脉冲激光沉积(PLD)技术凭借其低温生长优势, 逐步在GaN薄膜外延领域得到广泛应用。回顾了近年来PLD技术外延生长GaN薄膜的研究进展, 包括新型衬底上的GaN薄膜外延研究进展, 以及作为克服异质外延的重要手段——缓冲层技术的发展现状。从目前的研究进展可以看出, 应用PLD技术制备GaN薄膜及其光电器件具有广阔的发展前景。

介绍了体异质结聚合物太阳电池的基本原理, 并分析了限制体异质结有机太阳电池转化效率的因素。从提高激子的产生效率及其解离效率、电极对电荷的引出效率、电池的稳定性以及电池的光谱吸收范围四个方面, 综述了提高体异质结聚合物太阳电池能量转化效率的方法。

对工作波长为1310nm的大功率低噪声DFB激光芯片结构进行了优化设计。分别对具有相同非对称分别限制层(SCH)外延层的掩埋异质结构(BH)和脊波导结构(RWG)进行了建模仿真。计算结果表明: 非对称SCH结构较对称SCH结构, 可明显提高激光输出功率；相比于RWG结构, BH结构对载流子有更好的限制作用, 从而降低相对强度噪声(RIN)。优化设计后的DFB激光器输出功率高达207mW@600mA, 斜率效率为0.36W/A, 边模抑制比为50dB, 在1~30GHz范围内, 激光器的相对强度噪声小于-160dB/Hz。

针对光纤陀螺工程化对超辐射发光二极管(SLD)光源筛选的需求, 开展了光源筛选和评价方法的试验和理论分析研究。通过构建光纤陀螺光源综合调试和检测系统, 对SLD光源所有外部可获取特征进行了实时监测。测试和理论分析结果表明, SLD的离散特性主要受光源内部组件特性的影响；在散热充分的情况下, SLD的离散性可近似由TEC等效内阻、温控电流、热敏电阻温度系数和发光芯片功率来表征；SLD光源的常规评价指标与上述指标相结合, 可更为完备地对光源进行筛选。另外, 构建的光纤陀螺光源综合调试和检测系统也可直接作为光源筛选系统。

基于标准CMOS工艺, 可实现单结深光电二极管传感器(p+/nwell、nwell/psub和n+/psub)和双结深光电二极管传感器(p+/nwell/psub)。建立了双结深光电二极管传感器的光电响应数学模型, 仿真了四种结构的光敏响应。采用上华0.5μm CMOS工艺实现了p+/nwell和p+/nwell/psub两种结构, 传感面积为100μm×100μm。p+/nwell型结构在400nm波长, 60lux光强下光电流为1.55nA, 暗电流为13pA, p+/nwell/psub型结构在同等条件下光电流为2.15nA, 暗电流为11pA。测试表明, 设计的双结深光电传感器具有更高的灵敏度, 可用于微弱的生物荧光信号检测。

采用ANSYS有限元热分析软件, 模拟了基于共晶焊接工艺和板上封装技术的大功率LED器件, 并对比分析了COB封装器件与传统分立器件、共晶焊工艺与固晶胶粘接工艺的散热性能。结果表明: 采用COB封装结构和共晶焊接工艺能获得更低热阻的LED灯具；芯片温度随芯片间距的减小而增大；固晶层厚度增大, 芯片温度增大, 而最大热应力减小。同时采用COB封装方式和共晶焊接工艺, 并优化芯片间距和固晶层厚度, 能有效改善大功率LED的热特性。

采用熔融态的KOH对AlGaInP基红光LED外延片进行了表面粗化处理。研究了粗化温度、粗化时间对LED外延片表面形貌的影响, 并利用原子力显微镜(AFM)、半导体芯片自动测试系统对LED器件的相关性能(形貌、IV特性曲线、亮度和主波长)进行了表征。比较了粗化前后的LED亮度和电流特性变化。测试结果表明: 利用熔融态的KOH对AlGaInP基红光LED外延片进行表面粗化可以有效地抑制光在通过LED表面与空气接触界面时产生的全反射, 得到性能更好的器件。实验结果显示, 采用熔融态KOH, 在粗化温度为200℃、粗化时间为8min时, 能使制作的红光LED外延片发光效率提高30%。

