摘要：建立了一种以面心立方三维光子晶体为基础的有限元预测模型,研究了纳米粒子折射率、溶剂折射率、粒子直径、粒子间距等参数对反射光谱的影响。根据预测结果制备了优化尺寸的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)纳米粒子电调谐器件。结果表明,有限元模型预测的反射光谱中心波长在680 nm至455 nm范围内移动,与制备器件的测试光谱匹配性良好。与解析预测模型相比,建立的三维有限元预测模型得到的反射光谱中心波长的预测结果准确性更高。对于非核壳结构,两种模型的预测误差范围分别为0.49%~1.70%、0.82%~1.49%,表现相当;对于核壳结构,两种模型的预测误差范围分别为3.51%~6.11%、0.28%~1.34%。本文建立的三维有限元模型将预测误差典型值降低为原来的1/5.9。所提模型可用于准确预测胶体体系下自组装光子晶体反射光谱的动态调谐能力,弥补了解析预测模型在核壳结构光子晶体预测准确性方面的不足,可指导粒子材料参数和结构参数设计,以及可调谐范围的优化区间筛选。对反射光谱幅值和谱宽预测准确性的提升需进一步考虑短程有序结构等随机微扰特性的影响。

摘要：提出一种基于异常反射超表面的偏振合束器。当两束偏振态正交的(X方向线偏振和Y方向线偏振)4.0μm波段光束分别以11.54°和-11.54°角入射至超表面时,借助异常反射效应,两路光会同时以0°角反射,从而实现偏振合束。超表面偏振合束器由2μm×20μm的周期性排列超胞构成,制备在硅衬底上。每个超胞包含10个离散的2μm×2μm单胞。单胞由底层金、中间层二氧化硅和顶层矩形硅柱构成。采用粒子群算法优化顶层硅柱的两个边长尺寸,可实现两路正交偏振光相位和振幅的独立操纵,使X和Y方向线偏振光的异常反射率高达96.6%和97.7%。基于这一偏振合束器,设计了中红外激光偏振合束实验装置。当两路入射光均为基横模高斯光束时,通过仿真分析得到合束后光束的传输质量因子M2为1.12,整个合束装置的合束总效率为85.3%。仿真结果表明,所提出的合束技术可有效提高中红外激光的输出亮度。

摘要：长波红外量子级联激光器(QCL)具有波长设计灵活、体积小、寿命长等优点。目前单横模QCL较低的输出功率(1~3 W)是限制其应用的主要因素。光纤功率合束技术是提升输出功率的有效手段。然而由于长波红外波段缺少低传输损耗的玻璃光纤,使得高效率长波红外光纤功率合束的实现难度很大。本文研究了基于低损耗单模空芯光纤的长波红外激光功率合束技术。针对基横模长波红外QCL有源区尺寸大、发散角大的特点,设计了大数值孔径扩展光源双非球面准直镜,有效提高了单模光纤耦合效率。设计制备了无端面损耗的长波红外单模光纤束,光纤传输效率高达91.2%,实现了7.6~7.8μm波段QCL的高效率合束。当4个长波红外QCL的输出总功率为2.27 W时,采用所设计的光纤耦合光学系统及制备的4×1单模空芯光纤合束器获得了1.5 W的连续输出,总合束效率为66%。此外,测量得到单根单模长波红外光纤耦合输出光的光束质量因子M~2为1.2,光强分布和光束质量因子均优于QCL的直接输出激光,说明空芯单模光纤具有一定的非高斯光束模式净化作用。合束光束的传输质量因子为2.6,依然具有较好的光束质量。本文所研究的光纤合束方式对QCL的输出波长、偏振态均不敏感,且具有良好的可扩展性。实验结果表明,此方式可有效解决长波红外QCL单元器件输出功率偏低的问题。

摘要：针对基于强光元件高精度面形在位检测需求,开展了面形测量误差敏感因素仿真分析,进行了系统结构误差和温度误差对测量结果的影响研究,分析各类误差对测量面形误差的具体影响,设计并搭建在位检测系统,开展系统温度变化、系统重复性、系统稳定性等测量实验。研究结果表明:所建立的逆向哈特曼仿真检测模型可用于平面、球面、非球面、自由曲面等各类型被测面,各类影响因素对测量结果的影响主要体现在低频误差上,对高频误差的影响相对较小,搭建的在位检测系统6 h内测量面形误差PV值最大不超过68 nm(约λ/10),RMS值最大不超过15 nm(约λ/40)。

