随着光网络通信容量的高速增长, 将分立的光学器件集成化以减小器件尺寸、降低成本成为光电子器件发展的必然趋势。光子集成回路具有尺寸小、功耗低、质量轻等优点, 是解决未来宽带光网络能耗大、体积大、容量小等问题的关键技术。综述了基于多项目晶圆流片的规模化光子集成技术, 主要包括硅基光子集成技术、Ⅲ-V族磷化铟集成技术, 以及以氮化硅和二氧化硅多层波导结构为基础的TriPleX集成技术; 介绍了目前可以提供这3种多项目晶圆流片光子集成技术的代工平台以及利用这些代工平台实现的一些光子集成芯片, 并对这些平台的工艺参数进行了比较。

表面等离激元是一种存在金属与介质界面的电磁模式, 具有亚波长传播和局域场增强的特性, 因而受到人们的青睐, 作为在微纳尺度下进行光子操纵和集成的优良载体。随着人们对表面等离激元认识的不断深入和对微纳光子器件应用需求的增加, 如何在近场范围内精确调控等离激元波的传播并实现特定的场强分布成为人们关注的热点。综述人们通过微纳结构对等离激元波进行操控所发展的新原理和新方法, 以及对波束性质和近场分布调控的研究进展; 重点介绍包括艾里波束、无衍射准直波束、角向贝塞尔波束在内的各类特殊等离激元波束的基本特性, 产生与调控的实现, 以及近年来拓展的近场全息技术; 并进一步探讨表面等离激元光场调控在新型微纳光子学器件中的可能应用。

硅纳米光波导具有超高折射率差与超小横截面, 因而具有超强光场限制能力, 为实现超高集成度纳米光子回路提供了一种极具吸引力的途径。众所周知, 在光子集成回路中, 模式转换与耦合是实现各种功能器件的重要基础。对硅光子集成回路中的模式转换与耦合原理、新结构与新器件进行了详细分析和讨论。研究了硅纳米光波导锥形结构中模式传输及演化过程, 揭示了其特有的偏振相关模式转换机制。结果表明, 当光波导横截面存在不对称性时, 可能在某些特定波导宽度范围内产生偏振模杂化, 为实现偏振旋转提供了一种方便的方法。通过调控非对称定向耦合结构中模式转换与耦合的相位匹配条件, 为实现超小型偏振分束器、大带宽模式复用-解复用器等关键器件提供重要途径。

平面波导激光器是板条激光器与光纤激光器的良好结合体, 其结合了两者的优点且避免了各自的缺点, 极高的宽高比率使流经工作区的一维梯度热流控制了热透镜效应, 同时对横向光束质量具有良好的控制; 通过增加工作区的宽和长可以增大输出功率, 大发散角的抽运光可以被约束在大数值孔径的波导结构中, 激光亮度极高。介绍了平面波导激光器的制备与材料以及发展, 综述了已报道的平面波导激光器相关研究, 并展望了其未来的发展。

与无机半导体光波导相比, 有机聚合物光波导具有易于加工和方便集成的明显优势。总结了有机聚合物光波导的研究现状, 包括聚合物光波导材料的分类和制备。重点总结了聚合物平面波导和聚合物微结构光纤波导的应用现状。对聚合物光波导的前景进行了展望, 并提出了一些建议。

为实现自然的三维光显示, 需按照真实物体的呈现方式, 且同时保证双目视差和平滑的运动视差。回顾国内外三维光显示的研究现状, 重点介绍北京邮电大学在密集视点显示、集成成像显示、光场显示和全息显示方面的研究进展, 认为全视差光场显示和全息显示是未来三维光显示发展的方向。

3~5 μm中红外辐射位于大气传输窗口, 具有广泛的应用前景。目前, 固体激光器获得3~5 μm中红外辐射的途径主要是基于光参量振荡(OPO)的方法。与之相比, 以直接抽运为代表的新型中红外固体激光器在总体设计原理和激光器结构上都更为简单。目前, 随着相关晶体材料和对应抽运源的逐步成熟, 直接抽运中红外激光器迅速发展。总结了以Fe∶ZnSe、Ho∶BYF和Dy∶PGS三种晶体材料为代表的直接抽运中红外固体激光器, 详细介绍了其关键技术和国内外主要研究进展, 分析了其发展的重点和难点。

