为了研究数字图像相关方法运用于小试样下WC/Cu复合材料弹性模量测定的准确性, 采用粉末冶金法制备出了WC含量不同的WC/Cu复合材料, 对试件表面用白漆配合碳粉方法进行制斑, 并在万能材料试验机上进行拉伸实验, 用CCD相机记录其散斑图。对记录的散斑图进行相关运算, 并通过畸变校正理论校正位移计算结果, 计算出小应变范围内WC/Cu复合材料的应力应变曲线, 得到弹性模量; 与传统电测方法结果进行对比, 数据吻合较好。结果表明, 采用数字图像相关方法和小试件制斑方法运用于WC/Cu复合材料弹性模量的测定是较为精确可靠的。

为了获取静电雾化场中雾滴的空间位置、尺寸和速度信息, 利用同轴数字显微全息方法, 设计并搭建了雾化场测量装置,横向测量范围12.5mm, 空间极限分辨率90.5LP/mm, 能够实现直径8μm雾滴的测量。在该装置上, 进行了单毛细管和多毛细管在稳定锥-射流模式下雾化场的测量, 取得了不同流量下雾滴平均直径和平均速度随流量的变化关系。结果表明, 该装置能够在单次测量中同时给出雾滴空间位置、尺寸和速度信息。该研究对于雾化参量的测量以及静电雾化研究有重要意义。

为了设计出具有特殊光学特性的晶体, 在不考虑色散的基础上, 采用传输矩阵法对缺陷层为增益介质的1维三元光子晶体的光学特性进行了理论分析和数值模拟, 主要研究了在0.242μm处能获得最大光放大时所对应的增益介质的厚度及光学常数, 并讨论了当中心波长变化时的光放大特点。结果表明, 当中心波长为0.3μm时, 中心波长两侧存在着对应的禁带, 改变缺陷层厚度及光学常数对该带隙结构的影响很小; 但通带边0.242μm波长处获得很强的光放大。这一结果为今后获得具有所需特征缺陷的光子晶体提供了理论指导。

为了减低非晶硅薄膜太阳能电池的光致衰减效应和提高其光电转换效率, 用等离子体化学气相沉积系统制备了本征非晶硅薄膜, 用波长为248nm的KrF准分子激光器激光晶化了非晶硅表层, 用共焦显微喇曼测试技术研究了非晶硅薄膜在不同的激光能量密度和不同的频率下的晶化状态, 并用扫描电子显微镜测试晶化前后薄膜的形貌。结果表明, 随着激光能量密度的增大, 薄膜晶化效果越来越好, 能量密度达到268.54mJ/cm2时晶化效果最好, 此时结晶比约为76.34%; 最佳的激光能量密度范围是204.99mJ/cm2～268.54mJ/cm2, 这时薄膜表面晶化良好; 在1Hz～10Hz范围内, 激光频率越大晶化效果越好; 晶化后薄膜明显出现微晶和多晶颗粒, 从而达到了良好的晶化效果。

为了获得高功率全固态355nm紫外激光器, 采用平平腔结构, 通过LD双端抽运Nd∶YVO4晶体, 在声光Q开关调制作用下产生1064nm脉冲基频光, 利用两块LBO晶体分别进行腔内倍频、和频产生355nm紫外激光。在LD抽运功率54W、调制频率40kHz的条件下, 获得紫外的最高输出功率为6.67W, 脉冲宽度为20ns, M2=1.1。结果表明, 腔内和频可得到高效率、高光束质量的紫外激光输出。

为了根据信道的时变特性来选择合适的空时编码方式, 结合正交空时分组码与分层空时码的优点, 并借鉴天线分组的多层空时编码原理, 提出了一种在自由空间光通信多输入多输出中4×4的自适应多层空时编码方案, 并用Monte Carlo法进行仿真研究。结果表明, 在一定的信噪比范围内, 采用自适应多层空时, 编码方案在保证一定误比特率的条件下, 能使数据传输速率达到最大化; 采用自适应调制方式能更有效地利用资源并提高数据的传输速率。

