基于显微白光干涉术,利用扫描干涉显微镜对四台阶面阵微光栅记录了128幅白光干涉图,并分别运用重心法、空间频域算法、移相算法及包络曲线拟合法对扫描干涉图进行了分析处理。被测微光栅的形貌及周期在各算法下均完全吻合,台阶总高最大相差0.8%。同时,用美国Veeco白光轮廓仪对同一样品的形貌及光栅周期进行了测试,数据显示两者结果非常吻合,仅台阶总高相差0.7%。研究结果表明,所采用的四种算法均适用于微观三维形貌的测量。

脱氧核糖核酸(DNA)是染色体的重要组成部分,是一种主要的遗传物质,很多实验方法与理论模型被用来研究DNA与一些重要生物物种相互作用引起的构象变化。采用激光扫描共聚焦表面等离子体共振(LSCISPR)系统研究了一种特定单链DNA(ssDNA)分别与其互补DNA(cDNA)和汞离子(Hg2+)作用后的构象变化。将一端有荧光分子的 ssDNA修饰在表面等离子体共振系统传感芯片上,通过观察荧光图像的变化来确定ssDNA与cDNA及Hg2+之间相互作用而导致的构象变化,并通过动力学曲线计算出二者的结合速率分别为3.33×10-5 s-1和1.42×10-4 s-1。对于ssDNAcDNA的相互作用,荧光图像没有变化。对于ssDNAHg2+的相互作用,在通入Hg2+后荧光发生猝灭。这些结果表明,激光扫描共聚焦表面等离子体共振系统在高灵敏实时监测ssDNA与其他特殊生物分子作用产生的构象变化和计算动力学参数方面有着广阔的应用前景。

针对神经细胞中常见的三种神经递质(γ氨基丁酸,L谷氨酸,盐酸多巴胺)以及两种代谢产物(肌酸,肌醇),运用太赫兹时域光谱系统(THzTDS)对上述物质各自的纯品进行了特征谱线测量。测量结果表明,这五种物质在远红外波段具有明显且独特的吸收谱线,而同一种物质不同浓度的吸收系数符合朗伯比尔定律。此外,从这五种物质中任取几种进行不同比例的混合,并对混合物的谱线进行了测量,通过最小二乘法等算法倒推,可以对每一种物质的含量及比例进行准确推定。结果表明,物质含量推定的准确率,两种物质混合时为97%以上,三种物质混合时为95%以上,四种物质混合时为94%以上。这一结果对于癌细胞的早期诊断和治疗具有重要意义。

针对靶场视觉测量相机标定中圆形标志在复杂背景图像上的提取和定位问题,研究了两种不同的圆形标志提取方法,一种是基于感兴趣区域的交互式提取方法,另一种是基于图像灰度和几何形态学的提取方法。对两种方法的圆形标志提取过程进行了研究,并分别采用两种方法对视觉测量图像中的圆形标志进行提取实验,对两种方法的边缘提取效果和定位结果进行了对比,分析了两种方法的优势和不足。圆形标志的提取结果表明,第一种方法能够平滑地提取出圆形标志的边缘,但受圆形标志的成像情况影响较大,第二种方法边缘提取效果受圆形标志的成像情况影响较小,但提取出的边缘为锯齿形,部分圆形标志的像素点被误判为背景,与圆形标志的实际成像有一定误差。

采用将传感光纤绕制在螺旋型调制器上的方法,设计了一种基于光斑旋转角度调制的新型光纤温度传感器。根据螺旋型调制器所处环境温度的变化会使传感光纤产生双折射效应,从而使出射光斑发生旋转变化的原理,通过CCD获得不同温度下的出射光斑图像的变化情况以及利用MATLAB对所得数据进行处理,可以探测出温度变化与出射光斑旋转角度的关系,达到对温度间接测量的目的。实验证明,光斑旋转角度与温度变化在一定范围内有很好的线性关系,而且该传感系统灵敏度也比较高。

为了提高光纤安防系统的误报率,需要同步采集多个监测节点的数据。基于同步采集需求,设计并实现了一种基于PXI总线数据监测系统。系统采用多节点分布式布局方式搭建了监控网,并通过IEEE 1588协议实现各监测节点数据的同步采集,以及将各监控节点采集的数据通过GPRS网络传送到监控中心。实验证明,系统可实现纳秒级同步,有效解决了多分布点同步采集数据的难点,为后续的算法优化创造了有利条件。

日盲紫外系统在导弹告警系统中起着重要的作用,利用光学软件Zemax设计了一款中长焦透射式日盲紫外光学系统。该紫外镜头由6片标准球面透镜构成,适用于240~280 nm的日盲紫外波段。根据材料的透过率和色散性,选取正透镜材料为CaF2,负透镜材料为熔石英。系统的焦距为160 mm,F数为3.5,靶面直径为18 mm,光学总长为154 mm;各视场能量集中度在紫外CCD接收面内均大于85%,光学传递函数20 lp/mm处高于0.8,具有成像质量好、结构简单紧凑的特点。

