光学遥感系统采用线阵CCD推扫成像方法获取地面景物的高分辨图像信息,调制传递函数(MTF)是评价系统成像质量的重要参数。使用矩形波板作为目标在Nyquist频率处测试光电成像系统的静态调制传递函数可以定量评价系统的成像质量。由于采用线阵CCD推扫成像的光电系统还需要测试其在像移补偿、偏流角控制状态下的动态调制传递函数(Dynamic MTF),才可以定量评价系统在工作状态下的动态成像性能。为此,论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研究了测试系统的组成与工作方法,对其中的平行光管组件与动静态目标发生装置进行了仿真设计。其中平行光管的波像差优于25 nm(RMS),静态目标发生装置的调焦精度优于3 μm,动态目标发生装置的输出像移补偿偏差小于5/1 000,照明均匀性优于95%,可以理论上实现非相干照明。上述仿真设计结果可以满足新型光学遥感成像系统实验室内动静态调制传递函数的测试需求。

容栅编码器是在传统容栅技术上发展起来的新型传感技术,针对目前炮塔相对地盘转角的高精度测试需求,提出了一种基于容栅编码器测量高精度动态转角的方法。结合炮塔环境,设计了容栅测角装置的安装方式,分析了测角装置的工作原理,通过机械结构设计和容栅编码器后续的电路设计,提高了其工作的稳定性与可靠性。对测角装置分别进行了实验室角度标定与某靶场实地试验,结果表明：该测角系统能够满足实际需求,具有断电保护、通电位置识别及零位记忆等功能,测试精度达60″。

干涉测量的方法已被广泛应用于光学系统的波前测试中。但是由于高数值孔径的标准具加工成本高、风险大,使用干涉测量的方法对高数值孔径光学系统进行测试存在困难。运用相位复原技术对高数值以小孔衍射光束作为高精度测试基准波前进行孔径光学系统波前测试,可以解决上述问题。对不同频率波前形成的点扩散函数模拟,分析了实际测试所需的实验条件。由于缺乏高精度的对比实验条件,引入一种新的误差分析方法,搭建检测平台完成对显微镜光学系统的波前测试。通过验证实验,证明了该测试方法的可靠性。

星敏感器是星光惯性复合制导技术的关键设备, 其测量周期或数据刷新速率是衡量星敏感器性能的一项重要技术指标。为满足星光惯性复合制导对星敏感器技术指标的要求,分析了构成星敏感器测量周期的主要环节和影响测量周期的主要因素,在此基础上提出了通过合理调度测量过程子任务的技术方法。该方法使数字星空图像捕获过程和处理过程并行执行,进而提高星敏感器数据刷新速率；并重新设计了某型星敏感器电控系统方案。研究表明,采用提出的技术措施后,星敏感器的数据刷新速率获得了显著的提高,其数据刷新速率由3.70 Hz提高到了6.40 Hz,达到了系统提出的要求。

通过3D扫描的方法,对椭球反光镜的面形进行了检测,并与标准椭球面形进行最佳拟合对比,以E210反光镜为例。结果表明：3D扫描能够完成椭球反光镜的检测,E210反光镜在底孔部位存在加工过量,在端口部位存在近似“十字形”对称的加工不足的现象,加工误差范围为-0.06 mm ~+0.08 mm,符合轮廓度误差±0.1 mm的要求。3D扫描点云能够进行逆向反求并建立实际反射面模型,进一步模拟反光镜的反射光斑形状、大小等参数,模拟结果与检测结果一致。

岩石在外力作用下会发生形变,发现和了解岩石材料的形变、应力分布等对避免灾害会起到重要的预警作用。采用高精度的数字散斑相关技术,对岩石材料形变、应力和应变进行了非接触式测量。为验证实验结果的有效性,电阻应变计贴附于采集区附近并且实验结果与电测结果吻合较好。表明数字散斑相关测量技术能够用于岩石等材料的形变检测,预报变形信息,结果可以定量和定性显示。