通过对LED一次透镜曲面的分析, 建立了透镜表面的数学模型, 经过计算得到相应的微分方程, 运用龙格库塔法计算得到透镜中心截面曲线的数据, 再将此数据导入Soliworks当中得到中心曲线, 之后, 通过软件进行曲面扫描、镜像和缝合处理, 得到相应透镜的三维模型, 接着将该三维模型导入Tracepro中, 并作相应的设置进行光学仿真得到所需正方形光场的图像和数据。最后, 将设计好的透镜模型进行3×3的阵列设计得到最终的加强正方形均匀光场。

考虑到运动阻尼、高频噪声和系统非线性等因素的影响, 把储存环的同步运动方程化为含有阻尼项、受迫项和高阶相移因子的非线性微分方程。用摄动法导出了系统的近似解, 并分析了系统在共振线附近的运动行为。揭示了系统跳跃现象和临界特征, 分析了系统的数学稳定性和物理稳定性。结果表明, 当三阶非线性相移因子小于零时, 系统可以实现三束储存。

报道了自组织反馈光纤环形激光器中施加相位调制后产生的强度混沌现象。对自组织反馈光纤环形激光器进行稍大于阈值的泵浦, 通过压电陶瓷引入相位调制；保持泵浦功率及调制电压不变, 改变调制频率, 得出光强随不同调制频率变化的分岔图, 观察到某些特定频率区域内激光器输出进入类似混沌的状态。针对类似混沌的光强输出序列进行非线性时间序列分析, 通过功率谱计算、相空间重构、关联积分计算等方法得到了多段调制频率区间内光强序列具有混沌特征的证据。初步分析产生混沌的机理得出: 特定条件下施加的相位调制等同于损耗调制。

设计了一种由TiO2和SiO2两种介质构成的对称式光子晶体, 并在考虑色散关系的基础上, 利用传输矩阵法, 计算了该光子晶体的透射谱。结果表明: 当入射角θ≤30°时, 在0.8~1.2ν/ν0的频率范围内只有一个半宽度较窄、透射率为1的透射峰。入射角增加, 透射峰中心频率发生蓝移, 峰值保持不变, 半宽度变化很小。与之对应的光子晶体滤波器具有极好的透射性、良好的单色性和较好的角度宽容性, 特别适合小角度入射的情况。

采用磁控溅射和化学气相沉积技术制备出二氧化硅纳米花。利用扫描电子显微镜(SEM), X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外吸收谱(FTIR)对上述纳米结构进行结构表征。用荧光光谱仪(PL)对其光致发光特性进行了研究。结果表明在激发波长为325nm时, 在394nm处出现一个发光峰, 表现出良好的发光特性。

基于新型的聚合物绝缘材料和半导体材料, 采用溶液法旋涂工艺制作有机薄膜晶体管, 通过优化聚合物半导体材料的溶剂、旋涂速度、退火温度等条件, 提高有机薄膜晶体管的器件性能。结果表明, 不同溶剂溶解半导体对制成的有机薄膜晶体管的迁移率影响明显；半导体层旋涂速度过慢和退火温度过低都会降低有机薄膜晶体管的性能。当采用1, 2, 4三氯苯(TCB)作为半导体溶剂, 旋涂速度为3000r/min, 后烘温度为190℃时, 有机薄膜晶体管的迁移率可以达到约0.5cm2·V-1·s-1, 亚阈值摆幅降至约0.6V/dec, 开关比大于106。

亚波长结构是特征尺寸小于工作波长的连续阵列浮雕结构, 可看成是一层折射率均匀的介质层, 仅存在零级的透射和反射衍射。基于等效介质理论和严格耦合波理论介绍了亚波长抗反射结构。为提高111μm波长太赫兹辐射(2.7THz)的透过率, 在硅表面设计了亚波长抗反射结构。该结构的透射率和反射率由其浮雕结构的周期、高度和占空比确定。利用等效介质理论和严格耦合波理论对其结构参数进行了优化设计。当周期为27μm、高度为13μm、占空比为0.75时, 得到了99.05%的太赫兹辐射透过率。

