利用有限差分光束传输法研究了波导耦合对波导阵列电光扫描器传输特性和扫描特性的影响.结果表明:耦合对其传输特性和扫描特性的影响明显;只有在一定条件下,对其影响才较小,可以忽略.由此可知,在设计光波导阵列结构时,考虑波导耦合效应是至关重要的.进一步,提出了描述光波导阵列电光扫描器的技术指标,并研究了该扫描器的结构优化设计问题.

研究了以GCLM(the generalized Cantor-like multilayer)结构作为缺陷的光子晶体带隙结构和滤波特性通过调整缺陷结构参量,可以得到通信波段1 300 nm～1 550 nm附近的窄带滤波窗口滤波窗口透过率接近100%,而窗口以外的透过率在0.01以下.缺陷结构产生的Cantor分布,对光子晶体的透射特性产生很大影响,通过调整GCLM的结构,可以控制带隙的宽度及带隙中滤波窗口的数量和位置.和其他一维光子晶体相比,这种滤波特性能更好地应用在CWDM中.

采用传输矩阵方法分析了一维磁光光子晶体对不同结构参量下的磁光多层膜的光学性质进行了数值计算得到了一种新颖实用的磁光多层膜结构,可用作实现光集成应用中的光隔离器的元件典型磁光材料的厚度仅为2.13 μm,一维磁性光子晶体的总厚度仅为7.03 μm.

分析了楔条形阳极收集器各参量对探测器主要性能的影响,研究了圆形收集器的设计方法,制定并优化了相应的制作工艺.以此为基础,设计和制作了两块有效探测面积Φ 48 mm、周期1.2 mm、绝缘沟道宽度30 μm、电极厚度分别为1 μm和2 μm的圆形收集器.通过对比和分析这两块收集器的电阻和电极电容值以及相应的成像实验,验证了上述研究方法的正确性和"先光刻腐蚀后电镀增厚"工艺方案的可行性.

采用时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)法模拟了垂直入射红外波段二维光子晶体偏振分光镜的透射谱,从而验证了用平面波展开方法计算的二维光子晶体能带结构用电子束蒸发方法在光栅基板上制备了Ge/BaF2多层膜,实现了二维光子晶体偏振分光镜实验初步证明了这种光子晶体在垂直入射时具有偏振特性,分析了实验结果与理论计算之间偏差的产生原因.

将光子晶体的禁带特性应用于热光伏技术的光谱选择控制.针对锑化镓(GaSb)热光伏电池,采用硅(Si)和二氧化硅(SiO2)优化设计了一维光子晶体滤光器.研究了这种滤光器的光谱特性,分析了滤光器的介质层厚度偏差、周期以及热辐射能量入射角度对滤光器光谱特性的影响,研究了高温辐射体不同温度时这种滤光器的光谱效率.

系统分析了三镜级联结构G-T谐振腔的色散特性,表明三镜级联结构G-T谐振腔具有不同于两镜级联结构G-T谐振腔的特有色散特性利用该特性以三镜级联结构G-T谐振腔作为色散补偿元件可有效改善MGTI型interleaver的色散性能,并给出了以三镜级联结构G-T谐振腔为补偿元件的具体补偿实例模拟结果表明:对50 GHz的MGTI型光交错复用器,可实现中心波长附近±0.08 nm、±0.09 nm和±0.1 nm范围内的色散绝对值分别小于1 ps/nm、2.4 ps/nm和6.6 ps/nm的良好的补偿结果与文献报道的两镜级联结构G-T腔补偿结果相比,色散绝对值小于1 ps/nm的波长范围扩大了60%;在中心波长附近±0.09 nm范围内的色散绝对值降低了92%.

基于合成全息照相和计算机图形学原理,提出利用计算机制作初级体视图序列的方法,并与线阵透镜相结合,实现了计算机和光学联合制作体视全息图研究了线阵透镜的成像规律和三维数据的计算机显示原理,获得了计算机制体视图与透镜阵列成像的对应关系,根据该对应关系设计了计算程序,并进行了实验验证.

