摘要:为实现光纤光栅加速度测量,提出了一种基于弹性管的两点式封装光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。首先理论分析了其传感原理,并建立了其响应灵敏度的解析表达式,通过引入加速度理想灵敏度的概念,讨论了此类型加速度灵敏度的频率响应;其次,基于该模型设计了FBG加速度计,实验研究了加速度的幅频响应特性、谐振频率和加速度的线性响应。结果表明:在小于共振频率的低频段具有较好的平坦区,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%,加速度响应灵敏度为63.0pm/G。实验值与理论值的相对误差为0.98%,实验与理论吻合的较好。

摘要:为实现高速度、高精度的光纤光栅传感解调,提出了一种基于状态机的自适应半峰检测寻峰算法。算法通过对FBG反射波形的实时跟踪确定波形数据,通过对波形数据的统计分析得到寻峰阈值,通过校验与补偿精确得到峰值位置。实验测试表明,对于2kHz的解调速度,解调分辨率达到1pm,静态噪声在±2pm以内,长时间测试的稳定性误差在2pm以内,系统动态范围在0～-30db,光功率衰减导致的稳定性误差在4pm以内。这表明,本算法从速度、精度、抗干扰性、稳定性等方面都能够满足高速解调的需要。

摘要:折叠光栅光谱仪由于折叠光栅制作、安装过程中的工艺问题,子光栅衍射图像易发生倾斜、变形。为了保证在对光栅衍射图像进行处理时不降低分辨率,每块子图像仅抽取单行像素校准,最终拼接成光谱,这导致光谱信噪比较低。为克服这一缺点,提出了一种软件提高折叠光栅光谱仪信噪比(SNR)的方法。通过对原始光谱图像进行校正、一维中值滤波和像素平均三个处理步骤,在不影响波长分辨率的情况下,使光谱信噪比提高约6倍。这种处理方法充分利用了光栅衍射图像的信息,对提高折叠光栅光谱系统探测微弱信号的能力具有实用价值。

摘要:利用聚合物材料SU-8作为芯层、聚合物材料PMMA作为上包层和无机材料SiO2作为下包层,设计并研制了一种有机/无机混合结构的Mach-Zehnder干涉(MZI)热光(TO)开关。为了保证波导中的单模传输、减小模式辐射损耗和衬底泄露损耗、缩短响应时间并降低器件功耗,对其结构参数做了优化。利用化学气相沉积(CVD)、涂膜和湿法刻蚀等工艺制备了器件样品。在1 550nm工作波长下,器件的开和关状态的驱动功率分别为0和13mW(开关功率为13mW),开和关状态间的消光比为18.3dB。在方波驱动电压信号作用下,测得器件的上升和下降时间分别为126和134μs。与无机材料Si/SiO2和全聚合物材料研制的TO开关相比,本文研制的混合结构器件综合利用了芯层聚合物材料热光系数大、上/下缓冲层厚度均较小以及Si/SiO2导热系数大的优点,因此同时具备了较低的功耗和较快的响应时间,在光通信系统中具有较好的应用前景。

摘要:采用橙红色荧光材料4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久罗尼定基-4-乙烯基)-4H-吡喃(DCJTB)作为色彩转换材料,结合蓝色有机电致发光器件实现了较好的白光发射。分别通过真空蒸镀和旋转涂覆两种不同的工艺进行色彩转换膜(CCL)的制备,发现不同的转换膜制备工艺对白光器件的性能影响不明显。当采用浓度比例为20mg/ml的DCJTB溶液通过旋涂方法制备CCL后,所得到白光器件的起亮电压为3.4V,在12V时达到最大亮度为1 939cd/m2,且该器件的最大电流效率为1.34cd/A(在电流密度为3.23mA/cm2时)。当驱动电压从5V增加到9V时,该白光器件的色坐标仅从(0.36,0.33)变化到(0.33,0.31)。表现出良好的色纯度和色稳定性。

摘要:为了实现高能量、窄脉宽的输出,设计了一种半导体端面泵浦Nd:YVO4的主振荡器与功率放大器(MOPA)结构的Nd:YAG激光器。半导体端面泵浦布儒斯特切角Nd:YVO4晶体调Q主振荡器,获得了单脉冲能量0.16mJ,重复频率5Hz,脉冲宽度0.964ns的种子激光输出。通过使用光隔离器和端面切角的Nd:YAG晶体,避免了Nd:YAG双通预放大器的ASE效应,获得了单脉冲能量88mJ,脉宽0.972ns的激光输出。通过空间滤波器后,两级主放大器单通放大后,最终获得了单脉冲能量大于3.25J,脉宽1.051ns,M2为1.9,不稳定度小于±3%ns激光放大输出。

