新型宽带匹配网络在双路宽光谱声光可调谐滤光器成像技术中的应用

基于双路声光可调谐滤光器(AOTF)的宽光谱成像技术在偏振成像光谱仪中得到应用,其成像质量受AOTF衍射效率、光谱带宽等影响。其核心部件超声换能器阻抗失配时导致驱动功率无法最大限度地传递给换能器,使AOTF光谱衍射效率降低。3 dB光谱带宽变窄,影响光谱图像有用信息的获取。采用压缩回波损耗技术,设计了一种基于LC拓扑结构及组合臂的宽频带、光谱衍射效率高的新型匹配网络。最终测得AOTF的光谱衍射效率最高达94%,光谱带宽小于5 nm,提高了在420~1 150 nm波段范围内的光谱衍射效率及分辨率,实测目标的成像质量得到明显改善。     

声光可调谐滤光器光学特性的研究

对声光可调谐滤光器(AOTF)的光学特性进行了实验研究，探讨了AOTF重要光学特性的测量方法并提出了通过改变电声换能器形状压缩衍射光旁瓣的方法，通过实验测量了AOTF重要光学特性，并比较了两种电声换能器形状对衍射光的影响。结果表明，可以通过改变换能器形状达到压缩旁瓣的目的。     

基于声学散射透镜的低成本光声断层成像方法

光声断层成像需要使用换能器阵列及多通道系统，硬件成本较高，制约了其广泛应用.为降低成本，设计了一种基于声学散射透镜的光声断层成像方法，利用声学多重散射过程中的多路径效应达到增大探测阵列等效数值孔径的作用，从而减少信号探测过程所需换能器数量.通过数值模拟实验，首先分析了散射透镜格林函数的精确测量方法，随后利用四个散射透镜共同作用实现了高质量光声断层成像，并对影响成像质量的相关因素进行了具体研究.提出的散射透镜无须复杂制作工艺或特殊材料，系统只需四个超声换能器即可实现快速成像，可降低光声断层成像系统的硬件成本.     

阈值光电子-光离子符合速度成像技术的初步应用

基于同步辐射的闲值光电子-光离子符合速度成像技术采用双速度聚焦电场同时控制电子和离子的飞行轨迹,提高了收集效率和能量分辨率.应用该技术开展了一些原子和分子的实验研究,分别测量了相应的阈值光电子谱、阈值光电子-光离子符合质谱、阈值光电子-光离子符合光谱和阈值光电子-光离子符合速度成像,展现了该技术在离子结构分析、混合物成分辨别和具有态选择的离子解离动力学等方面的初步应用.     

亚微米光栅微结构光学特性研究

提出了一种新型的亚微米光栅微结构,研究了其光谱共振特性.给出了该结构的反射光谱及光谱带宽表达式,用矢量衍射的方法对比分析了该结构与亚波长光栅的共振、光谱带宽及线形改良的规律.研究表明:微结构的共振及光谱带宽由等效光栅强度和导波的位相光谱移相速率决定,前者的物理意义为耦合到微结构内一级衍射光的能量;提出的微结构与亚波长光栅有相似的共振特性,但带宽明显增大;微结构的光栅调制度并不影响其有无共振特性,但光谱带宽及共振面积却随着调制度的增加而增大;经设计微结构将有优良的窄带及宽带滤波功能,而后者可使之呈现肉眼可见的新型彩色光变效果,可以应用于防伪领域.     

CuSO4水溶液中Cu元素的激光诱导击穿光谱研究

通过单脉冲激光诱导击穿光谱技术(LIBS),测定了CuSO4水溶液中微量重金属元素Cu的LIBS光谱.研究Cu原子LIBS光谱信号的时间演化特性,激光功率密度对LIBS光谱信号的影响,测定Cu元素浓度在31.25ppm到1000ppm区域内变化时324.75nm谱线的强度,由定标曲线拟合结果得到铜元素的检测限为23ppm.     

