听器系统, 成功解调出1 kHz的待测信号, 并展示了光纤水听器系统实验的干涉信号特征和解调结果特征, 这与理论仿真具有相同的结果, 验证了外差实验的正确性和可行性。对干涉型光纤水听器的研究和应用具有参考价值。

从光纤预制棒、光纤拉丝炉、光纤熔接等方面阐述了低熔接损耗环保型单模光纤研制过程。主要从原材料以及反应原理角度出发, 探索了无氯环保型光纤预制棒的开发过程；同时从拉丝炉的气流场进行分析, 完成了光纤拉丝炉的开发, 该拉丝炉可用于直径不均匀光棒的拉丝, 光纤丝径的3σ值稳定在0.186 5左右。最后进行了熔接试验, 研制出光纤的双向熔接平均值不管在1 310 nm还是在1 550 nm, 均在0.03以下, 顺利完成了低熔接损耗环保型单模光纤的研制。

针对位相展开时出现的“拉线”现象, 提出了一种基于三次样条插值算法以重建展开相位的拉线处理方法。在位相测量轮廓术中, 需要使用相位展开算法对获得的连续相位, 受位相展开区域极点和截断线的影响, 导致位相展开后模型出现“拉线”现象, 采用基于三次样条插值法对“拉线”处的数据进行重构和预测, 从而消除“拉线”现象。实验中, 通过对“螃蟹”物体进行位相展开验证了该方法的有效性, 表明该方法能够有效处理“拉线现象”, 使得后续三维重建工作的精确性和可靠性得到提高。

针对巡检机器人深度视觉系统需要频繁人工标定问题, 提出了一种用于机器人避障与防跌落的深度相机姿态自标定方法。该方法结合相机坐标系与世界坐标系相对关系, 利用平整地面拟合出参数化平面, 在此基础上建立世界坐标系, 进而求解出表示世界坐标系与相机坐标系关系的参数。该方法能够解决传统算法对深度相机标定需要人工标定, 且需要在场景中放置标志信息等操作复杂的问题, 提高了标定效率。实验数据表明提出的方法能准确标定出深度相机姿态参数, 满足了障碍检测与机器人防跌落需求。

研制了一种分光光度计, 其具有结构小、波段范围宽、分辨率高等特点, 并基于该分光光度计搭建了一套多参数水质在线分析系统, 通过对总磷、总氮、氨氮各标准溶液的吸光度值的测量, 得到了该分析系统中总磷参数分析模块的准确度为-3.405%, 重复性为1.080%, 总氮参数分析模块的准确度为3.462%, 重复性为1.625%, 氨氮参数分析模块的准确度为0.847%, 重复性为0.809%, 均满足相关标准中规定的计量要求。结果表明该分光光度计能够满足多参数水质在线分析测量系统的应用需求, 实现了多参数一体化以及水质检测的实时化、快速化、自动化、便携化。

提出了一种DFB激光器传感信号解调方案。该方案以非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪为基本解调元件, 将DFB激光器波长的变化转换为干涉仪输出光强的变化, 并通过对干涉仪输出特性的分析, 设计了解调电路系统和偏振控制系统。解调电路系统在干涉仪可见度不为“0”的前提下, 输出信号不受可见度变化影响；偏振控制系统通过控制干涉仪输入光偏振态, 确保可见度远离“0”。该方案避免了干涉仪可见度波动对解调信号的影响, 获得对传感信号的线性输出。

为了考察纳秒激光脉冲宽度对激光加工中熔体体积的影响。基于双温方程, 采用有限元方法, 考虑激光的时空分布, 数值模拟了高斯分布的纳秒脉冲激光辐照1060铝合金表面时, 微坑中熔体体积随脉冲宽度的变化。在低能量密度条件下, 轴向辐照中心下方0~0.4 μm的区域内, 脉冲宽度较小的激光产生的晶格温度高于脉冲宽度较大的激光辐照产生的温度, 而在0.4 μm以下的位置, 脉宽越小, 晶格温度越低；在所考察的脉冲宽度范围内, 中心点处熔体厚度随激光脉冲宽度的升高呈近乎正比增加。结果表明, 在脉冲宽度控制下, 纳秒激光可以控制温度场的空间分布, 而纳秒激光加工中的熔体体积可以通过控制激光脉冲的宽度来控制。这一结论可用于解释C K?rner 等人所提出的纳秒激光加工模型：激光脉冲能量的增大将导致激光与材料作用时间延长从而导致更多的熔体。同时, 将为激光微孔加工中重铸层厚度的研究提供参考。