摘要:提出了一种基于光时分复用的电光模数转换方案,该方案仅利用一个连续波激光器和电光调制器,结合光纤延迟线实现光信号的时分复用,并通过现有的电子ADC完成模数转换。该方案结构简单,可扩展性高。两路时分复用模数转换系统实验中得到的信号对噪声和失真比为28.5dB,等效于约4.44位的有效位数并分析了造成量化误差的主要因素和减少误差的方法。

摘要:设计了两种具有不同场强分布的1 064nm减反射膜结构,即G/H3L/A和G/M2HL/A。采用离子束辅助沉积技术,在K9基底上制备了薄膜,并对薄膜在强激光下的损伤斑形貌及损伤阈值(LIDT)进行了测量。研究结果表明:薄膜的场强分布不同,其抗强激光的能力也不相同。当两种膜系的电场强度(归一化电场强度平方)在薄膜-空气界面处分别为1.039和0.906时,对不同的激光能量(180,150和120mJ),样品G/H3L/A的表面破损斑尺寸均大于样品G/M2HL/A;两种薄膜的激光损伤阈值分别为12.3J/cm2和14.8J/cm2(激光波长为1 064nm,12ns)。这说明,较小的薄膜-空气界面电场强度,有利于激光损伤能力的提高。因此,对于减反射薄膜,在膜系设计时,采用合理的场强分布,降低薄膜-空气界面的电场强度,可以有效改善薄膜的激光损伤特性。

摘要:根据整数电荷转移(ICT)模型理论分析基于P3HT为给体PCBM为受体的异质结界面,认为不同等效功函数衬底和电荷传输状态产生不同D/A界面特性。采用增加P3HT缓冲层PCBM缓冲层的方法,制备不同复合层本体异质结结构光伏器件,研究活性膜内组分变化对器件开路电压和短路电流密度的影响。结果表明增加缓冲层使器件的短路电流密度明显提高,从3.96mA/cm2分别增加到4.51mA/cm2和4.70mA/cm2,但对开路电压影响不大。

摘要:印刷电路板(PCB)表观检查机的检测算法,对亮度不均的阴影条纹的原始图像难以处理,最终影响PCB的检测性能。本文基于实验图像阴影条纹的形成机理,提出一种无阴影高均匀的PCB表观检查机照明方法。本方法采用4个荧光灯组成,其中两个光源与物面的镜面方向对称,用于高反射照明;另外两个光源用于漫反射照明。仿真和实验表明,本方法可以消除高反射曲面引起的图像阴影条纹,在PCB表观检查机系统中达到均匀照明效果且增强缺陷和背景的对比度。本方法也可应用于类似的高反射曲面的自动表观检查系统,如铝带缺陷检查,塑料薄膜缺陷检查等。

摘要:采用1.5%,4.0%和6.0%3种不同的C-545T的掺杂浓度,在常温下制备了一种双量子阱结构的有机电致发光器件(OLEDs),其结构为ITO/2T-NATA(21nm)NPBX(50nm)/[Alq3:C-545T(20nm)/Alq3(3nm)]2/Alq3(17nm)/LiF(0.5nm)/Al,并研究了它们的磁电阻(MR,magne-toresistance)特性。实验结果表明,在室温以及相同的磁场强度和相同电压作用时,掺杂浓度越大,电阻率越小;且随着电压的增加,电阻率逐渐减小;C-545T掺杂浓度为6.0%的器件在V=10V和B=0mT时,器件的电阻率为42.24×103Ω.m;在10V驱动电压的作用和相同磁场强度下,掺杂浓度越小,器件的MR越小,且变化量较大;1.5%掺杂浓度的器件在50mT时获得的MR为-18.36%,且都表现出负磁阻特性。

摘要:提出了一种基于直流光注入直接调制分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)的载波可调的光毫米波生成方案,利用直接调制DFB-LD的输出瞬态波长随驱动电流增大而蓝移的特点,将直流光注入至直调DFB-LD的0码波长附近注入锁定。锁定的直调激光器在1码时输出的蓝移波长与原注入波长相位相干,再通过光电探测器将拍频信号转换为调制的光毫米波信号。实验重点讨论了40GHz光毫米波的产生,同时完成了30、40、50和60GHz光毫米波的可调谐性实验。本文的方案结构简单,无需外调制器和微波本振,载波可调并可产生高至60GHz光毫米波信号,可作为光/无线混合接入中成本节省的光上变频方案。