摘要：基于全固态电子器件和零中频机制,设计了基于调频连续波的太赫兹无损检测成像系统。所提系统的有效频率范围为9.375~13.75 GHz,经24倍频后自由空间中的频率范围为0.225~0.330 THz。采用单个喇叭天线与定向耦合器结合,实现收发一体,并利用光学透镜组对太赫兹波束进行准直聚焦。对准光系统的波束质量进行了优化,提高了系统的信噪比,确保了在现有参数条件下的最佳空间分辨率。同时,采用相位聚焦的方法对系统进行了非线性矫正,使得深度分辨率接近理论分辨率。系统采用直线扫描和旋转扫描组合的方式,实现了柱坐标三维数据的获取。利用所提系统对高压绝缘端子进行了检测评估,并重构了全视角透视图像,实现了目标三维结构在实空间和像空间的孪生对应。此外,所提系统能够准确地显示绝缘端子内部的异常区域,有助于直观地评估被检测目标的内部状态,进而可以进一步满足工业领域无损检测的需求。

摘要：针对实际场景中跟踪目标的快速移动、光照变化和尺度变换等问题,提出一种基于动态特征注意模型(DFA)的三分支网络目标跟踪算法,包括:以SiamRPN++跟踪框架为基础,设计具有动态模板分支的在线更新三分支网络,以强化网络提取特征的语义信息,提高模板特征与搜索目标的匹配相似性;设计面向三分支网络训练的样本生成方法,以改变负样本分配方式,提升正、负样本训练的平衡性;设计一种DFA,通过等效自注意和互注意操作增强模板的历史动态特征,实现模板特征的自适应细化,同时利用通道注意力得分控制搜索特征图的权重分配,提高得分图对目标的响应。相对SiamRPN++、SiamBAN等对比算法,所提算法在包含运动模糊、明暗变化和相似背景干扰等场景的OTB100、VOT2018数据集上,获得了最高成功率(71.0%)和最优鲁棒性(0.122),同时可满足实时目标跟踪的要求。

摘要：基于互信息的视觉伺服使用图像全局信息来实现伺服控制,避免了对传统几何特征的提取、匹配和跟踪,并且对光照变化、部分遮挡具有鲁棒性,但由于其任务函数的高非线性,该方法具有收敛域较小的缺点。提出了基于主成分分析(PCA)重建图像的互信息视觉伺服方法,有效降低了任务函数的非线性。通过实验比较了基于PCA重建图像的互信息视觉伺服和基于原始图像的互信息视觉伺服收敛域大小及收敛速度,并考虑了PCA中主成分个数的影响,结果表明基于PCA重建图像的互信息视觉伺服有效地扩大了互信息视觉伺服的收敛域,且具有更快的收敛速度。

摘要：针对室内可见光通信的特点,选择复合抛物面聚光器作为可见光通信系统光学天线,介绍了复合抛物面聚光器的几何结构和光学特性,利用光学仿真软件Trace Pro对复合抛物面聚光器进行了设计、建模与仿真.通过对不同光源条件下复合抛物面聚光器聚光特性的仿真发现:在光源为朗伯辐射模型时复合抛物面聚光器的聚光性能更好,且视场角越小增益越高;但接收端与光源的相对位置对小视场复合抛物面聚光器的实际增益有明显影响,在仿真条件下,视场角为10?的复合抛物面聚光器实际增益为22.88,比理论值降低了31%.在此基础上,在一个5 m×5 m×3 m的房间中对采用复合抛物面聚光器为光学天线的室内可见光通信系统进行了建模,分别得到了直射链路和非直射链路下房间内各个位置的光功率分布.仿真结果表明,采用一个视场角为60?的复合抛物面聚光器为光学天线,两种链路下平均接收功率分别提高了4.29 d Bm和4.77 d Bm,非直射链路比直射链路的平均接收功率提高了11.2%.

摘要：超快成像技术可用于研究爆炸、高压放电等超快现象,其中,全光分幅成像技术可克服光电转换的时间限制,具有很大的发展前景。利用衍射光学元件和窄带滤波片搭建了全光空间分幅成像系统,成功实现阵列分幅成像,并分析了不同波段的成像效果。实验结果表明,所设计的全光空间分幅成像系统,可在不同波段内实现4×4阵列的16分幅成像;且图像幅间的非均匀性相对标准偏差为7.4%,幅内非均匀性均值为2.83%,全光分幅成像系统在分辨率为35 lp/mm时的调制传递函数为0.991。

摘要：为了实现高效的太阳光泵浦系统,有必要设计一种兼具低热冲击和高聚光量的泵浦腔。利用TracePro软件建立菲涅耳透镜、瓶形泵浦腔二级系统,通过优化确定了最佳入窗口径、入窗位置、出窗口径、瓶腰直径、瓶腰位置、晶体棒长。通过理论计算得出了长度为60 mm晶体棒的泵浦阈值功率为4.568 W/m^(2),最佳系统结构的输出功率为18.21 W,热透镜焦距为31.0 cm。在与锥形腔的比较中计算得出两种腔形下晶体棒的轴向温度分布曲线,通过对比表明,瓶形腔在减少热冲击和提高抽运光均匀性上具有明显的优势。本文的优化设计为后续实验提供了新思路。