通过对比分析目前氮化物LED的三种主要衬底即蓝宝石、SiC与Si的技术特点, 指出了发展Si衬底LED的重要意义。详细介绍了目前国内外Si衬底LED的研究现状, 解析了在Si衬底上制备LED的多种新型技术, 主要包括以提高薄膜沉积质量为目的的缓冲层技术、激光脱离技术、图案掩模技术、阳极氧化铝技术, 以及以提高光提取率为宗旨的镜面结构技术和量子阱/量子点技术。这些新型技术与传统的MOCVD, HVPE, MBE等制备技术相结合, 在很大程度上克服了Si衬底的不足, 使Si衬底上氮化物LED展现出广阔的发展前景。

对空间辐射环境下PIN光电探测器γ射线辐射特性以及粒子辐射特性进行了深入的研究。结果表明两种辐射机制均会对PIN光电探测器造成一定的影响, 表现为暗电流噪声增加、响应率下降以及响应带宽下降。在卫星光通信系统结构设计过程中应该更多地考虑空间辐射对暗电流噪声造成的影响。

研究了白光LED远场隔离封装中隔离距离对发光效率及相关色温(CCT)的影响。实验结果表明, 低电流输入条件下, 白光LED的发光效率随芯片表面到荧光粉层距离变化是非线性的, 当芯片表面到荧光粉层距离为0.88mm时具有最佳发光效率74lm/W, 白光LED相关色温随着距离的增加呈线性下降。这为白光LED的一次光学设计提供了实验依据。

制作了一种以Al为金属反射膜和金属半透膜的微腔有机电致发光器件(OLED)。器件结构是：Al/MoO3/NPB/ADN∶TBPe∶DCJTB/Alq3/LiF/Al。设计了五种厚度的金属Al阳极半透膜器件, Al半透膜的厚度依次为：12nm, 13nm, 14nm, 15nm, 16nm。通过调节阳极Al半透膜的厚度, 改变微腔的光学长度, 研究微腔效应对器件性能的影响。利用Al半透膜阳极厚度的变化, 调整微腔器件的光学长度, 发光效率和色纯度也随之变化。当Al半透膜为12nm时, 器件在11V获得最高亮度3381cd/m2, 最高效率为2.01cd/A, 色坐标为(0.33,0.39)。实验表明, 合理利用微腔效应, 可提高以Al为阳极器件的色纯度, 并保持一定的发光效率。

利用自相关的方法, 从理论上仿真计算了高斯型光谱、不对称光谱、平坦滤波光谱和带纹波的高斯型光谱等各种谱形的宽谱光源的时间相干性。对各种光谱的相干特性加以分析, 得出结论：光谱的不对称性将对低级干涉条纹产生明显的影响, 而纹波将显著增加光源的相干时间, 这两种特性的光源都将对光纤陀螺的性能产生一定的影响。

去除激光陀螺输出信号中的抖动信号是机械抖动偏频激光陀螺(MDRLG)信号处理电路的主要工作之一。文章对LMS算法中误差因子响应特性对LMS自适应抖动剥除效果的影响进行了研究。为改善抖动剥除效果, 在自适应抖动剥除算法中引入了带通滤波器, 并采用基于FPGA的激光陀螺自适应抖动剥除系统对误差因子采用带通滤波时的静态性能和动态响应特性进行了测试。试验结果表明, 误差因子采用带通滤波时, LMS自适应抖动剥除的收敛速度和收敛精度都要优于差分运算, 并且二者具有相同的动态频率响应曲线。

为提高LED光能利用率, 设计了一种自由曲面的全内反射(TIR)透镜。根据LED的光能分布特点, 通过控制光线路径得到TIR透镜折射面和反射面轮廓曲线上的离散点, 利用插值得到样条曲线, 再经旋转360°得到TIR透镜的模型。利用Tracepro软件对经TIR透镜的光线进行追迹, 根据光能利用率要求优化透镜结构, 得到在保持透镜小尺寸的同时, 光能利用率为95.26%, 光束的发散角控制在±15°以内。