采用电子束热蒸发技术在不同工艺下制备了TiO2薄膜,利用椭偏仪和分光光度计研究了紫外光辐照后薄膜光学特性的变化。实验结果表明：不同工艺下制备的TiO2薄膜经相同条件的紫外光辐照后,其折射率均有所下降,折射率的变化量随着沉积速率上升、基底温度上升、工作真空度下降分别有增大的趋势。薄膜的透射率在紫外光辐照后有一定下降。相同工艺条件下制备的TiO2薄膜,其折射率随着辐照时间的增加,先迅速降低,随后又有所增加,但均低于辐照前薄膜的折射率。

从人眼安全的角度,设计并制备了对1 064 nm激光抑制并可用于1 550 nm激光测距以及3 μm～5 μm波段红外成像的滤光膜。选用ZnS、YbF3作为膜料组合、多光谱ZnS作为基底,利用薄膜设计软件对薄膜进行了优化设计。膜系设计通过合理的厚度控制和膜层安排,来增强薄膜的机械强度。滤光膜的制备采用了电子束沉积技术,通过离子辅助沉积和真空退火处理技术,进一步提高滤光膜的牢固性。光谱测试表明：在1 064 nm处的透射率仅为0.5%,1 550 nm处的透过率为99.3%,3 μm～5 μm波段的平均透过率大于96%,经分析YbF3的折射率在薄膜沉积过程中有所提高,但是对光谱曲线影响不大；可靠性测试表明：滤光膜能够耐受恶劣的环境考验,满足使用要求。

针对狭缝摄影胶片参数测量和处理的自动化低,人为因素多,提出一种新型胶片影像判读仪。通过将光源照射到待扫描的材料上完成图像的获取,光源照射到CCD上实现光电转换。对胶片图像进行数字化处理,利用软件进行图像处理。结果表明,应用该判读仪实现了大幅面(830 mm×190 mm)彩色胶片图像输入。平面结构和精密的传动系统保证了测量要求的全幅面小于±0.1 mm的精度,提高了胶片判读的自动化程度和数据的精确测量及处理。

随着近几年液晶显示技术在诸多领域的广泛应用和新技术的推出,人们一直致力于改善液晶器件显示性能的研究。在液晶显示器应用中,电光特性是一个很重要的参数,介绍了采用激光测量的方法获得液晶的电光特性、阈值电压及视角特性。分析了液晶分子在交流电场作用下重新取向后的扭曲特性,测试了不同电压下液晶分子的透光率和扭曲角度,结果表明：该方法是可行的,向列相液晶具有0.92 V较低阈值电压和较为陡峭的电光曲线,水平方向上在-60°~+50°有较好的视角特性,垂直方向上在-40°~+20°有较好的视角特性。该结论为偏光器件的设计与制作提供了依据。

利用斩波器将连续激光斩波成为脉冲宽度μs量级重频脉冲激光,利用选单器将重频脉冲激光转变成单脉冲激光,从而实现变连续激光为单脉冲激光。由陷阱探测器测量连续激光的输出功率,高速APD、高增益PIN探测器作为波形探测器测量脉冲激光波形,并通过示波器对脉冲宽度进行测量。依据测量得到的功率和波形就可得到脉冲激光能量,从而实现了0.2 pJ激光微能量的测量和校准,通过不确定度分析,该装置的pJ激光能量测量不确定度达到了0.42%。

介绍用于光电稳定的粗精组合稳定系统的工作原理。根据快速反射镜的不同结构,对系统模型提出两种假设,在此基础上,对系统的频域特性、稳定性等进行分析,得出结论：组合稳定控制系统的性能主要取决于主、子系统的带宽比及组合控制器K的选择。

