2014年 第43卷 第5期
针对InSb 红外焦平面芯片中InSb 与Si 读出电路热膨胀系数不匹配导致芯片龟裂及铟柱断裂现象，开展了Si基InSb 红外焦平面探测器（FPA）的研究。运用磨抛减薄技术及金刚石点切削技术对芯片背面进行精确减薄，得到厚度为15m的InSb芯片；研究了在InSb芯片和Si片上溅射及蒸发减反膜工艺，得到InSb芯片和Si片粘贴后红外中短波光谱的透过率高达88%；对器件的整体工艺路线进行了探索，最终制备出Si基128128元InSb 红外焦平面探测器器件，测试结果表明：器件探测率、响应率及串音等性能指标达到传统工艺制备的器件性能指标；经温冲试验后测试器件结构保持完好，性能未发生变化，证明该工艺路线可解决芯片受应力冲击而产生的铟柱断裂及芯片龟裂的现象，可有效提高InSb焦平面探测器芯片的成品率。
分析基于场景的红外焦平面阵列非均匀性校正方法中的景物退化和鬼影现象，提出了一种基于边缘约束高斯滤波的红外焦平面阵列非均匀性自适应校正方法。该方法设计了一个边缘约束高斯滤波器来获取理想的估计图像，利用最陡下降法得到计算增益校正因子和偏移量校正因子的迭代公式，并通过迭代步长的自适应控制来增快算法的收敛速度。通过仿真实验和真实红外图像处理对比实验表明：相较于目前已有的方法，该方法在有效抑制景物退化和鬼影现象的同时，较好地去除原始红外图像的固定图案噪声，保留了图像细节信息，提高了图像质量。
针对短波红外焦平面阵列探测器弱信号耦合、高帧频输出和噪声抑制的要求， 文中设计了512256面阵探测器读出电路（ROIC）的高帧频模拟信号链路结构。完整的模拟信号链包含运放积分型（CTIA）单元输入级、相关双采样、电荷放大器和互补型输出级。在低温模型基础上，进行了前仿真和提取版图寄生参数的后仿真。仿真得到输出动态范围为2.8V，8路输出的工作帧频高于250Hz。基于CSMC-6S05DPTM0.5m 工艺完成流片，读出电路ROIC芯片的测试结果与仿真结果基本一致，为短波红外焦平面探测器弱信号读出提供了有效的设计选择。
提出了一种增强量子阱红外探测器耦合效率的双面金属光栅结构。采用三维时域有限差分算法（3D-FDTD）对GaAs/AlGaAs 量子阱红外探测器双面结构金属光栅进行了仿真分析。通过对比不同周期、占空比、金属层厚度结构参数下探测器的电场分布及相对耦合效率，确定了4.8 m 探测器优化的双面金属光栅结构。与顶部和底部单层金属光栅结构比较，双面金属光栅结构探测器相对耦合效率提高到3 倍以上。探测器相对耦合效率随光栅周期变化的双峰曲线特性体现了双面金属光栅结构在双色量子阱红外探测器光耦合方面的潜力。同时该结构还可以应用于单色、双色及多色量子阱焦平面红外探测器。
现今红外成像导引头在武器系统中的应用越来越广，在其研制过程中普遍采用红外动态场景模拟器作为实验室内的仿真测试设备，但目前国内还没有红外动态场景模拟器的计量标准，无法保证测试结果的准确可靠。文中设计了一种仿真用红外动态场景模拟器现场校准装置，实现对红外动态场景模拟器光谱范围、帧频特性、辐射温度、非均匀性、畸变等性能参数的现场校准，并取得了较好的试验结果。
线性调频激励的红外检测是一种新型的红外检测技术，能弥补传统红外检测方法存在的不足，对不同的缺陷都具有较好检测的能力，为了研究相位检测法在线性调频激励下的红外检测中的应用，利用有限体积法数值模拟计算出二维瞬态导热模型，得出所建立模型在线性调频激励条件下的温度场，利用FFT变换法对模拟计算得到的材料表面温度进行信号处理，从而得到相位变化信息，得出了Chirp 调制时间、加热强度、材料、缺陷深度、高度、以及宽度等因素对检测结果的影响，为线性调频激励下的红外检测法的应用提供理论支撑。
介绍了动态辐射扫描测温仪相应的硬件和软件设计。硬件设计主要是两部分：光学设计和电路设计。光学设计主要包括光学镜头、扫描镜、激光器、透镜组以及孔径光栏这五部分。电路设计由前置放大电路和数据处理电路组成。前置放大电路包括前置放大器AD820、反相放大器OP07 以及继电器三个部分；数据处理电路采用STC12C5A16S2 单片机最小系统，通讯采用MAX232 进行；并且将12864k12 作为液晶显示屏；其中，运用矩阵键盘，按键的功能包括发射率的设定、扫描频率的设定、测量键、通讯键和复位键，并且采用AC/DC 的电源模块。动态辐射扫描测温仪采用非接触法测量，这种测量方法的主要优点是测量精度高、响应速度快、测试方便、便于携带等，使得该测量仪能够在危险系数高、辐射强度大、具有腐蚀性等恶劣环境下进行测量，使用方便，因此在市场中有着广阔的应用前景。