介绍了一种利用盐酸、磷酸混合液对不同Al组分(AlxGa1-x)0.5In0.5P的选择性腐蚀特性对倒装AlGaInP红光LED进行表面粗化的方法。通过向粗化层GaInP加入适量的Al, 在Al组分为0.4时, 利用体积比为1∶10的HCl∶H3PO4可以得到横向尺寸约为60nm, 纵向尺寸约为150nm的最有利于出光的类三角圆锥型表面结构。器件测试结果表明, 在20mA注入电流下, 器件外量子效率比粗化前提高了80%。

提出了一种对称化线性双共轭梯度(BiCG)迭代算法, 应用于光电工程领域中波导问题的分析。该算法是针对有限元线性系统系数矩阵的大型复对称特性, 在常规BiCG迭代法基础上对其进行对称化所得到的快速迭代求解算法。数值结果表明, 所提出的对称BiCG迭代法比若干常用方法更加有效。

热管作为导热性能特别高的良好传热元件近年来得到不断重视而越来越多运用于散热器结构中。但关于热管数值分析的方法研究不多, 未能有效指导热管散热器结构设计。文章分析了热管导热的基本原理和内部结构, 提出了一种适合热管传热数值分析的简化热传导仿真模型, 将热管的复杂热特性用简化模型的当量热传导系数来表达, 利用所提出的简化热传导仿真模型对一实际散热器进行分析、实验验证了该仿真结果, 并讨论了热管导热效能必要条件。

介绍了一种利用光刻、等离子体刻蚀和高温热熔等工艺在PMMA材料上制作折射微透镜的新方法, 该方法具有刻蚀工艺容差大、热熔后球冠形貌好、易于和CCD实现工艺集成等优点。经过对各个工艺参数的优化实验, 制备出了具有良好球冠形貌的微透镜阵列, 并成功与256×256内线转移CCD完成了工艺集成, 集成后微透镜阵列的整体形貌和尺寸与设计值相吻合。

采用低温酸刻蚀, 通过优化HFHNO3H2O腐蚀溶液体系配比及相关工艺参数, 在多晶硅材料的表面制备了绒面结构, 并进行SEM表面形貌分析和反射谱的测试。结果表明, 低温刻蚀比常温刻蚀在生产工艺中更有利于控制反应速度, 从而得到效果较好的绒面结构。研究中发现, 在不同HFHNO3H2O腐蚀溶液体系配比中, 温度对反应速率的影响有较大差异, 当HNO3含量相对较低时, 低温刻蚀工艺有较好的效果。所得最佳绒面制备方案为：酸腐蚀溶液体系配比为VHF∶VHNO3∶VH2O=1∶4∶2, 温度为3℃, 反应速率控制为2.6μm/min。该方案已在25MW多晶硅太阳电池生产线上实施, 不增加工艺难度和生产成本, 适合于工业生产。

以In2O3和GeO2为原料, 采用碳还原法制备了In2Ge2O7多晶薄膜, 利用XRD和SEM对薄膜的结构和形貌进行了表征。对基于In2Ge2O7薄膜的金属半导体金属(MSM)紫外探测器进行了紫外光电导特性测量, 结果显示：在波长为250nm的紫外光照射下, 在5V偏压下, 器件的光电流为727μA(暗电流为12μA), 光响应度达到262.9A·W-1, 光响应上升时间约为67s, 下降时间约为15s。分析认为较长的响应时间是由于内部的缺陷与位错造成的。初步研究结果表明：In2Ge2O7薄膜可以作为一种良好的日盲紫外探测材料。

采用传输矩阵法和图解法对InAs/GaSb二型超晶格的能带结构参数进行了理论计算, 确定量子阱宽、垒宽、垒高、响应波长等参数。针对不同的结构, 采用传输矩阵法和图解法得到不同的响应波长, 与实际波长相比较, 分析了两种算法的优劣之处。结果表明：采用传输矩阵法计算得到的子能带位置进而推算得到的响应波长与实际波长更吻合, 而图解法由于本身的局限性, 对超晶格结构中能带的计算会带来一定的偏差。