针对KDP晶体随环境温度升高而需要的四分之一波长电压增大的现实因素, 应考虑适时调整相应电路的输出电压。采用数字电位计AD5259作为Boost变换器反馈回路中的输出电压采样电阻, 以C8051F330微控制器从温度传感器ADT7320采集到的环境温度值为依据, 调整数字电位计的滑动端阻值, 从而实现了Boost变换器输出电压的实时调节, 进而与高速射频场效应管和脉冲变压器构建了一个温度自适应的加压式电光Q开关。该电光调Q电路已应用于多种脉冲激光测距仪中, 工作于?30~65 ℃的大范围环境温度条件下, 相应的四分之一波长电压可由1 500~7 000 V。

雷达散射截面作为雷达目标识别的重要参数, 在实时获取运动目标的雷达散射截面(RCS)时存在实时性差的问题。针对运动的飞机雷达目标, 提出了一套利用MATLAB调用CST MWS实现太赫兹单站RCS的建模、计算和数据处理一体化的仿真方法, 并且实现了复杂目标的太赫兹RCS的实时获取, 仿真计算了F-16飞机和Su-27飞机的缩比模型的太赫兹RCS, 由MATLAB调用CST得到的RCS特性曲线与只用CST仿真的RCS特性曲线完全吻合, 且通过输入散射太赫兹波的方位角和俯仰角能正确输出实时太赫兹RCS。结果表明该方法能正确调用CST实现太赫兹RCS的实时获取, 验证了该方法的有效性、正确性以及便利性。

高速宽带光网络是国家信息基础设施的重要组成部分, 其中的灵活控制技术是研究与实现的难点之一, 也是本领域重要的前沿技术之一。回顾了光网络灵活控制技术的主要特征与演进过程, 重点对三种网络形态的灵活控制技术(超大容量光联网、光载无线接入网、数据中心光网络)进行了分析, 包括核心需求、问题难点、基本架构、解决方案与系统应用等, 最后对未来发展愿景进行了展望。

为了提高车载光电稳定平台的抗干扰特性, 在传统PID算法的基础上, 应用自抗扰控制(ADRC)的核心部分扩张状态观测器(ESO)来实现对扰动的估计和补偿。通过仿真和试验验证ESO对阶跃干扰和正弦干扰抑制效果, 表明PID+ESO算法对扰动的补偿效果相对于PID算法提高了40%。该方法简单、有效, 易于实现, 具有较强的工程应用价值。

针对结构光双目三维重建方法中存在误匹配点较多的问题, 提出了一种基于相机抖动的多方位误点淘汰筛选算法。利用平面镜轻微移动模拟相机抖动, 对复原图像进行重新投影, 进行误点的淘汰筛选, 提高复原精度。实验结果表明, 该方法与未抖动相机时比较, 单幅图复原误点明显减少, 多幅图平均精度提高20%~30%, 精度平均水平达到0.16 mm, 可以实现对机车轨道和轮对检测的高精度三维测量, 满足实际检测的高精度要求。

针对光电设备传统安装标校方法操作复杂、工作难度大的缺点, 提出了一种光电设备数字标校方法, 并结合平台稳定型光电设备开展了数字标校过程的姿态耦合分析, 重点分析了设备安装水平倾角耦合关系、空间稳定姿态解算和设备方位零位解算过程, 并通过仿真计算和试验验证了该方法的可行性。试验验证结果表明：具有稳定平台的光电设备采用该数字标校方法进行安装标校和稳定控制时, 在动态条件下其目标数据精度可满足2 mrad的技术指标要求。该研究对光电设备标校及误差源分析具有工程指导意义。

为了配合半导体波光器在偏振型光传感器中的应用, 采用高精度的恒温控制以及功率稳恒控制方法, 使用高稳定性的三极管2SC5551、高精度采集IDAQ6009、高稳定低振荡的MAX8521控制器、半导体制冷器等, 研制了一种偏振、波长与输出功率三个指标均稳定的半导体激光器。进行了理论分析和实验验证, 能够保证半导体激光器的输出波长控制精度在±0.01 nm, 驱动电流波动范围小于±0.05 mA, 输出偏振态稳定, 椭圆率为0.00(线性), 方向角波动范围小于0.1°。结果表明, 该激光器波长、功率、偏振态稳定, 保证了偏振型光传感器系统的稳定性和测量精度, 并且能够满足这类光传感器向智能化小型化的发展。

提出了一种针对微尺寸LED阵列芯片的集成封装方法, 设计封装了6种发光单元尺寸不一的4×4微尺寸LED阵列芯片, 色温控制在6 300 K左右, 显色指数约为70。光电性能测试结果表明, 发光单元越小, 调制带宽越高。发光单元直径为60 μm的芯片在90 mA的注入电流下, 调制带宽达到了125.71 MHz, 而发光单元尺寸越大, 饱和光通量越高, 直径为160 μm的饱和光通量约为15 lm。这些结果将有助于制备可见光通信的白光光源, 在保证照明品质的前提下提高调制频率。