摘要:设计了一种基于等强度悬臂梁的靶式光纤Bragg光栅(FBG)流速传感器,传感器利用杠杆结构将置于流体中迎流靶片所受的与流速成对应关系的冲击力转化成FBG波长的漂移,利用对称粘贴于悬臂梁上下表面的双FBG结构有效解决了温度与应变的交叉敏感问题。建立了流速与FBG波长变化幅度的关系,并采用流体分析软件FLUENT对放置靶片的流体管道流场进行仿真。仿真结果表明,在靶径比为0.7的管道系统中,传感器灵敏系数为2.54×10-3s2/m2。对传感器进行标定试验,得传感器分辨率为0.02m/s,在0～1.40m/s范围内最大满量程误差为1.5%FS。

摘要:为揭示光纤Bragg光栅(FBG)的局部滤波特征,研究和分析了滤波响应沿光栅轴向的空间分布规律。从均匀、切趾和啁啾型等基本光纤Bragg光栅(FBG)类型出发,分析了反射带滤波光场沿轴向的分布规律。结果表明,均匀型FBG中,光场反射多集中在前1/2个光栅长度内,呈现非对称性;切趾型FBG中,光场反射在光栅长度内的均匀性、对称性得到了改善;啁啾型FBG中,不同波长在光栅轴向的不同位置集中被反射,符合啁啾效应。进而研究了折射率调制、光栅长度对反射光场轴向分布的影响。结果表明,折射率调制的增大使得光场反射区域更加向前1/2个光栅长度内集中,而光栅长度增加对光场反射区域的总体影响较小。并分析了取样FBG、等效相移型取样FBG反射光场的轴向分布,其规律能准确揭示取样函数、等效相移对滤波响应的影响。

摘要:在布里渊光时域反射计(BOTDR)中,电光调制器(EOM)的工作点会随着外部环境变化而发生漂移,这将影响BOTDR系统的测量精度及测量稳定性。本文在分析BOTDR系统中EOM调制特性的基础上,提出了一种控制EOM工作点的方法,使用数字信号处理器作为控制核心,采用"步进跟随"的算法。实验结果表明,本文方法可以使EOM长期稳定在高微波调制效率的工作点上。将这种方法应用于BOTDR系统中,可以使BOTDR系统的测量精度以及测量稳定性得到提升。

摘要:保偏光纤的模间干涉拍长是模间干涉式光纤传感器设计中的关键参数,对于决定光纤的调制长度、传感系统的线性度和动态范围以及模间干涉灵敏度都具有重要作用。本文从理论上对保偏光子晶体光纤(PM-PCF)的模传输特性和模间干涉拍长进行了分析,得到PM-PCF中几个线性偏振模的传输特性和LP11偶模的两个正交偏振模截止波长,并得到了两个低阶线性偏振模LP01模和LP11偶模的模间干涉拍长同波长的关系。并且,对模间干涉拍长进行了实验研究。理论和实验结果表明,模间干涉拍长为×102μm数量级。研究结果可以用于设计稳定的模间干涉光纤传感器。

摘要:提出一种基于偏振态(SOP)变化时延差估计的分布式光纤传感系统。本系统采用两个直流光信号在传感光纤中双向注入,振动会对正向和逆向光造成SOP变化,在各自的尾端利用起偏器检测SOP变化并转换为光强信息。两路信号间的时延差表明了振动的位置信息。对时延差形成的原因进行了理论分析,并阐明利用互相关算法计算该时延差并进行分布式传感、定位的原理。实验证明了该定位原理的正确性,将所得两路电信号利用快速傅里叶变换(FFT)互相关算法,对偏振扰动点进行定位,取得到较好的结果,实验结果表明系统定位精度可达0.8%,定位误差小于300m。

摘要:通过对集成成像原理和串扰现象原理的分析,基于显示系统的串扰与观察距离的关系和人眼视觉特性,提出了显示系统的无串扰设计方法。设计实例及实验结果表明,本文的三维集成成像显示系统的无串扰设计方法不仅使在预期的观察位置观看所得的三维集成像不再受串扰现象影响,而且满足人眼视觉分辨特性要求。

摘要:提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)侧面镀膜感湿的新型全光纤湿度计,选取具有高湿敏特性和线膨胀系数(9.432×10-5%RH)的改性聚酰亚胺(PI)作为湿敏材料。通过在FBG侧面涂覆5种不同厚度的PI薄膜,检测厚度对传感器灵敏度和响应时间的影响,实验结果与理论计算符合很好,通过测试,PI薄膜厚为21μm时,传感器的湿度灵敏度为2.67×10-6/%RH,响应时间小于8s,有很好的实际应用前景。