电磁场同物质相互作用问题可以归结为电磁场同不同折射率形成的"势场"相互作用问题。当电磁场(光子)在周期“势场”中传播时, 能量将分裂成带。文章从麦克斯韦方程出发, 讨论了电磁场与周期介质的相互作用, 并用转移矩阵方法导出了系统的色散关系, 描述了周期介质中布洛赫波的传播及系统的稳定性。

单晶硅表面钝化后少子寿命以及制成的太阳电池转换效率与单晶硅表面金字塔大小、形貌和分布密切相关。用不同的碱液刻蚀单晶硅表面, 用SEM观察其表面绒面结构, 测量了不同碱液刻蚀的单晶硅表面的少子寿命以及对应太阳电池的转换效率。实验研究表明, 不同碱液刻蚀的单晶硅表面绒面结构形貌差异大, 少子寿命明显不同。进一步研究发现, 绒面上金字塔尺寸较大, 且分布不均匀, 则其少子寿命较短, 对应太阳电池的转换效率较低;反之, 绒面上金字塔小且分布均匀, 则绒面少子寿命相对较长, 对应的太阳电池转换效率相对较高。

单晶硅材料中光生少数载流子寿命是太阳电池设计及生产过程中需要考虑的一个重要参数。基于微波光电导法的测量原理, 从单晶硅材料中的电导率和少数载流子浓度的关系着手, 提出了一种基于激光微波双辐射源的硅材料非平衡少数载流子寿命测量系统, 实现了对其寿命的初步测量。实验表明, 该设计方案具有可行性。

对基于CCD工艺提取的BSIM3v3模型, 在CCD片上放大器电路上进行了验证, 通过在直流、瞬态和交流条件下对比电路的仿真数据和实际测试数据, 验证了该模型, 即提取的模型能够满足电路模拟的要求。

开发了一种应用于大功率LED散热的排式热管散热器。在大空间自然对流冷却环境中, 分别在0°、30°、60°、90°放置条件下对其启动性能、均温特性、散热性能进行了试验研究。试验结果表明：散热器启动性能良好, 启动时间约为67min;在输入功率为30~70W的范围内, 热源表面中心点温度不超过75℃;各倾角下散热器均具有较低的总热阻及扩散热阻, 0°放置时总热阻最小。基于试验所得结果, 通过计算LED结温论证了排式热管散热器在各倾角条件下均可满足热输出70W以下大功率LED散热的需求。

采用Ti/Al/Ti/Au多层金属电极对高Al组分nAlxGa1-xN(x=0.6)欧姆接触的制备进行了研究, 通过优化Ti接触层厚度以及合金退火条件, 获得了较低的比接触电阻率(5.67×10-5Ω·cm2)。研究证实, Ti接触层厚度对欧姆接触特性有着重要影响, 同时发现, 高低温两步退火方式之所以能够改善欧姆接触特性的本质是与Al3Ti及TiN各自的生成条件直接相关, 即低温利于生成Al3Ti, 高温利于生成TiN, 而这对n型欧姆接触的有效形成至关重要。

晶体摆动场辐射的能量很高, 是获得短波长激光的重要途径之一。关键问题是如何提高摆动场辐射强度, 如何将摆动场辐射与沟道辐射分离, 将摆动场辐射中的相干辐射与自发辐射分离。首先, 在经典力学框架内和线性近似下, 讨论了摆动场辐射的瞬时辐射强度和平均辐射强度;引入无量纲偏转角讨论了这两种辐射的强度比、频率比和相干性。结果表明, 在无量纲偏转角大于大于1时, 只需在束流方向上放置一个张角为Δθ≈γ-1的接受器就可以将相干的摆动场辐射成功收集, 而这时两种辐射的频率比和强度比都很大。