为了获得高功率窄脉宽532 nm绿光激光输出,通过高重复频率声光驱动调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,获得高功率线偏振1 064 nm激光输出。采用内腔倍频方式,对非线性晶体KTP进行频率变换,实现高功率窄脉宽绿光激光输出。在电源输入电流30 A,调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得最高功率30 W线偏振1 064 nm激光输出,脉宽30 ns,倍频KTP晶体获得23.4 W的532 nm绿光输出,1 064 nm到532 nm转化效率为78%。实验结果表明：通过声光调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,可以实现高功率线偏振窄脉宽1 064 nm激光输出,倍频非线性晶体KTP可获得高功率窄脉宽532 nm激光。

利用1.06 μm光泵浦周期极化钽酸锂(PPLT)晶体获得1.54 μm激光。采用内腔式光参量振荡结构,利用V型腔优化谐振腔参数,分析了OPO晶体内光斑大小随激光工作物质热焦距的变化以及V型腔夹角对光束质量的影响。当泵浦电功率约为100 W时,获得高重复频率10 kHz、脉冲宽度125 ns、平均功率1.9 W的1.54 μm激光,电光转换效率约为1.9%。

腔长控制机构在激光陀螺中通过控制腔长来保证激光陀螺工作光束的频率稳定,其对激光陀螺性能的提高有着重要意义。针对激光陀螺工作过程中,传统腔长控制机构的控制镜扭偏导致光束在腔中的位置偏移毛细孔的中心位置,引起腔内的散射、损耗发生变化从而影响陀螺性能及精度的问题,对激光陀螺腔长控制机构进行了研究,并设计了一种新的腔长控制机构以减小控制镜的扭偏对陀螺产生的影响。利用有限元分析法对新腔长控制机构进行了优化设计和仿真。试验表明,新的腔长控制机构减小了控制镜的扭偏,使得激光陀螺的零偏稳定性由0.7°/h提高至0.3°/h。

针对大功率激光二极管泵浦固体激光器(DPL)对大功率驱动电源的特殊要求,设计了一种大电流恒功率放电及驱动控制电路。将该电路与现有的充电和过流保护电路组成一套完整的激光二极管阵列驱动电源,并应用于基于大功率激光二极管阵列的DPL系统中。该驱动电源可为DPL系统提供频率为20 Hz,脉冲宽度为230 μs,200 A以上的驱动电流,这将对多种以DPL为基础的激光**系统产生重要的实际应用价值。

阐述了光电着舰引导激光测距/跟踪单元的工作原理,从人眼安全和大气窗口两方面讨论并确定了激光发射机波段。通过经验公式计算及MODTRAN实验对比研究了1.5x μm全光纤激光的大气透过率。在精确计算大气双程透过率的基础上,分析了激光测距/跟踪单元不同气象条件下的作用距离。在晴与霾两种气象条件下,所设计的激光单元最大作用距离分别为10.8 km和8.5 km,满足光电着舰引导系统对跟踪距离大于6 km的指标要求。

实验考察了输入光信号调制速率、泵浦功率、偏振态以及光纤参量振荡器(FOPO)环形腔内光纤长度、光偏振旋转等因素对FOPO提取的时钟信号相位抖动和幅度噪声的影响。实验表明,在光时钟信号相位抖动均方值(RMS)为0.025 UI的容限内,基于FOPO的全光时钟提取方案对这些变化因素的承受能力分别为：8.2 kHz的输入信号调制速率变化、5 dB的泵浦光功率变化、20°泵浦信号方位角变化、2 mm的腔内光纤长度变化以及14°的腔内信号方位角变化。这为进一步提高基于FOPO全光时钟提取性能提供了重要实验依据。