从数字全息光电再现的基本原理出发,分析了数字全息光电再现影像大小和再现距离的关系,推导了计算公式建立了数字全息光电再现实验系统,用数字微反射镜器件(Digital Micro-mirror Device,DMD)的空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)对光学记录的头像数字全息图进行了光电再现,并给出了实验结果.

采用溶胶-凝胶方法制备了具有光敏性的HfO2/SiO2溶胶-凝胶薄膜,并利用其光敏性制备了衍射光栅.采用XPS分析了薄膜的成份,证实了Hf元素的存在.并用椭偏仪测试了薄膜的折射率,结果证实了HfO2的加入确实提高了体系的折射率.利用其光敏性,采用X射线作曝光光源通过掩模进行曝光,利用曝光部分与未曝光部分的溶解度差,在薄膜上制备了高为0.8 μm、周期为1 μm的衍射光栅.

根据菲涅尔全内反射相变理论,给出了双菱体λ/4消色差器的结构设计、性能分析和测量方法由有效通光孔径和光线追迹设计出BK7玻璃在波长532 nm时相位延迟λ/4的双菱体的结构,用作532 nm至1 064 nm波长范围的标准λ/4相位延迟器理论分析了入射角变化和波长变化对双菱体相位延迟的影响,当入射角变化限制在±4.3°以内时,其影响得到补偿;波长从532 nm到1 064 nm产生的误差为-0.65°采用椭偏法中的消光技术,分别实测了双菱体在532 nm和1 064 nm波长下的相位延迟为:90.08±0.14°和88.99±0.1°,可知两不同波长产生的相位延迟误差为-1.09°.

基于Hwey-Lan Liou人眼生理模型,采用光线追迹的方法,分析了相同孔径下具有不同球差的人工晶体(IOL)在眼内的倾斜和偏心对人眼视功能的影响 IOL在眼内无倾斜和偏心时,负球差IOL对人眼视功能的改善优于无球差IOL和传统的正球差IOL;当IOL在眼内倾斜,偏心程度一定时,负球差IOL球差值越大,其倾斜和偏心对人眼视功能的降低越明显;植入无球差IOL的眼的视功能受其倾斜和偏心的影响较小,在IOL偏心1.0 mm,倾斜10°已使人眼有明显视觉不适的情况下,仍能表现出良好的光学性能,对人眼视功能的改善不仅优于正球差IOL,而且优于负球差IOL.

为了理解与定量分析农作物光谱特征和相关参数,基于PHI高光谱影像建立了农作物病害光谱响应与探测模型,即光谱点位与参数模型(FPPM).为了识别和提取小麦条锈病信息,根据多时相高光谱影像光谱特征,提出了一种可调节的多时相归一化植被指数(MT-NDVI).结果表明,FPPM能很好地响应与感知该病害在小麦生长期的光谱特征;结合光谱角制图法(SAM),MT-NDVI能清楚地呈现不同区域该病害的轻重程度,准确地区分和提取小麦条锈病与健康小麦及土壤的信息.

以纳米量级金属履带矩形光栅为模型,研究了表面增强喇曼散射的特性.针对TM模的入射光,采用严格的耦合波原理对金属表面的衍射场进行了分析,并用数值计算方法讨论了光栅深度、光栅占空比等参量对金属表面增强的影响以及增强因子随光栅深度的变化关系.结果显示:当入射光波长为700 nm、入射角度为10°、光栅周期p=600 nm、光栅深度d=37.5 nm、占空比为1/3时,获得最大增强,增强因子G达104倍.

分析了干涉成像光谱仪所获取图像的谱间和空间相关性,提出了一种混合无损压缩方案首先进行谱间DPCM预测,再对残差图像采用整数小波变换,最后对小波系数进行二值自适应算术编码实验结果表明,该算法可实现无损压缩,压缩比平均可达2.018,较二维整数小波变换算法提高40.3% 并且算法复杂度较低,只有加减和移位运算,易于硬件实现.

研究了掺铒硅酸盐玻璃上转换发光强度随温度的变化,结果显示上转换光强随温度呈增强趋势利用速率方程,结合与温度有关的多声子辅助激发和无辐射跃迁过程建立了理论模型,并与实验进行比较,结果相一致讨论了峰值波长分别为534 nm和549 nm的两个波段的上转换发光强度比值与温度的关系,并给出了理论上的解释研究结果显示掺铒硅酸盐玻璃适合于做基于峰值比的温度传感材料.