采用金属有机化学气相沉积方法在无掩模的直径为400nm的圆柱Si(100)图形衬底上外延生长了GaAs薄膜。图形衬底采用纳米压印技术及反应离子刻蚀技术制作而成。运用两步法生长工艺在此图形衬底上制备了厚度为1.8μm的GaAs外延层。GaAs的晶体质量通过腐蚀坑密度和透射电镜表征。图形衬底上的 GaAs外延层表面腐蚀坑密度约1×107cm-2, 比平面衬底上降低了两个数量级。透射电镜观测显示大部分产生于GaAs/Si异质界面的穿透位错被阻挡在圆柱顶部附近。

将应变超晶格锯齿型沟道的影响等效为形状相似的周期调制, 并考虑了双频激励对系统稳定性的影响。在经典力学框架内和小振幅近似下, 把双频激励的粒子运动方程化为具有慢变振幅的广义Duffing方程。用摄动法分析了系统的共振现象, 用平均法讨论了系统的分叉行为。结果表明, 系统的不稳定性与参数有关, 适当调节参数可以原则上抑制或规避系统的不稳定性。

利用脉冲激光沉积方法在Al/Si衬底上生长出了高质量的n型ZnO单晶薄膜。研究并总结了以金属Al材料制备ZnO薄膜器件欧姆电极的方法。选择功函数合适的金属作为电极材料, 比如In、Ti和Al等, 可以在n型ZnO薄膜上制作良好的欧姆电极。研究发现, 在金属Al和n型ZnO膜之间生长一层高掺杂的AZO层, 可得到比Al与n型ZnO直接接触更优良的欧姆性能。并且, 通过高温退火可以有效提高金属Al电极的结晶质量和电导率, 降低电极与n型ZnO界面处的接触势垒, 从而实现优良的欧姆接触性能。

采用水热法结合H2SO4浸泡处理成功合成了SO2-4/Bi2O3可见光催化材料, 并采用XRD、TGDTA和UVVis等对合成产物的物相结构、热化学性能、光吸收性能以及可见光催化性能进行了研究, 对H2SO4浸泡工艺条件对产物的可见光催化性能的影响进行了探讨。研究表明, 水热合成产物为αBi2O3、Bi2O4和Bi2O2CO3的混合物, 其中αBi2O3为主要成分；H2SO4浸泡处理并未改变产物的物相结构, 但经H2SO4浸泡处理后产物的光催化性能得到了显著的提高, 并且H2SO4浸泡工艺条件对产物的光催化活性有着重要的影响。在实验范围内, 在浓度为0.5mol·L-1的H2SO4溶液中浸泡75min, 再经700℃热处理4h可制备出具有较佳光催化活性的产物, 经75min可见光的照射后对甲基橙溶液的光催化脱色率可达93.1%。

为实现对凹槽涂胶的检测, 提出了一种实时光学检测的方法, 即使用环形光源照射胶液表面, 并用摄像机记录光源在胶液表面产生的畸变的虚像, 通过虚像的变化并结合图像处理技术间接检测胶液转移到凹槽后的铺展过程。设计了一个包含运动控制和图像采集的实验装置, 研究了胶液铺展过程受涂胶速度和胶液粘度等因素的影响规律。

描述了CCD光刻过程中出现的常见缺陷及其分类。对光刻过程中缺陷产生的原因进行了分析, 找出工艺设置和工艺操作过程中容易出现的问题；并针对各类缺陷, 提出了相应的解决措施, 以达到消除缺陷的目的, 使工艺能力得到提升。