为了揭示激光离散预处理基体提高某种型号镀铬身管寿命的机理, 采用实验方法, 对激光离散处理和未处理的寿终镀铬身管基体烧蚀行为进行了定量对比分析, 发现经激光离散处理的没有明显烧蚀沟, 并且其基体的烧蚀量比激光未处理的降低了10%。结果表明, 降低的原因是受激光处理控制的间距较大的铬层主裂纹扩展到了烧蚀层, 增加了影响烧蚀层剥落的主裂纹间距, 延缓了烧蚀层的剥落时间。这一结果对进一步分析激光离散预处理基体提高镀铬身管寿命是有帮助的。

为了减少校准测试过程中人为因素引起的误差, 提升产品测试的精确度和测试效率, 自主开发了一种掺铒光纤放大器自动校准测试系统。根据影响光学指标各因素设计合理的校准测试方案, 设计了掺铒光纤放大器测试光路切换开关, 利用通用接口总线对设备进行自动化控制, VC++实现自动化控制及测试。采用分层的模块化设计, 具有高内聚、松耦合的特点, 多数子模块封装成动态链接库, 软件的兼容性与扩展性强, 其维护修改更加容易。经过试验验证, 使用自动控制测试设备和光路切换开关的掺铒光纤放大器的研发测试效率提高了60%。结果表明, 此自动校准测试系统能有效提高测试效率和测试精度, 具有研发生产的实用价值。

为了实现红外光谱被动测距技术的准确测距以及透过率的精确计算, 采用插值法进行了基线拟合算法研究。以氧气A带为例, 利用逐线积分计算出A吸收带两边的带外数据, 采用多种插值拟合方法来拟合, 进行了详细的理论分析和仿真验证。通过几种拟合结果的对比, 多项式插值拟合取得了比较好的结果, 拟合精度最高。结果表明, 多项式插值拟合基线算法为建立透过率和距离等条件的数据库提供了方法, 为被动测距的实时测量提供了坚实的基础。

为了更深入地研究小型低成本激光陀螺标度因数与温度的关系, 在不增加硬件成本的前提下提高小型低成本激光陀螺性能, 采用理论分析与实验相结合的方法, 取得了定温度点和慢变温两种情况下标度因数随温度变化的数据。结果表明,标度因数随温度变化的实验数据与近似理论计算大致相符, 用所得数据建立多项式进行补偿, 能有效地减小标度因数的温度误差。

为了获得1维独立空间孤子对在加偏压中心对称双光子光折变晶体串联回路中演化的结果, 基于中心对称双光子光折变效应的理论, 证明在中心对称双光子光折变晶体串联回路中存在1维独立屏蔽空间孤子对, 理论研究了独立暗-暗和明-暗孤子对的空间包络、动态演化和稳定性。结果表明, 暗孤子通过光电流能影响孤子对中另一孤子, 但明孤子不能。

为了研究最内层空气孔的大小以及空气孔的占空比改变对光子晶体光纤的非线性系数、色散的影响, 采用全矢量有限元方法, 进行了理论分析和实验验证, 取得了非线性系数、色散系数随频率和结构参量的变化数据。结果表明, 三角晶格结构的非线性系数大, 色散较平坦, 能够在400nm~1160nm保持单模传输, 非线性系数达到172km-1·W-1, 在0.65μm~1.0μm范围内具有超平坦色散。这一结果对光通信领域的研究是有帮助的。

为了改善大功率半导体激光器快轴和慢轴两个方向光束质量极不均衡这一光束特性, 基于几何光学的折射原理, 经过理论分析和软件模拟实验设计了一套发射光学系统, 采用柱面镜改变快轴和慢轴的发散度, 使输出光束在子午方向上以窄视场发射, 在弧矢方向上覆盖±30°的视场, 并加入特殊结构的棱镜混光, 得到目标区域内能量分布均匀性大于75%的窄带状光束, 能量利用率达80%以上。结果表明, 单套发射系统可以完成工作距离15m以内的±30°视场探测, 6套发射系统构成360°视场完成周视探测。这一结果对于提高激光主动探测的精度和增大其使用范围是有帮助的。

