摘要:为更好地利用磁流体折射率可调谐特性设计磁流 体光栅、磁流体光纤调制器、磁场传感器等光学器 件,本文通过理论分析,分别从磁场大小、方向、以及温度三个因素对磁流体折射率的可调 谐特性进行研 究。基于菲涅尔反射理论设计了用于测量磁流体折射率的微型封闭反射式传感探头,搭建了 实验系统。采 用已知样品标定法解决系统本征反射的干扰问题,分别调节磁场强度、传感探头与磁场夹角 、温度,对磁 流体折射率进行了测量,并通过磁电效应理论对实验结果进行了分析和验证。结果表明:在 磁场作用下, 磁流体折射率在光束电场与磁场方向呈不同夹角时,磁流体折射率随着磁场强度增大而呈现 出递增和递减 趋势, 平行时递增趋势最明显,磁流体折射率变化0.017,垂直时递 减趋势最明显,磁流体折射率变化 0.015；同时得到了磁流体折射率和温度拟合 优度为0.989的三次多项式方程。该研究结果对磁流体光学器件的结构设计具 有重要意义。

摘要:本文制备了工业级纳米绒面多晶硅太阳电池,研究 了发射极扩散方阻对其光电转换 性能的影响。结果表明:提高发射极扩散方阻能够有效地提升电池的开路电压、短路电流, 但填充因子相对降低。通过分析关键光电参数,其原因归结为:提高发射极扩散方阻有利于 降低发射极及其表面载流子复合,但过高的发射极扩散方阻将导致发射极与金属栅线接触不 良。采用优化的发射极扩散方阻,纳米绒面相对于微米绒面多晶硅太阳电池具有改善的光电 转换性能,产线均值光电转换效率达到了19.20%。基于上述研究结果 ,讨论了进一步通过调控发射极扩散方阻来优化纳米绒面多晶硅太阳电池的方法。

摘要:F-P标准具凭借其结构简单、体积小、精度高等特 点在光通讯、光纤传感、激光器等领域有着广泛的应用。但受环境温度变化的影响,F-P标 准具尤其是固体腔标准具的光学特性(透射、反射谱)发生一 定漂移。如何让F-P标准具更好地对抗外界温度变化并提高其光谱稳定性,在实际应用中有 着重要意义。 本文针对光纤接口的固体腔F-P标准具提出了一种高精度温控设计方案,首先通过对光纤标 准具进行稳态 热分析,设计了低热阻恒温结构。并使用经过优化PID参数后的增量式PID温控算法,结合高 精度温控 电路,实现了对光纤固体F-P标准具的精确温度控制。实验结果表明,在0℃~45 ℃的环境下,内部温控 精度可达±0.004 ℃,F-P透射谱中心波长漂移量＜0.3 pm。

摘要:近年来,草地调查和监测工作中主要基于卫星遥 感光谱图像,但其整体分辨率略 低、成本高,具有一定的局限性。而近距离获取的高分辨率高光谱图像可弥补图像分辨率较 低的缺陷,目前研究较少。因此,本研究通过结合高光谱成像技术和机器学习,提出了一种 基于方差选择与高斯朴素贝叶斯的草地牧草高光谱图像快速准确识别方法。首先,利用高光 谱成像系统采集可见-近红外光谱(400000 nm)的草地高光谱图像,通过基于方差选择的 降维方法优化特征中的有效信息；然后,采用高斯朴素贝叶斯(gaussian naive bayes,Gau ssianNB)和支持向量机(support vector machine,SVM)并结合K折交叉验证法分别建立识别 模型；最后,通过Kappa系数、OA、测试时间等指标进行模型评价。预处理环节中对比多元 散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)、归一化(normalize)、Savitzky-Golay平滑滤波 (SG)和移动窗口平滑光谱矩阵(nirmaf)5种方法,其中MSC预处理提高信噪比和保障预测模 型的精度与稳定性最优。特征选择与提取中,采用基于方差选择的主成分分析白化(V-pcaw )法,根据阈值和主成分选择最佳特征变量数为2,与主成分分析(PCA)法比较,总体分类精度 和Kappa系数平均值分别提高2.995%和0.050。同等情况下比较GaussianNB模型和SVM模型, 在GaussianNB模型中,经MSC处理的牧草光谱在V-pcaw特征提取后识别效果最佳,耗时最少 ,OA值达到99.33%,Kappa系数为0.99,测试 时间为0.002022 s。研究结果表明,基于方差 选择与高斯朴素贝叶斯的方法可有效增强草地牧草高光谱图像的特征表达能力,从而实现高 效快速的牧草种类识别。