在介绍风云三号E星(FY3E)晨昏轨道气象卫星和微光成像仪特点的基础上, 利用Satellite Tool Kit仿真技术并根据FY3E轨道参数, 针对FY3E所搭载的遥感器(微光成像仪)可能受到来自太阳和月球的外部杂散光的情况进行模拟分析, 并设计了遮光方法来抑制外部杂散光。分析结果表明, 2006-12-18当天太阳矢量与遥感器底部窗口法向量的夹角最小, 遥感器受太阳杂散光的影响最大。进一步分析了遥感器可能受月球杂散光的影响, 发现只要满足太阳遮挡条件, 月球就不会对遥感器产生杂散光。因此, 设计遮光板时只要考虑太阳矢量与遥感器窗口法向量的夹角即可。目前的遥感器视场角为55°, 遮挡杂散光的效率较低。将遥感器视场角减小到50°, 同时减小遮光板尺寸, 可以提高对杂散光的遮挡效率且不影响其应用。

基于不同来源含碳气溶胶具有不同光学吸收特性的原理, 采用黑碳仪模型对杭州市含碳气溶胶进行来源解析。结合气溶胶飞行时间质谱仪和黑碳仪数据, 对黑碳仪模型参数进行校正。通过分析2015年杭州市朝晖环境监测站点的黑碳仪数据, 解析化石燃料和生物质燃料的燃烧对朝晖地区含碳气溶胶的贡献率及其变化规律。结果表明, 2015年化石燃料燃烧对朝晖地区含碳气溶胶的年均贡献值为15.4 μg/m3, 年均贡献率为71.8%; 生物质燃料对含碳气溶胶的月均贡献率为20%~38%, 7月份贡献率最小, 12月份贡献率最大, 各月份的贡献率存在明显阶梯性变化。含碳气溶胶吸收指数没有体现出本地早晚高峰现象, 该现象可能是由于外地传输引起的。上述研究为识别杭州市能源消费结构和大气治理提供一定的理论与实验支持。

根据非Kolmogorov湍流谱和二阶矩理论得到非Kolmogorov湍流中光束漂移模型的一般表达式, 结果表明光束漂移与湍流参数(广义指数参数α、折射率结构参数C2n、湍流外尺度L0和湍流内尺度l0)以及输入平面上的初始二阶矩有关。以部分相干反常椭圆空心高斯光束(PCAEHGB)为例, 对光束漂移的均方根值Bw和相对光束漂移Br进行数值模拟。结果表明, 广义指数参数、折射率结构参数、湍流内尺度、湍流外尺度、相干长度和束腰半径越大, Bw和Br越大。当C2n=10-14 m3-α、传输总路径L=10 km时, Bw≈0.22 m; 当L≈5 km时, Br达到最大。在相同参数条件下,PCAEHGB受湍流的影响比高斯-谢尔模型光束小。

擦除温度和再生温度相同时, 在800~950 ℃温度区间内, 光纤光栅的擦除时间和再生完成时间均随处理温度呈指数衰减。利用再生完成时间拟合函数, 得到紫外载氢标准通信光纤光栅的再生阈值温度为805 ℃, 并且当处理温度在855~905 ℃之间时, 不同温度下制得的再生光纤光栅的反射率大小服从高斯分布, 定量描述了光纤光栅再生的整个过程。提出了一种制作高反射率再生光纤光栅的方法, 当擦除温度和再生温度不同时, 该方法可将紫外载氢标准通信光纤上的再生光纤光栅的反射率从20%提高到43%。

基于商用单个发光二极管(LED)光源进行室外远距离通信实验, 实验中对LED光源采用二进制键控(OOK)调制方式, 在接收端采用低密度奇偶校验(LDPC)纠错编码。在晴朗的白天环境下, 当LED发出的光以3°束散角发射且调制速率为23 MHz(净数据传输速率为11.5 Mbit/s)时, 实现了传输距离为1 km的室外光通信实验, 误码率为10-6。实验表明, 当误码率为10-4时, 采用LDPC(4000,2000)编码的净数据传输速率是未编码时的2.4倍。该实验系统对光准直要求低, 可较好地抵抗刮风晃动和大气湍流等环境因素的影响。

