瑞奇-康芒法是大口径平面元件面形检测的有效方法。通过分析检测光瞳到被检平面的位置转换关系以及波像差到面形误差的幅值转换关系, 分别对检测得到的波像差以及干涉仪离焦产生的Power进行转换处理, 利用最小二乘法计算出瑞奇-康芒两角度检测时的干涉仪离焦量, 从而获得被检平面的面形误差分布。实验部分给出了第4项到第37项泽尼克多项式分布形式的被检平面面形误差的仿真检测结果的误差分布, 其峰谷值和均方根值的相对数值误差的平均值分别为6.22%和3.48%, 相对分布误差的平均值分别为28.1%和14.4%; 并给出了一个随机面形误差的仿真检测结果。此波像差解读方法不存在多项式拟合的误差, 适用于任意形状的被检平面通光口径, 具有较高的精度, 达到了实际工程要求。

理论分析了基于白光干涉的保偏光纤偏振模式耦合检测原理, 并以迈克尔逊干涉仪对保偏光纤的偏振耦合的耦合强度和耦合点的位置进行了测试。由于机械式扫描干涉仪和信号处理电路会受到环境干扰和各种噪声的影响, 限制了系统偏振耦合检测的灵敏度, 应用小波变换对检测信号进行了分析, 采用软阈值方法降噪处理, 有效地去除了各种干扰和噪声, 提高了干涉信号的信噪比3.2dB, 耦合强度测试灵敏度也相应地得到了提高, 增强了测试系统检测微弱偏振耦合的能力。

平面LED(light-emitting diode)阵列远场条件是实现其光度学参数正确测量的前提, 为了确定不同平面LED阵列的远场条件, 基于点光源发光强度的测量原理建立了面光源光轴上的不同距离下照度与距离平方乘积的函数关系模型, 用其表征面光源光轴上光场的分布规律。在此基础上利用照度平方反比定律, 以及平面LED阵列远场的近似条件, 推导出了平面LED阵列远场条件的理论计算模型。以某款LED日光灯和LED射灯为对象, 搭建了相关实验测量系统, 对其光轴上的光场分布规律以及远场条件进行了实验验证。结果表明, LED日光灯和LED射灯在光轴上的光场实验分布曲线与理论分布曲线基本吻合, 并且LED日光灯和LED射灯的理论远场条件分别为测量距离大于或等于LED阵列尺寸的4.4倍和14.6倍, 实验远场条件分别为测量距离大于或等于LED阵列尺寸的5.1倍和17.7倍, 实验和理论计算的远场条件基本一致, 从而验证了LED阵列远场理论模型的正确性。

在高精度的光学元件面形检测中, 为了保证检测的精度, 必须对高精度菲索干涉仪的标准镜的自重和温度变形进行严格地控制。针对高精度菲索干涉仪标准镜的精度要求, 设计了一种新的标准镜装卡结构。采用有限元方法分析了标准镜在胶接方式下的表面变形情况, 参考面表面变形峰谷(PV)值仅为9.6 nm ,均方根(RMS) 值为2.1 nm。同时对不同环境温度下参考面的变形进行了计算得出面形的峰谷值和均方根值。最后介绍球面标准具的装配过程。

双面抛光运动过程复杂, 对光学材料的加工有重要的影响, 运动轨迹分布不但影响加工效率, 而且影响加工工件的表面质量。通过分析双面抛光加工的运动过程, 建立双面抛光中任意一点相对于上抛光盘的运动轨迹的数学模型, 改变数学模型中的轨迹运动参数, 观察不同参数值对抛光轨迹分布的影响, 优化分析得出抛光轨迹分布最佳的运动参数值。研究结果表明, 工件在行星轮中的位置远离行星轮的回转中心, 行星轮与整个抛光盘半径比为0.3, 抛光盘与内齿轮的转速比在3～8倍之间, 内外齿轮的转速比在1～4倍的范围内, 获得的抛光轨迹最优。