摘要:利用无机非晶SiO2与有机聚合物PPV复合制备了异质结器件,研究了不同层之间由于能级匹配而产生的势垒对整个器件的光电性能的影响。对于单层有机器件ITO/PPV/Al及双层有机无机复合器件ITO/PPV/SiO2/Al,空穴的注入取决于ITO/PPV界面的势垒,空穴是多数载流子,发光强度主要取决于电子的注入。单层器件电子的注入能力与PPV/Al界面的势垒有关;双层器件由于引进SiO2层,提高了电子的注入能力,其发光强度和发光效率较单层器件都有改善。对于3层有机-无机复合器件ITO/SiO2/PPV/SiO2/Al,在两个方向上电子注入的势垒不同,电子的注入能力有所差别,交流激发时,当Al电极为负(ITO为正)时,器件的最大瞬时发光强度是当ITO电极为负(Al为正)时最大瞬时发光强度的1.3倍。

摘要:为了定量研究纳米颗粒的间距对拉曼(Raman)光谱强度的影响,研制了具有高稳定性的纳米劈裂芯片及装置。利用此芯片及装置,可以获得纳米金属桥断裂后自动形成的两针状纳米电极(纳米颗粒),并且能在pm级精度上操纵两纳米电极间的距离,以观察相应拉曼光谱强度的变化。在利用两纳米电极作为增强体的基础上引入了第3纳米电极,以观察其位置对拉曼光谱信号的影响。实验结果表明,光谱信号的强度强烈依赖于3纳米电极的相对位置,第3纳米电极的引入能进一步提高增强因子,为拉曼光谱增强机制的理论研究提供了重要参考数据。

摘要:针对传统基于移动狭缝光栅的跟踪式自由立体显示中因观看者头部微动看到串扰立体图像的问题,提出了一种基于方形RGBW子像素排列和斜置狭缝光栅的跟踪式自由立体显示屏,通过创建具有固定宽度的无串扰视区,为不同观看者提供无串扰的立体图像。分析了自由立体显示屏的工作原理,给出了其参数计算公式。实际设计了基于提出方法和传统方法的跟踪式自由立体显示屏,并仿真了它们在最佳观看距离处水平方向上的亮度分布。通过对比分析,得出基于提出方法的跟踪式自由立体显示屏在最佳观看距离处获得了具有固定宽度的无串扰视区,从而保证了观看者始终观看到无串扰的立体图像。

摘要:给出了Si基集成光学陀螺的光路结构,理论计算了余弦型弯曲波导的弯曲半径和弯曲损耗。仿真分析了弯曲波导的宽度、长度与弯曲损耗的关系,进而设计了集成光学陀螺用"K"形耦合器,并通过R-soft软件进行了仿真分析。搭建了弯曲波导的实验测试装置,分别测试了弯曲波导的传输损耗与光模场,结果表明,波导单位损耗为0.014dB/cm,验证了理论计算结果的正确性。采用光束扫描法测试了弯曲波导的模场,实验结果与理想高斯拟合曲线吻合。

摘要:对光纤法布里-珀罗(F-P)腔长偏振互相关解调法中的双折射光楔进行了理论和实验研究,建立了双折射光楔对干涉光程差影响的数学模型,并进行了数值仿真。仿真结果表明,当楔角为4°时,要保证楔面内任意点处的光程误差在15nm以内,入射角应小于0.3°,光楔光轴倾斜应小于0.8°,楔面垂直度误差应小于0.15°。采用光楔进行了偏振光干涉实验,实验干涉条纹与理论条纹基本一致,实验干涉条纹的倾斜度与理论倾斜度相差0.02°。

摘要:利用反射式纯相位型液晶空间光调制器(LCSLM)实时动态地产生不同拓扑荷数的涡旋光束,能量转换效率高达60%。并分析了其与平面波以及球面波的干涉特性。当CCD在非成像面上时,涡旋中心出现暗核,且其直径随拓扑荷数的增加而增大。实验结果和理论分析基本一致。

摘要:研究了Morlet小波在光纤Fabry-Perot(F-P)低相干干涉条纹包络提取方面的应用,给出了Morlet小波尺度的计算公式。对不同信噪比(SNR)下低相干干涉峰值的提取作了仿真计算,并利用实测干涉图作了小波提取实验,验证了Morlet小波处理方法的有效性。实验结果显示,采用Morlet小波处理的低相干干涉解调方法的测量线性度好,线性相关系数为0.999 9。