摘要:首先研究了非相干光反馈同步系统内部参数失配对系统同步性能的影响,并与相干光反馈的完全同步系统以及广义同步系统进行了比较,其次研究了非相干光反馈采用三种不同的信号调制解调方式(CSK,CMS,ACM),对三种不同频率(250 MHz,2.5GHz和12.5GHz)的信号进行了调制解调。通过MATLAB仿真实验可知,非相干光反馈混沌同步系统相对于相干光反馈完全同步系统更易于实现,同时保留了一定的对参数失配的敏感特性,从而确保了该系统比相干光反馈广义同步具有更高的安全性;在信号解调时,CSK只能解调出250MHz信号,CMS能解调出2.5GHz信号,ACM能够解调出高达12.5GHz的信号。

摘要:基于Galois域GF(q)乘群,提出了一种构造简单且编码容易实现的新颖准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码构造方法,可灵活地调整码长、码率,且编译码复杂度低。用本文方法构造了适用于光通信系统的非规则QC-LDPC(3843,3603)码,仿真表明,与已广泛用于光通信系统中的经典RS(255,239)码相比,用本文方法构造的码具有更好的纠错性能,且其性能优于用SCG方法构造的LDPC码和规则的QC-LDPC(4221,3956)码,适合用于高速长距离光通信系统。

摘要:理论分析了大气湍流信道下无线光载射频通信系统的误码率,推导出从弱湍流到强湍流环境下采用BPSK调制格式的无线光载射频通信系统平均误码率闭合公式。基于公式,进行了数值仿真,仿真结果表明Rytov指数、接收天线直径和传播距离是影响系统误码率的主要因素,并讨论了误码率随这3个参数的变化趋势。最后研究了MPSK/MQAM在无线光载射频系统中的误码率性能,得到一种具有较低误码率和高比特速率的调制格式。

摘要:对室内可见光通信中的背景光噪声与干扰进行了实验测试,获得了噪声干扰的典型时域特性;进而模拟分析了背景光噪声与干扰对不同速率信号传输的影响。结果显示,背景光噪声及干扰对室内可见光通信的影响主要表现为直流电平和低频周期性信号,并且低速率数据信号更容易被干扰。通过比较分析几种无线光通信中常用调制方式的功率谱密度,结果表明,由于脉冲位置调制和曼彻斯特编码的低频分量较少,更适合室内可见光通信。

摘要:采用直流脉冲反应磁控溅射方法生长W掺杂ZnO(ZnO:W,即WZO)透明导电氧化物(TCO)薄膜并研究了氧气流量对薄膜微观结构、组分、表面形貌以及光电性能的影响。实验结果表明,WZO薄膜具有良好的(002)晶面择优取向生长,且适当的氧气流量是制备优质WZO薄膜的关键因素。WZO薄膜表面形貌受薄膜结晶质量的影响。当氧气流量为2.08×10-7 m3/s时,WZO薄膜在400～1 500nm透过率达到84.5%,电阻率为4.61×10-3Ω.cm,迁移率为20.5cm2v-1s-1。XPS测试表明WZO薄膜中Zn和W均处于氧化态,其中W元素呈现W6+价态。

摘要:采用射频磁控溅射法,在Si(100)衬底(含Au导电层)上制备了(100)取向的AlN薄膜并研究了工作压强和溅射功率对制备的AlN薄膜性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)分析了薄膜结构特性,结果表明,在一定范围内,工作压强的增加和溅射功率的减小更有利于AlN(100)晶面择优取向的生长。利用压电力显微镜(PFM)对AlN薄膜的形貌和压电性能进行了表征,发现(100)择优取向的AlN薄膜的压电性主要表现在薄膜面内方向上。

摘要:以Zn金属靶和Zr金属片组成的Zn:Zr为靶材,利用直流反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备ZnO:Zr透明导电薄膜。研究了靶与衬底之间的距离对所制备薄膜结构和性能的影响。实验制备的ZnO:Zr薄膜为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有与衬底方向垂直的c轴择优取向。实验结果表明,靶与衬底之间的距离对ZnO:Zr薄膜的结构、生长速率、密度及电学性能有很大影响。靶与衬底之间的最佳距离为6.0cm,在此条件下制备的ZnO:Zr薄膜具有最小电阻率1.78×10-3Ω.cm,其可见光透过率为88.5%,折射率为2.04。

摘要:在自行构建的双光源双光阱实验系统中,实现了双光阱法驱动微型粒子旋转的实验研究。其原理是利用双折射晶体微粒光致旋转产生的涡旋力带动一个被光镊捕获的普通微粒进行旋转。实验观测了CaCO3粒子的旋转通过液体传动使酵母菌细胞团旋转的实验现象,当两个光阱的激光功率一定时,两个光阱的距离必须选择合适,CaCO3粒子的旋转才会通过液体的传动带动酵母菌细胞团旋转。实验结果得到CaCO3粒子逆时针旋转频率为2.75Hz,带动酵母菌粒子团顺时针旋转频率为2.25Hz。

