以TeO2、ZnO、La2O3为基质制备了掺铒离子的碲酸盐发光玻璃,应用Judd-Ofelt(J-O)理论计算得到 光谱强度三参量,以及铒离子原子组态各个能级的跃迁辐射寿命、荧光分支比及积分发射截面。 发现积分发射截面较大(大于10-18 cm), 表明具有较好的激光发射特性。基于稀土离子4f能级的丰富性,分析了Er3+离子 能级之间 发生能级交叉弛豫的可能性,并指出了其在上转换和量子剪裁中的应用前景,为单掺与多掺稀土 离子碲酸盐发光玻璃的进一步应用提供了实验依据和理论参考。

岩屑录井是地层岩性及含油性等的直接鉴别方式,岩性的正确描述是岩屑录井的 重要内容。选择Mg、Si、Al、Fe、Ca、Na、K七种元素的激光诱导击穿光谱(LIBS)作为分 析线,结合主成分分析(PCA)、软独立建模分类法(SIMCA)、有监督Kohonen神经网 络(SKNs)三种化学计量学方法,对泥质灰岩、泥岩、页岩、砂岩四种岩屑岩性进行了识别。SKNs、SIMCA模型的平均正确识别率分别 为93.75%、78.75%。结果表明利用LIBS技术结合PCA和非线性SKNs方法可以实现物理 特性、化学组成较为相似的岩屑岩性的有效识别。

傅立叶变换红外(FTIR)光谱系统用He-Ne激光干涉信号作为参考信号,存在过零点采样误差。 基于光的干涉原理,通过傅里叶变换建立了FTIR光谱仪采样误差与光谱鬼线位置和强度之间的理论仿 真模型。为降低采样误差,采用三次样条插值法修正过零点误差,线性插值法重建红外光干涉信号 强度。结果表明该模型可以作为由采样误差引起光谱误差修正算法的理论依据,三次样条插值法 用于He-Ne信号过零点重建能减小采样误差,误差范围降低了93%,线性插值法用于红外光信号强 度重建能提高光谱信噪比,平均提高5.7%。

设计了一套基于USB2.0接口的便携式地面检测台,包括上位机软件和一台USB通讯适配器,用以 模拟卫星平台与星载光谱仪的数据通信。上位机软件提供人机交互界面,适配器完成了星载光谱仪低压 差分信号(LVDS)接口数传数据和数管数据对USB接口的通讯转换。 实验结果表明：所设计平台可以把光谱仪的LVDS图像数据转换为USB接口数据,并模拟卫星平台数据, 可用于对光谱仪进行调试、测试。通讯适配器USB2.0接口的实测速率可达230 Mbps, 可将其作为一个模块用于商用光谱仪的通讯接口。

传统模糊聚类算法(FCM)存在初始聚类中心不确定的问题,在图像分割中没有完全考虑到像素之间的灰度、空间信息。为解决此问题,提出了基于新距离矩阵方差的模糊聚类图像分割算法。用像素点生成一个改进的 新距离矩阵,并根据此矩阵特点选取初始聚类中心；结合方差确定聚类类别数,并消除部分噪声；对聚类结果进行有效性判定,确定最佳的分割结果。与SPFCM算法相比,提出算法的平均准确率提高了4.55%。实验结果表明提 出方法能有效提高图像分割的平均准确率,对处理噪声有更好的效果。

研发了一种多频时分复用锥形激光放大控制系统。通过控制种子激光的输出频率和工作时序, 此系统可以实现高隔离度单频、比例可调双频、复合多频调制三种不同模式的激光放大。实验研究了 该控制系统的光学特性,结果表明输出线偏振激光束间的消光比达30 dB, 不同工作模式的切换时间为100 ns。 该系统可提高激光器的利用效率,适用于原子干涉精密测量物理及原子干涉仪应用技术等对激光 输出功率、集成度要求较高的领域。