摘要:为了获得高精度的可调谐微波信号,利用掺铒光 纤作为饱和吸收体构成Sagnac环作为 激光单纵模选择元件,该选择元件与环形腔布里渊激光器构成双环结构的单纵模布里渊激光 器,设计一种串联结构双PID高精度温度控制系统,通过串联PID算法,利用闭环负反馈结构 实现温度的高精度、高稳定控制,当温度从26 ℃上升到目标温度40 ℃时,建立稳态的时间为 35 s,超调量仅为0.1%。利用该温度控制系统 控制布里渊激光器,当温度从25 ℃到85 ℃变 化 时,获得了11.04到 11.106 GHz的微波信号输 出,信号频率和温度的斜率为1.1 MHz/℃,当 泵浦波长从1528 nm到1565 nm变化时,获得了11.04到10. 77 GHz的可调谐微波信号输出。

摘要:本文提出了一种基于新型非周期高对比度亚波长 光栅(High Contrast Subwavelength Grating,HCSG)的谐振腔 增强型(Resonant Cavity Enhanced,RCE)光电探测器(Photodetector,PD),该器件是由顶 部光栅型上反射镜、PIN光探 测结构和分布式布拉格下反射镜(Distributed Bragg Reflectors,DBR)组成。新型非周期HC SG上反射镜是由局部湿法 氧化后形成的Al₂O₃间隔层和非周期GaAs光栅组成,实现了850 n m波段TM模式偏振光的高反射会聚特性,反射 率达到了86.5%且在1.5 μm焦距处实现了光束 会聚。下反射镜是由周期GaAs光栅和GaAs/Al0.9Ga0.1As DBR组成, 周期GaAs光栅对入射光有偏振选择特性,对TM模式的偏振光透射率为96.1%,而对TE模式的偏振光透射率仅有 3.7%。该器件利用了传输矩阵理论方法仿真模拟了其量子效率,量子 效率达到了71.8%,半高全宽接近于0.1 nm。 有效的解决了光电探测器的高量子效率和高响应带宽相互制约的问题,为下一代光通信系统 的发展提供了良好的基础。

摘要:周界安防系统是重要区域和设施的第一道防线, 高性能的安防技术可以消除或减少外 部的威胁。基于窄带光纤光栅波长选择反射原理,设计了一种高灵敏度的光纤光栅震动传 感器并利用相位载波调制解调技术实现对传感器震动信号高精度实时解调。震动传感器通过 地埋的布设方式,利用光纤光栅震动传感器波分、空分、时分的复用技术,实现在较长的光 纤布设长度内对突发事件进行远程和实时监控。进行了野外试验,试验证明,通过合理算法 分析传感器时变信号的能量谱和峭度等参数该系统可准确的识别70 m 内人员走动和200 m内车辆行驶。该系统可广泛应用于边境线、机场 、核场所等重要区域的周界安防中。

摘要:光和物质相互作用的过程可通过密度矩阵方程理 论描述。本文基于光和物质相互作用的密度矩阵方程 理论,模拟研究了双光场作用下梯形三能级里德堡原子系统的吸收特性,发现只有耦合、探 测场强度小于 临界值时,探测吸收呈现共振增强的特性,吸收峰值随着耦合、探测场的增强而增大,当场 强度等于临界 值时,共振吸收达到最大；吸收线宽随探测场增强而增大。场强大于临界值时,吸收峰值减 小,之后随着 场强的进一步增大,探测吸收峰分裂为相对于共振频率对称的双峰结构,双峰间隔随场的增 强而增大,这 归因于强场导致的能级分裂,场强越大,能级分裂间隔越大。双峰位置与EIT系统不同,不 再满足Δ_p＝Ω_c/2。 耦合场越大,双峰位置越接近Δ_p＝Ω_c/2。随着耦合场 的增强,弱探测场时双峰峰值缓慢增大,而强探测场时,双峰峰值缓慢减小。