《被动光学高光谱强度关联成像技术》2014年度进展报告

经过一年来的努力,基本按时完成了预定的各项研究任务。(1)完成了单次曝光高光谱强度关联光谱成像光学设计理论及实验验证,获得了系统空间分辨率、光谱分辨率及信噪比之间的相互制约关系。完成了基于最临近插值法和双线性插值法的测量矩阵标定方法的建立,建立了自动化标定系统。初步完成了系统测量矩阵的优化设计,加工得到了部分满足设计指标的空间随机相位调制器样件。完成了单次曝光高光谱强度关联成像试验样机光机设计。(2)研制出一台单光子强度关联光谱相机,并开展了2公里的野外成像,采用了互补测量的方法,优化了压缩感知算法,获得了高质量的图像输出。旨在用单光子点探测替代单光子面阵探测器完成单光子级别的超灵敏遥感光谱成像。(3)在理论上创新的提出了通过预先对光谱通道阵列进行更加精细定标的方式,然后引入光谱重构算法,如吉洪诺夫正则化(Tikhonov regularization)算法进行求解,可以在不牺牲其他性能指标或者不增加硬件成本的条件下有效的改善传统分光技术的光谱分辨率。在实验方面,引入了微反射镜(DMD)作为光谱通道选择器,设计了相关的样机系统,验证了理论算法的可靠性和正确性,当对每个光谱通道预先进行更加精细的光谱定标时,系统的光谱分辨率得到了有效的提高。(4)开展了热光信号参量放大的实验和实际物体的光参量图像放大实验研究,完成了热光参量放大闲置光和种子光的关联成像实验,搭建近红外波段光参量放大实验光路,开展了近红外脉冲放大关联成像实验。(5)搭建了无透镜关联成像装置,对太阳光进行了滤波,得到了带宽很窄的太阳光。演示了太阳光的HBT实验,并且在HBT实验的基础上做了一维物体的太阳光关联成像实验。最后我们对实验结果进行了系统的分析,初步得到了太阳光关联成像对比度低的原因,并提出了改进措施。(6)在强度关联图像质量要素表征及评价方法研究方面,本年度主要完成了不同空间和光谱结构及稀疏度的仿真场景构建方法研究;完成了影响被动光学关联成像质量因素分析;初步开展了被动光学高光谱强度关联图像质量评价方法研究;为下一年度的研究工作奠定了基础。初步完成三维图像快速重构算法,和基于梯度投影原理的GPSR_BB算法进行了结果比对,在相同采样率的情况下,图像信噪比得到了很大的提高。在采样率较低的情况下,图像质量提升更加明显,为此可以有效地降低采样次数。     

ZnCoO和ZnO纳米棒阵列的结构及发光特性

高浓度排列的ZnCoO、ZnO纳米棒在70℃下水热反应垂直生长在含ZnO薄膜涂层的玻璃上,这些阵列的形貌、结构和发光机理分别用场射扫描电子显微镜、X-ray衍射、光致发光来研究,显示出纳米棒直径为150 nm,沿着[0001]方向生长,氨水浓度和ZnO缓冲层在ZnCoO纳米棒成核和生长中起着重要的作用.用波长为325 nm的激光激发样品,测量了光致发光谱,光致发光表明PL光谱是由宽紫外光和可见光构成,并进一步观察发光谱随激发光功率密度的变化关系,对谱线强度、峰值波长进行了测量,同时对发光谱产生的机理、强度饱和值存在的原由、强度随激发光功率密度变化及紫光峰红移的起因进行了分析.     

非聚焦式医学光声成像算法

以光声效应为基础,诠释了基于非聚焦式超声换能器探测模式的光声成像技术,着重讨论目前该领域主要的成像算法,包括逆三维Radon变换、滤波反投影算法、P变换算法等.     

Offner型中波红外成像光谱仪分光系统的设计

Offner型分光系统属于同心光学系统,适用高光谱的分光系统。通过分析和计算确定轴外物点的子午像点和弧矢像点,从而得到Offner型分光系统像散的表达式,采用中心波长消像散的思想,确定系统的初始结构。优化设计适用于中波红外波段(3,000~5,000,nm)的该类型成像光谱仪分光系统。设计得到的系统具有结构简单紧凑、相对孔径大(F/2.5)、物像方远心等优点,色畸变和谱线弯曲均小于0.1%,,成像质量接近衍射极限。     

蓝白色荧光材料Sr2SiO4:Ce3+的溶胶-凝胶法制备及发光性能研究

采用溶胶-凝胶法,在空气环境中合成了蓝白色Sr2SiO4:Ce3+荧光材料,合成温度为900℃,这远低于田相法制备同类硅酸盐材料所需温度.X射线衍射图表明,所得样品主要为纯相Sr2SiO4晶体.由扫描电子显微镜图像可知,样品一次颗粒尺度在2 μm以下.处于254 nm紫外光激发下,样品发射光谱为峰值位于472 nm的不对称单峰宽带谱,是典型的蓝白光发射.监测472 nm发射峰,得到其激发谱为近紫外连续光谱峰值位于272 nm,321 nm.通过改变Ce3+浓度,进一步研究了参杂浓度对发光强度的影响.     

光纤中超连续谱产生的理论与实验研究

光谱超连续展宽 (SC)在光通信中有重要的应用。对色散位移光纤 (DSF)中 SC的产生及泵浦和 SC光纤参数对SC特性的影响进行了理论与实验研究。结果表明 :在 DSF中 ,SC的产生是自相位调制、四波混频、交叉相位调制效应综合作用的结果 ,其中自相位调制效应起先导作用。泵浦脉冲的波长与光纤零色散波长之间的距离影响 SC的宽度和平坦性。获得的 10 GHz的最宽 SC谱达 80 nm ,获得的平坦度 3d B的 SC谱宽度达 2 0 nm。采用光纤光栅进行了 SC谱平坦处理 ,使 SC谱的平坦度提高了至少 8d B。     

乙二醇溶液中圆锥泡声致发光的发光光谱

利用一种改进后的U型管圆锥泡声致发光装置,研究了乙二醇溶液中圆锥泡声致发光的发光光谱.实验结果表明,光谱为从紫外到可见光波长范围的连续谱,在589 nm附近叠加有钠的3p-3s原子发射谱线.在钠的原子发射谱线左侧测量得到了Na-Ar分子激发态跃迁形成的蓝卫星带,并首次在声致发光实验中测得了Na-Ar的红卫星带以及钠的3d-3p原子发射谱线.最后,讨论了钠的原子发射谱线以及卫星带的形成机理.     