运用并联机构原理设计了一种新型惯性约束聚变(Inetial Confinement Fusion, ICF)用可阵列反射镜架结构,并用坐标变换方法分析了机构的调整正交性与旋转轴正交性之间的关系.装置的实际测试结果表明调整正交性与分析结果一致,并且反射镜架的稳定性以及调节准确度均能符合ICF装置的使用要求.

从矢量瑞利-索末菲衍射积分公式出发,以非傍轴矢量余弦-高斯(CoG)光束为例,对非傍轴矢量光束的两种光强表示式,即传统光强公式和时间平均坡印廷矢量的z分量进行了比较研究.对非傍轴矢量CoG光束轴上和横向光强分布详细的数值计算和比较结果表明,两种光强表示式之间的相对误差η与w0/λ、z/λ和偏心参量b有关,其中w0,λ和z分别为束腰宽度,波长和传输距离.当偏心参量b较小,且束腰宽度与波长相比不很小时,例如,b≤0.8,w0/λ≥0.8,z/λ=10时,二者间的最大相对误差ηmax＜2%,传统光强公式可以使用.

提出了一种压缩系数可控的光脉冲压缩器该脉冲压缩器主体包括梳状色散分布光纤(CDPF)和喇曼放大器两部分.梳状色散分布光纤由多段色散位移光纤和单模光纤拼接而成,具有喇曼增益介质的功能对一给定的光脉冲序列,可以通过控制泵浦功率实现脉冲压缩器的压缩率可调.通过对非线性薛定锷方程的数值模拟,这一光脉冲压缩器的性能得到了验证.当光脉冲在CDPF中传输时,脉冲得到压缩并且被放大.对喇曼泵浦功率来改变可以得到不同的输出脉宽.通过优化CDPF的结构,得到了喇曼泵浦功率和压缩系数之间很好的线性关系.

实验中观察到高能激光束通过光程总长、气体环境等条件相同,但局部布置不同的光路后,其接收光斑峰值功率密度、波前离焦和高阶像差等光束参量有差异对此问题,选择Z型和X型两种总长度相等的光路在相同气体环境下进行了数值研究.结果表明,产生上述差异的主要原因是由于两种光路中光束交叠区域大小和形状不同引起的气体热效应产生的附加相位有所不同而且对不同特性的光束,该差异也不同对高斯光束,两种光路中气体热效应对光束影响的差异较小;对平顶高斯空心光束,两种光路中气体热效应对光束影响的差异较明显因此,为抑制气体热效应对光束的影响,在考虑其它因素的同时,应尽可能减小光路中的光束交叠区域.

以菲涅尔-基尔霍夫衍射理论为基础,建立了超分辨近场结构中Bubble微结构对高斯光束的衍射模型.分析了PtOx型超分辨近场结构(PtOx-Type-Super-RENS)中Bubble微结构的远场光学特性结果表明,设计的Bubble微结构形成过程的简化模型可基本反映超分辨近场结构中掩膜结构在激光作用下的结构变化过程,说明了高斯衍射模型是研究薄膜微结构变化的一种有效方法.

运用光线追迹的方法,讨论了异轴双半圆柱透镜准直半导体激光光束的效率数值模拟结果表明,异轴双半圆柱透镜可用于准直半导体激光光束,在最佳准直时,透镜材料的折射率允许高于2;当折射率在一定的范围内变化时,其准直效率随折射率的增大而提高.理论上可以将半导体激光器输出光束快轴方向的发散角压缩到0.1 mrad量级以下.

采用自准直法测量了在30℃～170℃范围内,0.473 μm、0.632 8 μm、1.064 0 μm、1.338 μm等波长下LYB晶体的主轴折射率,得到Sellmeier方程并计算了1.319 μm下该晶体的主轴折射率,与实验测量的结果进行了比较,两者之间的吻合性较好测量结果表明,该晶体具有较低的折射率以及折射率随温度变化小,热稳定性较好.