摘要:激光超声检测方法在结构损伤检测领域有着广泛应 用。增加激光信号用于损伤成像的技术难点。针对此挑战,采用提出的Morlet小波分析法提 取激光宽频信号中对应中心频率下的窄带信息。为实现损伤 的可视化,分析比较了导波阵列波束成形损伤成像算法中时间延迟叠加算法和相位延迟叠加 算法,其中相位延迟叠加成像法对频域内所有频率成分实施延迟叠加能克服导波的频散效应 得影响,能实现对损伤更精确的定位。为验证该方法的实用性,构建了激光激励/接收完全 非接触式的实验系统,通过对Morlet小波分析后的信号采用延迟叠加算法对损伤进行成像, 实验结果表明了:相位延迟叠加成像法成像效果比时间延迟成像法成像效果更佳,定位更精 确。

摘要:利用算符激发作用产生新的量子态的方法,将Le gendre多项式算符作用在压缩真 空态上,构建了Legendre多项式算符激发压缩真空态。采用数值计算方法,讨论了它的压缩 效应,反聚束效应,亚泊松分布等非经典性质。研究结果表明:Legendre多项式算符激发压 缩真空态呈现出压缩效应,但它的压缩效应比压缩真空态更弱；它还呈现出压缩真空态没有 的反聚束效应和亚泊松分布性质,但它的反聚束效应随压缩参数增大而减弱；另一方面,随 Legendre多项式阶数增大,它的压缩效应,反聚束效应,亚泊松分布均减弱。

摘要:由于激光畸变所产生的现象及其形成的物理机制十 分丰富,对畸变激光传输特性的研究已然成为一个重要的光学类课题。对此本文将以激光的 圆孔衍射作为切入,采用Zernike多项式函数拟合相位畸变元件的方法,探讨具有高斯型分布 的激光束在圆孔衍射过程中的光束畸变。进一步分析波长、传播距离及函数的阶数对光束畸 变的影响。结果显示,在畸变影响下,由于相散畸变因子作用导致光束 发生对称性退化,引起光束发生分裂,中心光强位置发生偏移,产生像散和离焦畸变现象。 而Zernike多项式函数中q 值会显著影响畸变中光束发生分裂的数量,且随激光波长和传播距离的增大,其畸变影响增 强,像散和离焦变得越明显。

摘要:鉴于传统的可见光与红外图像融合方法存在的边缘 模糊与清晰度低等问题,提出了一种基于脉冲耦合神经网络(PCNN)与直觉模糊集(IFS) 的可见光与红外图像融合改进算法。该方法首先利用IHS变换,分离可见光图像的亮度信息 I；其次,利用非下采样轮廓波变化(NSCT)将I分量与红外图像分别进行分解,得到高低频系数；对低频部分采用高斯隶属函数 和直觉模糊集进行融合,对高频部分采用PCNN模型进行融合；再次,通过非下采样轮廓波逆 变化得到融合图像的I分量；最后,进行IHS逆变换得到彩色融合 图像。大量仿真结果表明,这种融合方法能很好地保留可见光与红外光源图像的特征信息和 细节信息,融合后的图像的轮廓更加清晰,具有更良好的视觉效果。与现有的其它红外光和 可见光图像融合方法相比,本文提出的方法,其融合图像的熵值、边缘保持度、互信息、标 准差、结构相似度等指标都有明显的提高,有效地验证了本文算法的有效性。

摘要:多节点协作频谱感知通过融合不同地理位置节点的检测信息,提高了对主用户使用 状态的感知性能。但感知性能与感知节点数目之间是非线性关系,感知节点的增加导致能量 消耗的增加,而信息量少的节点参与协作感知不利于提高感知性能,反而增加了额外的能量 消耗。为提高感知效率,降低能量消耗,提出一种节点选择算法,该算法只调度可信度高的 节点参与协作感知,排除性能差的节点参与协作感知,融合中心通过机器学习机制与外部环 境不断交互信息,对节点性能进行实时评,及时剔除可靠性下降的节点,动态选择高可靠性 的节点参与协作感知,维持高可靠性感知的动态平衡,提高认知网络的鲁棒性。实验结果表 明,本文中的算法在6个能耗单位下检测概率可达到99%,在有效降低 能量消耗的同时显著提高了感知性能,远优于传统感知方法。

