放射光强和背景光对二维光电位置敏感器件干扰的影响

光电位置敏感器件（ＰＳＤ）是一种可直接对其光敏面上的光斑位置进行检测的光电器件，柯构成非接触高精度动态测量系统，光电位置２器件在使用中的关键问题是如何定量确定入射光强的大小和克服各种背景光干扰，以提高检测的精度和可靠性，根据光电位置敏感器件的原理和光眯位置方程，找到有背景光作用于光电位置敏感器件上的位置输出的光关系及背影光导致的位置误差的实验数据，同时八射光强度对光电敏感器件输出误差最小的定量关系     

多光通道条纹投影系统误差测量与补偿

基于相位计算的多通道三维测量技术由于同时使用多个光通道,通道间串扰和色差、镜头畸变以及器件非线性响应等多种误差耦合在一起,影响测量效果和检测精度.针对该问题,从采集图像的误差类型出发,将误差分为图像像素亮度与实际亮度之间的光强误差和图像像素空间分布的位置偏差,以此分别构建了光强误差关系和位置偏差关系并对检测系统进行定量测量.最后提出一种系统误差补偿方法,利用建立的误差关系修正了采集图像光强亮度和像素位置偏差,同时补偿了上述误差对测量结果的影响.实验结果表明,利用本文提出的误差补偿方法对标准台阶进行多通道三维形貌测量,测量误差从0.678 mm减小到0.031 mm,该方法对此类系统的高精度三维测量具有实用价值.     

量子光通信中偏振光空间姿态传递

通过设计正交偏振光信标器,实现了空间信标姿态的单光路传递,为星地量子光链路的建立提供了条件.通过分析光学器件,尤其是镀膜器件中偏振信标光的传递特性,仿真分析不同入射角、旋转角条件下,出射信标光的偏振模式.分析了由光学器件引入的位相差和不同反射率、透射率对偏振模式的影响.利用琼斯矩阵推导了马吕斯定律在椭圆偏振光入射时的表达形式,建立起测量椭圆偏振光主偏振方位角模型.利用光电位置传感器接收正交信标光,结合光电位置传感器的光点位置检测能力解耦信标光的俯仰角和方位角,利用光电位置传感器的光强探测能力解耦信标光的偏振基矢角,实现了单器件三维信标姿态测量.实验表明,所述系统具有完成信标光三维姿态检测的能力,可用于星地量子光通信、空间信标姿态检测.     

漫反射接触测量中压力不敏感径向检测位置存在性研究

近红外无创漫反射检测中光纤探头与被测组织之间接触压力变化会导致测量准确性和稳定性较差。以压力不敏感径向检测位置采集漫反射光信号,以此削弱接触压力带来的测量误差,并在Monte Carlo模拟与在体实验中验证了压力不敏感位置的存在性。首先,结合人体皮肤结构模型和力学特性,建立了接触压力与皮肤组织参数之间的定量关系,并利用Monte Carlo模拟仿真分析了不同接触压力下1 000～1 320 nm波段内,不同径向检测距离处漫反射光强的变化;其次,搭建了基于超辐射发光二极管光源的多环光纤束检测系统,在体测量了三位志愿者在不同压力下的漫反射光信号。最后,评价了人体压力不敏感径向检测位置与其他位置处接收的光信号稳定性。模拟结果表明,在距入射径向距离1.3～1.5 mm范围内,接收到的漫反射光强近似不受压力变化影响,即存在压力不敏感径向检测位置。在体实验表明,在1 050,1 219和1 314 nm波长下均存在压力不敏感径向检测位置,位于距入射点0.78～1.0 mm范围内,初步验证了压力不敏感径向检测位置在人体的存在性,与其他径向位置相比,在压力不敏感径向检测位置处测得光强信号信噪比更高。因此,基于压力不敏感径向检测位置的测量方法可以有效降低接触压力变化对接收光谱的影响,有望提高近红外无创漫反射检测的精度。     

非局域自散焦克尔介质中空间光暗孤子成丝的理论与实验研究

对非局域自散焦克尔介质中的空间光暗孤子成丝进行了研究. 理论上从非局域非线性理论模型出发, 数值模拟研究了非局域程度和吸收系数对暗孤子成丝的影响. 当入射背景光强一定时, 非局域程度越大成丝起始点越远、成丝数量越少; 而当入射背景光强与临界光强之比一定时, 非局域程度基本不影响成丝起始点以及成丝数量, 且非局域下的成丝数量与局域下一样. 此外, 当入射背景光强一定时, 吸收系数越大成丝数量越少. 实验上通过改变染料溶液的浓度以及背景光斑的椭圆率, 分别研究了样品浓度和背景光斑椭圆率对暗孤子成丝的影响. 当入射背景平均光强一定时, 样品浓度越小成丝数量越少, 背景光斑椭圆率越小成丝数量越少; 而当入射背景平均光强与临界光强之比一定时, 样品浓度基本不影响成丝数量. 在实验中还观察到了光学冲击波现象.     