计算双包层形状对光纤吸收效率的影响,常用的方法有二维射线法、三维射线法、光纤光学波动耦合理论等。介绍了一种基于Zemax软件计算其吸收效率的三维方法,通过编写ZPL宏计算了圆形、偏心形、矩形、D形、八角形等常规内包层形状对光纤吸收效率的影响,并将分析结果与二维射线法所得结果进行比较,数据表明：本文的计算结果和二维射线法的计算结果类似,各种内包层形状光纤的吸收效率趋势是一样的。它的优点在于本文给出的是吸收效率和光纤长度的关系,更形象直观,而二维射线法给出的是吸收效率和反射次数的关系；在Zemax中可以设置光线的临界角,而二维射线法是假设光线从内包层里任意一点随机发射的,它没有考虑到光线在内包层中发生全反射的条件,本文的计算结果更准确一些；在Zemax里可以构建各种内包层形状,它的非序列光线追迹速度很快,以矩形内包层光纤为例,在同样的条件下利用Zemax用时373 s,利用二维射线法用时1 732 s,所以基于Zemax分析双包层光纤吸收效率的方法计算速度更快。最后用这种方法研究了上海光机所楼祺洪研究员提出的一种新型双包层光纤的吸收效率。

针对光纤陀螺输出噪声大、随机漂移难抑制,从而影响机载光电系统低频性能的问题,分析了系统中光纤陀螺输出的实测数据,根据其噪声特性建立了光纤陀螺噪声的AR2 模型。研究了基于卡尔曼滤波的光纤陀螺在机载光电系统中的应用方法。对比传统应用的滑动平均滤波,给出实验结果。结果表明：卡尔曼滤波能有效消除陀螺高频噪声,抑制系统的随机漂移,在一定程度上能够提高系统的低频工作性能。研究结果对机载系统中光纤陀螺的应用有较好的参考价值。

近红外波段测星已成为星敏感器的重点发展方向之一,针对近红外星敏感器使用波段宽的特点,依据消二级光谱理论中可行的两种消二级光谱方法,采用选取相对部分色散系数相同或接近、色散系数相差较大的玻璃组合的方法对近红外星敏感器光学系统进行设计。设计了一组工作波长为900 nm ~1 700 nm,F数为1.5,焦距为150 mm的光学镜头,该镜头在宽光谱范围内实现了二级光谱的校正,在空间频率等于32 lp/mm时各视场MTF均大于0.65,使系统具有良好的像质,能够满足近红外波段的测星要求。

研究一种基于液晶光阀的动态光学目标模拟器用视景仿真镜头,给出了视景仿真镜头的设计实例。动态光学目标模拟器由内置液晶显示系统、视景仿真镜头、外置投影仪、计算机、电缆、调整机构组成。测试设备将命令发送到计算机,计算机根据接收的指令生成模拟地形图并控制液晶光阀将图像显示出来,液晶光阀位于视景仿真镜头的焦平面位置,视景仿真镜头对液晶光阀成像后形成平行光出射,可在有限距离上产生无限远效果模拟观测结果,光学敏感器接受模拟器的出射光线并成像完成模拟试验,视景仿真镜头采用二次成像的反远结构,同时为保证与液晶光阀出射光相互匹配,采用了远心光路的结构形式。视景仿真镜头的焦距f=-22.447 1 mm,视场角是对角线视场为45°,有效视场为30°1.5′×30°1.5′；全视场畸边＜1％,在Nyquist频率42.5 lp/mm处MTF＞0.45,系统长度325 mm；视景仿真镜头与敏感器镜头配合后在敏感器像面上的照度均匀性不小于95.4％。最后给出了视景仿真镜头的测试结果。

设计一款应用于多发射天线多接收天线自由空间激光通信系统中的折射式光学接收天线。天线焦距120.02 mm,相对孔径1∶1.13,工作波长为850 nm,波长范围覆盖820 nm ~880 nm,在50 lp/mm频率处0视场的MTF为0.5。接收天线可以在发射天线移动±48 mm范围内利用光敏面直径为0.5 mm的雪崩光电二极管(APD)接收3 mrad发散角的光信号。该天线由两组、共4片球面透镜组成,结构简单,可实现对运动式发射天线的光信号的接收。