为了实现高效、全光纤化的2μm激光输出, 采用中心波长为1569nm附近的级联双包层铒镱共掺光纤放大器来抽运铥钬共掺单模光纤、1550nm/2000nm波分复用器、光纤耦合器构成的环形腔全光纤激光器。当915nm LD抽运驱动电流为6.9A时, 获得的最大输出激光功率为57.23mW, 斜率效率约为12%, 线宽约为4.5nm, 阈值抽运功率约为180mW。结果表明, 该光纤激光器性能可靠, 其在光纤传感、激光医疗等领域将有巨大应用前景。

基于周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体和准相位匹配的连续波光学参变振荡器可以在3μm～5μm中红外波段产生连续可调谐相干辐射, 在大气环境污染监测、遥感、激光雷达、光谱分析以及**红外对抗等领域具有很高的应用价值。介绍了基于PPLN晶体的中红外连续波光参变振荡器近年来在高功率、低抽运阈值、宽调谐、窄线宽等方面的研究进展, 并对基于PPLN晶体的连续波光学参变振荡器的优势特点及其涉及的一些技术方法展开讨论。目前基于PPLN的中红外连续光学参变振荡器的研究主要集中在上述4个领域, 随着抽运光源性能及非线性晶体制备水平不断提高, 将向着更高功率、更低阈值、更宽调谐范围、更窄线宽的方向迈进。

为了完全消除CCD背景噪声和杂散背景光对数字全息再现像质量的影响, 在全息图强度分别减去参考光波和物光波强度相减法和全息图强度分别减去参考光波和物光波强度及CCD背景噪声相减法的基础上, 提出了改善数字全息再现像质量的背景强度补偿法。介绍了背景强度补偿法的原理, 并实验对比了全息图的直接再现像及应用背景强度补偿法对不同背景强度下获得的全息图处理后的再现像。结果表明, 背景强度补偿法显著地改善了再现像质量, 降低了对数字全息图记录环境的要求。

为了避免图像配准精度对液晶显示屏(LCD)线路缺陷检测准确率的影响, 采用一种基于图像轮廓分析的新方法, 基于深度优先搜索寻找图像轮廓, 并根据格林公式计算轮廓面积, 将待检测LCD的线路轮廓面积与标准模板的轮廓面积比较, 从而判断是否存在短路、断路、孔洞和孤岛缺陷。该方法不需要图像配准, 降低了算法精度要求, 从而提高了检测的正确率。通过对200片小型LCD的测试, 检测准确率达99%。结果表明, 该方法可以快速正确地检测出图像上的所有轮廓, 并计算出轮廓面积, 用面积比较代替传统的图像像素比较, 检测短路、断路等缺陷的正确率有了较大提升。该算法在LCD线路缺陷检测方面具有很好的应用前景。

为了测试一种玻璃微珠原向反射屏的发散角, 采用CMOS高速相机拍摄玻璃微珠原向反射屏反射回来的激光光束在硫酸纸屏上成像的激光光斑, 处理光斑图像, 根据一定的几何比例关系, 计算得到了原向反射屏的发散角角度, 其范围为0.907°~0.956°。结果表明, 该测试方法设计合理、数据可信, 具有一定实用价值。

为了研究抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器性能的影响, 基于已有的耦合方程, 采用数值仿真方法, 分析了不同抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器的增益、增益饱和以及抽运功率转换效率的影响。结果表明, 双向抽运光纤喇曼放大器的增益、增益饱和以及抽运功率转换效率特性均介于同向和反向抽运光纤喇曼放大器之间, 并且随着同向抽运功率在抽运总功率中所占比例的升高, 增益、增益饱和功率和抽运功率转换效率的数值增加; 大信号、抽运功率较大时, 抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器性能的影响显著。这对双向抽运光纤喇曼放大器和光纤激光研究具有一定的参考价值。