从红外光谱吸收理论出发，提出了一种高精度的红外光学气体传感器气体浓度信号处理方法。重点阐述了气体浓度计算模型的建立和各参数的实验确定方法。从气体浓度计算的原理分析入手，通过逐步修正郎伯-比尔定律得到了一个有效的气体浓度函数关系式，供计算气体浓度用。为了减少外界温度对传感器检测结果的影响，实施了温度补偿，使得传感器能在不同温度条件下使用。经测试，传感器达到了10010-6的分辨能力，具有良好的稳定性，能够满足许多场合的使用。
文中通过微晶化工艺制备出钡镓锗透明微晶玻璃，并研究了其透红外性能和力学性能。结果表明，810~910℃热处理0.5 h 时，钡镓锗微晶玻璃析出单一ZrO2 晶体。处理温度为830℃时，钡镓锗微晶玻璃中开始析出少量ZrO2 晶粒，尺寸约几个纳米；处理温度升到870℃时，平均晶粒尺寸为250 nm；晶化温度高于870℃时，晶粒数量显著增多，晶粒粗大，而且发生团聚现象。晶化温度为810~850℃时，可以获得透红外性能和力学性能兼顾的钡镓锗透明微晶玻璃；处理温度为870℃时，钡镓锗微晶玻璃的力学性能出现极值，但透红外性能降低；若继续升高处理温度，钡镓锗微晶玻璃的透红外性能和力学性能均下降。
空气动力表面温度和压力分布的精确测量对理解复杂流场内部机制和流体力学仿真模型的验证具有重要意义。热敏磷光表面测温技术作为一种面测量技术，具有非接触测量、可对试件全尺度测量、空间分辨率高等优点。开发了一种室温到800 K 温度范围内的双色热敏磷光涂层材料。该发光材料受激辐射的发光光谱的两个发射峰光强在不同温度下呈现不同的衰减趋势，根据这种规律发展了双色测温技术。建立了热敏涂料温度标定系统，获得了双峰光强比与温度的变化曲线。采用双色法测温技术测量了旋转曲面物体表面的温度分布。结果表明，双色热敏磷光涂层测温技术能够实现物体表面温度的定量测量，对于测试技术的发展具有重要推动作用。
为了研究半导体光放大器（SOA）中自相位调制（SPM）效应对光信号传输性能的影响，从SOA中光脉冲的传输方程出发，采用数学推导的方法，分析了SPM 效应的产生机理，得到了光脉冲经SOA 放大后的时域和频域变化特性，并针对无啁啾和带啁啾光脉冲两种情况进行了仿真研究。结果表明：SPM 导致了光脉冲时域波形的倾斜和频谱的红移，并且随增益的变大倾斜和红移的程度增强；啁啾系数的符号决定了频谱是红移还是蓝移。
介绍了一种利用激光选择聚焦的结构来增强光电探测器的光电响应的方法。通过采用工作在传输模式的振幅型菲涅耳波带片，获得了较高的激光收集效率，同时也较好地抑制了背景光。当激光入射时，集成了菲涅耳波带片的InGaAs/InP p-i-n 光电探测器和InGaAs/InP 雪崩光电二极管的响应分别增强了36 倍和4 倍，而当模拟自然光的卤钨灯照射时，集成了菲涅耳波带片的两类光电探测器的响应均被抑制了30%。集成了菲涅耳波带片的探测器显现出对激光信号的较强吸收，对模拟自然光的卤钨灯光源的明显抑制。
研究了光纤环形腔光反馈系统的锁相原理和锁相过程，分析了聚焦透镜焦距对锁相速度的影响；基于宽谱放大以及受激布里渊散射效应的数值模型，评估了系统各路之间光程的方差大小、动态相位噪声频率大小，受激布里渊散射效应对系统的选频过程及其稳定性的影响。计算结果表明，选择合适的聚焦透镜焦距，可以获得较快的锁相速度；相位噪声会引起光束质量退化，严重时导致跳模现象发生；高功率输出时，光纤中的受激布里渊散射效应会限制各频率下的峰值强度，并导致更多波长激射以及光束质量退化。理论证明了环形腔光反馈会提供一种模式线宽随反馈次数增加而不断压窄的机制，SBS 效应的存在则提供了一种谱线展宽机制，使得实际模式线宽稳定在均衡值。
作为一种新型激光光源，超连续谱光源由于具有白炽灯的光谱宽度和激光的亮度，成为目前研究的一个热点，但其光束质量的评价方法至今研究报道的较少，给应用带来了不便。分析比较了各种常用光束质量评价方法的优缺点，提出用测量典型波长光束质量，结合光谱特性及光束同轴性分析评价超连续谱光源光束质量的方法，并用此方法对一台超连续谱光源的光束质量进行了测量。结果表明，超连续谱光源的光束质量与泵浦光的功率密切相关，功率较小时M2 因子在1.5 以下，功率较大时M2维持在1.9 左右。另外，可见光部分光束质量M2因子在1.5 左右，且随着泵浦功率的提高，光束质量越变越好，维持在1.3 左右。
文中通过激光超声激发过程理论模型，获得激光超声信号的波形特点，并分析相关参数对激发超声信号的影响。应用两种不同的激光超声探测方法对激光超声信号进行探测，即分别采用超声探头和基于双波混合干涉的光学探测方式搭建两种实验装置。实验针对入射激光参数对激发超声信号的影响及两种探测方法获得激光超声信号的特点进行分析。通过实验验证了理论分析结果，得出入射激光参数会影响激发超声的幅度，而基于双波混合干涉的光学探测方式可以获得更为完整的超声波形信息。