为了实现体视显微镜物镜的大变倍比连续变焦,同时尽量避免使用非球面以及衍射元件,采用双组联动型变倍补偿形式,设计了大变倍比连续变焦距体视显微镜物镜系统。该系统实现0.8×~16×倍的20倍连续变焦,系统工作距离达到91 mm,后工作距离达到200 mm,双组联动型结构不仅实现了大变倍比,同时保证系统结构尽量简单。设计结果表明：双组联动型变倍补偿形式对实现大变倍比以及简化结构是有利的。通过对系统成像质量以及凸轮拟合曲线进行分析,系统组元移动曲线光滑,成像质量达到要求。

光纤照明用LED光源耦合装置多采用透镜组,其汇聚光斑小,但透镜组光能损失大。针对LED光源发光特性及聚合物光纤孔径大的特点,提出LED灯珠侧式安装和反射器切割移位优化法,设计一种基于椭圆反射器的光纤照明用LED耦合装置。运用John OFarrell的逼近算法计算出不同偏心率的椭圆反射器结构参数,结合光纤光学参数仿真比较耦合光效,得到一组偏心率和光纤直径匹配的高效耦合装置结构参数,并运用该方法设计了一款光纤直径10 mm、数值孔径0.5的光纤照明用LED耦合装置,其理想耦合光效达93.35%。

针对光电系统跟踪目标时由复合控制模式向反馈控制模式切换过程中出现的误差变大现象,从控制原理、仿真及实验方面进行分析,提出采用模式切换时上一时刻复合控制所使用的一阶微分数据,对切换后的反馈控制在速度环路进行常值补偿,使控制模式切换引起的误差显著减小,同时确保跟踪系统在采用该补偿后不增大反馈控制的稳态误差,并对此方法进行了仿真,最后针对某型光电跟踪仪进行航路实验,结果表明该方法行之有效。

针对LED光谱分布可调光源对LED寿命以及光谱一致性的要求,对可见光和近红外波段的29种LED分别进行200 h的电流加速老化试验,并提出LED光谱一致性筛选算法。老化试验结果表明：峰值波长为385 nm、400 nm 和420-1 nm 3种LED的辐射通量平均衰减分别为24.8 %、10.7 %和25.6 %,不能用于LED光谱分布可调光源；剩余的26种LED的辐射通量平均衰减量均低于3.5 %,可作为光谱分布可调光源的内部光源。LED光谱一致性筛选算法以LED光谱数据为基础,计算同类LED间的相对光谱偏差,26种LED的相对光谱偏差均小于4.5 %,保证了所筛选出LED的光谱一致性。

为了实现对星空观测图像中高亮目标产生的拖尾现象进行自动消除,建立了目标拖尾自动消除系统,对该系统所采用的图像背景高斯噪声分布参数估计、目标拖尾检测以及图像灰度值校正等算法进行研究。利用直方图最小二乘曲线拟合估计星空观测图像背景高斯噪声的分布参数；利用观测图像中目标拖尾现象的特征提出一种基于统计信息的拖尾检测算法；在确定目标拖尾位置的基础上对被污染的像素进行灰度值校正；利用Visual Studio 2005开发出一套星空观测图像目标拖尾自动消除系统。实验结果表明：针对16 bit,1 024×1 024的星空观测图像,单帧图像处理时间约为300 ms,拖尾现象得到消除,恒星和目标等有用信息未被破坏。本文算法基本满足后续观测图像中弱小目标检测稳定、可靠、精度高等要求。

研究了红外图像中目标分割算法,针对基于灰度分割算法存在的过分割或分割不足,以及对低灰度目标的不敏感问题,提出了一种基于视觉认知的红外目标分割算法。将红外图像的灰度信息转换为图像方差信息；运用单边切比雪夫不等式理论,获取目标数据分布与其k倍标准差之间的非线性关系,完成目标边缘的预分割；由形态学填充运算,得到用于目标分割的二值掩膜图像。实验表明,该算法能够有效的分割出红外图像中处于不同灰度等级下的目标信息,且误分率较低。