摘要:采用数字全息可以测量透明物体的厚度变形场,但我们此前的研究忽略了应力导致的折射率变化,给测量带来了误差,本文对这个问题进行了讨论,修正了物光的相位变化与物体厚度变形间的关系。相较于修正前的公式,新增加了一个修正项,通过测量带孔有机玻璃试件在均布拉伸载荷作用下的厚度变形,并将测量结果与理论计算结果进行比较,发现用修正前的关系式得到的变形量偏大,而修正后的结果与理论值吻合很好,证明此修正是正确和必要的。

摘要:计算机视觉中一般是利用优化技术最小化目标函数来估计位姿,目标函数通常是由图像平面上特征点重投影误差构成,并且假设测量噪声是各向同性且独立同分布的高斯噪声,所得到的位姿是在该假设条件下的极大似然最优估计。然而,在实际应用中这种假设并不总是成立,测量噪声通常是各向异性且非独立同分布,而且常常具有很强的方向性。为此,本文提出了一种新的特征点位姿估计方法,首先对特征点的方向不确定性建模,然后将方向不确定性融入到重投影误差中,构造基于不确定性加权误差的新目标函数,最后利用Levenberg-Marquardt算法优化目标函数求解位姿。大量实验结果表明,本方法可以适应不同程度的方向不确定性,精度优于现有迭代方法。而且随着不确定性的增加,位姿解的精度并没有明显变差。

摘要:提出了机载激光雷达进行低空探测时确定消光系数边界值的非线性方程法。首先根据机载激光雷达方程推导出消光系数边界值与机载激光雷达回波信号之间的函数关系,构建一个以消光系数边界值为变量的非线性方程。然后采用改进Jarratt法求此非线性方程的数值解,得到消光系数边界值。使用地基激光雷达真实回波信号数据模拟得到的机载激光雷达回波信号,进行了实验验证,并与斜坡法进行了比较。结果表明,本方法确定边界值的相对误差比斜坡法减小5.9%,由于其具有六阶的收敛特性,迭代次数仅为3次。该方法不需辅助测量设备,精度较高,收敛速度快,迭代次数少,具有良好的应用前景。

摘要:为解决编队小卫星星间基线指向的测量问题,提出了一种以激光与望远光瞳相结合的星间指向测量方法。建立了以迪卡尔坐标系为基准的星间基线指向测量模型,通过分析待测小卫星相对于基准小卫星空间位置发生改变时,待测小卫星特征点在基准小卫星上投影的改变规律,采用在待测卫星上放置一组空间阵列角锥棱镜的测量方案。对运行于不同半径轨道上的两颗小卫星之间的基线测量进行了仿真,最后通过实验对本文提出的方法进行了验证。实验结果表明,本方法可以实现对星间基线指向的测量,其测量结果的扩展不确定度为7.4′(k=2)。

摘要:研究一种融合双波长干涉及单波长干涉的大跨距高精度光纤位移传感系统。两种波长不同的光波同时作用于光纤干涉仪中,基于波分复用技术,利用光纤光栅分离双波长干涉信号和单波长干涉信号。利用双波长干涉信号决定被测位移的幅值,使最大测量跨距扩大至毫米量级。在本系统选定的两个激光波长(分别为1 557.32nm和1 558.52nm)下,最大测距为0.5mm,通过恰当地选用传感系统中的两个激光波长,可获得更大的测距范围;利用单波长干涉信号高精度地测量位移,使系统保持单波长干涉测量精度高的优点。

摘要:旋转调制技术在有效抑制惯性器件漂移的同时,也使测量误差更加复杂,只有对这些误差进行补偿,才能发挥旋转调制的效果。为此分析了光纤陀螺敏感轴与旋转轴间不正交角、旋转轴涡动、时间不同步量、敏感轴间不正交角等误差造成的影响,建立了各自的误差补偿模型,并设计了一种基于单轴转台和单元体自身旋转的误差标定方法。结果显示,温补后的敏感轴与旋转轴之间不正交角标定精度优于0.2″,敏感轴之间不正交角标定精度优于1.4″,时间不同步量的标定精度优于0.06ms,经旋转调制和误差补偿后的等效光纤陀螺漂移由0.050°/h改善至0.015°/h。为低成本高精度惯导系统的实现建立了基础。

