用电子束蒸发的方法在BK7玻璃上制备了ZrO2单层膜和ZrO2/SiO2高反膜,利用掺Ti:sapphire飞秒激光系统输出的中心波长为800 nm,脉宽为50 fs的激光脉冲对这两种样品进行了激光损伤阈值测试.实验结果表明,ZrO2单层膜的阈值比ZrO2/SiO2高反膜的高;这与传统的纳秒脉冲激光的损伤情况相反.利用光离化和碰撞离化激发电子到导带,形成电子等离子体基本模型并对此现象进行了解释.同时,用显微镜对样品的损伤形貌进行了观测,对损伤的特点进行了表征.

通过采用不同类型和不同长度掺Yb3+光纤进行被动锁模光纤放大器的实验研究.获得了最大输出功率为140 mW,单脉冲能量为5.5 nJ的超短脉冲.实验分析表明:掺杂光纤绿色荧光的产生和自吸收是影响放大器光转换效率的主要原因.绿色荧光的产生为Yb3+离子间相互作用引起合作能量转移过程,这种能量转移过程将降低光纤放大器的量子效率.

采用数值方法研究了方形截面复合Nd:YAG激光晶体棒在端面抽运情况下的温度分布及热透镜效应,得到复合激光晶体内温度场的数值解和径向温度梯度引起的轴向传播光相位延迟分布ΔΦT(r),并与同条件下普通晶体的结果进行了比较.结果表明,吸收系数越大,两种晶体中最高温度相差也越大.采用复合晶体可以大幅度降低激光晶体内的温升,同时减小端面形变造成的透镜效应.复合晶体的ΔΦT(r)与普通晶体相似,且不满足对半径r的二次方关系.在r＜ωp时,这一相位延迟分布可近似等效于一球面透镜,其等效焦距fGRIN值与普通晶体的接近;但在r＞ωp时,ΔΦT(r)相对于参考球面透镜的相位畸变Δφ随r的增大而急剧增大.

实验采用一个内腔布儒斯特双轴锥棱镜,在掺镱多模双包层光纤激光器中实现了径向偏振光振荡,并在长2 m的增益光纤中获得了高达6.2 mW的功率输出.研究揭示了从光纤激光器振荡中获得径向偏振光的新途径.然而,该激光器输出的径向偏振光的光强分布并不很均匀,且偏振消光比较低,需要进一步改进.

为了解半导体激光器的传播模近场分布,利用远场分布的光强和逼近信赖域的局部优化方法,提出了一种新的计算传播模近场分布的方法.模拟实验表明,只需很少几个展开函数的线性组合,就能逼近源场函数,是一种稳定性好,精度较高的方法.

将均匀设计法应用于微通道板选通X射线皮秒分幅相机(MCP-XPFC)曝光时间的研究工作中,目的是找到一个简单高效的试验预估方法来指导分幅相机的研制和试验工作.基于分幅相机皮秒动态选通理论模型,建立了采用0.5 mm厚、长径比40的MCP的皮秒分幅相机选通脉冲参量与曝光时间之间的快速预估模型.利用这一模型得出了相机的曝光时间随选通脉冲脉宽和幅值分别呈抛物线变化,且脉宽和幅值对曝光时间具有交互影响作用.在试验参量范围内,此预估模型能够精确地代替相机理论模型和高效地指导实验.通过实验验证了预估模型,并分析了影响结果的因素.

提出了一种基于光电双开关进行同步测量单光子的方法.这种测量方法能够有效抑制背景光以及由背景光引起的后脉冲和死时间对单光子测量的影响,有效地减少了单光子探测中的误计数,改善了单光子测量的信噪比.同时,避免了单光子探测器通常工作在门控电压方式下产生自发光子辐射的缺点.

改进了超快电子衍射系统发射部分的数值计算模型和处理方法,使得计算结果更加接近于实际发射情形.研究了阴极表面面型对超快电子衍射系统时间分辨率的影响,提出了改进超快电子衍射系统时间分辨率的一个思路,该思路对于超快电子枪的设计及提高系统时间分辨率具有一定的作用.