248 nm的KrF准分子激光是光纤布拉格光栅(FBG)的首选刻蚀光源。针对FBG的刻写要 求,研制了一台小型化KrF准分子激光器,并进行了机械结构设计和改进。实验研究了充电电压、 放电电容、工作气体配比和储气腔内的气体压力对输出激光能量和效率的影响,优化了激光器性 能,输出的重复频率达200 Hz,单脉冲输出能量达16 mJ,能量不稳定度小于2%,输出窗口附近的 近场光斑尺寸为6 mm×3 mm,最高输出效率为1.24%。用该激光器作为光源采用相位掩模法进行了FBG刻写的 实验,效果良好。

利用解压缩磁光阱(DCMOT)技术将铷87原子温度降低到多普勒冷却极限温度以下。 在磁光阱中获得铷87原子冷原子团,通过减小磁场梯度、降低回泵光功率和增加冷却 光失谐量进一步降低冷原子温度。通过研究原子自由飞行后密度随磁场梯度、回泵光功 率和冷却光失谐量的变化关系,得到最优化的实验参数。测得DCMOT后原子的温度为129 μK, 低于铷87原子的多普勒冷却极限温度(144 μK)。将低温冷原子直接装载到磁阱中,装载效率为25%。

为研究磁场对三能级囚禁离子量子动力学的影响,严格求解了单个三能级囚禁离子 在磁-光场作用下的Jaynes-Cummings模型,对囚禁离子的平均振动量子数和离子振动态的 压缩效应进行了数值分析。结果表明:平均振动量子数的时间演化显示出与二能级Jaynes-Cummings模 型相似的塌缩-回复特征,且磁场越强回复周期也越长;在强磁场耦合情形下,磁场能显著增强离子 振动态的压缩效应;离子初始处于激发叠加态时可观测到最大的振幅压缩。

考虑安全性和效率，提出了一种高效的基于类GHZ态的受控量子安全直接通信(CQSDC)协议。此协议中，接收方得到控制方的允许后 才能恢复发送方的秘密消息,所提出协议安全、高效。结果表明预备阶段的窃听和CNOT攻击检测可以保证类GHZ态共享的安全性；利用消息来控制操作可以减少量子态的使用， 从而提高效率；接收方的合法态是四个Bell态中的两个，若存在CNOT攻击，可能会出现非法态，这使得接收方在安全直传阶段也能主动发现CNOT攻击行为； 通过对比证明了提出方案的高效性。

为了提高石墨烯的光吸收效率,提出了一种含有石墨烯缺陷的一维光子晶体模型。 基于传输矩阵法(TMM)对其在500～1000 nm范围内的吸收特性进行了理论计算和数值模拟,重点分析了 其吸收特性与缺陷层后光子晶体的周期数、石墨烯层数、入射角度及匹配层厚度之间的关系。结果表 明一维光子晶体引入石墨烯缺陷后形成了微腔结构,导致光的局域化,可将石墨烯对可见-近红外光 波的吸收提高至100%;可通过改变光子晶体参数、缺陷层厚度来调控石墨烯的可见-近红外吸收;吸 收峰随缺陷层厚度的增加出现了红移。

设计了一种新型高负色散光子晶体光纤,其纤芯由三根空气柱形成,三种 孔径大小不同的空气柱以六角点阵方式排列。基于全矢量有限元法,结合各向异 性完美匹配层边值条件对光子晶体光纤的色散、模场、非线性、约束损耗和双折射 等特性进行了数值计算。结果表明光纤结构参数Λ、d、d1、d2分别为1.15、0.88、0.83、1.14μm时, 该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现高负色散,在波长1.55μm处负色散值、双折射、约束损耗、 非线性系数分别为-11660 ps·km-1·nm-1、2.03×10-3、10-3 dB·km-1、 7.33 km-1·W-1。可见该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现高负色散、低损耗、高双折射、低非线性, 具有很好的色散补偿能力,有望在光通信系统中获得应用。

激光光斑质心定位是星载激光高度计指向角地面定标的关键。基于激光光斑的远场分布 特点介绍了地面光斑质心的定义;从定位精度、抗干扰能力、运算量等方面分析了高斯曲面拟合算法、 强度质心定位算法、平方加权质心定位算法的适应性及优缺点;对地面光斑进行了建模和质心计算, 并分析对比了各质心定位算法的应用特点。结果表明此三种算法对光斑的定位结果一致,且平方加权质 心定位算法最适于场地定标数据处理。