光电位置敏感器件的非线性分析及应用

阐述光电位置敏感器件（PSD）的结构、特性和工作原理，并根据PSD的原理和特性分析其产生非线性的几种主要因素。导出PSD的输出信号与光强无关的位置方程。设计出一种低温漂高精度的PSD非线性硬件调制电路。分析了插值算法、神经网络优化法以及解析法等对PSD的非线性进行修正的有效性，并对给出的部分实验数据进行了分析。最后对PSD在光学三角法测量、自动检测以及高精度测量中的应用作了进一步的讨论与展望。     

Fe：LiNbO3和（Fe，Tb）：LiNbO3晶体中入射光强对光折变性质的影响

用一种新的测量方法在不同入射光强下同时观测了Fe：LiNbO3和(Fe，Tb)：LiNbO3晶体中光致折射率变化△ns、吸收系数α和光电导σph与入射光强I的依赖关系，并从理论上对观测结果给予了初步解释。     

偏振棱镜消光比参量精密测量方法

为解决偏振棱镜消光比参量传统检测方法中,由于光线的非垂直入射和消光位置定位误差等因素的影响,导致不能精确测量的问题,以格兰-泰勒棱镜为例,通过对偏振光进行磁光调制以精确确定待测棱镜消光位置,并在消光位置附近多次小角度转动待测棱镜,以减小光线的非垂直入射对出射光强产生的非线性微扰.仿真和实验验证表明,该方法可以准确地得到消光光强与平行光强,得出消光比参量,满足测量准确度要求.     

Fe∶LiNbO3和(Fe,Tb)∶LiNbO3晶体中入射光强对光折变性质的影响

用一种新的测量方法在不同入射光强下同时观测了Fe∶LiNbO3 和 (Fe,Tb)∶LiNbO3 晶体中光致折射率变化Δns、吸收系数α和光电导σph与入射光强I的依赖关系 ,并从理论上对观测结果给予了初步解释     

Fe:LiNbO3和(Fe,Tb):LiNbO3晶体中入射光强

用一种新的测量方法在不同入射光强下同时观测了Fe:LiNbO3和(Fe,Tb):LiNbO3晶体中光致折射率变化Δns、吸收系数α和光电导σph与入射光强I的依赖关系, 并从理论上对观测结果给予了初步解释。     

杂散光对位置敏感探测器影响的计算机仿真

位置敏感探测器是基于PN结横向光电效应的光电器件,在使用时通常会受到杂散光的影响。以往对PSD受杂散光影响的分析是基于实验或根据PSD的位置计算公式近似分析,不是很精确。基于Lucovsky方程,采用偏微分方程求解软件FiexPDE对二维PSD受杂散光的影响进行了数值仿真。结果表明,对于杂散光的干扰,位置网格图向PSD中心收缩,对于均匀杂散光而言,此收缩是对称的,而对于非均匀杂散光,此收缩是不对称的。该方法可以很方便地对PSD受杂散光的影响进行分析。     

PSD位置响应特性与光源照射方式的关系研究

推导出在四边形二维PSD光源静止照射和连续扫描照射下的位置响应特性理论解,比较两种光源照射方式下引起相对位置变化,讨论了光源扫描速度对探测光入射位置信息的影响,得出结论:在两种光源照射方式下,二维PSD探测光入射位置存在严重的非线性,但是响应时间比一维PSD短。光源扫描速度越小,2DPSD探测到的位置误差越小,并且光生电势分布的最大值越小。     

激光位置探测器的角位移测量精度分析

作为激光光斑位置探测器,象限探测器和位敏探测器被广泛应用于激光光斑跟踪、监控、位置检测和定位等领域。对这两种探测器的角位置测量精度进行了探讨,分析了影响精度的主要噪声源,推导出两者的角位移精度表达式,并通过计算进行了模拟。结果显示,两者的测量精度决定于信号的信噪比,且随作用距离的增加而降低;象限探测器的角位移测量精度明显高于位敏探测器。在忽略背景光噪声的情况下,象限探测器的精度约为位敏探测器的40倍。     