提出并实验证实了一种刻写光栅时既能保护相位版又能对光栅的反射波长进行微调的方法.通过调整光纤和相位版之间的距离,利用1 550 nm单模光纤和掺铒分别实现了0.48 nm和2.2 nm的光栅反射波长的调节.在相位版和光纤之间的距离保持在3 mm的条件下,既可以保护相位版又可以获得高质量的光栅.

报道了低成本、非制冷法布里-玻罗腔半导体增益开光激光器稳定地产生超短脉冲的实验研究.通过使用外部连续光注入,增益开光激光器的脉冲抖动得到了有效的抑制.实验结果表,明当选择合适功率的连续光注入到非制冷半导体增益开关激光器腔内,可以稳定地产生脉宽26 ps、抖动低于400 fs、重复频率2.5 GHz的脉冲序列.

开发设计了一种新的列阵自动对接方法,该方法将多目标演化法导入光纤-光波导列阵-光纤列阵的自动对接,并行操作次数较常规遗传法大幅减少.数值仿真表明,对于模场非对称因子为0.4%的单模波导列阵与光纤列阵的双芯对接,能实现0.04 dB的平均端面耦合损耗.用于1×8波导分支耦合器与通道间距误差在0.35 μm以内的光纤列阵对接,自动耦合仿真达到了小于0.1 dB的平均端面耦合损耗,最大值与最小值的差小于0.06 dB.

提出了一种基于光纤环形腔的压力传感器系统.利用两个耦合器和一段单模光纤组成光纤环形腔,用光纤Bragg光栅作为传感元件,将测量的压力转化为光波在环形腔传输所对应的的衰落时间.当所施加的压力改变时,可得到压力与衰落时间成正比例关系,与理论推导一致.基于这种原理的压力测量系统具有结构简单,测量方便的优点.

研究一种新型无热化聚合物/二氧化硅混合波导组成的硅基二氧化硅阵列波导光栅.阵列波导光栅对温度的依赖性受波导物质的折射率和波导芯的尺寸影响.通过调节这些参量就可以减小温度对阵列波导光栅的影响.优化得到混合型阵列波导光栅在温度20～70℃范围内波谱漂移小于常规型 AWG结构的5%.

从光与物质相互作用的微观机理出发,综合考虑了在线低辐射镀膜玻璃(Low-E玻璃)功能层材料中自由电子和束缚电子与光的相互作用,采用双振子模型描述了在线Low-E玻璃功能层材料的色散特性.用双振子模型所得出的理论公式对在线Low-E玻璃的透射谱进行了拟合,得到了Low-E玻璃功能层的光学常量.结果表明,双振子模型比Drude模型可以更准确描述在线Low-E玻璃功能层材料的光学特性,在可见光低频区和红外波段,用Drude模型描述在线Low-E玻璃功能层材料的光学特性也能得到较好的结果.

在庞加莱球的基础上,对原偏振模色散的测量方法进行了理论分析.研究表明,原方法属于间接测量,在测量二阶偏振模色散中存在明显不足.一阶偏振模色散测量的误差影响二阶偏振模色散的测量,间接测量降低了二阶偏振模色散的测量准确度.提出了一种二阶偏振模色散测量的新方法,保证了测量准确度,并通过实验中的统计结果得到证实.

利用量子理论,通过CRANK-NICOLSON数值方法对23Na原子受激光驻波场作用的物理过程进行模拟.模拟结果表明:正失谐时,原子以λ/2为周期会聚在驻波光场中波节处.随着光势阱加深或原子纵向速度改变,原子会聚结果分别符合薄透镜、厚透镜及沟道化模型.厚透镜模型中,当原子纵向速度增加,原子密度峰位置沿z方向向后漂移,峰在z方向半高宽增加.当激光功率增加或激光束腰减小,会聚面上峰半高宽减小,对比度增加,峰值增加.