光子晶体结构设计优化是理论研究的一个重要内容。运用平面波展开法对圆柱、方柱及正六边柱构造的二维三角格子光子晶体的禁带进行仿真计算, 讨论了介质材料分别为GaAs、Si和Ge情况下, 柱子形状、旋转角度、填充比的变化对完全光子禁带的影响。发现: 对于二维三角格子光子晶体, 相对于介质柱, 空气柱更易获得完全光子禁带; 而相对于圆柱及方柱, 正六边柱得到的完全禁带宽度最大, 所以二维三角格子的最优结构为Ge介质背景下的正六边空气柱, 最优结构参数为θ=18°,d/a=0.92, 最大禁带宽度Δmax=0.116(ωa/2πc), 研究结果可为今后实验制作大带隙二维三角格子光子晶体提供理论上的指导。

结合分离变量法和薄膜光学理论推导了一维矩形受限光量子阱的传输矩阵, 并分析了一维矩形受限光量子阱结构的传输特性。计算结果表明: 相对于非受限光量子阱结构来说, 受限光量子阱的带隙和束缚态向高频方向移动, 且束缚态的数目也与阱光子晶体的周期数相同。束缚态的频率随模式量子数的增加而线性增加, 随矩形边长参量的增加而呈Lorentz函数关系减小, 这些都是一维矩形受限光量子阱所具有的新特征。

根据法拉第效应的非互易性原理, 分析了磁旋光反射腔交流调制输出倍频信号相关的特性; 具体研究了倍频信号幅度及角度检测灵敏度与调制角幅度θ0和反射腔反射率R的关系。研究结果表明: 当调制角幅度较小时, 输出倍频信号幅度随反射率R的增加而增加, 最大值是正交调制法的18倍左右; 利用倍频信号检测角度的灵敏度与正交法相比也得到多倍提高, 且随反射率R的增加而增加。该技术提供了一种交流磁光调制微小角度的检测方法, 有望在相关领域获得较好地应用。

为提高对空间目标的探测与识别能力, 从电磁散射理论出发, 利用基尔霍夫近似法及双向反射分布函数, 求出目标面元的辐射亮度, 结合空间目标几何外形分析目标的散射特性, 从而建立空间目标在天基空间观测系统入瞳处的观测辐照度模型。通过典型实例, 仿真分析了某空间目标相对于某天基观测系统的最佳观测部位和弧段。研究结果表明, 该方法能够有效地描述空间目标的观测辐照度特性, 从而为观测系统性能研究提供数据支持。

介绍了一种适合于日常高校光学或光电技术专业的研究生和高年级本科生熟悉、了解飞秒激光教学实验用的飞秒光纤激光器。该飞秒激光光源基于非线性旋转偏振效应被动锁模原理, 输出脉冲宽度为440 fs、脉宽带宽积为0.362、中心波长在1560 nm附近、平均输出功率为12 mW、脉冲重复频率为31.15 MHz。

利用光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy, PPG)测量人体生理参数具有操作简单、性能稳定和适应性强等优点。采用反射式光电测量法获得桡动脉PPG信号, 对PPG信号做快速傅里叶变换, 分析频域实现人体心率和呼吸频率的检测。实验结果表明利用快速傅里叶变换获得的心率和呼吸频率与监护仪获得的相应数据之间有良好的相关性。基于快速傅里叶变换的生理参数测量仪可便携、快速、准确的测量心率和呼吸频率, 适用于医院或家庭的日常监护。

在车间条件下操作时, 光栅干涉仪在测量精度方面优于He-Ne激光干涉仪。基于光栅干涉测量系统有一些特别的优点, 导致其在高精密测量中用途不断增加。阐述了衍射式光栅干涉测量系统的工作原理和特点, 同时详细总结了国际上生产和研究衍射光栅干涉测量系统的厂家和研究机构及他们的产品。并指出该系统的发展趋势和存在的问题, 为衍射式光栅测量系统的研究和发展提供参考。

针对钢管在空间方向直线度的测量, 采用机器视觉方法, 通过获取钢管上下边缘图像, 求得钢管中心轴线坐标, 评定直线度误差。在整体设计过程中, 照明系统采用背光照明方式和平行光管光源, 采用双高斯结构设计了光学成像系统基本结构, 并用Zemax对成像系统进行了优化设计和像质分析。根据钢管边缘图像的特征, 采用了一种新方法--相邻行灰度差异判定法对钢管边缘进行检测。设计结果表明, 背光平行照明有利于获得高对比度的钢管边缘, 优化后的成像系统畸变小于0.08%, 场曲小于0.05 mm ,相邻行灰度差异判定法较传统边缘检测方法效果好、速度快, 整个测量系统能够实现钢管直线度的高精度、非接触实时测量。