摘要:设计了一种基于一维光子晶体(PC,photonic crystal)高阶禁带性质的新型带阻滤波器,其结构形式为Si(空气|Si)5,晶格周期长度为15μm,滤波中心频率位于1.55μm,带宽约为10nm。利用光刻和ICP(inductively coupled plasma)刻蚀技术,将这一滤波器制作在SOI材料上,并对其透射谱特性进行理论计算和实验测量。结果表明,理论计算和实验测量的结果吻合良好,证明了高阶禁带是降低PC加工难度的有效方法。

摘要:研制了一种金属环封装的单柱体芯轴式光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,搭建了基于非平衡迈克耳逊干涉仪相位载波调制(PGC)解调技术的FBG振动传感器解调系统,实现了低频振动信号的高精度实时解调,并分析了各参数对传感器谐振频率和灵敏度等特性的影响。实验结果表明,研制的FBG振动传感器谐振频率为388Hz,在10～200Hz频率范围内,传感器的加速度灵敏度约为81pm/g,且加速度响应平坦,起伏小于1dB,与理论分析结果基本一致。研制的振动传感器可实现200Hz以下低频振动信号的实时检测,解调系统的波长检测精度为1.07×10-3 pm,最小可检测加速度为1.3×10-5 g。

摘要:报道了通过化学湿刻蚀制备窄脊条InAs/InP量子点激光器的方法。激光器脊条主要是由半导体材料InGaAs和InP构成,通过选择合适配比的H2SO4∶H2O2∶H2O和H3PO4∶HCl腐蚀溶液和InP的腐蚀方向,在室温下选择性地腐蚀了InGaAs和InP,获得了窄脊条宽为6μm的量子点激光器。此激光器能够在室温连续波模式下工作,激射波长在光纤通信重要窗口1.55μm,单面最大输出功率超过12mW。

摘要:在将自动交换光网络(ASON)建模成着色多重图的基础上采用综合成本策略,设计了一种新的最小综合成本路径计算算法,并结合组播成员的动态变化特性提出一种满足多条件约束的动态组播路由(DMRMC)算法,使组播路由和波长分配在同一过程内完成,且尽可能使组播树的综合总成本最小,同时局部优化波长转换次数、分光次数和不同波长的使用数量。仿真实验表明,本文算法有效可行,与采用单成本策略的组播算法相比,其取得了更低的综合成本和更好的连接阻塞性能。

摘要:用高温熔融法,制备了Bi离子掺杂浓度为1mol%的80GeO2-10Nb2O5-10X(X=Li2O,Na2O,CaO)系列玻璃。分别测定了样品的差热分析(DTA)曲线、吸收光谱、发射光谱、荧光寿命及傅立叶红外光谱(FTIR)。从DTA曲线估算出样品的结晶起始温度和软化温度的差值达200℃以上,该玻璃系统具有良好的热稳定性。在吸收光谱中,观察到由Bi掺杂所引起的约511nm和722nm两处吸收峰。在808nm波长的激光二极管(LD)激发下,观察到发光中心约为1 300nm、荧光半高宽(FWHM)约为200nm、荧光寿命约为133μs的宽带发光。在3组分玻璃中,含Li2O的玻璃具有最强的近红外宽带发光。从其红外吸收光谱可推断Bi3+与Bi5+共存于玻璃中,玻璃的近红外宽带发光可能起因于Bi5+。

摘要:采用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(111)衬底上生长了Eu3+、Li+共掺杂的ZnO薄膜。分别对样品进行了X射线衍射(XRD)谱测试和光致发光(PL)谱分析,重点研究了退火处理对样品结构和发射光谱的影响。XRD谱测试表明,样品具有很好的C轴择优取向。PL谱研究表明,当用325nm光激发样品时,样品的发射光谱仅由ZnO基质的紫外发射和蓝光发射组成,并没有发现稀土Eu3+的特征发光峰;样品的蓝光发射源于电子从Zn填隙形成的浅施主能级到Zn空位形成的浅受主能级跃迁;和真空中退火的样品相比,O2中制备的样品的蓝光发射减弱,紫外发光增强。用395nm的光激发时,退火前样品分别在594nm和613nm处存在两个明显的Eu3+特征发光峰,退火后的样品仅发现Eu3+位于594nm的特征发光峰,这表明,退火处理不利于稀土离子的特征发射,但O2中退火的样品ZnO基质红绿波段发射光谱明显增强。