采用等离子体化学气相沉积(PECVD)法, 以高纯度硅烷(SiH4)为反应气体, 硼烷(B2H6)为掺杂气体, 在ITO玻璃衬底上制备出硼轻掺杂浓度的氢化非晶硅(aSi∶H)半导体薄膜。 测量了样品的光暗电导率、折射率、消光系数、禁带宽度随掺杂浓度的变化。结果表明: 随着硼掺杂浓度的增加, 薄膜的暗电导率先减小后增大。消光系数、禁带宽度等都随着掺杂浓度的增加而变化。在不同工艺条件下, 改变硼掺杂浓度, 确定了最佳掺杂比(光暗电导率之比最大), 制备出适合器件级轻掺杂氢化非晶硅薄膜光敏层。

芯片阵列均匀排列的常规大功率LED模组因温度场叠加会导致中心温度过高、温度分布不均匀。在理论分析面热源温度分布函数及多热源相互影响的基础上提出了一种LED芯片外密内疏排列的模组设计方案, 并与ANSYS有限元仿真的结果进行了对比验证。当芯片按照优化后的对数和幂函数分布时芯片最高温度比常规均匀排列时均低约5℃, 芯片温度的方差降低约56%。外密内疏的非均匀芯片排列方案在基板较小、较薄时对散热效果的改善更好。

利用特征矩阵的方法推导出光在一维光子晶体中光场的分布公式, 利用光场的分布公式和材料色散公式研究了材料色散对一维光子晶体内部光场分布的影响。研究表明: 对于禁带, 材料色散对一维光子晶体内部光场的分布不会产生明显影响；对于导带, 材料色散对一维光子晶体内部光场的分布会产生明显的影响。这些规律的获得加深了对一维光子晶体性质的认识。

通过对碲基光纤拉曼增益谱曲线进行线性拟合, 利用光纤中N信道前向瞬态受激拉曼散射效应(SRS: Stimulated Raman Scattering)的非色散限制的分析理论对碲基光纤拉曼波长转换进行了数值模拟, 并对影响拉曼波长转换的因素进行了分析, 同时与普通硅基光纤拉曼波长转换进行了比较。结果表明: 在采用同样功率泵浦信号光的情况下, 较普通硅光纤波长转换而言, 利用碲基光纤进行拉曼波长转换采用的光纤长度较短, 且得到的峰值转换效率高。

对伽利略卫星系统中E1信号的四种捕获算法: 自相关旁瓣消除方法(ASPecT)、filtered相关法、类二进制相移键控法(BPSKLike)和偏移正交BOC互相关法(OQCC)进行了详细理论分析。采集了真实的伽利略卫星E1信号进行捕获算法的仿真分析, 并从基本捕获结果、计算复杂度、相关主峰均值比和检测性能等方面进行了对比分析。仿真结果表明OQCC相关法和其他算法相比, 性能更优异, 能更有效地提高主峰值与去除副峰。所以OQCC相关法更适合推广, 具有更高的实用价值。

为提高航天测控通信系统中数据传输的可靠性、确保终端接收数据的正确性, 需对被传输的测控数据进行高速差错编码。基于循环冗余校验编码, 在硬件电路中设计并实现了一种简单高效的差错编码方式。首先将被传输的数据按照一定字节进行分帧, 每帧数据加入特定的帧头, 每帧数据按字节进行八比特差错编码, 差错编码按照查表方式进行。对每帧数据的差错编码值再进行一比特纠错编码。实验仿真结果表明所设计的差错编码具有性能高、硬件资源消耗低和编码速度快等特点, 适合于高速大容量数据可靠性传输。

依据折射率结构常数垂直分布特征, 利用对数正态分布模型计算了湍流强度、高空位置、通信距离、仰角和波长影响下, 紫外光非直视链路的信号强度概率密度分布和闪烁指数。结果表明: 高度5km以下, 闪烁指数随着收发端所在高度增加而显著下降, 2km以上的高空闪烁指数已小于10-2；随着波长增大, 闪烁指数减小, 信号强度分布更加集中。因此, 在高空2km以上的环境中, 较小的闪烁指数可以令紫外光在高空通信方面取得较好的性能。同时, 可采用“日盲区”波长较长的信号来减小闪烁效应。此外, 采取降低仰角的方法可以降低闪烁指数或者延长通信距离。