基于Wang Tiles纹理合成算法原理, 研究纹理图像梯度结构信息、纹理块自适应尺寸以及Tiles集合制作方法对纹理合成质量及合成时间的影响。在判断两纹理块相似程度时, 将纹理块的颜色误差和梯度信息同时作为纹理块相似程度的度量标准, 其合成效果优于只考虑颜色误差的传统纹理合成算法。同时, 使用优化后的纹理块尺寸进行纹理合成, 能缩短纹理合成时间。另外, 采用改进后的Tiles集合能取得比传统方法更好的合成效果。实验证明, 与基于Wang Tiles的传统算法相比, 改进算法在取得较好合成质量的同时, 能提高纹理合成的速度。

为了提取手掌静脉图像的纹理特征, 并有效提高其识别率, 在联合Gabor小波和近邻二值模式(NBP)的基础上提出了一种纹理特征提取方法。该方法利用静脉结构中血管粗细与延伸方向不同的特点, 将掌静脉图像感兴趣区域与4尺度、4方向的Gabor小波卷积获得多个幅值特征, 并在4个不同的尺度下分别求取均值, 获得Gabor尺度均值模式(GSP), 在每个GSP分块上使用NBP描述算子来提取局部邻域关系模式(GSPNBP)。然后将这些多尺度、多方向的GSPNBP分块区域的编码序列的总和作为掌静脉特征向量。最后通过求特征向量间汉明距离衡量静脉图像的相似程度来计算识别率, 并在PolyU图库和自建图库中进行实验。实验结果显示, 该算法获得的识别率最高可分别可达99.7935%和99.3965%, 识别时间都在1 s以内, 有效增强了算法稳健性。

针对Harris角点检测算法在应用中实时性较差和运算量较大, 同时抗噪能力较差等问题, 提出一种基于Harris算法的改进算法, 利用图像局部加权熵与最小亮度变化(MIC)算法相结合的方法进行角点检测。首先, 运用图像局部加权熵算法思想, 初步得出候选角点集;然后计算Harris算法的角点响应函数(CRF)值, 将候选角点按CRF值大小差分为三类; 最后使用自适应模板和阈值的MIC算法进行角点检测, 得出最佳匹配点。实验结果表明, 该方法提高了原算法的实时性, 增加了角点提取数量和准确性, 并且能够有效去除大多数伪角点。

在太阳自适应光学系统中, 通常需要利用太阳米粒结构等低对比度扩展目标采用相关算法测量波前误差。在对绝对差分算法和绝对差分平方算法在抛物线插值情况下的测量误差进行了理论分析比较的基础上, 利用实际采集的太阳米粒图像对这两种算法进行了实验验证。分析和实验结果表明, 太阳米粒图像绝对差分平方算法所得到的相关函数相比绝对差分算法更符合抛物面分布。采用抛物线插值时, 绝对差分平方算法的测量精度优于绝对差分算法。

引导滤波(GF)去噪的关键是选取一幅包含清晰结构信息的引导图像。为提高GF的去噪效果, 提出一种由各向异性全变分(ATV)引导的滤波方法。首先利用ATV模型对噪声图像进行光滑处理, 生成包含良好结构信息的引导图像, 然后利用GF进行处理。为提高算法的稳健性, 对上述过程进行迭代处理。由于计算全变分模型的传统迭代方法速度较慢, 因此采用Split Bregman迭代方法进行加速处理。实验结果表明：该算法不仅在峰值信噪比、归一化均方误差和结构相似性等客观指标上具有优势, 而且计算速度比传统迭代方法提高了约30倍。该算法可以较好地快速去除噪声, 并能较好地保持图像中的结构和边缘特征等细节信息。

基于局部高斯拟合的主动轮廓模型利用图像的均值和方差信息来拟合图像信息。与只利用图像灰度均值信息建模的主动轮廓模型相比, 该模型能很好地分割复杂的医学图像。但该模型仅利用了图像的局部信息建模, 因此收敛速度比较慢; 并且在建立能量泛函时, 采用传统的Heaviside函数, 分割精度不高。针对这些缺陷, 在改进Heaviside函数的基础上, 引入全局高斯拟合项, 并且对局部高斯拟合项和全局高斯拟合项的权重系数均采用自适应的方法进行调整, 得到基于局部和全局高斯拟合的主动轮廓分割模型。改进模型不仅能有效分割均值相同但方差不同的图像, 还能有效分割质量较差的医学图像, 并通过实验检验了改进模型的性能。