甚小线性调频键控调制波形的功率谱优化

甚小线性调频键控(very minimum chirp keying, VMCK)是一种高效的超窄带调制技术,其优点表现在宽带占用窄、边带抑制强、数据传输效率高等方面.直接由VMCK的信号表达式推导出的功率谱解析表达式中包含一个不可积分函数,导致结果复杂且不精确.通过正交拟合方法对功率谱进行分析,发现其功率谱中不仅包含携带信息的连续谱,而且包含携带载波的线性谱.由于线性谱并不携带发送信息,并严重影响功率谱的边带抑制,使得调制信号抑制性能降低.为得到带宽更窄、边带抑制能力更强的VMCK信号,更好地满足超窄带系统要求,对VMCK信号进行波形优化,在滤除线谱的同时,使信号调制性能得到提高.     

双光栅色散 - 汇合光谱成像效应的计算机模拟与实现简

根据双光栅色散-汇合光谱衍射成像系统光路与光栅方程，用Python程序语言编写了双光栅衍射成像过程的模拟实验程序。文中给出了计算式、算法流程以及图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）的设计，所编写的程序不仅能模拟实际的双光栅色散-汇合光谱衍射成像实验，得到相关的实验数据，还能演示双光栅衍射成像过程中的光路变化与成像效果。     

土壤磷形态的反射光谱特征及其光谱建模

由于对土壤磷的可见-近红外反射光谱的特征认识不足,土壤磷的光谱模型稳定性较差。为此,通过分离不同磷组分,分别以标准白板和残渣样品为参考光谱,间接和直接测定了不同磷组分的反射光谱。通过分析其光谱特征及光谱模型的间接和直接结果,发现各磷形态具有显著不同的反射光谱特征,光谱形状、反射率大小及峰/谷位置均不同,能够被现有可见-近红外光谱（200~1000 nm）定性和定量分析。在现有研究波段内,250 ~750 nm是土壤磷的敏感波段。研究结果为认识全磷的反射光谱特征及预测全磷含量提供了理论依据。     

连续窄带调频超声波测距方法

传统的连续调频超声波系统尽管具有平均输出功率高的优点,却需要使用宽带超声波传感器.本文提出了一种连续窄带调频的超声波测距方法.此方法的一个重要特点是,通过窄带调频技术,可用普通的超声波传感器取代宽带超声波传感器应用于传统的连续调频超声波系统中.     

色散关系带通滤波器设计

为消除X波段雷达海杂波图像谱中非海浪能量,设计了色散关系带通滤波器（DRBF）.其带宽由测量海域主导波波数和估计的最大相对流速共同确定.根据主导波波数调节滤波器带宽,能使算法较好地适应海浪的特点;DRBF带宽由估计的最大流速调节,解决了传统上依赖实测流速构造DRBF不准确的问题.使用岸基实测雷达图像实验,将DRBF提取海浪谱反演得到的有效波高与现场传感器获得的有效波高进行比较,两者具有很高的相关性和很小的误差,可见设计的DRBF具有良好的性能和较高的可行性.     

用大口径大相对孔径非球面透镜拍摄一步彩虹全息图

本文论述要获得大视场、大面积的一步彩虹全息图必须把狭缝放置在成象透镜上;必须使用发散光波做参考光和再现照明光。为此引入孔径共轭技术。为保证较大的观察角范围和好的成象质量,采用了大口径、大相对孔径的非球面透镜组,利用以上方法作者制作了面积为400mm×400mm一步彩虹全息图,本文叙述了制造过程和关键技术,讨论了狭缝象位置、狭缝象长、景深,色模糊、象模糊、衍射效率与布拉格效应对再现象的影响。     

Au/n-ZnO/p-SiC紫外探测器的研制和特性分析

采用宽禁带半导体n-ZnO和金属Au作肖特基接触,n-ZnO和同为宽禁带半导体p-SiC形成异质结,Ti,Ni,Ag合金作背底形成欧姆接触,研制出Au/n-ZnO/p-SiC结构的紫外探测器.测试分析了该器件的光谱响应特性,响应范围为200～400nm,在室温和一定反偏压下,响应峰值为313nm,半宽为65nm.同时测试分析了该器件的I-V特性,室温下,反向工作电压大于5V,反向击穿电压为70V.实验表明,此结构紫外探测器具有良好的紫外响应特性以及较低的反向漏电流和结电容.