分析了GammaGamma大气信道模型下无线光载射频(ROFSO)通信系统传输BPSK信号的误码率性能, 推导出了该系统的误码率公式, 并且利用Matlab软件计算出理论值与仿真结果。研究发现, ROFSO系统与使用OOK调制的常规FSO系统相比具有良好的误码率性能, 不需要门限判决, 不存在性能限。同时, 通过分析传输距离、接收天线孔径和大气折射率结构常数等参数对系统的影响, 得到了不同参数对系统影响的规律。

设计了一种新型的高非线性低损耗光子晶体光纤(PCF), 在1.55μm处可获得35.78W-1·km-1的高非线性系数, 损耗为2.5dB/km。提出了一种基于高非线性光子晶体光纤交叉相位调制的波长转换系统, 当泵浦光波长为1565nm、功率为0dBm, 信号光波长为1545nm、功率为10dBm, 滤波器波长为1565.2nm、带宽为0.1nm时, 得到最佳的波长转换效应。

针对欠定线性瞬时混合中的混合矩阵条件数较大的情况, 使用最小二乘估计算法求解源信号造成的噪声放大问题, 研究了一种求解分离矩阵的算法。此方法基于最大信干噪比的原则建立代价函数, 通过最优化此函数得到分离矩阵。仿真实验表明, 该算法与最小二乘算法相比可以改善在混合矩阵条件数较大时噪声放大影响下的分离性能。

为解决高速光收发模块中PCB差分布线由于过孔引起的不匹配及信号完整性问题, 首先利用HFSS、Hyperlynx等软件对差分过孔进行了建模研究和分析。在此基础上提出了通过差分补偿和增加接地过孔的方法, 可以实现差分线匹配, 从而改善信号完整性。随后, 通过HFSS仿真分别对两种方法在传输损耗和反射上的表现进行了验证, 并分析、比较了两种方法的特点。最后, 进行了2.5G光模块测试, 测试结果证明了改进方法的有效性。

光电码盘在实际研究和使用过程中遇到的质量问题, 如码道有亮点或暗斑、码道间相位差误差过大等缺陷, 会严重影响光电编码器的测量精度。提出一种新式码盘缺陷检测方法, 通过FPGA仿真分析实现检测码道上亮点或暗斑位置以及各码道间的相位差, 并确定相位差误差大小。通过实验仿真验证了所提出方法的有效性和可行性。

Mach Zehnder光纤传感系统在实际应用中受偏振相位偏移现象影响, 使得信号相关性不稳定, 造成定位时出现粗大误差, 甚至无法定位的问题。为解决这一问题, 提出了一种基于双臂检测信号相关系数的遗传偏振控制算法。利用偏振控制器对输入光的偏振态进行实时控制, 在系统信号相关性恶化时, 通过改变输入偏振态, 恢复信号的相关性。实验证明, 该算法可使检测信号维持良好的相关性, 系统的稳定性得到较大提高。

基于模式耦合理论, 使用结构化光纤Bragg光栅(FBG)对蔗糖溶液温度和介质折射率进行测量, 解决了外部介质折射率参数对温度测量的交叉影响。同时采用FBG传感矩阵进行分布式测量, 可实现对非均匀溶液的温度和折射率测量。采用结构化FBG传感阵列的方式, 实现了具有温度补偿功能的介质折射率分布式测量方案。温度测量灵敏度达到8.5pm/℃, 介质折射率测量灵敏度达到5.42nm/riu。因此, 采用结构化FBG传感矩阵对于解决化学生物传感器的多参数交叉影响和实现分布式测量具有一定意义。

提出了一种基于图像三维信息及摄像机运动参数的图像匹配算法, 用于解决智能监控系统中图像匹配实时性差、鲁棒性低等问题。该算法分别利用惯性传感器和Kinect摄像机估计出摄像机的运动外参矩阵和图像的深度信息, 再根据射影几何原理, 结合当前帧图像的像素坐标计算出该像素点在下帧图像的像素坐标, 从而完成图像匹配。利用该算法对实际采集的图像序列进行了分析与处理, 并从配准精度、鲁棒性和实时性方面与经典匹配算法KLT进行对比。实验结果表明: 该算法极大地降低了计算量和计算时间, 不仅能满足智能监控系统对图像匹配精度和稳定性的要求, 更能满足系统实时性的要求。