等离子体诊断由于其持续时间为皮秒量级, 故要求在X射线条纹相机单次测量过程中尽可能多地获取信息, 其中一个有效的途径是增大其成像面积。为了解决大物面成像质量问题, 基于二电极同心球静电聚焦系统, 设计了一种大物面X射线条纹管。通过蒙特卡罗法仿真电子发射和龙格-库塔法追踪电子轨迹, 计算得到该管型阴极有效工作面积直径为50 mm, 中心静态极限空间分辨率可达50 lp/mm, 边沿静态极限空间分辨率31 lp/mm, 放大倍率为1.1, 整管长度600 mm, 管径100 mm。结果显示, 该条纹管满足大物面成像的要求, 可用于超快事件过程中大量信息的获取。

理论上提出了平顶正弦相位板星冕仪, 该星冕仪可作为正弦相位板星冕仪和六平台相位板星冕仪的推广形式。平顶正弦相位板具有角向的双周期结构, 每个周期中都包含两个平顶的半正弦区域和一个平坦区域。解析地推导了该相位板的宽带工作条件。在这个宽带工作条件的一端, 这个相位板可以退化为正弦相位板; 在另一端, 这个相位板可以退化为六平台相位板。数值计算结果表明, 平顶正弦相位板星冕仪与这两种特例情况一样, 具有良好的消色差能力。

为了实现光路的快速自动准直, 降低手动调整光路的误差, 有效提高人机交互界面操作的实时性和友好性, 设计了一套可视化的光路自动准直系统。借助VC++编程技术, 对维视MV-U2000图像采集模块进行了二次开发, 实现了激光光斑图像信息的采集、实时显示和保存。计算机与下位机STM32进行串口通讯, 通过控制步进电机自动调节步长实现了光路的快速调整, 并使其达到准直。实验表明, 该光路自动准直系统能够满足准直的应用需求, 单次操作只需2 min, 精度可达到4.17 μrad, 并具有集成度高、操作友好、可移植性强等特点。

为了提高单帧长曝光图像法的颗粒速度测量的测速上限, 以背光成像的单帧长曝光法测速装置为研究对象, 从轨迹识别的角度, 对该方法测速上限的影响因素进行了理论分析和实验研究。结果表明：在背光成像方式下, 颗粒速度越高, 轨迹灰度值越高, 越难以识别; 从轨迹可识别性的角度可知, 影响因素主要包括颗粒直径、颗粒透射率和光源光强; 当光源光强足够时, 背光成像的单帧长曝光法测速装置对直径50 μm不透光圆盘颗粒的测速上限为1250 m/s。

为了减少白光干涉法的采样数据和计算成本, 提高测量速度, 提出了一种快速稳定的白光干涉测量方法。根据白光干涉显微镜模型, 对光学干涉法的数学模型进行了推导分析, 确定了干涉光强函数与包络函数之间的关系。在此基础上, 提出利用加大采样间隔的离散采样点的希尔伯特变换函数提取干涉信号包络算法, 并基于采样原理分析确定了符合算法的采样间隔条件。通过仿真实验对该算法的有效性进行了验证。实际样品的白光干涉光强信号存在直流(DC)偏置噪声, 影响快速白光干涉测量法的稳定性, 因此采用中值滤波法消除背景噪声, 分析滤波后干涉光强包络的质量。通过白光干涉显微镜装置进行了实际样品白光干涉图像采集, 并对不同倍率采样间隔重构的三维表面形貌图进行比较。结果表明, 该快速算法重构三维形貌的速度相比传统方法提高了20倍, 同时增强了稳定性。

扩展伪随机编码可以解决高重频激光测距在目标距离远时带来的距离模糊问题, 但其编码方式多样。研究了不同激光源发射重频下, 不同幅度编码方式对测距准确性的影响, 并使用Matlab进行仿真。理论研究与仿真结果表明随着重频的提高, 最优编码中“1”的概率从1逐渐趋近于1/2, 1/2码的随机性最好, 探测效率高, 在时依然具有明显的峰值。在实际测距应用中, 根据不同的重频选择合适的编码方式, 可以优化测距算法, 提高测距效率。