理论上分析了相干光正交频分复用(COOFDM)系统中相位噪声(PN)和色度色散(CD)对星座图的影响, 并详细探讨了COOFDM系统中基于导频的直接判决均衡器(DDE)的原理, 还对其性能进行了仿真分析。仿真结果表明：在不同的传输距离下, DDE的误码率都能呈瀑布状下降至10-3这一公认的前向纠错(FEC)门限, 使得后续的FEC模块可以让误码率迅速降低。此外, 在激光器线宽小于100kHz时, DDE的误码性能并没有大幅度的提升。因此, 在选择DDE作为均衡器的COOFDM系统中, 应折中考虑激光器线宽和误码性能的关系, 基于成本考虑建议采用100kHz激光器。

基于84km光传输链路, 对L波段光纤激光器进行了多速率接收及时钟数据恢复实验。采用伪随机序列非归零(NRZ)码、高性能LiNbO3电光晶体调制器, 调制速率从622Mb/s到2.7Gb/s。实验所用光纤激光器输出中心波长1610.28nm, 线宽0.1nm, 边模抑制比大于45dB, 输出功率稳定性优于0.02dB。对多速率接收眼图进行了测试, 其各速率信号眼图张开度好、眼皮厚度小, 结果表明测试系统无码间干扰和信号畸变, 信号的信噪比较高。在误码率为10-12时, 接收灵敏度可达到-30.62dBm, 过载光功率为-4.1dBm。分析了影响系统传输质量的因素, 研究了高速率下信号与时钟恢复后不同步的问题。

基于半导体光放大器(SOA), 提出了一种适于异步光分组交换的反射式全光分组头提取方案, 它具有比特率透明、开关比(CR)大等特点, 适于变长、全光分组交换。仿真了不同速率光分组头的提取效果, 分析了系统参数对CR的影响。结果表明, 当分组头脉冲速率分别为622Mb/s、2.5Gb/s及10Gb/s时, CR分别为25.46、25及21.7dB。CR随输入脉冲能量、小信号增益及SOA饱和能量的增大而增大, 通过适当选取这些参数, 可进一步提高系统性能。

为了进一步改善大气激光通信系统的性能, 将具有强纠错能力的RS码和具有更强的传信能力和更高的带宽利用率的三脉冲的多脉冲位置调制(MPPM)技术引入了系统。实现了一种新型的大气激光通信系统, 即基于RS码和MPPM的大气激光通信系统。实验结果表明, 用FPGA实现的这种新型系统能够正确地完成二进制信息的传送。

亚像素定位技术是实现基于视觉的高精度MEMS测量的关键。文章提出了一种混合非线性优化和离散傅里叶变换的亚像素定位方法。首先通过相位相关法估计出像素级平移参数, 然后利用互功率谱的整体信息, 在其邻域范围内进行上采样矩阵傅里叶变换, 精确定位相位互相关谱的峰值, 测得亚像素级平移参数, 最后实现了图像的高精度匹配。实验表明, 该算法的定位精度优于扩展的相位相关法, 像素定位精度能达到0.01像素, 能够满足MEMS运动图像的高精度定位, 且具有更好的噪声抑制能力和计算复杂度较低的特点。

针对红外实时信号处理系统的高性能、小型化、低功耗的工程需求, 设计了一种基于DSP+FPGA红外实时信号处理系统。介绍了TI公司的TMS320C6748 DSP和SYS/BOIS操作系统内核。给出了系统的详细硬件设计, 简单介绍了系统的软件设计, 实现了两点校正红外图像非均匀性校正算法和SB/MHT多目标跟踪算法。实验证明, 该设计可满足红外信号处理系统的实时性要求。

光电混合联合变换相关器能够对目标进行自动探测识别和跟踪。为使联合变换相关器对低对比度目标进行有效探测与识别, 提出了一种基于小波多尺度综合的边缘提取新方法, 对输入图像进行预处理。计算机模拟实验和光学实验证明, 该方法使相关器在输入图像对比度低、信噪比较低时仍然能够产生较强的相关峰输出, 扩展了光电混合联合变换相关器的应用范围。