摘要:分析了单帧相位测量轮廓术(PMP,phase measuring profilometry)中影响测量精度的因素,提出了基于改进的Stoilov等步算法的在线三维测量方法,从而避免了CCD采图过程中由于抽样、量化以及取整造成的条纹周期部分缺失对满周期等相移算法的影响。较等相移满周期算法,Stoilov等步算法具有只需相移步长相等、相移步数与相移量乘积无需2π整数倍的优点,降低了对子图相移量的要求,提高了基于单帧图像的条纹投影轮廓术用于在线检测的精度。计算机模拟和实验均验证了本文方法较等相移满周期算法精度提高了3～5倍。

摘要:利用荧光猝灭原理,以塑料光纤为传感和传光元件,采用邻啡咯啉钌作为荧光标记物,应用检测荧光指示剂荧光寿命的方法进行溶解氧(DO)浓度的测定,荧光指示剂的荧光寿命利用相移法进行测量。实验制作了U形、双锥形和螺旋形3种不同形状的传感头,实验发现,与U形、双锥形传感头相比,螺旋形传感头具有更高的灵敏度;实验测试了荧光标记物浓度对系统灵敏度的影响,结果发现,浓度过高或过低都会降低系统的灵敏度,因此,要提高DO传感器灵敏度需要选择合适浓度的荧光标记物。

摘要:基于自由频谱区(FSR)倍数增长式光梳状滤波器阵列,设计了一种微波瞬时频率测量方案,实现了具有自然二进制编码的数字输出。待测微波信号经过载波抑制型单边带调制后加载到光波上产生一阶边带,而后将其输入到光梳状滤波器阵列中;阵列由多个梳状滤波器并联而成,它们滤波响应对应的FSR呈倍数增长趋势,最高位数字输出对应滤波器的FSR最大。滤波后输出的光信号经光电检测、比较和判决后,获得N位自然二进制码标识的频率值,提高了编码效率和测量精度。最后,在0～40GHz范围,验证了4位有效长度的数字编码式测频结果。

摘要:在原有光纤-电容传感器的基础上,引入了光纤溶解氧(DO)传感器,在保持液滴分析仪原有结构的情况下,可同时获得水质的定性和定量信息。基于液滴分析技术(DAT)对水中30种不同浓度的DO含量进行了检测。实验结果表明,基于DTA,采用光纤DO传感器检测液体的DO含量是有效的。在考虑温度影响时,二次多项式拟合模型效果最佳,系统的灵敏度可达0.1mg/L,最大相对误差为2.38%。

摘要:提出一种采用傅里叶变换轮廓术(FTP,fourier transform profilometry)对磨痕三维形貌进行测量的方法,具有只需采集一帧条纹图、数据处理少、简单易行和测量速度快等优点,适于自动化测量。采用一种新的产生正弦光强方法,将正弦光强投影到试件表面产生包含三维形貌信息的光栅条纹,利用FTP重建磨痕的三维形貌。实验对不加润滑油状态下往复105次冲击后的磨痕形貌进行测量,并将实验结果与四步相移所测结果进行对比,验证了本文方法用于测量往复冲击条件下磨痕形貌的可行性,并为进一步研究往复冲击时接触润滑效应提供了新的实验依据。

摘要:在基于连续小波变换(CWT)的三维面形测量过程中,小波函数的选择起到关键作用。已有文献对实墨西哥帽小波的表现展开了讨论。考虑到墨西哥帽小波、莫莱小波、DOG犬小波和盖博小波均由Gauss窗函数生成,墨西哥帽小波是Gauss函数的二阶导数,本文对实Gauss小波在三维测量中的应用进行深入讨论。理论分析了利用实小波函数经由Hilbert变换实现三维面形重建原理,完成了基于实Gauss小波的三维面形测量的模拟和实验。

摘要:为满足动态数字全息的实时、在线检测分析的需求,提出了一种应用于动态数字全息的快速相位解包裹算法。在充分考虑相位解包裹的精确性和运行时间的基础上,首先找出影响解包裹精确性的坏点,并进行标记;采用运行速度较快的中心点辐射解包裹算法,使解包裹路径避开这些坏点,并利用动态全息相位图在时域上的关联;在时域上设置解包裹路径,以解决不同帧的相位值在时域上的关联问题和坏点封闭区域的相位解包裹问题。实验结果表明,本文算法是合理和有效的,运行速度较快,解包裹的精确性较高。