为了同时检测捆绑成束的电缆以及多芯电缆不同支路上的故障, 提出并实验验证了一种多通道噪声时域反射法。该方法利用多路滤波后的放大自发辐射噪声作为电缆束或者多芯电缆不同支路的探测信号, 基于相关探测技术, 可同时检测不同支路上电缆故障, 且没有相互干扰。实验结果表明该方法可以同时检测位于不同电缆支路上的断路、短路和阻抗失配等故障。当URM43型同轴电缆单个支路的噪声探测信号功率为-9.1 dBm时, 最远探测距离为720 m。此外, 还进行实验证明了该方法可以实现电缆故障的在线检测。

为了提高曲面零件的熔覆加工效率和质量, 实现离线编程, 根据激光熔覆的工艺特性对曲面零件进行路径规划。基于逆向工程对零件建模, 根据模型提出一种基于切平面法的路径生成方法, 通过分析熔覆道搭接率来确定切平面间的距离, 利用有效加工离焦量得出轨迹上的插补点集, 通过计算插补点在三角形面片上的位置确定法矢, 并用偏置法计算出激光枪头的位置与姿态, 最后对曲面的熔覆层形貌和组织性能进行分析。相较于一般的路径规划算法, 该方法建立在满足激光熔覆工艺参数的前提下, 综合考虑了轨迹间距、光斑大小等多种因素, 提升了熔覆效率和质量, 利于实现激光熔覆在曲面零件再制造领域的推广。

通过双温模型研究了飞秒激光照射单层银薄膜和银/金、银/铜双层金属薄膜时的热行为, 计算获得了相应电子温度和晶格温度随着时间和空间的分布。计算结果表明,双层金属结构能改变顶层银的晶格温度, 进而改变其损伤阈值。选择具有更大电子晶格耦合系数的铬作为银的底层薄膜时, 顶层银的损伤阈值得到进一步提高。这对采用银薄膜制作可见光范围内飞秒激光的反射镜具有重要的指导意义。

使用飞秒激光, 采用激光直写技术在有机玻璃(PMMA)内部写出折射率变化(Δn)的光学结构, 制备得到了体光栅, 将一组体光栅置于室温, 另一组进行退火处理。通过试验对比两组样品, 探索了退火处理对Δn的影响机理。试验结果表明：退火未对光学结构的物理尺寸造成明显影响, 但造成了拉曼光谱中1640 cm-1拉曼峰强度的增加, 对应于Δn的增大; 飞秒激光在PMMA内产生的折射率变化的光学结构不够稳定, Δn随时间的延长会缓慢增大, 退火处理会加快Δn的增大。

采用激光熔覆工艺在Q235钢表面制备了Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层, 分析了Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金微观结构, 测试了涂层的力学性能及耐蚀性能。结果表明, Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层熔覆区组织主要由等轴晶组成, 且等轴晶上分布着析出物; 涂层相结构主要由面心立方、体心立方结构及Laves相组成。随着Ni含量的增加, 涂层的相对耐磨性呈先增加后降低的趋势, 其值为2.0~3.6, 耐磨性受涂层塑性与硬度的共同影响, 涂层在0.5 mol/L H2SO4溶液中表现出优异的耐蚀性, 耐蚀性的差异主要取决于涂层的结构组成。

搭建了一种集成结构的液芯光纤中红外拉曼激光光源, 利用全光纤结构液芯耦合装置进行抽运注入。将中心波长为1064 nm、重复频率为5 kHz、最大输出功率为55 mW的亚纳秒激光器作为抽运源, 将不同比例的四氯化碳和二硫化碳混合溶液充入中空光纤中, 获得了至少7阶的拉曼信号输出。目前可测得的最长波长为2.08 μm, 拉曼阈值最低为0.3 mW。通过搭建全光纤结构的液芯光纤耦合装置, 获得了90%以上的光纤耦合效率。实验发现利用石英光纤产生的拉曼信号可以对液芯受激拉曼散射的产生起到促进作用。