基于光波导理论和传输矩阵法, 研究了光纤Bragg光栅(FBG)折射率传感器在非均匀液相介质下的响应特性。在数值计算中, 分别考虑高折射率区(1.42～包层折射率)和低折射率区(1.33～1.36)两种情况, 并假设非均匀液相介质的折射率分布为线性函数, 仿真结果表明, FBG的反射谱特性强烈依赖于介质折射率分布函数的某些特征参数, 比如折射率沿FBG轴向的分布梯度、折射率在FBG两端的差值。研究结果对FBG折射率传感器在生化传感中的应用具有一定意义。

研究了激光相位共轭波信号的同步传输问题。对激光相位共轭波的特性进行了理论分析。进一步通过耦合使两个激光相位共轭波系统建立关联。采用计算耦合系统的Lyapunov指数的方法, 确定了信号达到同步传输时耦合强度的取值范围。结果显示, 在Lyapunov指数小于零的区域任取耦合强度值, 两个激光相位共轭波系统的同步输出均可以实现。

采用FPGA作为高速串行光纤图像传输系统的核心, 利用Rocket IO串行传输技术, 根据自定义的光纤图像传输协议, 搭建了检测平台;在EDK开发工具下, 通过对FPGA进行SOPC设计, 实现检测平台的软件设计, 并实时输出检测结果。阐述了检测平台的系统总体设计思想, 对检测平台的硬件设计、软件设计、SOPC设计、高速串行光纤图像传输技术进行了详细说明, 并对自定义的光纤图像传输协议、检测实验等进行介绍。经过实验测试结果表明, 检测平台工作在3.125Gb/s的串行传输速率上, 平台运行稳定、可靠;利用该检测平台, 实现了图像经过板件间高速串行传输的检测、经过系统级间串行传输的检测, 以及经过多个串行传输系统后的检测, 达到了检测的目的。

针对光伏发电系统并网技术的特点, 分析了系统并网后对配电网继电保护的影响, 提出了通过利用母线保护物理对象的函数关系来构建光伏发电系统并网的交流母线保护的ANN模型的新方法。采用该方法解决了光伏发电系统并网造成交流母线保护误动作的问题。

提出了一种实现星型单向激光网络耦合的混沌同步方法。通过适当分离配置各系统的线性项, 将其余项作为各节点间的相互耦合函数, 研究以四个受激拉曼散射系统构成星型单向激光网络的同步方法。基于Lyapunov定理, 构造适当的Lyapunov函数从而实现复杂网络的完全同步。进一步仿真模拟验证了理论分析结果的正确性。

介绍了一种利用分布反馈(DFB)可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS)实现甲烷气体浓度监测系统。不同于直接测量气体吸收前后光源强度的变化值, TDLAS通过提取二次谐波幅值信息, 在频域换算气体浓度, 因此具有更高的稳定性和精确度。同时对不同输出特性的DFB半导体激光器进行对比研究, 分析光源的波长调谐特性及功率电流特性对实际应用的影响。

采用MSP430超低功耗单片机实现对光电容积脉搏波的检测, 并根据反射式测量原理设计了光电容积脉搏波的反射式检测探头。由MSP430单片机控制LED的发光、数据的采集以及Zigbee无线通信模块的收发功能, 并采用数字信号处理技术去除噪声干扰。实验表明, 所设计的光电容积脉搏波检测模块能准确地实现脉搏波信号的检测、数据传输及脉率输出。该模块适合在日常环境下容积脉搏波的实时监测。

为提高线路板缺陷的自动检测能力, 结合图像处理技术, 提出了线路板缺陷的图像检测方法。该方法首先对Gerber文件解析, 获取标准线路板图像;其次利用定位孔检测实现标准线路板图像与待检测图像的配准;然后结合形态学滤波, 完成线路板缺陷区域定位;最后根据常见缺陷的特征, 综合采用面积法、连通域法和缺陷边缘邻域法, 实现了常见缺陷类型的自动识别。通过对真实线路板图像仿真缺陷的检测实验, 其结果证明了该方法的有效性。