摘要:提出一种基于分块复合预测的误差差值和互补嵌入的彩色图像可逆数据隐藏算法。利用色彩分量之间的相关性和预测误差之间的关系减小差值,以增加差值直方图的峰值。采用双重嵌入方法提高嵌入容量,两次嵌入过程中像素值沿相反的方向扩展,部分像素值扩展量相互抵消,在图像分块的基础上选择最佳的预测方式组合,以增加扩展量抵消的机会,从而减小二次嵌入时图像质量的下降幅度。实验结果表明,本文算法在保证图像质量的同时大幅提高嵌入容量,算法的整体性能比其它同类算法更高。

摘要:针对目前动态特征提取方法在提取序列表情特征时人脸外貌特征也一起被提取的缺陷,提出了一种基于Gabor滤波的表情动态特征提取方法。利用Gabor滤波器在频率和方向上的选择特性,在提取表情特征时较好地抑制了人脸外貌特征的提取,从而减少了表情特征中人脸外貌特征的含量。在Cohn-Kanade和CMU-AMP人脸库上的表情识别实验表明,本文方法获得的表情动态特征对表情识别更有效。

摘要:为了同时处理影像分割问题中的随机性与模糊性,提出了一种多尺度(MR,multi-resolu-tion,马尔可夫随机场(MRF,markov random field)模型下的模糊C均值(FCM,fuzzy C-means)聚类分割算法(MR-MRF-FCM)。利用FCM算法能够处理影像模糊性的优点、MRF模型描述空间关系的长处以及小波的多尺度分析的优点,先对影像进行多尺度小波分解,并对小波系数建立MRF,进而用MR-MRF中的条件概率矩阵代替FCM算法的隶属度矩阵。实验结果从视觉效果和定量指标两方面表明,本文方法优于经典的MRF、多尺度MRF、FCM和核FCM等方法。

摘要:压缩成像(CI)是压缩传感(CS)理论的一个重要应用领域。本文在循环矩阵和分块矩阵的基础上提出一种新的循环-循环块相位掩膜矩阵可压缩双透镜成像方法,实现对图像的随机获取。模拟实验结果表明,新的相位掩膜矩阵CI可以在显著减少测量的同时,有效捕获图像信息重建原始图像;对于64pixel×64pixel的标准Lena和Cameraman图像,在只有原像素数58.6%的无噪声测量情况下,获得的重建信噪比(SNR)分别超过26dB和30dB。新相位掩膜矩阵的研究为确定性测量在CI领域的应用提供了更多的支撑,在拥有原循环和循环确定性测量优点的同时还拥有自身的块结构特点,可以进一步减少物理实现成本,并为新的照相机设计提供若干理论、计算和技术支撑。

摘要:基于Besov空间范数理论提出一个新的球坐标下的自适应收缩阈值,并将小波域上的多尺度积推广到球坐标下,充分利用尺度间小波系数的相关性。最后,提出了一种新的自适应曲线收缩函数,此函数有一定的边缘增强效果。根据球坐标下图像的统计特性,用新的收缩阈值和新的收缩函数进行去噪处理。仿真实验分别从峰值信噪比(PSNR)、均方误差(MSE)和运行时间上进行评估,确立了最佳分解尺度,并且与其它算法相比,提高了PSNR,而且具有运算简单、运算量小的优点。

摘要:为了从混叠的图像信号中分离源图像,提出一种基于二阶统计量的图像盲抽取方法。首先根据图像信号的非平稳特性构造用于估计分离向量的代价函数;然后通过最小化其函数获得最优分离向量,并实现逐次恢复源图像信号的目的。仿真实验结果表明,本文方法不仅能较好地实现多幅图像的盲分离,还能同时分离服从亚高斯分布的图像信号和超高斯分布的语音信号;与其它传统方法相比较,它具有更优越的估计性能。

摘要:针对图像修复和插值等图像处理问题进行研究,通过将图像修复和插值模型在压缩感知(CS)理论的框架下进行转换,建立了新的图像修复和插值模型,该模型与CS理论中的重构模型相对应。对此转化得到的重构问题,基于图像在复数小波变换上的稀疏性,利用迭代硬阈值方法求解重构模型,进而获得重构图像。仿真和实测数据处理结果验证本文方法的有效性。

摘要:为确定近红外导航术中手术器械的空间位置,利用近红外双目视觉系统拍摄发光点的左右图像提取其亚像素坐标,根据系统的内外部参数求取发光点在系统坐标系下的光线方程。空间同一发光点的两条光线相交,且由此得到的发光点坐标满足手术器械上发光点间的距离关系,从而实现对不同位置发光点的正确匹配。5个手术器械上15个发光点的匹配实验表明,本文方法可自动匹配手术器械的发光点,能用于术中定位、跟踪手术器械,可为手术导航提供定位支持。