针对半导体激光二极管(LD)与单模尾纤(SMF)的耦合问题, 提出了一种基于渐变折射率光纤(GIF)的耦合机制。GIF被设计为SMF的前端耦合部分, 采用大芯径以匹配LD输出远场分布, 椭圆形的纤芯形状可有效匹配LD椭圆输出光束, 并实现有效聚焦与控制。基于有限差分束传播法对耦合过程进行的理论分析表明, 采用该方法功率耦合效率可达到88%, 1 dB插入损耗对应的GIF长度容差为75 μm,长轴与短轴方向的横向偏移容差分别为28 μm和10 μm。该方案对高功率LD耦合单模光纤设计有一定的参考价值。

交通场景的显著目标检测能够为自动决策或辅助驾驶系统提供重要信息。基于视觉的底层特性, 提出了一种基于亮度空间和对立颜色空间的多特征空间奇异值分解的交通场景显著性区域快速检测方法, 为交通标志检测和场景语义分析提供有效信息。首先, 在亮度空间中, 利用奇异值分解确定强光区域并进行强光抑制, 检测抑制强光后的亮度特征显著性区域; 其次, 在双对立颜色空间中保留部分奇异值重构的区域作为颜色特征显著性区域; 最后, 对各个特征空间的显著性区域进行线性相加并将相加结果中的显著性区域作为交通场景目标检测的候选区域。实验结果表明, 算法在复杂光照和背景下具有较好的稳健性。

利用非线性频率转换过程获得高阶涡旋光场的方法得到了研究人员的广泛关注, 目前关于该领域的研究大都集中在拉盖尔-高斯光束方面, 而针对复合涡旋的非线性频率转换过程的研究不多。从理论方面分析了复合涡旋的倍频过程, 得出了其倍频光场的涡旋分布, 证明了复合涡旋倍频过程中拓扑荷数守恒。在实验方面, 基于非线性光学晶体磷酸钛氧钾, 验证了拉盖尔-高斯涡旋光倍频过程中的拓扑荷数守恒。基于马赫-曾德尔干涉仪产生复合涡旋光, 并研究了其倍频过程。实验结果表明, 复合涡旋光在倍频过程中的拓扑荷数仍然守恒。

提出一种设计自由曲面轮廓的方法以实现目标面特定区域照度均匀性为常数的目标, 该方法可应用于漫反射曲面间接照明系统。基于理想漫反射曲面和发光二极管朗伯特性, 推导了目标面照度分布函数的方程组。求解方程组得到曲面面型数据, 绕轴旋转得到漫反射自由曲面。根据目标面照明情况建立评价函数用于优化求解阵列间距。对系统用TracePro软件进行非序列光线追迹仿真, 仿真结果表明漫反射自由曲面间接照明目标面大小为50 mm圆形区域, 照明距离为200 mm, 均匀度达到91.5%, 效率为6.73%。对比间距优化的线性阵列、环形阵列和矩形阵列下的漫反射自由曲面间接照明与直射照明, 漫反射间接照明照度均匀性更高。仿真结果验证了方案的正确性和有效性。

采用金属有机化学气相沉积系统外延了具有三个不同反射中心波长的AlAs/Al0.5Ga0.5As复合分布式布拉格反射镜(DBR), 利用透射电镜、X射线衍射仪表征其结构、厚度和组分, 利用白光反射谱表征其反射谱强度和带宽。结果表明：该复合DBR比常规DBR和两个反射中心波长复合DBR具有更高的反射谱强度和更宽的带宽。利用该复合DBR制备了AlGaInP发光二级管(LED), 尺寸6.0 mil×6.0 mil(1 mil=0.0254 mm), 并在20 mA测试电流下测得其输出光功率为3.54 mW, 发光效率为17.26 lm/W, 外量子效率为8.77%, 相比常规DBR制备LED输出光功率提高35.1%, 相比两个反射中心波长复合DBR制备LED输出光功率提高11.3%。说明具有三个反射中心波长的复合DBR更大幅度地提升了AlGaInP 发光二极管的出光效率。