半导体激光器在各领域的广泛应用要求其输出功率不断提高，使得多芯片集成封装大功率半导体激光器的发展成为主流之一。针对典型的12 只芯片以阶梯形式封装的百瓦级激光器，利用ANSYS 软件进行了稳态热分析，模拟得出芯片有源区温度及其热耦合温升与热沉结构尺寸变化的关系曲线，分析了该激光器热特性，进而提出一种使芯片散热较好的热沉结构。
光学镜面的散射对光学系统的性能有十分重要的影响。选用可见光0.632 8m、近红外光1.053 m 和热红外光10.6 m 三种激光波长，利用修正的米氏理论和光学表面的双向反射分布函数（BRDF）研究光学镜面在不同污染条件下激光的传输特性。研究结果表明：当镜面粗糙度远远小于入射光波长（ ）时，干净镜面的散射强度与成正比，与成反比。污染镜面散射强度与污染颗粒的尺寸和数量有关，颗粒分布越复杂，散射越显著。另外，波长越短，BRDF 越大，散射越复杂。
为了改善激光声信号的特性，设计了激光声换能器。对换能器的设计原理和结构进行了说明。构建了激光声实验系统，利用脉冲激光分别在自由场和换能器内部聚焦击穿水介质产生声信号，由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器。对两种条件下产生的激光声信号特性进行了比较。结果表明：同自由场产生的激光声信号相比，利用换能器产生的激光声信号特性有了一定程度的改善。其中，信号峰值幅度提高了3 倍，能量向60 kHz 以下频段集中，1m处发散角压缩到13.2，衰减速度变慢。
高功率光纤激光器的广泛应用前景使其成为固体激光器的研究新热点，但是由于受到受激布里渊散射（SBS）和受激拉曼散射（SRS）的影响，严重限制了单根光纤的最大输出功率，与此同时随着输出功率的增加带来了光束质量变差的问题。光纤激光并联组束的方法因其光束质量差，也在其应用上受到诸多限制，而基于倏逝波耦合的多路激光束相干叠加实现的相干组束技术则能使输出功率得以提高的同时保证好的光束质量。基于上述的问题，文中设计出解决方案并理论计算对比了一芯、三芯、七芯的光子晶体光纤光强分布情况，证明集成式多芯光子晶体光纤可以很好地实现相干组束输出，这为实现光纤激光器高功率和高光束质量输出提供新的可能途径。
增益调制非扫描激光雷达是一种新体制的激光雷达，其测距精度的研究具有重要价值。从增益调制激光雷达距离表达式出发，研究了增益调制激光雷达各系统参数对于距离精度的影响关系，综合考虑了回波强度较低时的光子噪声和距离精度较高时微通道板的增益饱和带来的影像，给出了测距精度与回波功率的关系曲线，得到了增益调制无扫描激光雷达系统存在一个回波强度区间，通过调整系统参数控制回波强度在该区间内，可以保证系统获得最高的测距精度。
碱金属蒸汽腔是芯片原子钟（CSACs）中重要的核心部件之一，其微型化制造具有重要的实用价值，同时也非常具有挑战性。采用MEMS 技术批量化制作了具有双腔结构的芯片原子钟87Rb 蒸汽腔阵列。在阳极键合过程中，通过原位化学反应产生纯净的87Rb 元素蒸汽，缓冲气体（N2）采用反充的方法充入到87Rb 蒸汽腔内以保证缓冲气体的压强可以精确的控制。所设计的双腔结构可以防止原位化学反应中产生的杂质阻挡光路，从而能够提高探测到的光信号的强度。通过原子钟桌面系统测试，得到了87Rb 元素D1 线的光学吸收谱和用于芯片原子钟锁频的误差信号，在90℃时，87Rb 元素D1 线纠偏信号的线宽（波峰与波谷间距）可达到0.53 kHz。测试结果表明，双腔结构的87Rb 蒸汽腔满足芯片原子钟或其他芯片级原子器件的设计要求。
原子光刻技术可以制备高重复性的铬原子纳米条纹光栅，这种光栅可以作为纳米节距标准，实现对高精度的扫描探针式显微镜、电子显微镜等高端仪器的校准。高真空腔体中的固态铬原子受高温喷发出气态原子束，运动的原子束在冷却激光场和激光驻波场的分别作用下，实现原子束的准直与汇聚，沉积在位于激光驻波场后面的InP基片上。经过3h的堆积，得到间距为212.78nm，高度为9nm 的铬原子纳米条纹光栅。针对条纹生长速率较慢的问题，分析了具体原因，为后续工作提供参考。
采用266 nm 或355 nm 的紫外激光器可以对微小的金属薄膜器件直接进行激光精密加工。但是，目前紫外激光器的输出功率普遍较低，以至于还不能对大幅面、深尺度的光泽金属进行激光加工。为了克服光泽金属对大功率固体激光器输出的1064 nm 激光的高反射率和散热快问题，采用了优化谐振腔和扫描聚焦系统的光学方法，实现了激光单模运转，功率密度达到了1.592109W/cm2，由此也使得加工工件通过原子吸收激光能量的方式改变为通过金属中的自由电子的等离子体激射来吸收激光能量。在平均功率为50W、重复频率为500 Hz、焦斑直径小于20 m、脉冲宽度为80 ns、切割速度为10 mm/s 的加工条件下，对厚度为10 mm 的大尺寸紫铜板直接进行了激光精密刻蚀实验，切割的槽宽和槽深均为10010 m；槽间距为30015 m，均达到了初始设计的指标要求。