提出了一个用三粒子纠缠的GHZ态作为量子信道实现多点控制的远程单比特幺正变换的操纵方案.在该方案中,发送者Alice能"传送"一个幺正变换给远距离的接收者Bob,此幺正变换的结构分别由Alice和Bob决定.而Alice与Bob间的量子信道宽度,亦远程单比特幺正变换的成功操纵几率则由第三者Cindy控制.Cindy与Alice(Bob)间的经典通讯也由Cindy控制.

提出了一种基于数学形态学的Contourlet变换域图像降噪方法首先对输入的带噪图像进行多尺度、多方向的Contourlet稀疏变换,然后利用数学形态学算子在Contourlet域对高频系数进行处理,去除图像中具有较小支撑域的噪音,有效保留具有连续支撑域的图像边缘信息.最后通过Contourlet反变换得到预降噪图像仿真结果表明,该方法较一般的Contourlet域收缩阈值降噪方法的降噪效果好,提高了PSNR值并降低了MSE值,获得更好的图像恢复质量.

提出一种基于特征模块匹配的图像稳定的算法.该算法自适应地搜索图像特征模块进行后续稳像操作.在稳像过程中,提出一种图像特征匹配的快速算法,匹配得到局部运动矢量,然后对匹配结果进行一致性检验,最后采用可变窗口宽度的均值滤波法对图像序列运动轨迹滤波.试验表明,该算法有效地稳定了图像序列,并且满足实时性要求.

针对火炮光电窥膛系统中对激光靶图像自动识别和测量中的高效、准确、实时性的要求,设计了一套DSP(Digital Signal Processing)快速运算方法的硬件实施方案.介绍了基于高性能DSP实时处理的硬件原理框图,重点分析了硬件系统中的大量数据交换瓶颈问题,存储器访问的软件优化和分配机制以及快速定标量化的压缩存储机制.实践证明该方案有效地提高了系统在实时测量中的应用价值.

分析了光学相干层析成像(Optical Coherence Temography,OCT)系统中色散失配对系统纵向分辨率的影响,详细阐述了快速扫描光学延迟线(Rapid Scanning Optical Delay Line,RSOD)的色散性质,提出并采用基于RSOD的色散补偿方法,实验验证了这种色散补偿方法能够实现OCT系统的纵向分辨率接近于理论值,并因此得到了高质量的OCT图像.

利用微扰变分法研究了光折变屏蔽孤子的相干相互作用,得出了光折变空间屏蔽孤子在晶体中同相相互作用时发生第一次碰撞的位置和碰撞周期解析表达式,并对孤子同相和反相相互作用的物理机制进行了分析.研究结果表明:当两孤子尾部交叠时就会发生相互作用,相互作用力的大小与孤子的相对强度、相对间距以及晶体外加电场的大小有关.孤子的相对强度越大、相对间距越小以及晶体外加电场越强,孤子间相互作用力越大;相互作用力的性质与初始相位差有关,同相相互吸引,反相相互排斥.

研究了在高阶色散影响下,自相似脉冲在具有正常色散的色散渐减光纤中的演化情况结果表明:当考虑高阶色散的影响时,脉冲的啁啾仍然具有很强的线性特性,只是中心变得不对称,产生中心漂移这种啁啾特性使得自相似脉冲在时域中的抛物线形状产生畸形,导致了脉冲峰向一边延迟,并使脉冲的中心位置漂移,同时伴随着脉冲边沿的振荡但是通过采用色散补偿技术,自相似脉冲强的线性啁啾仍然可以得到高质量的飞秒量级压缩脉冲,与忽略三阶色散影响时得到的压缩脉冲的脉宽近似相等.

从Maxwell方程组出发,讨论纤芯为左手材料,包层为右手材料的阶跃型光纤.在弱导的情况下,假定横向场的极化方向保持不变,推导了横向电场满足的Helmholtz方程,利用边界条件,经过数学计算,建立了左手材料光纤标量解的特征方程,画出了左手材料光纤LP01模和LP11模的色散曲线.比较左、右手材料光纤的特征方程及其相关曲线,得到了左手材料光纤的某些奇异特性.