针对油雾具有旋光性, 提出了基于偏振光法的油雾浓度检测方法。介绍了油雾浓度检测系统的基本原理, 设计了检测系统的结构, 建立了检测系统的数学模型, 对检测系统进行了实验研究, 并对两种实验方案的结果进行了对比分析。检测系统采用双光路检测法, 用法拉第旋光器进行补偿, 并用称重分析法对系统进行标定。实验结果表明该方法的两种实验方案在低油雾浓度时都具有良好的检测效果, 特别是实验方案A的灵敏度和线性度优于实验方案B。

介绍了一种实时获取当发弹丸速度的同步触发系统。采用两台天幕靶和测时电路实时测量当发弹丸的速度, 根据测得的速度和事先确定的靶距, 计算输出测试仪器触发需要的延时值。同时, 设计了滤除蚊虫、飞鸟等外界环境干扰的电路, 确保输出的触发信号稳定可靠。详细介绍了系统组成、工作原理与逻辑电路的设计。设计的系统经过实弹射击试验验证, 工作稳定、可靠。介绍的触发系统可用于外弹道测试领域, 大大地提高了触发系统的可靠性。

根据多孔硅内浸入液体后其有效折射率发生变化, 使其光致发光反射谱峰位发生变化的特性, 提出了一种利用多孔硅Bragg反射镜的反射谱来测量克百威溶液浓度的新方法。阐述了多孔硅Bragg反射镜测量农药浓度的原理, 利用脉冲腐蚀法制备了多孔硅Bragg反射镜, 对多孔硅反射镜和它在不同浓度的克百威溶液中进行了实验, 获取了它们的反射光谱, 制作了克百威浓度与反射谱峰位变化的关系曲线。实验表明: 多孔硅反射镜在不同浓度的克百威溶液下, 反射谱峰位将发生红移变化; 当克百威浓度在0~0.1mg/L时, 峰位红移量与克百威浓度成线性关系。也表明利用多孔硅反射谱对相关农药进行定量分析是可行的。

大功率LED的发光效率随注入电流大小的改变而发生变化, 这一效率-电流变化关系是其照明应用中的关键特性之一, 也是驱动电路设计的重要参考因素。研制了一套对LED这一光电特性的自动检测系统。为避免散热条件不同而导致测量结果的偏差, 采用了相同平均值而不同峰值和相应占空比的矩形波电流来驱动LED, 对LED光强和脉冲驱动的峰值电流进行采样, 再由上位机读取、显示和存储数据, 并控制驱动矩形波的峰值电流。根据系统的测量结果, 讨论了LED大功率特性改善的不同技术发展方向, 以及在国家现行相关标准中, 关于照明LED测量中的脉冲与恒直流两种驱动方式的比较。

可调焦液态透镜因具备体积小、成像好、调焦方便等优点而备受瞩目。使用透明的弹性薄膜和光学平板玻璃将一定体积的液体封装在圆柱形的空腔内, 当空腔内的液体体积变化时, 透镜的曲率半径随之而改变, 实现了透镜的可调焦。实验表明, 该可调焦液态透镜有较好的成像效果, 在一定液体体积变化范围内符合薄透镜成像的规律, 在通讯、**、医疗等方面具有较好的应用前景。

研究了运动模糊图像在空间域和频域上的数学模型,根据运动图像的模糊原理, 提出了时间等分运动模糊图像的仿真方法, 仿真了高频振动模糊图像。理论分析指出, 物体做高频谐波振动时运动模糊成像的频谱会由于Bessel函数的零点的存在而形成系列条纹, 对振动模糊图像的频谱做两次Radon变换能检测出振动的方向和振幅, 从而得到高频振动模糊图像的点扩散函数。实验结果表明运动模糊图像仿真原理正确, 振动的方向和振幅的检测方法可行, 为设计正确有效的振动图像复原算法提供了有力的依据。