利用离散偶极子近似法和Bruggeman有效介质理论，研究了含有黑碳和硫酸盐两种成分的内混合致密气溶胶粒子在尺度参数变化范围为0.1~25 时的光学特性，并通过分析比较两种算法计算光学特性的差别研究了有效介质理论对致密内混合粒子光散射的适用性。对单分散系，有效介质理论在瑞利散射区具有较好的适用性，能较好地被用来近似计算内混合粒子的消光、吸收、散射、后向散射效率因子、不对称因子、消光后向散射比和单次散射反照率，相对偏差皆在7%以内；而有效介质理论在米散射区的适用性较差，相对偏差最大可分别达到25%、88%、66%、5 000%、42%、1 100%和47%，但当内混合体所含的内核较小（体积比1%以内）时仍可以近似使用。在粒子尺度参数大于4 时，有效介质理论基本上会低估散射效率因子，却会高估吸收效率因子和不对称因子。而对多分散系，有效介质理论能近似用来计算各光学参量，相对偏差在9%以内。
VPP 方法对小尺度风场结构中心区域的反演展现了良好的性能，但在边缘区域，由于风速变化剧烈，破坏了径向风场的连续性，导致反演算法在该区域失效。研究了受干扰的反演区域的识别和定位方法，推导出同一个径向上水平切向风速一致，依此对水平切向风速修正，提出一种改进的VPP反演算法，采用该方法反演模拟的小尺度辐散风场，仿真结果验证了方法的有效性。
扩展源发出的光经过平均密度场传输的成像还没有被充分地研究。当某个扩展源与某个侧窗头罩内的成像系统相距较近时，用光线追迹和傅立叶光学研究该扩展源发出的光经过平均密度场传输的成像特性。研究发现扩展源上不同点光源的成像偏移角和成像模糊指标有差异。因此采用综合偏移指标、综合模糊指标来分别描述扩展源成像的总体偏移、模糊情况。研究发现：当扩展源和成像系统的相对位置不变，平均密度场相对成像系统分别沿流向、展向、光轴方向平移时，上述两个指标均会发生变化。并且在这三种情况下这两个指标的变化情况各不相同。对上述现象的原因进行了深入的分析。在工程设计中，该研究有助于选择成像系统相对窗口的合适安装位置。
龙虾眼光学的灵感来自于生物界中龙虾眼睛独特的结构形式。龙虾眼透镜的像点是十字形分布，由焦臂、焦点组成，在光波段应用存在明显的背景杂光，严重制约了其应用。通过对龙虾眼透镜的聚焦过程进行分析，提出了使用吸收涂层法对龙虾眼透镜杂散光进行抑制，综合运用末端涂层法和贯穿涂层法消除十字焦臂及背景光从而抑制杂散光。通过使用杂光分析软件进行建模对比分析表明，在不降低中心焦点照度的前提下，使用吸收涂层可以显著抑制龙虾眼透镜的杂光。背景杂光水平降低约一个数量级，而十字焦臂弥散减小并且强度下降约40%。从而可以明显提高信噪比与图像的对比度。
为了实现无掩模光刻系统所需求的矩形准直平顶激光光束照明，提高照明系统的能量利用率，提出了一种利用双自由曲面整形的照明系统设计方法。根据光程守恒原理和折射定律，推导了积分形式的双自由曲面面形方程；采用数值解法求解积分方程，分别设计了含有双自由曲面的双透镜整形单元和单透镜整形单元的照明系统，使用光学设计软件对两种照明系统进行模拟，得到两种照明系统的照明均匀性在93%以上，能量利用率大于91%。结果表明，两种照明系统均能实现无掩模光刻系统的高均匀性、高能量利用率照明。
针对非成像式激光告警系统的工作特点与要求，提出并设计了一种双片式柱透镜光学结构。对柱面光线追迹以及柱透镜成像进行了深入分析，提出了一种新型像差优化方法，使其在子午方向各个视场的调制传递函数得到最大幅度的优化。此光学系统由两片硒化锌柱透镜组成，满足了1.0~4.0 m 工作波长范围，并且克服了传统单片式柱透镜和柱面反射镜视场通常小于1且聚焦线斑不理想的缺点，其视场达到20，在7lp/mm 空间分辨率条件下，边缘视场子午方向的调制传递函数值优于0.7，达到了非成像式激光告警系统的要求。
深部脑刺激可以有效治疗帕金森病、癫痫、抑郁等疾病。深部脑刺激电极是深部脑刺激系统中的重要组成部分，传统的四触点电极由于通道少，触点面积大，分辨率低，容易刺激不必要的区域从而引起副作用。为提高深部脑刺激的分辨率和精度，设计了一种具有24 个触点的深部脑刺激电极，并利用微机电系统制作技术制作出柔性电极。该柔性电极基底材料为生物相容性良好的聚一氯对二甲苯（Parylene C），导电材料为金。电极触点和焊点均为285 m1 500 m，连接焊点和触点的连接线宽为50 m 。初步电学测试表明，电极具有良好的低阻抗电学性能。使用多触点电极可减小触点尺寸，提高刺激的分辨率，改善脑刺激电极在临床中的治疗效果。
院基于衍射微光学理论，发展了一种面向红外波段衍射微光学元件的设计和制作方法。采用标准半导体技术工艺流程制作了若干个器件。文中设计的红外衍射元件主要用于形成复杂的光场，其振幅和相位都能有效地得到控制。所制造的衍射微光学元件，通过在元件表面形成良好的相位图案，把普通的高斯光束转换成所需要的经大气湍流环境影响后的图形。该结构能够被用于产生湍流波前从而模拟大气湍流中的光场，进而再现波前以评估大气湍流的影响。