利用Terra卫星的MISR传感器数据进行渤海湾上空气溶胶反演的初步研究。采用分区暗像元的方法进行反演,传统暗像元大气校正算法认为研究区域上空的气溶胶光学厚度呈均匀分布状态。针对传统暗像元算法的不合理性, 将渤海湾划分为7个子区域, 每个子区域利用传统暗像元算法估算其气溶胶光学厚度, 然后结合空间插值算法获取整个渤海湾的气溶胶光学厚度信息。研究结果表明: 渤海湾上空的气溶胶光学厚度呈沿海岸线高,近海区低的阶梯分布模式,与传统暗像元算法相比, 分区暗像元算法综合考虑了水体上空气溶胶光学厚度空间分布的不均匀性, 有利于改善大气校正的精度。

在分析空间外差光谱仪干涉图生成及特点的基础上,提出了基于改进旋滤波的干涉图降噪方法。该方法是在干涉条纹的切线方向进行滤波,能够在不改变干涉图条纹细节的基础上减少干涉图中的随机噪声和暗斑噪声的影响。同时该方法还能有效降低平均光谱的背景噪声,提高特征光谱与背景噪声的信噪比,结果显示旋滤波方法对加入噪声前后干涉图的平均光谱背景噪声信噪比改善分别为47%和240%,能够将一些峰值较小的特征谱从背景噪声中提取出来,提高空间外差光谱技术对一些弱特征光谱的识别率。

提出一种利用小波变换子图像不同的方向特性和峰值信噪比进行奇异值分解的图像去噪算法。由于图像经过小波变换后,低频子图像集中了原图像的大部分能量噪声,故仅作简单维纳滤波；而噪声则主要集中在小波域中的三个不同方向的高频子图中,且系数较小,因此可以利用奇异值分解进行去噪处理,即用较大的奇异值和对应的特征向量重构出去噪图像,然而由于奇异值分解固有的行列方向性,对于高频对角线子图重构出的图像去噪效果不理想,故采取旋转至行列方向后再进行常用的奇异值滤波；最后将去噪后的低频和高频子图进行小波反变换重构出最终的去噪图像,其中重构所需的奇异值个数由图像的峰值信噪比确定。 实验结果表明,该方法在有效去噪的同时较好的保留了原有的高频细节信息。

为解决荧光谱微检测系统中光学微透镜制作的困难,提出一种原位成形微透镜的制作方法,研究该微透镜的聚光性能,利用传统几何光学原理,分别推导出激发微透镜与检测微透镜的光线追迹方程,用该方程计算了2种微透镜的照射点分布几率,画出相应的分布曲线图,讨论了不同形状参数的微透镜对聚光性能的影响。研究结果表明,通过在光学胶中适当掺杂及打磨基底玻璃,可减小接触角,加大微透镜的形状参数,既能坚固透镜与基底间的粘接强度,又能提高微透镜的聚光本领。制作了使用原位成形光学微透镜的荧光谱微检测器,对生物荧光试剂进行了测试。实验结果表明,使用原位成形光学微透镜进行聚光,可使生物荧光谱强度提高4倍以上,通过在光学胶中掺杂以及打磨玻璃的办法,可以提高透镜的聚光本领约1.2倍。

当线性模型应用于运动模糊模糊图像的恢复时,方程的最小二乘解是恢复图像的最优线性无偏估计。由于图像退化过程的不适定性,当观测值受到噪声干扰时,该解往往会远偏离真值。为了克服这个问题,通过对退化矩阵的奇异值分解,提取其不易受干扰的子空间,用该空间重构的逆矩阵具有良好抑噪能力,使图像在较长的运动模糊尺度内恢复时保持较低的失真。

在简要分析各种检测大口径凸球面方法优缺点的基础上,提出了利用子孔径测量凸面反射镜的新方法,利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置。结合实例对加工过程中的口径为300 mm的碳化硅凸面反射镜进行了9个子孔径的拼接干涉测量,并将检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法残差的PV值和RMS值分别为0.102 λ和0.009 λ(λ=632.8 nm)。