利用激光分子束外延(L-MBE)技术在α-Al2O3(0001)衬底上生长出了沿C轴高度择优取向的ZnO外延薄膜,并采用Philips四晶高分辨X射线衍射仪(Philip's X'Pert HR-MRD)对ZnO薄膜的表面及结构特性进行了研究.应用小角度X射线分析方法(GIXA)对ZnO薄膜的表面以及ZnO/Al2O3界面状况进行了定量表征.X射线反射率(XRR)曲线出现了清晰的源于良好表面及界面特性的Kiessig干涉振荡峰,通过对其精确拟合求得ZnO薄膜的表面及界面粗糙度分别为0.34 nm和1.12 nm.ZnO薄膜与α-Al2O3(0001)衬底的XRD在面(in-plane) Φ扫描结果表明形成了单一的平行畴(Aligned in-plane Oriented Domains),其在面外延关系为ZnO[1010] ||Al2O3[1120].XRD ω-2θ扫描以及ω摇摆曲线半峰宽分别为0.12度和1.27度,这一结果表明通过形成平行畴及晶格驰豫过程,ZnO薄膜中的应力得到了有效的释放,但同时也引入了螺位错.

使用经典洛伦兹谐振子模型对热蒸发制备的锗、硫化锌以及低吸收稀土氟化物薄膜的红外透射光谱进行拟合,得出这些材料在中长波红外区的光学常量.使用这三种材料设计并制备了锗窗口7.7～15μm宽带增透膜系,通过优化设计并且使用长波红外区吸收小的低折射率材料,在长波区(13～15μm)的透过率测量值有明显提高,15μm处的透过率为89.9%.

以较低温度烧结获得的PMN-PT块材料为靶,采用脉冲激光沉积方法在石英衬底上制备了PMN-PT薄膜,研究了后续退火处理对PMN-PT薄膜的结构及光学特性的影响.结果显示,采用脉冲激光沉积可获得质量较好的钙钛矿结构的PMN-PT薄膜,优化的后续退火温度大约在550℃～750℃之间.

采用紫外可见吸收和二次谐波产生技术研究了"推-拉"型偶氮苯分子Langmuir-Blodgett(LB)膜的光谱和二阶非线性光学特性.4-硝基-4'-氨基偶氮苯(NAA)分子能制成很好的LB多层膜,在稀溶液中以单体的反式异构体形式存在,在膜中主要以J-聚集体的形式存在,LB膜的紫外可见吸收谱的吸收峰较之溶液的发生了52 nm的红移.NAALB膜的二阶非线性极化率χ(2)为19.59×10-8 esu,一阶超极化率β值较大,约为1.974×10-29 esu.其光学二阶非线性起源于电偶极子机制.

在阳极氧化铝的制备过程中,采用二次氧化方法,通过降低二次氧化过程中的电压,使之变为初始电压的(1)/(n),得到了具有n个分枝结构的纳米孔径的氧化铝膜.利用岛津UV3101分光光度计测试了样品的透射光谱与偏振光谱.结果表明,在可见和近红外波段,线型孔径结构的多孔铝膜比Y型和枝状结构的多孔铝膜具有更好的透射性能,在偏振性能方面也有优势,更适合作含金属微偏振器件的膜板材料.

设计了一种液晶自适应光学成像系统.系统中高准确度硅基板液晶(LCOS)器件被用来校正波前位相.LCOS的优势在于它具有几十万个校正单元,而传统的变形镜最多只有1 000左右的校正单元,这种驱动单元的优势使LCOS拥有更高的校正准确度.系统中哈特曼波前传感器被用来测量波前畸变.对点光源进行闭环校正实验中,CCD相机获取了一个高清晰光点图像.实验中波前校正准确度为PV=0.08 λ,rms=0.015 λ(λ=632.8 nm),系统接近衍射极限.

利用Hartmann-Shack波面传感器对眼出瞳位置的波面像差进行测量,根据所测像差控制可变形镜对像差进行实时补偿.眼像差以Zernike多项式表示,通过对可变形镜的精确控制,可在光路中生成特定模式和幅值的像差.因此,被测者根据视觉的主观感觉,调节视标像差,直至获得最满意的视觉效果.该系统采用移动三棱镜和柱镜的方法对离焦和散光进行预补偿,弥补了波面传感器测量范围和可变形镜矫正范围受限制的缺点.该系统把快速、客观的测量及补偿和主观调整相结合,更加符合人眼工作的特性,可用于在人眼像差与视觉分辩的基础和临床研究.

设计了一种激光靶心冲击波观测镜的光学系统.用反射式光学系统代替折射式光学系统,解决了普通玻璃在200 nm端透过率较低的问题.反射镜不引入色差,有利于系统在200～800 nm谱段消色差.为消系统轴外像差,反射系统选型为对称式.反射镜全部采用球面镜,为消反射镜以及平板玻璃窗带入的球差,引入校正镜(材料JGS1),在满足要求的条件下,控制折射镜的厚度,使系统色差满足瑞利判据的色差允差,得到了良好的成像质量.