由于LED配光特性不同于传统光源，为了将LED 应用于汽车照明中需对LED 进行二次光学设计。文中根据LED 汽车前照灯的配光特性，提出了一种自由曲面LED 汽车前照灯光学透镜的设计方法。首先由能量守恒原理，在接收屏上的坐标和透镜自由曲面上的坐标之间建立能量的一一对应关系，基于非成像光学理论，采用照度优化设计法，运用数值计算求解出光学透镜曲面各个点坐标的坐标值，并使用三维模型软件制作出透镜光学模型。通过蒙特卡洛模拟法来追迹光线仿真，最后的配光效果完全满足《汽车用LED前照灯》（GB25991-2010）标准，系统的光学效率得到显著提高，可达到91%。
变焦凸轮是变焦镜头中驱动各个镜组运动的关键部件，凸轮曲线的设计结果决定了变焦系统的运动性能、系统精度以及系统成像等方面的特性，因此，变焦凸轮的设计是变焦距镜头设计中重要环节之一，优良的凸轮性能是实现镜头光学设计像质目标和连续变焦过程的基本要求。为了设计出优良的曲线形态以确保凸轮具有较小的压力角，使变焦过程平滑稳定、运动流畅，既能有效减小变焦系统的驱动力矩，又可以确保变焦成像的稳定性。在凸轮设计过程中，分别构造凸轮变倍组和补偿组驱动力矩与各自压力角的函数表达式，再以它们的函数组合构造整体目标优化函数，优化计算变倍曲线压力角与补偿曲线压力角的最优值，优化计算结果表明，优化后凸轮等效驱动力矩显著减小，能够有效改善变焦凸轮的整体性能。
航空相机执行机构的核心是像面扫描系统，要求高扫描精度、高扫描频率、体积小、结构简单，否则成像模糊、成像帧频低。国内外低精度的扫描机构采用旋转电机外加凸轮、齿轮、涡轮蜗杆等机械传动机构将旋转运动变为直线扫描运动，搭建的像面扫描系统体积大、结构复杂、智能化程度低与未来相机的发展趋势不吻合。设计的新型高频高速像面扫描结构，直线往复扫描运动执行机构选用音圈电机，像面扫描方式为矩形扫描方式。为满足指标要求，采用音圈电机持续力控制和滞后超前控制相结合的控制策略。实验表明，线速度103 mm/s，线性行程0.2 mm 时，实现了扫描频率15 Hz，稳速精度0.2%，满足了工程要求。
依据光学被动消热差理论，利用硫系玻璃的热稳定性、长波红外透过特性等优点，对长波非制冷双视场光学系统进行了无热化研究，设计了一个大相对孔径、3 倍变焦的双视场长波红外光学系统。其具体参数为：F/# 为1，焦距为50/150 mm，总长240 mm，采用640480 的焦平面探测器，像元大小为17 m17 m，工作波段8~12 m，系统使用了三种长波红外材料：Ge、ZnS、IRG201。在-40~60℃下，其长短焦处像质均接近衍射极限。
为实时监视空间光学。感器的工作状态并在其产生异常时自动告警，设计了基于。感器工作命令集合的功率特性分析方法。通过采集和迭代不同命令集与功率间的对应关系，得到基于命令集的动态阀值函数。针对浪涌和命令的延迟等实际情况，优化了阀值函数，并应用于功率监控系统。该监控系统采用20 Hz 的功率信息采集频率，对某命令更新周期为512 ms 的空间光学。感器12.5 天的热循环实验过程进行监视，结果表明：该方法准确地监视了。感器的状态，告警正确，无虚警现象，使空间光学。感器的功率告警达到实用阶段。
光纤陀螺惯导系统在进行空间自主导航时，需要经历长期复杂的空间环境，这会使惯性仪表的某些性能发生变化，光纤陀螺仪的光功率下降是一种比较典型的失效模式，这会导致光纤陀螺仪的带宽下降，当航天器进行变轨或姿态机动时其导航精度会降低。针对上述问题，文中提出了微粒群优化的光纤陀螺仪动态补偿方法，根据光纤陀螺仪和参考模型在相同输入下的响应，优化得到补偿环节的参数。但微粒群算法存在过早陷入局部最优解的缺陷，为提高算法的全局搜索能力，采用模拟退火算法使其以较大的概率跳出局部最优解。通过光纤陀螺导航系统的动态导航试验验证了该方法能够有效地补偿光纤陀螺仪的动态特性，提高机动条件下的导航精度，具有较强的工程实用价值。
星图是星敏感器技术研究中不可或缺的重要数据，利用计算机进行星图模拟成为一种获取星图的捷径。提出一种通过扩展编程，模拟星敏感器光学系统成像过程，获取星图的方法，建立星图模拟系统。首先，在分析光学系统成像模拟基本原理的基础上，讨论利用软件接口，通过扩展编程实现模拟成像的必要性。然后，详细介绍成像模拟、增加噪声和伪星、存储和输出星图等步骤的实现方法，以及扩展编程方法的具体运用。最后给出星图模拟系统的设计结果，并针对给定的光学系统，给出实例，验证模拟方法。结果表明模拟方法正确，操作简便，程序设计工作量少，星图模拟系统人机交互性强，功能多样，提供的数据丰富多样，对于促进星敏感器技术研究具有重要意义。