动态光散射技术的角度依赖性

与单角度动态光散射技术相比,多角度动态光散射(MDLS)颗粒测量技术能够提高颗粒粒度分布的测量准确性。但在MDLS技术中,测量角度的选择常常与被测颗粒体系的分布有关。对100nm、500nm的单峰模拟分布和300nm与600nm混合的双峰模拟分布的颗粒体系,分别在1、3、6、9个散射角条件下进行了测量。颗粒粒度反演结果表明,随着散射角个数的增大,颗粒粒度分布更趋于真实的颗粒粒度分布。对数量比为5:1的100nm与503nm双峰分布的聚苯乙烯颗粒,分别在1、3、5、10个散射角条件下进行了测量,实测结果表明采用单角度测量只能得到单峰分布,3个及更多散射角可得到双峰分布,并且双峰的数量比随散射角数量的增加逐渐趋近真实的数量比。因此,MDLS颗粒测量技术能够改善颗粒粒度分布的测量结果,但这种改善程度会随散射角的增多逐渐降低。由于散射角个数的增多会增加散射角的校准噪声和光强相关函数的测量噪声,因而会导致在有些情况下颗粒粒度分布的测量结果反而变差。     

二维光电位置敏感器件的非线性修正

根据二维光电位置敏感器件 (PSD)的工作原理 ,分析了影响PSD线性度的主要因素 ,提出了一种用神经网络对PSD进行非线性修正的方法。以PSD的输入输出数据对作为样本训练的神经网络 ,利用神经网络所具有地能够以任意精度逼近非线性函数的能力 ,实现PSD的输出与实际光点位置之间的映射 ,在神经网络的输出端得到线性响应。该方法的优点是不需要很大的数据存储量即可得到很好的修正效果。结果表明 ,修正后的PSD能在较宽的位置范围内输出高线性度的信号     

一维位置敏感探测器位置准确度和线性度的改进

在常规的条状一维位置敏感探测器（PSD）中,光敏区和位置电阻区是结合在一起的,器件的欧姆接触电极难以做得比较理想,因此器件的位置准确度和线性度也受到了不利的影响。而在梳状一维位置敏感探测器中,光敏区和位置电阻区被分成了梳齿区和梳脊区两部分,并且位置电阻区被设计成很窄的长条,即使掺杂浓度比较高,位置电阻也能做得相当大。这样条状一维位置敏感探测器接触电极上的缺陷就可消除。用两种不同的一维位置敏感探测器所测量的位置特性曲线证实了理论分析的正确性。测量结果还表明,梳状一维位置敏感探测器的位置准确度和线性度比条状一维位置敏感探测器有了显著的提高,梳状一维位置敏感探测器的平均位置误差从条状一维位置敏感探测器的55μm减小到了26μm,梳状一维位置敏感探测器的均方根非线性度从条状一维位置敏感探测器的0．94％减小到了0．09％。     

基于颗粒粒度信息分布特征的动态光散射加权反演

宽分布和双峰分布颗粒的准确反演是动态光散射技术至今未能有效解决的难题,尤其峰值位置比小于2:1且含有大粒径颗粒(350 nm)的双峰分布.造成这一难题的主要原因包括:1)单角度测量数据的粒度信息含量不足;2)常规反演方法对测量数据的噪声抑制以及粒度信息利用缺乏针对性.对测量数据(即光强自相关函数)的研究发现,数据噪声主要分布在长延迟时段,而粒度信息集中分布在衰减延迟时段.基于此,本文提出了采用粒度信息分布为底数、调节参数为指数的权重系数对自相关函数进行加权反演的约束正则化方法.由于采用了与粒度信息分布一致的权重系数,该方法既充分利用了衰减延迟时段的粒度信息,又有效地抑制了长延迟时段的数据噪声.不同噪声水平下,宽分布和双峰分布颗粒体系的反演结果表明,与常规反演方法相比,这一方法可以获得更为准确的宽分布和近双峰分布的反演结果.     

基于压缩光的量子精密测量

对任何物理量的测量都有一定的噪声, 经典测量所能达到的最小噪声一般称为散粒噪声, 对应着测量的标准量子极限. 利用压缩光可以突破标准量子极限, 从而提高测量精度. 本文介绍了压缩态光场用于突破标准量子极限的基本原理, 以及压缩态光场在相位测量、光学横向小位移及倾斜测量、磁场测量以及时钟同步等精密测量领域的应用和最新进展.     

调制偏振光在光学相位延迟测量中的频谱分析

介绍了光调制器的调制原理,在时间域和频率域对其调制特性进行了理论分析,得到了相应的光强分布曲线。基于偏振光调制理论,提出了一种新型光学相位延迟测量方法,并对该方法从时域和频域两方面进行了分析。频谱分析的结果表明,当出射光信号的奇次谐频分量为零时,满足完全补偿条件,此时可由补偿器的补偿量直接得到待测器件的光学相位延迟量。这种方法能够对光学相位延迟量进行直接量的测量,和其他间接测量方法相比有其明显的优势。在理论分析的基础上,还进行了相应的实验,并得到了高精度的实验结果。