通过蒙特卡罗模拟研究偏振光在散射介质中的传播,对通过散射介质的偏振光的强度分布进行模拟,分析了偏振门和空间滤波对成像的影响.模拟结果表明,对于Rayleigh散射体,偏振门与空间滤波可以减小散射光的影响,提高图像对比度,圆偏振光入射比线偏振光具有更高的对比度.对于Mie散射粒子,偏振门的作用有限,不同偏振光的结果差别不大.对双组分的散射介质也进行了模拟,偏振门在这种体系中仍能提高图像对比度.

通过在光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)模型中考虑多重散射的影响,提出了一种提取出不同深度处的组织光学性质,包括散射系数和各向异性因子的算法.当把吸收系数作为算法中的第三个拟合参量时,能减少算法拟合过程中由于吸收作用的影响而带来的误差.基于包含吸收因子的OCT扩展模型,改进的算法也能够提取出吸收系数.这些算法的有效性通过对聚苯乙烯微球溶液样品的测量实验得到验证.

基于电压敏感染料膜电位光学标测的原理,建立了一套光标测系统,主要包括LED激发光源、以及由滤光片、CCD、A/D采集卡及计算机构成的荧光信号采集、处理部分.目前,整套系统已可自动完成图像采集、实时显示,以及部分后处理等工作,已获得兔心室组织细胞膜动作电位.另外,在建立系统的同时,研究了光学标测实验方法,对离体兔心脏急性缺血的主要电生理特征进行了标测实验,并结合仿真研究的结论说明了缺血后有效不应期时空异质性的存在以及组织中电兴奋传导速度的减慢是缺血导致折返性心律失常的主要机制.

为了提高光学相干层析成像(OCT)的轴向分辨率,采用OCT与光学超分辨术相结合的方法,设计了三区相位型和振幅型两种光瞳滤波器,并将制作的光瞳滤波器应用于系统的样品臂中,分别测量不同条件下对应的轴向响应曲线,结果与理论分析基本吻合,实现了轴向分辨率10%以上的提高,从而验证了利用合适光瞳滤波器实现OCT轴向超分辨的可行性.

利用低剂量的He-Ne激光和增强UV-B处理小麦叶绿体,研究了He-Ne激光对UV-B辐射损伤的修复效应.将提取的离体完整叶绿体分成CK(对照)、L(激光)、B(UV-B)和BL(UV-B和He-Ne激光复合处理)不同处理组.B、BL组经过不同剂量的紫外辐照处理(剂量依次为0.42 kJ·m-2·d-1,0.84 kJ·m-2·d-1 ,1.26 kJ·m-2·d-1),其中BL组被UV-B辐射处理后再用He-Ne激光(5 mW·mm-2)辐照.利用低温荧光法测定不同处理组小麦叶绿体荧光发射光谱的变化;用电导仪和Clark氧电极仪分别测量叶绿体膜透性和电子传递速率,膜透性的改变从一定程度上能反应膜的损伤程度;ATPase活性采用分光光度计测量.研究表明:He-Ne激光和增强UV-B辐射影响叶绿体激发能的分配,UV-B辐照达到1.26 kJ·m-2·d-1时,叶绿体几乎完全失去活性;He-Ne激光则从一定程度上能促进叶绿体的光化学活性.UV-B辐射后的叶绿体再经过He-Ne激光的辐照处理后,可以恢复部分光化学活性,但当叶绿体损伤严重,光化学活性完全丧失时,He-Ne激光对其没有激活作用.

设计了DNA分析仪,采用激光诱导荧光对样品的毛细管电泳结果进行检测,对仪器的灵敏度进行了理论分析和实验测试.分析表明:荧光的探测灵敏度取决于入射到光探测器(PMT或CCD)上的荧光强度及光探测器自身的探测能力.结合设计参量,计算得到DNA分析仪针对染料TO(thiazole orange)作为荧光标记的探测灵敏度为0.127 fluor/μm3个荧光分子.和实验结果相比,双链DNA样品pGEM-3Zf(+)/Hae III Markers加TO进行毛细管电泳实验,得到实际的探测灵敏度为0.145 4 fluor/μm3荧光分子.研究表明:提高探测灵敏度的措施是制备性能良好的毛细管涂层和合理使用筛分介质,合理增大激光功率、尽可能增大物镜的数值孔径、提高光电倍增管的探测下限.