为提高航空相机识别目标能力,设计了一种应用于全景式航空侦查相机的可见光/红外双视场成像光学系统,可见光光学系统焦距为200 mm/400 mm,相对孔径为1∶8.8,视场角为9.4°×7°/4.7°×3.5°。红外光学系统焦距为117 mm/234 mm,相对孔径为1∶4,视场角为9.4°×7.5°/4.7°×3.76°。该光学系统利用物像交换原则采用轴向移动变倍方式,设计结果表明,光学系统成像质量接近衍射极限,可以满足实际使用需求。

为检测基于五棱镜扫描法的大口径光学系统波前检测法,以口径为513 mm的仿真模拟波面为被测波面进行模拟仿真检测试验,使用通光口径为5 mm的五棱镜对被测波面进行模拟二维扫描检测。根据实验结果拟合出被测波面的二维特性曲线,再利用二维特性曲线对被测波面进行三维拟合,并分析实验中可能存在的误差。实验结果表明,模拟波面与被测波面吻合,证实了这种方法可行并且在一定条件下能进行高精度检测。

臭氧作为光化学污染气体逐渐被人们所关注,也成为我国大气环境保护领域关注的重点问题,因此对臭氧进行自动监测就成为了我国环境保护与科学研究的必要手段。为了了解2B Technologies公司生产的Model 205新型便携式臭氧自动监测仪的使用方法与精度性能特点,利用符合标准实验室要求的美国Thermo Fisher Scientific公司生产的Model 49i型臭氧自动监测仪器作为对比,使用Model 49ips臭氧校准仪对两台仪器分别进行校准,并于2016年7月28~29日进行了22 h的近地面臭氧浓度的实时监测。通过与Model 49i的监测结果进行线性相关分析,发现Model 205的测量结果精度较高,在实际监测工作中具有很好的适用性。

为掌握可见光室内定位系统的无线信道特征,以提高室内定位系统的抗干扰性能,建立了室内可见光定位系统信号传输的信道模型及噪声模型。在设计的照明模型下,可见光反射损耗远大于视距传播的损耗,故信道传输函数可用直流增益函数表示。仿真结果表明,定位接收器接收到的定位信号信噪比大小与照明灯分布、定位光源光功率变化以及室内定位平面相对高度等参数有关。仿真计算结果表明,不同位置的光源所发信号接收时信噪比差异明显,因此定位中对定位光源的选择很重要,会直接影响定位系统的抗干扰性能,从而影响系统的定位精度。

鉴于传统生物芯片检测装置结构较复杂,共聚焦逐点扫描速度较慢,设计了一种使用激光光源、二维高速振镜和冷却型CCD相结合的新装置,并且建立相应的检测数学模型。新装置以STM32为控制核心,采用弓字型扫描方式采集载玻片上的荧光信号。实验对同一片载玻片上的Cy5荧光染料进行五个不同位置的扫描,并由冷却型CCD曝光采集图片。经实验得到了五个相应位置的灰度图像,通过公式推导建立了检测数学模型并用其进行图像灰度校正,校正后的图像灰度误差在2%以内,可以满足光强一致性的要求。

为了满足高校教学和人才培养的需求,便于系统的小型化、低成本,设计了低成本光谱仪的光学系统和机械结构,制作了低成本的光谱仪实物并完成了对仪器的性能测试。该光谱仪的工作波长为400~800 nm,分辨率为20 nm,仪器尺寸为200 mm×120 mm×80 mm,成本控制在2 000元以内。通过对仪器的测试,获得了六个光谱特征峰,验证了低成本光谱仪系统光学设计的可行性和合理性。

矿井内粉尘不仅对工人的健康具有很大危害,而且较高的粉尘质量浓度会引起爆炸事故。为了测量矿井内的粉尘质量浓度,鉴于光纤传感器的独特优势,提出了基于光纤传感技术的矿井内粉尘质量浓度检测系统。该系统利用光透射法,由双通道检测光路系统组成,利用MATLAB对测量数据进行理论分析,得出拟合曲线及公式。结果表明,系统具有良好的测量准确性和一定的实用价值。

简述了光谱仪的原理、阶梯光栅的基本原理和光栅光谱仪的特性参数。针对目前国内正在研制的光纤阵列太阳光学望远镜,提供了一种太阳光栅光谱仪结构的设计方案。根据太阳光栅光谱仪接收整个太阳光谱的要求,该方案采用了双狭缝设计。根据太阳光栅光谱仪尺寸大、分辨率高、色散大的特点,该设计方案采用了白瞳设计,并对结构中各个元件的选择进行简要阐述。光谱仪采用光纤接入,光栅工作在准Littrow角条件下,以获得高衍射效率,同时辅以棱镜增大横向色散,分开重叠的光谱级次。整个系统结构简单紧凑,可以有效地缩小光谱仪尺寸。

随着人们生活水平的提高,老年人的视觉健康得到了越来越多的关注。从老年人生理、心理两个方面,探讨了老年人对照明的要求。通过对老年人视觉数据的分析,发现老年人生活环境的照明要求应满足:照明光源相关色温在3 300 K以下;照明光源的显色指数(Ra)不小于80;亮度选择在 2 000 cd/m2以下(尽可能在1 000 cd/m2以下);眩光值应小于19;对于波长宜选择橙色波段(595~620 nm)的光。满足这些照明要求可让人感到舒适、轻松,并在一定程度上可以使人更加有精神。