提出了一种用于干涉型光纤水听器信号检测的伪工作点控制方法为了验证该方法的可行性,搭建了干涉型光纤水听器声压灵敏度测量系统,编写了实时信号采集和处理程序,对某一光纤水听器进行了测量在频带20 Hz～2.5 kHz上,该光纤水听器的声压灵敏度为-156.5 dB(0 dB=1 rad/μPa),频响波动<±0.8 dB,与采用PGC调制解调方法测量的结果基本一致由于传感部分不含有源器件,该方法实现了无源检测另外,它还具有解调算法简单、检测频带宽等优点.

在分析和综合其他数据处理方案优缺点的基础上,提出了一种基于分区查表法的有效数据处理方案该方案先确定待处理的电压商值在三段近似线性曲线上所属区域,再执行查表法将其和微应变量一一对应这种处理方案不但解决了传统单匹配解调技术中的双值和可测试范围小的问题,而且提高了测试准确度根据实验结果,采用普通的光纤光栅对,系统可传感的应变范围可达525 με,准确度可达±1 με .

基于已有理论模型,利用1 064 nm 连续波抽运源在不同抽运光强下对不同长度光纤抽运所产生的受激喇曼散射现象进行数值模拟,并对模拟结果作了分析.研究发现:发生受激喇曼散射现象时,抽运光强和光纤长度发生兑换;能量红移现象普遍存在,包括同阶Stokes光谱内部和不同阶的Stokes光谱之间.抽运光强越大,能量红移现象越明显.

提出一种用于监测二氧化硫的光纤传感方法,该方法以光化学氧化的n型多孔硅作为传感材料和蓝光发光二激管作为激发光源,通过微型光纤光谱仪测量二氧化硫气氛中多孔硅的光致发光猝灭程度,从而获取二氧化硫含量信息;依据半导体电化学和固体光谱学理论分别讨论n型多孔硅形成和二氧化硫传感的基本原理,采用红外光谱仪研究光化学氧化的n型多孔硅化学组成,并进一步开展二氧化硫光纤传感实验,证明光化学氧化的n型多孔硅在传感过程中稳定性高、可逆性好,其光致发光峰强度随二氧化硫浓度增加而减小,多孔硅荧光峰强度对二氧化硫浓度的线性响应范围为10×10-6～10 000×10-6,检测限为10×10-6;可形成一种便携、全固态的二氧化硫光纤传感器.

设计了一种新的光纤菲佐气体压力传感器,结合波分复用技术和空间频率复用技术,实现了不同腔长的光纤菲佐气体压力传感器的复用给出了该复用系统的结构,阐述了其工作原理,最后利用实验验证了该方法的可行性.针对该系统中的串扰问题提出了基于参数化谱估计的Pisarenko谐波分解方案,使可复用的传感器腔长差降至100 μm左右,大大提高了系统的复用能力实验结果表明:该系统在单个传感器气体压力分辨率达0.76% F.S(量程为0～150 kPa),复用的传感器数目可达80个以上,可满足实际工程应用中多点气压测量的需要.

基于Boltzmann方程,采用了Chen J K等人建立的自相关模型,考虑了Si薄膜的热容、热导率、弛豫时间等热力学参量随温度非线性变化的影响.采用有限差分法,数值求解了脉宽为500 fs的激光脉冲辐照2 μm厚硅膜的自相关模型分析了膜表面载流子浓度、载流子温度、晶格温度等随入射激光功率和脉宽等的变化规律.结果表明:在脉冲辐照初期(t<0.68 ps),载流子和晶格之间存在着明显的非热平衡性,之后通过相互之间的弛豫碰撞,逐渐达到热平衡,载流子热容是引起载流子温度在早期迅速上升的原因;载流子温度速率方程中单光子吸收、载流子-晶格能量交换和载流子能流变化率对载流子温升影响较大,而多光子吸收、双极能流和带隙能量变化率对载流子温升的影响较小,可以忽略;较高脉冲激光能量(φ＞0.02 J·cm-2)辐照Si膜,会引起载流子密度方程中的俄歇复合项增大,从而使载流子密度下降率增大,导致载流子温度出现双峰.