采用金属有机化学气相沉积系统外延AlGaInP发光二极管, 制备成面积小于12 mil×12 mil(300 μm×300 μm, 1 mil=25.4 μm)的芯片, 封装成裸晶结构并在50 mA、50 ℃加速应力环境下进行1008 h老化寿命实验, 研究外延结构中不同掺杂浓度的分布式布拉格反射镜(DBR)及分段掺杂P型层对小尺寸芯片老化性能的影响。结果表明：随着芯片尺寸缩小, 光衰幅度变大, 当芯片尺寸小于9 mil×9 mil(225 μm×225 μm)时, 通过提升DBR的掺杂浓度可以明显降低光衰幅度; 降低与过渡层相邻的P-Al0.5In0.5P薄层的掺杂浓度, 形成分段掺杂P型层, 通过降低第二段P-Al0.5In0.5P薄层的掺杂浓度, 可以进一步提升老化性能。尺寸为6 mil×6 mil(150 μm×150 μm)的芯片在50 mA、50 ℃环境下老化1008 h, 其光衰幅度可控制在-6%以内。

提出用线性增益和增益斜率分别表征多电平全光幅度再生器的放大和整形特性。利用多电平全光幅度再生器的增益斜率曲线, 可确定再生器的整形范围、最佳工作点以及可再生电平数目。重点分析了基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的多电平全光幅度再生器整形特点, 其增益斜率曲线是一个余弦振荡函数, 信号振幅越小, 可再生电平数就越多。结果表明, 脉冲幅度调制信号经过MZI多电平全光幅度再生器后, 幅度噪声可得到有效抑制, 但相位抖动增加。

提出了一种复式晶格二维石墨烯等离子激元晶体结构, 该结构由包含4个石墨烯纳米盘的原胞周期性排列组成。通过有限元法迭代求解本征频率, 得到了石墨烯等离子激元晶体的能带结构和态密度。数值仿真结果表明, 所提出的结构存在完全光子带隙, 带隙宽度可达5.7 THz, 且其位置和带宽可以通过改变石墨烯的化学势来调谐。该结构可以应用在高密度表面等离子激元集成回路和等离激元片内交叉互联技术中。

利用生物分子独特的拉曼光谱特征进行生物组织分类研究。利用研制的拉曼探针穿刺生物组织, 获得生物分子的拉曼光谱信号数据, 并对数据进行基线校正和滤波预处理; 利用主成分分析法, 提取拉曼光谱数据的关键特征; 通过反向传播(BP)神经网络算法对这些特征进行组织分类; 利用动物组织样品上采集的拉曼光谱数据, 进行自动分类实验研究。结果表明, BP神经网络能够实现不同生物组织的分类, 且准确率达到95%。

基于单脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)检测技术, 以Cu在324.74 nm处和Ca在317.95 nm处的两条特征谱线强度作为多元非线性定标的自变量, 饲料中Cu含量作为因变量, 对猪饲料中Cu元素的含量进行了定量分析。比较了单变量分析方法、交叉降维近似多元非线性模型、多元二次非线性模型和平方降维近似多元非线性模型的分析结果, 并对验证样品进行预测分析。结果表明, 交叉降维近似多元非线性模型与其他三种分析方法相比预测效果更好, 建模集预测浓度与实际浓度的相关拟合系数为0.9799, 预测集的相关拟合系数为0.8597, 平均相对误差为8.12%。

运用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术得到了美国地质勘探局(USGS)系列地质标样的等离子发射光谱。使用人工神经网络测定了不同地质标样的铁元素含量, 测得BCR-1G、BHVO-2G、BIR-1G、GSD-1G、GSE-1G标样的铁元素含量与标准含量的相对误差分别为1.86%、5.73%、0.27%、3.86%、2.63%, 表明LIBS结合人工神经网络可以很好地测定USGS系列地质标样的铁元素含量。

通过测量单分子荧光亮态、暗态持续时间的概率密度统计特性, 研究了氧气含量对单分子电子转移动力学特性的影响。在富氧环境下,单分子荧光闪烁由离子态的电子布居引起, 呈现幂律分布; 在贫氧环境下,单分子荧光闪烁主要源于三重态的电子布居, 呈现指数截止型幂律分布; 在特定氧气环境下, 两种电子转移过程呈现明显的竞争效应, 部分单分子荧光闪烁服从幂律分布, 其余单分子荧光闪烁服从指数截止型幂律分布。