摘要:在逆向调制(modulating retro-reflector,MR R)自由空间光通信(free-space optical,FSO)系统中, 激光信号在传输过程中受到双程大气湍流的严重影响,导致系统误码率性能恶化。本文提出 采用低密度奇 偶校验编码(low density parity check,LDPC)方法来降低MRR FSO通信系统的误码率, 并且尝试使用微角 锥棱镜阵列(microcorner cube retroreflector arrays,MCCRA)来改善MRR FSO信道的传 输稳定性。本项研究 中搭建了MRR FSO通信实验平台,进行了基于LDPC编码的频分双工MRR FSO通信实验。实验结 果表明 使用LDPC编码的MRR FSO系统增益约为3dB,使用微角锥棱镜阵列作为MRR FSO反射器件能够 通过补 偿大气湍流引起的相位畸变来提升系统性能。结果还证明了LDPC编码相较于MCCRA,更能够 提升MRR FSO系统的误码率性能。由此可见,将LDPC编码方式与微角锥棱镜阵列结合运用于MRR FSO系 统能获得更加优化的系统性能。

摘要:为提高单边带光载无线通信(RoF)系统倍频及载 边比(OCSR)调谐能力,利用马赫-曾德 尔调制器(MZM)和光纤布拉格光栅(FBG),提出了一种基于偏振复用技术的载边比可调光单边 带调制方案,通过调整偏振控制器(PC)偏振角度即可实现大动态范围的载边比调谐。理论分 析了方案的基本原理,讨论了相关参数对载边比调谐特性的影响,理论研究与实验结果较为 一致。结果表明在误码率(BER)为10－9时,当载边比从4.35 dB调谐到0dB并经50 km光纤传输后接收机灵敏 度可提高1.31 dB。

摘要:本文采用血清拉曼光谱方法探究了创伤后应激障 碍(PTSD)的发病率与创伤环境中暴露时间 长短相关联的原因与机理分析。在本实验中以大鼠为研究对象,测试了28例延长创伤环境暴露时间 和27例非延长创伤环境暴露时间的大鼠血清样品。在被测大鼠血清拉曼光谱中特征峰的暂定 分配表明各组 之间的特定生物分子具有一定的差异性。采用主成分分析提取特征,用以减少高维光谱的维 数,来提高判 别模型的速率,并对提取后的特征分别采用BPNN,ELM和SVM进行分类,其中SVM算法又分别用 线性 核函数、多项式核函数和RBF核函数(高斯核函数)三种不同的核函数来建立模式识别模型 。PCA-RBF-SVM取得的结果最好,准确率为94.5%。研究结果表明, 不同创伤环境暴露时长的血清 拉曼光谱存在明显的差异性,暴露时长使其化学或分子物质发生了改变,继而可能导致创伤 后应激障碍的发病率发生变化。

摘要:针对三峡库区的特殊地形,设计了一种适应三峡 库区环境接入应用的偏振复用双二进制自由空间光接入系统。在 天气较好条件下,10 Gb/s偏振复用双二进制信号在1km自由空间光 无线信道中成功进行了收发和传输。测试了该接入系统 中两路偏振复用信号传输前后的光谱、眼图和误码率等指标,测试结果表明: 10 Gb/s偏振复用双二进制信号在晴天条件下 经1km自由空间光无线信道传输后的接收眼图清晰可见,信号接收质量较高,并在误码率为 10－6情况下,测得经偏振解复 用后解调还原的两路数据信号的最佳解调判决点分别为0.5 bit和0.51 bit,系统接收机灵敏度为－2.7 dBm,该接入系统方案具 有良好的收发及传输性能。与常规接入通信方式相比,该方案不仅能够有效提升有限带宽内 的信号光谱效率,还能在三 峡库区的特殊地形区域实现“最后一公里”接入信号的自由空间高速无线传输。