多普勒激光雷达在晴空大气风场探测中具有高精度和高时空分辨率的特点。中国气象局气象 探测中心的车载非相干多普勒激光雷达基于高光谱技术,可以进行大气风廓线、水平风场和扇形风场的 探测。2011年3月～4月,用该激光雷达在北京南郊观象台与L波段探空雷达进行了同步对比观测,得 到50组可对比风廓线数据,平均有效探测高度为6038 m。在能见度较好的情况下,有效探测距离可达10 km; 共得到30240对风速风向可对比统计点,风速的相关系数为0.82,系统差、标准差分别为0.586 m、5.38 m/s; 风向的相关系数为0.94,系统差、标准差分别为5.93°、37.98°,两者的一致性较好。把5 km高度以下的 数据按1000 m一层进行分层,分析各层风速、风向的相关系数、系统差和标准差显示。结果表明在1000～2000 m 高度层激光雷达探测风廓线与L波段探空雷达的一致性最好,并对产生原因进行了分析。对于非相干 多普勒激光雷达,探测数据的精度同时受到回波信号信噪比及低空气溶胶迅速变化的影响。

基于等效媒质理论,利用新型人工电磁材料的可控电磁特性设计了一种斜层复合结构,将这种 结构应用于吸波材料可以有效解决入射角敏感等问题。该结构可由普通材料叠层实现,给出了一个由Ag-Na3AlF6纳米 结构实现的特例。在365 nm对其进行全波仿真,验证了其正确性和有效性。对该吸波材料的适用频带做了 进一步仿真,结果表明该结构对光频段的电磁波能够实现良好的吸波功能。

基于双太阳漫射板星上定标系统,建立了定标漫射板双向反射分布函数(BRDF)衰 减监测模型,介绍了用于衰减入射太阳光通量的太阳衰减屏的结构设计。衰减屏透过率是影响 星上定标精度的关键参数之一,需要在发射前精确测量。在实验室利用衰减屏透过率测量系统对 其进行多次重复测量,结果表明衰减屏在测试角度范围内透过率为13.8%,测试不确定度优 于0.54%(K为2),满足星上定标需求。测试结果可用于建立地面数据库,为后期星上定标 提供数据支撑,对保证长期星上定标精度有重要意义。

提出局部接地和传热模式下介质深层充电的建模方法,选取常用聚酰亚胺材料模拟空间高能带电粒子的辐照情况, 研究了局部接地和传热情况下介质的深层充电特性。仿真结果表明: 温度在183.15～363.15 K范围时,电位峰值受接地铜板直径和接地端温度的影响较大； 温度在183.15～273.15 K范围时,场强峰值受接地铜板直径和接地端温度的影响较大；温度在273.15～363.15 K范围时,场强峰值受接地铜板直径和接地端温度的影响较小, 但仍存在放电风险,场强峰值接近甚至超过106 V/m。仿真结果为星用热控材料的合理布局及太阳电池阵玻璃盖片的热防护和带电防护提供了参考。

单模保偏光纤因其优良的保偏特性而被广泛应用。在冷原子精密测量领域,光路搭建过 程中用光纤引导激光到不同的实验平台以实现激光功率的合理分配,光纤入射端光偏振匹配不好会 导致输出光功率发生严重抖动。以397 nm激光为例介绍了如何使空间传输的线偏振激光的偏振方向与 保偏光纤的双折射轴匹配。在光纤输出端放置一个偏振器,通过旋转偏振器可将光纤输出光的功率抖动控制在5%左右。

安培力与磁场大小成正比,基于安培力的磁场传感器具有很好的线性度。基于安培力的原理和 正交双频光纤激光器,通过在光纤激光器表面溅镀一层金膜,实现了一种结构紧凑的微型光纤 激光磁场传感器。在垂直磁场的作用下,在所提出的溅镀金膜光纤激光器两端施加交流电流,所产 生的安培力会施加在激光腔上并在腔内引入双折射,引起激光器拍频频率变化,从而实现对磁场的测量。 结果表明所提出的光纤激光磁场传感器具有良好的线性度和抗干扰能力。