采用光谱学方法对总胆固醇含量不同的高胆固醇血症血清进行了研究.获得了正常人血清和高胆固醇血症血清的吸收光谱和荧光光谱(λex=407 nm), 并讨论了二者的谱线特征与差异.实验结果表明,高胆固醇血症血清的吸收光谱和荧光光谱不同于正常人血清的吸收光谱和荧光光谱,高胆固醇血症血清不仅是吸收率和荧光强度高于正常人血清的相应值,而且还有新的吸收峰和荧光峰出现.由此可见,通过比较待测血清的吸收光谱和荧光光谱可以初步判定血清中胆固醇的含量是否异常.这为血清中总胆固醇含量的检测提供了光谱学的实验数据.

研究了电压敏感染料di-4-ANEPPS在溶液中的吸收光谱和荧光光谱特性.结果表明,染料的吸收峰在480 nm附近,加入钙阻断剂BDM不会影响染料的吸收峰位.染料在去离子水和新鲜台氏液中的荧光发射光谱峰位近似,而在灌注后的台氏液中染料的荧光峰位有蓝移现象.这些研究结果为心脏光学标测系统的设计提供了理论依据.

根据卫星干涉多光谱图像的成像特性,提出一种基于分类权值率失真优化截取和自适应编码深度控制的部分SPIHT光谱图像压缩算法.首先根据干涉区域类型和编码平面的重要性,对各棵零树各个编码过程赋予不同的重要性权值,然后采用部分SPIHT算法对每棵零树独立编码,编码时根据比特平面层中重要系数的统计概率自适应地进行3种编码模式的选择,同时依据重要性权值和深度控制因子自适应地控制每棵零树的编码深度,最后在编码深度内,根据不同干涉区域的零树对恢复光谱的失真贡献,采用分类权值率失真方法对码流进行优化截取,使码流分配与失真达成最优.实验结果表明,本算法比传统算法更好地保护了光谱信息.

分析了传统统计分类方法在高光谱影像地物分类中的弊端,提出并详细讨论了基于端元的监督分类技术.利用端元监督分类技术对LASIS高光谱影像进行分类,同时应用IsoData非监督分类技术即自动迭代聚类对高光谱影像进行分类.分析比较了两种分类结果,表明基于端元的监督分类技术更能满足对地物识别分类的需要.

为了解决海量混合气体光谱数据样本无法获取、混合气体组分气体特征吸收谱线重叠、混合气体组分浓度分布的随意性等问题,将支持向量机用于混合气体红外光谱分析中.提出了光谱数据样本特征选择、数据预处理、SVM校正模型参量优化及层次式混合气体光谱分析结构等关键技术.实验分析了上述4项关键技术对分析结果的影响.实验结果显示,采用关键技术的混合气体组分浓度分析的最大绝对误差为2.93%,最大平均绝对误差为0.73%.

通过对傅里叶变换成像光谱仪数据的高低频反演光谱与光程差间的关系进行分析,提出一种光谱插值预测与量化编码压缩方法.仿真结果表明,在相对光谱二次误差＜1%的情况下,压缩比优于5:1.

针对强度调制新型偏振光谱仪,研究了基于傅里叶变换法实现偏振光谱信息解调的可行性.结合强度调制偏振光谱仪实现偏振光谱信息调制的机理,给出了采用傅里叶变换法实现偏振光谱信息解调过程的完整数学推导,并对解调过程进行了计算机仿真模拟.模拟结果表明:基于傅里叶变换的解调方法可以高保真获取待测光辐射的偏振光谱信息,将该方法应用于强度调制偏振光谱仪偏振光谱信息的解调是可行的.

从Maxwell方程组出发,讨论纤芯为左手材料,包层为右手材料阶跃型光纤,推导了矢量解的场方程.经过数学计算,求得了左手材料阶跃型光纤矢量解的特征方程.根据矢量模的分类,找到了TE模、TM模、HE模和EH模的特征方程.根据各模的特征方程,并且与右手材料光纤相关的特征方程,在靠近截止和远离截止两种情况下进行了比较,得到了左手材料光纤的某些奇异特性.