紫外天体模拟器为空间探测工程中紫外有效载荷的重要测试和仿真设备。为了解决紫外天体模拟器辐射参数现场校准存在的难题，建立一套便携式紫外天体模拟器辐射参数现场校准装置，实现紫外模拟器瞬态辐射参数校准和高灵敏度辐射参数校准。校准参数包括光谱辐亮度、光谱辐照度等。校准的光谱范围为200~400 nm，该装置的建立完善国内的紫外校准技术研究体系，填补我国现场计量型的紫外标准的空白。
为了进一步提高光电稳定侦查平台的抗干扰能力，文中提出一种基于扰动频率自适应的自抗扰控制新方法。首先，基于带宽单参数化的设计方法，设计了扰动频率自适应的扩张状态观测器，从而解决了传统扩张状态观测器对二阶及二阶以上系统扰动观测存在明显相位滞后的影响；然后，设计了带扰动补偿的控制规律；最后，在模拟飞行器中以2.5 Hz 以内任意频率扰动的作用下，测试其抗扰动的性能。实验结果表明：对比于传统的平方滞后超前控制器，采用于扰动频率自适应的自抗扰控制器，系统的扰动隔离度至少提高6.72 dB，且随着扰动频率大于0.5 Hz，扰动隔离度的提高更为明显，最优情况已达到12.94 dB；同时，该控制器具有很强的鲁棒性，允许被控对象参数在10%的范围内浮动，满足高精度光电稳定平台的性能要求，具有较高的实用价值。
全息三维变形测试在军事、工业测试中有重要意义，而传统的全息术由于记录、显影、定影、再现、复位等条件使其应用受到限制。文中应用CCD 实现了数字全息，不仅避免了传统全息显影、定影等过程，也避免了全息材料非线性记录等缺点，并基于双曝光全息干涉术和四步相移法原理，实现了数字相移，取代了传统的应用压电位移器等机械相移法，实现了物体的三维变形测试。由物体变形的二维等高线图和三维立体图，可判读物体变形的大小、变形的方向和变形的形状。大量的实验表明，该方法不仅简化了全息干涉测试的光学装置，而且具有操作简单，测试精度高，其精度容易达到1 /10 波长。
为准确估计捷联导引头视线角速率，建立了全捷联导引头数学模型，根据弹目运动相对关系进行视线角速率解耦与估计算法研究。首先，建立了全捷联导引头数学模型，并利用Taylor 级数对其进行线性化；接着，根据弹目运动几何学与坐标系相对关系推导视线角速率解耦算法；然后，针对捷联导引头无法直接测量体视线角速率的问题，提出微分+稳态Kalman 滤波方法估计体视线角速率；最后，建立视线角速率解耦与估计算法验证系统并进行仿真实验，结果表明：解耦算法绝对误差小于510-5 rad/s，相对误差小于0.3%，验证了解耦算法的正确性；在包含导引头数学模型的条件下，采用角频率为19.2 rad/s 的稳态Kalman 滤波器，视线角速率估计误差小于410-3 rad/s，较直接微分方法的估计误差提高近一个量级。视线角速率解耦与估计算法同时能满足制导系统对精度与动态性能的要求。
文中针对飞翼无人机因其宽泛的飞行包线和特殊的布局带来的飞行控制技术难点，给出了一种自适应串级自抗扰飞翼无人机宽包线控制算法。首先，推导了适用于该算法的弹性飞翼无人机的非线性数学模型；其次，分别设计了弹性飞翼无人机的内环和外环自抗扰姿态控制器。自适应自抗扰控制器利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿，再利用NLSEF 抑制补偿残差；不需要无人机精确的模型参数，也无需精确的气动参数及摄动界限。仿真分析显示所设计的自适应自抗扰控制器较好地解决了弹性飞翼无人机从低空低速到高空高速的鲁棒控制，能够克服干扰及气动模态参数大范围摄动的影响。
用磁单负材料A 和电单负材料B 组成了（ABBA）N 型一维光子晶体，利用传输矩阵法计算表明：在4 500~7 500 nm 间出现了3 个塔姆态。这些塔姆态有如下特性：入射角增加，其透射率不变，但半峰全宽度变窄，位置发生蓝移；在同一入射角时，TM 波塔姆态的蓝移量大于TE 波的。两介质的几何厚度同时增加时，TE 波和TM 波塔姆态的透射率和半峰全宽度均保持不变，但其位置都发生了红移。A 介质的介电常数A增加， TE 波和TM 波塔姆态的透射率均保持不变，但位置都发生了红移，其半峰全宽度都是先变窄再变宽。
为了对抗电视成像制导武器，采取用可调强光照射目标的方式对CCD 摄像系统的成像过程实施干扰。首先在介绍CCD 摄像系统获取图像流程的基础上理论计算了输出图像灰度值与光照条件、摄像机参数之间的关系；然后，讨论了不同光强比和照射面积比等光照条件对CCD 摄像机增益控制的影响，得到了增益随光照条件变化的调节曲线；最后开展了全局光照和局部光照对成像质量的影响以及按一定出光时序控制光照条件对成像质量影响的实验，并利用结构相似度（SSIM）对干扰图像进行质量评价。结果表明：可调强光能够对CCD 成像过程造成很大干扰，使获取的图像质量大大降低。