基于Kirchhoff定律,利用一面反射镜,设计了一种可同时测量发射率及温度的单波长实时测温系统.从系统的测温灵敏度、相对测温灵敏度、探测器的温度分辨力及系统的测温标准差与波长的关系出发,并结合大气对红外辐射的透射特性,优化了系统的工作波长; 从系统的抗反射辐射能力与波长带宽的关系出发,并结合探测器的最小可探测光功率要求,优化了系统的波长带宽.实验结果表明,当λ=0.80 μm、Δλ=20 nm时,在测温范围600～2 500℃内,系统的测温不确定度优于0.3%.

针对现有技术在灵敏度和监测距离上的限制,提出了一种基于萨格奈克/双马赫-曾德干涉原理的分布式光纤传感方案,并对其探测和定位原理进行了分析结果表明,利用从萨格奈克干涉仪解调出的信号可以判断有无破坏行为的发生,利用两个马赫-曾德干涉仪的输出信号可以实现对破坏行为的定位,从而为长途管道的破坏预警提供了一种较为理想的方法.

结合基于3×3耦合器的光纤Mach-Zehnder干涉仪和可调谐光纤Fabry-Perot滤波器(Fiber-Fabry-Perot,FFP),提出了一种分时复用光纤光栅振动传感器的技术.用FFP对串联在一根光纤上的光纤光栅的波长进行轮流扫描,让光栅的反射光按波长顺序依次通过FFP.而对于每一光纤光栅上外加的振动信号,用光纤Mach-Zehnder干涉仪进行测量.实际测量结果显示,FFP结合Mach-Zehnder能够对每一只光栅上的振动信号进行分时测量.

介绍了一种用于石油勘探的井下3维VSP(Vertical Seismic Profile)采集系统设计方案,实验验证该系统达到了可测量动态范围80 dB(可测量最大值与最小之比),系统采集、处理和传输的总延时低于200 ms(2 kbit/s采样率)的指标,适用于井下VSP采集.系统采用六级光纤加速度传感器组成阵列,其中每级传感器由三个麦克尔逊干涉仪构成.使用高速DSP处理芯片实现相位产生载波(Phase Generated Carrier,PGC)解调等算法以获得地震波信号;同时应用多个ARM处理器设计光纤检波器阵列控制器以及阵列内部总线.

为克服压电陶瓷传感器易受电磁干扰、不能实现长期实时检测的缺点,提出了光纤非本征F-P结构测量声发射信号的思想对光纤非本征F-P腔声发射测量原理进行分析,提出了双波长的稳定方法,并进行了结构参量的优化设计,确定了合适的反射比、波长及F-P腔长理论分析和实验结果表明:所设计的非本征F-P光纤声发射传感器具有良好的敏感性和高分辨率.

研究了功率调制型光频域反射技术空间采样函数的基本特征,得到了频域测量参量对测量距离和空间分辨率的基本限制;用数值计算模拟了功率调制型光频域光纤温度传感器的测量过程,通过比较模拟测量得到的喇曼反射强度空间分布因子对实际喇曼反射强度空间分布因子的再现程度,研究了调制频率范围、频率采样间隔以及起始调制频率对测量结果的影响,得出技术可行的最佳频域测量方案.

研究了光子晶体作为谐振腔端面反射镜的应用利用有效折射率法和2D PWE以及2D FDTD方法结合对构成谐振腔的两个端面反射镜进行了设计,得到左端面反射镜的最佳光子晶体晶格周期数为11×11,而右端面反射镜的最佳光子晶体晶格周期数为3×11,这为实验工作提供了良好的理论依据.

采用有限时域差分(FDTD)法和传输矩阵法(TMM)计算了一维光子晶体微腔中模式的阈值和模场的空间分布,并用局域化长度和模面积描述了其空间分布特性.着重研究了模场的空间分布对阈值特性的影响模拟结果显示,激光器的阈值依赖于模式的空间分布,局域化长度和模面积最小的模式具有最低阈值通过调节包括缺陷宽度、光学厚度比、折射率比等介质参量,可以有效地调节模式的局域化长度和模面积,从而降低激光器的阈值.