摘要:基于变形分数傅里叶变换提出一种非对称光学图像加密算法。在光学系统中,引入非线性相位截断策略消除了线性对称密码系统存在的安全隐患。幅相调制技术结合相位截断运算实现单通道多图像加密,通过重复使用一组光电混合设备,5幅图像被加密为一个实值密文。相位保留运算产生与原始图像相关的4个私钥,变形分数傅里叶变换的分数阶次和4个私钥增大了算法的安全性。数字模拟结果验证了该算法的可行性和有效性,加密和解密图像的均方误差分析了所有密钥的安全性。

摘要:针对单相机、无辅助光源的人眼视线估计系统固有的精度低、头部运动受限等问题,本文提出了基于两次多项式拟合的、单相机、单辅助光源的视线估计方法。在准确提取辅助光源在角膜表面产生的反射光斑和虹膜中心的基础上,以反射光斑为基准点考察虹膜中心相对于反射光斑的偏移与注视点之间的映射关系。首先通过第一次多项式拟合考察注视点不变而反射光斑位置发生变化,对虹膜中心与反射光斑相对位置的影响,以此确定相对于任意位置的反射光斑,对应测试板上15个测试点的理想虹膜中心偏移。然后通过第二次多项式拟合考察当反射光斑在图像中的位置确定后,虹膜中心偏移与注视点之间的对应关系。通过两次拟合,实现了人眼注视方向的有效估计,在允许头部自由运动的前提下,测试样本的水平方向平均注视误差为1.31°,竖直方向平均注视误差为1.00°。

摘要:提出了一种基于SURF-DAISY算法和随机kd树的快速图像配准方法,首先利用经典SURF特征检测器分别提取参考图像和待配准图像中的特征点,为了进一步提高算法速度,对SURF算法进行改进,利用DAISY描述符代替SURF原有的特征描述算法对特征点进行描述;之后通过随机kd树算法对参考图像和待配准图像的特征点进行匹配并且使用经典RANSAC(随机抽样一致性)算法剔除误匹配点对;最后用最小二乘法估算出最佳的空间几何变换参数,实现两幅图像的配准。实验结果表明:相对于标准的SURF算法,本文方法在基本保持性能不变的同时,配准过程所消耗的时间最多减少了45.6%。

摘要:传统多尺度压缩感知方案只对设定的小波变换系数采样,不用于采样的小波系数直接置零,造成重建图像边缘粗糙,影响图像重建质量。针对该问题,提出了一种改进的多尺度压缩感知方案。新方案在原方案获得的重建图像基础上,通过轮廓波变换对重建图像进行图像插值,在保持重建得到的小波系数不变的同时估计出原来被直接置零的小波系数,从而改进了图像重建质量。通过仿真实验证明了改进的多尺度压缩感知方案的有效性,并且与传统多尺度压缩感知方案相比能得到效果更好的重建图像。

摘要:相位检索技术利用直接测量得到的强度分布恢复相位信息,从而重建波函数,是光学和图像处理中的重要研究领域。在研究了现有的基于强度传输方程的相位检索的基础上,建立了符合自然光条件下普通相机拍摄图像原理的光传播模型,设计了相应的数据采集光学平台系统,并推导了新模型下的相位检索方法。模拟和真实实验结果验证了相位检索方法的合理性和正确性。新方法的提出将传统的基于强度传输方程的相位检索算法的应用范围扩展到了全息显示等宏观领域。

摘要:针对人眼视觉对空间深度变化的灵敏度特性,研究人眼对深度细节感知的最小可察觉差值。通过大量的主观实验得到恰可察觉深度差异(JNDD,just noticeable depth difference)模型,并提出基于此JNDD的三边滤波深度图优化算法,用来抑制不被感知的深度细节,减少由于深度估计过程中引入的噪声而导致的深度绘制失真。主观和客观实验结果证明本文所提出的基于JNDD模型的三边滤波深度图优化算法,在降低深度编码码率的情况下,可使合成虚拟视点图像中物体的边缘更加平滑,减少了边缘噪声。

摘要:脑白质病变诊断是医学研究和病理分析的重要方面。颅脑核磁共振图像的白质分割在诊断中起着非常重要的作用,其分割的准确性直接影响后续的分析和诊断研究。本文提出了一种基于局部Walsh变换和非负矩阵分解的大脑核磁共振图像白质分割算法。算法首先对颅脑图像进行局部Walsh变换,选择鉴别性能好的特征得到特征矩阵,然后对其进行非负矩阵分解并得到白质的分割结果。实验表明,本方法计算简单,精度比较高,可以得到比较理想的分割结果。