基线校正是对傅里叶变换红外光谱仪光谱数据后续处理前重要的预处理步骤, 多项式迭代拟合是基线校正的一种方法。为了进一步提高基线校正的速率, 采用一种改进多项式迭代拟合算法, 并以CO2光谱为例进行了理论分析和实验验证, 取得了与多项式迭代拟合相同的校正效果。结果表明, 该算法自动识别谱峰范围, 仅对谱峰范围的光谱进行基线校正, 减少了基线校正过程中的迭代次数, 迭代次数从39次降到了11次, 耗用时间从4.78s降至1.12s。这一结果对实现实时气体监测系统具有重要意义。

坐标测量机中传统的间接定位方法对微小特征定位不够精确, 为了提高微小特征的定位精度, 采用机器视觉技术对微小特征本身直接定位的方法, 进行了理论分析和实验验证。根据红宝石轴承材料的光学特性, 设计了视觉自动定位系统, 通过图像算法提取轴承内孔的图像中心, 并使用测量机的测针端部作为靶标对相机进行标定, 取得了相机图像坐标系与测量机坐标系的转换系数数据。结果表明, 该系统的定位精度达到0.01mm, 这一结果对提高微小特征的定位精度是有帮助的。

为了提高微柱阵列与透镜导管耦合系统的光斑整形效果, 设计了一种横截面是椭圆、且椭圆离心率随位置变化的不规则导管设计方案。在导管的前端面, 椭圆长轴在水平方向, 以与激光二极管阵列的发光面形状相匹配; 在导管后端面, 椭圆长轴逐渐过渡到竖直方向。利用3维光线追迹方法进行仿真计算, 可知该不规则导管可以得到圆对称性较好的光斑整形效果, 微柱阵列和该导管的能量传输效率分别为90.84%和91.98%, 对应于整个耦合系统的能量传输效率为83.55%。结果表明, 该不规则导管在光斑整形效果和能量传输效率方面与普通导管相比具有一定优势。

为了描述保偏光纤耦合器的分光比、附加损耗对输入光偏振态较为敏感的问题, 提出了强度传输矩阵的概念, 利用强度传输矩阵分析方法可以解释分光比和附加损耗随偏振态的变化规律。针对强度传输矩阵的概念, 进行了理论分析和实验验证, 搭建实验系统测量出耦合器的损耗、分光比以及偏振串音, 将测量数据代入到快慢轴的理论方程中进行计算可以得到耦合器的强度传输矩阵参量, 并且代入到圆偏振光注入情况下的方程中, 进行了相应的实验验证。结果表明, 强度传输矩阵参量对于描述保偏光纤耦合器的偏振特性具有重要的参考意义。

为了研究锑化铟(InSb)半导体材料的光电导太赫兹辐射过程, 推导了太赫兹近场辐射公式。在考虑俄歇弛豫机制对光电导过程影响的情况下, 分析了InSb光生载流子浓度、载流子散射率以及光电导表面反射率随时间的变化。结果表明, 数值模拟与文献中的实验曲线变化趋势一致, 计算结果吻合, 证明了该研究方法的正确性。

为了研究反共振纤芯壁对空芯光子晶体光纤限制损耗和散射损耗的影响, 利用全矢量有限元法对所设计的具有不同纤芯壁和纤芯半径的空芯光子晶体光纤进行仿真, 得到了3种纤芯壁在不同纤芯半径时的有效折射率、限制损耗和芯内功率分数随波长变化的曲线。由数值模拟结果可知,纤芯壁采用T=3的环形反共振层和椭圆反共振层设计时, 限制损耗降低了约两个数量级, 芯内功率分数在通信波段提高了13%。结果表明, 这两种设计可以有效降低空芯光子晶体光纤的限制损耗和散射损耗。

为了提高红外探测器检测红外微弱信号的精度, 采用晶体管恒流偏置电路, 使用低噪声高速运算放大器构成了前置放大电路。运用电路理论建立放大电路的噪声等效模型, 采用叠加法计算1级放大输出端的噪声电压。通过中温黑体炉红外辐射实验, 测试电路性能, 取得了500℃~700℃时的电压波形, 计算得出信噪比为7.25×103。结果表明, 红外探测器前置放大电路达到高信噪比、响应速率快、抗干扰强的应用要求, 可以对红外微弱信号检测放大。