为了满足光电跟踪系统高精度跟踪的要求，针对一种新型内外框架式快速反射镜进行了详细的伺服系统设计。首先，对新型快速反射镜进行了数学建模，采用速度环与位置环相结合的双闭环控制方法，对位置校正环节和速度校正环节进行了参数设计。其次，以DSP 为实现平台，详细阐述了快速反射镜伺服系统的硬件组成。再次，对快速反射镜伺服系统的工作模式和软件工作流程进行了详细说明。最后，为了验证快速反射镜伺服系统的性能，进行了锁零实验和跟踪实验。实验结果表明：快速反射镜锁零时响应快速且稳态误差小于0.3，跟踪时跟踪误差均方根小于7。新型快速反射镜伺服系统能够满足光电跟踪系统对快速反射镜的快速性和高精度要求。
光栅副是增量式光电编码器最主要组成部分，它的结构和衍射效应直接与检测精度相关。文中深入地分析了单光栅与双光栅衍射特点，并且从空间调制模型的角度推导光栅副对莫尔条纹的影响。从宏观和微观两个角度分析光栅副的屏函数，研究莫尔条纹光电信号输出波形的不确定原因和反差对比度，进而证明单光栅测量可以减少输出信号的频率成分，获得较高的细分精度和反差对比度。为了证明单光栅角度检测的可行性，给出了一套完整的单光栅角度检测方法。
通过控制Ni 基自熔性合金粉末中Al 的含量，在H13 热作模具钢表面分别原位制备了Ni3Al和NiAl 金属间化合物复合熔覆涂层。借助光学显微镜和X 射线衍射仪对不同熔覆涂层的化学组成和物相结构进行了分析。结果表明，四种不同Al 含量的熔覆层均显现出平整致密、无明显缺陷的宏观特征。随着Al 含量的增加，熔覆层显微形貌呈现出底部枝晶区域增加及枝晶逐渐粗化，甚至出现胞状晶的现象。熔覆层在未加入Al 时，其主要物相为Ni3Fe 及（Ni， Cr）固溶体。随着Al 含量的增加，主要物相则由最初的Ni3Al 金属间化合物、（Ni， Cr）固溶体到Ni3Al、NiAl 金属间化合物和（Fe，Cr）固溶体，再到最终Al 含量达到13.9%时的NiAl 金属间化合物和（Fe，Cr）固溶体。同时，Al 含量的提高使得涂层中杂质相减少。熔覆层摩擦系数均低于基体，最高显微硬度为基体的3.5 倍，耐磨性较基体提高了5.8 倍。
采用高温固相法成功合成了掺杂钼酸盐的ZnMoO4：Ce4+蓝色荧光材料。通过X 射线衍射（XRD）和荧光光谱等测试手段对所制备的材料的晶体结构和发光性能进行了表征。研究结果表明：实验按照理论化学计算比成功合成了ZnMoO4：Ce4+的蓝色荧光粉，该荧光粉为纯相的三斜结构；ZnMoO4：Ce4+在395 nm 处有强电子吸收，且在440 nm 处可发射高强度蓝光，其色坐标为（0.14，0.09）；此外，当Ce 含量为3 mol%时，荧光粉发光强度最佳。
基于单模-多模-单模光纤（SMS）结构的模间干涉现象，在外界环境变化时SMS 光纤结构输出光场散斑图样的变化规律，提出了一种用于振动、应力及温度检测的光纤传感系统。该系统使用光电二极管测量散斑图样部分固定区域的光功率变化，即可得到施加在多模光纤上的外界应力，通过FFT 和Hilbert 变换，可得到外界振动（频率、幅度）和温度变化信息。对该系统的振动测量和温度测量进行定标后，经实验研究测得，该系统振动测量误差小于0.7 Hz，温度测量误差小于5.0%。该系统结构简单，成本低，并可用于多参量的测量。
循环干涉型光学陀螺的损耗随着循环次数的增加而增大，并且耦合器对于光强的分配起着至关重要的作用，文中提出了一种利用定向耦合调制器代替普通耦合器的改进方案，利用定向耦合器可以通过调整工作电压获得交叉态与直通态的特性，改变光脉冲信号进入光路时及光循环经过耦合器时的耦合态，以此来增大信号光耦合进光路的光强，并减少因循环所导致的额外损耗。仿真表明，文中提出的方法可以明显增大检测到的光强，提高光信号的信噪比，从而提高检测精度。
提出一种基于卡尔曼滤波的统计学方法，对光纤温度传感系统的状态进行实时估计并去除系统的噪声，提高光纤传感系统的准确度。光纤温度传感系统属于线性动态系统，被测温度是服从高斯-马尔科夫随机过程的离散时间状态变量，状态噪声是加性高斯白噪声。基于贝叶斯最大后验概率推论（MAP）和最小均方误差（MMSE）准则，新的测量值通过量测更新方程修正后验状态估计值。这种迭代的算法最终可以得到状态的最优估计值。该模型和算法应用在分布式拉曼光纤温度传感系统（DOFS）FGC-LR 中，对其性能进行研究。用局部方差和信噪比评估该算法去噪的能力。常温点处温度的局部方差减小了83.56%，高温点处减小了84.09%。两探测点处的温度信噪比分别提高了18.45%和16.80%。算法在提高光纤传感系统的准确度，实现实时测量上取得了很好的效果。