研究了入射光调制条件下Ce:KNSBN晶体两波耦合动态过程.结果表明,入射光调制抑制了光扇噪音对Ce:KNSBN晶体两波耦合动态过程的影响,提高了透射信号光强度.同时研究了入射光光强比Ip/Is及入射光总光强Io对最佳调制频率及增益改善Gm/Gf的影响.结果显示,同一Io下,Ip/Is为100时,Gm/Gf到达峰值1.52,对应的最佳调制频率为150 Hz;同一Ip/Is下,Io为57 mW/cm2时,Gm/Gf最大为1.53,对应的最佳调制频率为175 Hz.

应用Pegg和Barnett提出的相位算符和相位态理论,研究了激发压缩真空态的相位概率分布特性.数值计算结果表明,激发压缩真空态的相位概率分布主要受到相位参量和压缩参量的调节,相位参量使相位概率分布呈峰值结构,压缩参量的变化将影响相位概率分布的峰值强度,此外激发光子数对相位概率分布也有较大的影响.

利用全量子理论,并通过数值计算,研究了初始处于Fock态的单模光场与两等同双能级纠缠原子单光子共振相互作用过程中单模光场量子场熵的时间演化特性.结果发现:当两原子初始处于第一种Bell态时,光场量子场熵的时间演化周期为π/g2(2n+1);随着初始光强的增大,光场与原子之间的量子纠缠现象减弱;特别是当时间t为演化周期的整数倍时,场-原子系统处于退纠缠状态.当两原子初始处于第二种Bell态时,光场量子场熵不随时间变化,恒为零.当两原子初始分别处于第三种和第四种Bell态时,光场量子场熵的时间演化曲线呈现不等幅周期振荡现象;并且随着初始光场光子数的增加,光场量子场熵的振荡周期逐渐增大,但振荡幅值逐渐减小.

建立了两个两能级原子置于热辐射场环境中的模型,当计及原子偶极间的相互作用时,利用密度矩阵方法,得到两能级原子密度矩阵元随时间的演化规律.针对三种不同的初始状态,分析置于强热辐射场中原子量子态保真度.结果表明:两个原子初始处于不同量子叠加态,量子信息在传输过程中可能发生部分失真,也可能不失真.初始状态对量子信息失真的快慢程度有明显的影响.

在双树复数小波的基础上引入平移不变的重要思想,使其具有真正意义上的平移不变性.提出了一种基于平移不变双树复数小波变换的图像去噪方法.实验结果表明该方法能有效提高图像去噪效果及图像边缘检测能力.

根据等照度线曲率在图像表征中的重要意义,将曲率作为一个控制传导率的因素引入非线性扩散方程,提出了一个新的曲率驱动与边缘停止相结合的非线性扩散模型,实验结果表明这一模型在图像去噪方面较经典的P-M方程具有更好的性能.

根据目标与噪音(或虚警)在时域和空域上所表现出的不同特性,提出了一种基于空域邻域聚类和时域轨迹连续性相结合的假设检验方法,以建立小弱运动目标航迹起始,并对其性能进行了详细分析.基本出发点是:空域上,小目标是占有少量像素且幅度均匀的小块,聚集度较高,而噪音点是独立、不相关的,聚集度较低;时域上,运动目标将以较大概率出现在由轨迹连续性决定的预测点邻域内,而虚警是杂乱无章,连续多次出现在该邻域内的几率较小.理论分析和实验结果表明,本文方法能较为有效地建立目标初始航迹.

在分析红外弱小目标检测的检测概率和虚警率的基础上,引入了一种基于窗口结构的红外弱小目标检测方法.该方法无需进行图像差分,利用局部小范围内目标相对背景的灰度变化检测目标,可以在较低信噪比的情况下获得较高的检测概率和较低的虚警率.实验表明了该方法的有效性.

提出了一种基于广义平面校正的最小化畸变重投影方法,通过建立广义平面校正坐标系并对其虚拟规范化,在虚拟坐标系内考虑最小化畸变和最小化重采样效果,减少了因旋转造成的重采样畸变问题,校正后图像的可视性大大改善.