论述了一种基于高灵敏度CCD的光谱检测系统设计方案和实现方法。该设计方案充分发挥了CPLD器件与USB2.0接口芯片紧密配合使用所形成的强大功能优势, 避免了单独使用单片机器件, 有效降低了系统功耗并减小了PCB板尺寸。通过对关键技术问题的分析解决, 设计并实现了具有高精度、低功耗、微型化和集成化等特点的微型光谱仪CCD检测器。

讨论了加权均值法、彩色空间变换法(HSI)和主成分分析法(PCA)三种像素级数据融合算法及实现, 然后对全色图像和多光谱图像做了数据融合仿真实验, 最后从信息熵、清晰度和光谱保持特性三个方面进行了性能综合评价。实验结果表明, 基于HSI变换的融合图像整体清晰, 色度协调, 保留了较多的空间信息, 细节特征明显, 质量最好, 能够满足实际应用平台的技术需求。

针对影响干扰效果的因素——干扰机功率、假目标设置距离、干扰激光超前量, 推导了所需干扰功率的表达式,通过建立真、假目标和导引头之间的位置关系模型, 讨论了假目标的设置距离与导引头高度、导引头光轴高低角和方位角的关系, 得出一般应用条件下, 假目标的设置距离。分析并得到了干扰信号与制导信号的概率密度函数, 给出针对不同波门宽度的时间超前量的最优值, 得出减小干扰信号的时间稳定性可使干扰信号进入波门概率增加的结论。

研究了一种新型的收发分置的前视合成孔径激光雷达(SAL)成像系统。给出了系统的结构模型, 分析了系统成像原理, 详细推导了点目标的回波模型和适用于前视成像的距离多普勒(RD)算法, 最后通过Matlab对9点目标的情况进行了成像仿真, 对点目标峰值中心的128×128点切片和方位向、距离向包络进行了详细分析, 结果表明该系统可以有效地对雷达前视场景进行成像。

单相光伏并网逆变器通常采用双闭环控制和电网电压前馈控制的策略, 其中双闭环的外电压环为采用PI恒压控制逆变前直流侧电压, 分析比较了准比例谐振调节和PI调节两种电流内环的输出外特性, 通过对电流内环采用准比例谐振控制的控制系统进行分析建模, 建立了逆变器的单相并网仿真模型。仿真结果显示电流内环采用准比例谐振控制能实现并网电流的无静态误差控制, 并减小电网频率偏移对并网电流的影响。仿真及实验得到的输出正弦电流波形良好, 基于该并网控制策略的光伏逆变器能以高功率因数向电网发电, 动态响应快、鲁棒性强、跟踪精度高、并网电流的THD明显优于传统方法, 从而验证了改进后模型的可行性和实用性。

阐述了利用石英晶体旋光效应实现FBG传感系统的解调原理, 理论分析了石英晶体的旋光率与波长之间的变化关系。结果表明, 旋光率随波长的增加逐渐减小, 在834~841nm范围内近似呈线性变化。设计了双光路检测系统, 对石英晶体的旋光率与波长之间的响应关系进行了验证, 实验结果与理论分析一致。

为了抑制反射式离轴数字全息再现像中的零级像和散斑噪声对再现像的影响, 利用高斯核函数在空域对数字全息图进行低通滤波, 再用原数字全息图减去滤波后的低频信息来抑制零级像, 采用非局部均值滤波来抑制散斑噪声。实验结果表明空域高斯核函数处理法能有效地抑制零级像, 非局部均值滤波可以抑制散斑噪声但对部分细节的保持能力不强, 改进后的非局部均值滤波在抑制散斑噪声的同时能很好地保护细节信息, 提高了离轴数字全息再现像的质量。