随着图像处理技术的快速地发展和广泛地应用, 图像篡改变得越来越容易和普及。恶意篡改的图像会对新闻、司法等领域造成极大的负面影响。对基于高阶统计量双相干理论的图像篡改检测方法进行了深入研究, 论述了该方法的原理, 并应用该方法进行了大量的分类真假图像对照实验, 分析了该方法的适用条件和局限性, 实验结果表明, 该方法的识别准确率与拼接边缘灰度的差异有关。

多角度偏振遥感在目标识别和地物观测中具有广阔的应用前景。从目标地物的偏振探测机理出发, 讨论了它们偏振反射光谱的空间特征, 以及由反射光的垂直振动分量和平行振动分量构成的偏振差值曲线的变化规律。结果显示: 反射光的垂直振动分量与平行振动分量之差R⊥-∥随着折射率的变化而不同, 且均在入射角80°附近达到最大; 随着折射率的增加, R⊥-∥值逐渐增大; 随着入射角从0°增加到90°, R⊥-∥值先增大后减小。偏振差值光谱信息与强度辐射光谱信息相比, 目标地物间微小差异得到了增强; 多角度偏振光谱信息与非多角度偏振光谱信息相比, 在一定角度范围入射时更能显现目标地物间的微小差异。

分析了哈特曼传感器的主要设计指标, 介绍了设计研制的一种多用途、模块化哈特曼传感器, 通过将传感器的主要部件, 包括光源、准直镜、分光棱镜、缩束光路、微透镜阵列及相机等进行模块化设计, 根据不同需求, 对各模块增减或更换, 实现了一套传感器多种用途的应用。并用该传感器进行了系统波像差及光学元件面形检测实验, 通过与Zygo干涉仪的测量结果对比, 得出该传感器测量精度λ/50 RMS。

由于光学元件和装配材料热膨胀系数的不匹配, 在环境温度变化时会导致光学元件中产生热应力, 并引起光学元件表面产生变形, 影响光学系统的性能。针对光学元件的粘接固定方式讨论了连续边缘粘接引起的热应力和变形的分析方程, 得出连续边缘粘接无热厚度的解析方程。采用有限元分析软件对胶粘固定光学元件进行了建模和热应力分析, 得出光学元件边界处的热应力的数值解, 并与方程计算的解析结果进行了比较。对比计算和分析结果表明: 简单的解析解可以很好地评估热应力和变形; 采用合理的粘接厚度可以消除或最小化光学元件径向热应力, 实现光学元件装配的无热设计。

介绍了空中运动目标定位测量的经纬定位仪单站定向和双站异面交会定位原理, 并对影响定向和定位结果的各个因素进行了误差分析和仿真。结果表明, 交会角在［40°, 165°］时, 测量精度有明显地改善, 为组网测量布站提供了依据, 黑火药爆炸试验测量结果验证了该方法的可行性和测量精度。

目标成像特征和信噪比是天基激光告警系统优化设计、目标检测及攻击事件判定的重要依据。在介绍告警系统结构的基础上, 分析计算了攻击激光成像光斑的情况, 并进行了实验验证, 讨论了系统的背景光噪声环境, 计算了入瞳处的背景光辐照度, 推导了系统成像信噪比公式, 并得到了攻击激光成像信噪比。结果表明: 攻击激光在正入射情况下的理论光斑直径约26.5 μm, 光斑形状随着入射角的增大由圆形向椭圆形变化, 光斑面积随入射激光强度的增加而变大; 系统最主要的背景光辐射是地球反射太阳光, 反射太阳光辐照探测器像面产生均匀背景噪声; 系统信噪比决定于太阳天顶角、入射激光功率密度及滤光片的透射率函数, 对致盲性激光和毁伤性激光成像的最小信噪比分别为40dB、60dB。

提出了用折衍混合单透镜代替多普勒叶尖间距检测系统中的双胶合消色差透镜组。对折衍混合单透镜与双胶合消色差透镜的初级像差进行了分析, 设计的折衍混合单透镜与双胶合消色差透镜组相比, 像差明显减小, 光斑位于艾里斑内; 光斑半径的均方根达到0.127。从而大大地降低了系统的尺寸和重量, 实现了系统的小型化要求。