为了减少无线传感器网络节点的能量消耗,采用紫外光作为无线传感器网络的信息载体, 研究了紫外光传感器节点的能量模型。理论分析了单跳节能和多跳节能, 得出了计算最优跳数的数学表达式, 并对单跳通信、多跳通信和最优跳通信的平均能量消耗进行了计算机仿真, 仿真结果与理论分析一致; 对于多跳通信带来的能量消耗不均匀的问题, 利用移动sink节点来解决, 通过仿真对比了sink节点不同移动速率对网络平均能量消耗、丢包率和端到端时延的影响。结果表明, 借助移动sink节点可以降低网络的平均能量消耗, 但要根据场景选择合适的移动速率。

为了研究广义高斯光束特性中未曾研究过的光斑半径长短轴(wmax, wmin)的最小值位置(lwmin, lwmax)和曲率半径R1, R2两个特殊位置的突变点(lR1, lR2)之间的关系, 并由它们的关系发现广义高斯光束的一些新的特殊性质, 先采用abc参量法进行理论推导, 得出无法得到lwmin, lwmax, lR1, lR2位置关系的简单解析解表达式, 进而采用计算机软件进行数值分析, 得到它们与初始点参量wmax,0, wmin,0, R1,0, R2,0以及旋转角φR1相应的关系图。结果表明, 光斑半径长短轴的最小值位置始终处于曲率半径两个极值的突变位置之间, 且lwmin, lwmax, lR1, lR2大致分布在l=0附近, lwmin相比较其它三者而言, 出现明显不连续突变情况, 这对实际普遍情况下的广义高斯光束是成立的。

为了测量平顶光斑和高斯光斑的半径, 采用刀口法进行了理论分析和实验验证, 并且提出了新的迭代算法。刀口的间距与光斑半径存在正比关系, 求出了相应的比例系数。在实际测量中, 测得刀口的间距后再乘上相应的系数就可以得到光斑半径。结果表明, 将迭代法进行推广, 可用于求任意已知强度分布式的光斑半径。

为了研究多重反馈对半导体激光器自混合信号的影响, 运用三腔镜模型分析了多重反馈和非准直倍频现象, 并进行了仿真分析和实验验证。通过仿真发现, 第2重反馈相对于第1重反馈的相对强度η较大时能明显分辨出二重反馈, 利用信号微分能区分出二重反馈信号, 实现系统分辨率达到λ/4, 二重反馈之间非准直相位差会影响干涉信号波形。实验验证了外腔反射镜非准直抑制第1重反馈利用二重反馈实现非准直干涉条纹倍频现象, 实验结果与仿真分析相符。该结论将有利于提高系统分辨率和判断外腔是否准直。

为了得到工艺参量对层裂的影响, 运用有限元模拟的方法, 采用最大拉应力瞬时断裂准则来判断板料是否发生层裂, 并对各参量对层裂的影响进行了分析; 进行了激光冲击成形试验, 用电子扫描显微镜对冲击后的试样进行观察, 并运用应力波传播分析了层裂的产生、发展、形成。结果表明, 层裂易发生在激光冲击区域内, 其次是在光斑边缘处, 而在冲击区域外不可能发生层裂; 脉冲宽度、峰值压力和板料厚度对层裂发生的位置影响较大, 而光斑直径对层裂发生的位置几乎没有影响。这对激光冲击成形的发展具有指导意义。

为了研究药剂配比对石墨/硝酸钾反应性光声特性的影响, 采用动态光声测试技术和差示扫描量热技术进行了研究, 在波长1.06μm、脉冲宽度为54μs的Nd∶YAG脉冲激光作用下, 同一配比的石墨/硝酸钾体系中, 激光能量越大光声信号越强; 不同配比药剂在同一激光能量下光声强度不同。石墨/硝酸钾质量比为25/75(3#样品)时, 光声信号最强; 为30/70(4#样品)时, 光声信号较弱。考察药剂达到光声信号峰值所用时间, 发现同一样品随着激光能量增大都呈现先增大后减小的趋势。结果表明, C/KNO3的配比不同, 化学反应不同, 热分析结果与光声实验结果可以相互印证。