商用化的全光纤电流互感器（FOCT）的误差一般要求小于0.2%，信号处理方法是决定该类传感器测量准确度的关键因素。论述了全光纤电流互感器的光路结构、工作原理、技术优势和干涉信号特征，提出了一种基于数字开环的全光纤电流互感器检测系统以及实现方案，论述了其工作原理和特点，试验结果表明，该检测方法提高了全光纤电流互感器的性能，使其满足了0.2 级测量用电子式电流互感器的准确度要求， 对解决全光纤电流互感器的信号处理、测量准确度和测量灵敏度等问题具有较大的参考价值。
微光夜视仪和红外热像仪这两种图像传感器互补的成像特性可以使它们在几乎任何条件渊昼/夜/烟/雾）下观察场景。针对微光与红外图像，提出了一种彩色融合算法，可以使融合图像有相对自然真实的颜色感觉。首先用中心-环绕拮抗彩色融合算法产生彩色源图像，然后在YCbCr 颜色空间中让源图像的直方图与参考图像的相匹配。为了增强融合图像的对比度，可以先用灰度融合图像代替亮度分量，然后进行直方图匹配。仿真结果表明文中提出的方法可以使融合图像接近自然真实的颜色感觉，易于分辨识别目标，从而提高观察者或机器视觉系统的工作效率，增强对总体形势的意识能力。
针对传统视频型火焰检测算法误报率高、局限性强等问题，提出一种四步火焰检测算法。首先利用一种自适应混合高斯模型（GMM）检测视频序列中的运动目标；然后采用模糊C 均值（FCM）聚类算法分割疑似火焰区域与非火区域；再提取疑似火焰区域的面积变化、表面不均度等时空特征参数；最后将这些特征参数输入训练好的支持向量机（SVM）分类器以识别火焰区域。实验结果表明，算法不但在提高了检测率的同时降低了误检率，而且适用范围广，是一种有效的火焰检测算法。
分析了近红外星图小波分解系数的特点。依据小波分析的边缘检测特性、解相关性和多分辨率特性结合星点的灰度分布特征设计了不同尺度下的检测模板。在恒虚警概率条件下，提出利用局部阈值克服红外星图本身的背景不均匀性。通过在星图第二次分解的近似系数上检测星点最大灰度值的位置，削弱了单点噪声和条纹噪声的影响。实验结果显示，算法能有效得出视场中的星点最大灰度值坐标，误差在1 个像素位置左右，满足后续星点提取的需要。
由于基于帧间配准误差最小化的非均匀性校正算法（IRLMS）在对红外图像非均匀性的校正过程中，对于存在运动前景的场景缺乏对运动前景位移的准确估计，和配准精度较低时校正参数不能自适应地控制其更新速率，产生鬼影现象。为了解决这一问题，提出了一种改进的帧间误差最小化非均匀性校正方法。该方法使用LK 光流对场景中的运动前景进行重新配准，估计出运动位移，修正误差图像，以克服前景运动产生的鬼影现象；同时通过估计出相邻帧图像之间去除非均匀性后的相位相关矩阵的峰值，以其峰值自适应地修正参数更新的速率，以克服在配准精度较低时校正参数更新过快造成的影响。实验结果表明：该方法能够克服前景运动和配准精度较低时产生的鬼影现象，有效地提高了IRLMS 算法的实用性。
针对Tetrolet 变换算法对图像去噪后存在方块效应的缺陷，文中对Tetrolet 变换算法进行了扩展和改进，并引入移位（Cycle Spinning）来有效消除Tetrolet 变换算法中的方块效应。仿真结果表明，所提出的算法不仅能有效去除噪声，而且可得到更高的峰值信噪比，提高了图像的主客观质量。去噪后图像保留了原始图像的边缘和细节等局部特征，较为平滑，且方块效应得到了一定的改善和抑制，因而该算法是有效可行的。
取穴准确性是决定针灸效果的最基本要求，这就需要对取穴体表特征进行精确地定位。文中提出一种新的人体体表特征定位的光学方法，在光学检测平台上通过相机采集不同方向的图像，选取合适的Gabor 滤波器参数，得到图像的强度响应并提取局部极大值，从而获得定穴体表轮廓特征。为验证该方法的有效性和精度，采用Sobel 算子、Canny 算子、LoG 算子以及Gabor 滤波器分别对灰度图像和二值图像进行特征提取。通过对比和分析，发现经过Gabor 函数滤波后得到的图像轮廓是连续且最清晰的；Gabor 函数对二值图像的滤波效果优于对灰度图像。实验结果表明，所提出的方法能精确快速地定位体表轮廓特征，为进一步利用轮廓特征提取定穴体表特征点以及研究穴位光学定位方法奠定基础。
针对空间推扫型全色TDICCD 相机在获取、传输和存储图像的过程中引入模糊和噪声导致图像质量下降的问题，提出了一种基于调制传递函数（MTF）的。感图像复原方法。文中的复原方法是通过图像的MTF 恢复出点扩展函数（PSF），并将其作为退化函数进行图像复原。通过在MTF 提取前对局部图像用同态滤波算法进行增强处理，加强MTF 提取的抗噪声能力，并使用二次复原的方法避免直接加入增强滤波器导致的MTF 误差。使用均值、对比度及边缘强度等指标对。感图像复原结果进行评价。实验结果表明：复原后图像灰度均值提高45%，平均梯度和边缘强度分别是复原前的3.5和1.75 倍，各项评价指标均优于原始图像，并且MTF 所包含面积MTFA 明显增加，该图像复原算法对提高空间TDICCD 相机图像质量有一定的参考意义。
