《光电子学》课程革新与发展思路

针对《光电子学》课程存在的问题,提出了一系列革新与发展思路。文章分析了课程建设水平与学术地位不匹配、教学内容缺乏新颖性、教学方法单一以及缺乏有效评价机制等问题,并提出了修订课程大纲、调整教学内容、增加实践项目训练、多媒体化教学内容、丰富教学手段和建立课程评价体系等改进措施。旨在提升教学质量,培养学生的创新能力和实践技能,为科研和职业发展奠定基础。

光照度对偏振三维重建效果的影响

利用偏振三维重建方法结合多尺度Shapelets算子,对表面具有高反射率、无纹理的不同复杂度物体进行三维重建,并重点研究光照度对三维重建效果的影响。实验结果表明光照度对偏振三维重建结果有重要影响:对于三维轮廓较简单和中等复杂的物体,高光照度有助于获得更清晰、准确的三维重建结果;对于结构较为复杂的物体,过高的光照度会掩盖物体的细节信息,过低的光照度则会导致轮廓信息丢失,实验表明最优的光照度范围为3.0~31.6 lx。合理控制光照度对获得高质量的三维重建结果至关重要。

激光干扰探测器饱和面积非线性效应研究

为了解决激光干扰电荷耦合光电探测器时饱和面积与激光功率关系曲线不符合传统“水桶”模型预测规律的问题,利用激光干扰电荷耦合光电探测器饱和面积随激光功率增加的非线性模型,提出非线性主要产生于两方面:由光注入产生的光生载流子由于电子空穴对的复合导致载流子浓度呈非线性增长;电荷耦合光电探测器的沟道结构导致一些高于势阱存储容量的电子未被势阱吸收而被泄露,从而造成干扰的非线性。取得了连续激光辐照电荷耦合器件干扰实验数据,并利用非线性模型对实验数据进行了拟合。结果表明,473nm,532nm,632.8nm和1064nm激光干扰电荷耦合器件实验数据与拟合数据平均相对误差分别为7%,5%,5%和7%,说明了所提出的非线性模型在描述激光辐照电荷耦合器件干扰规律时是有效的。该研究有助于为激光干扰电荷耦合器件实验提供理论指导和预测。

图像测量中快速边缘亚像素定位研究

研究了一种图像测量中边缘点的快速亚像素定位的方法,采用先阈值分割再边缘提取进行粗定位,确定边缘点的像素级精度位置和边缘的方向,沿边缘点的边缘方向拓展像素,得到一定长度的灰度值向量,对向量进行处理实现边缘的亚像素定位。分别采用三次多项式拟合法、二次曲线拟合法和灰度矩法三种亚像素定位算法进行了理论分析和实验对比,结果表明,灰度矩算法具有较短的运行时间和较高的定位精度。

《激光原理及应用》课程实验教学改革与探索

为更好地服务于创新性人才的培养目标,达到工程教育专业认证对工程实践能力培养的要求,结合《激光原理及应用》课程的教学内容,对课程目前实验教学现状进行分析,探索课程实验教学的改革思路。通过实验教学的改革,提高学生解决工程问题的能力、创新意识和研究开发能力,培养理论知识与实践能力并重的高素质应用型人才。

单模保偏光纤偏振测试方法

随着单模光纤应用技术的不断发展,偏振特性已经成为影响光纤应用的一个决 定性因素。单模保偏光纤可实现光束在光纤传输过程中偏振态保持不变,是目前应用极为广泛的 光纤类型。介绍了保偏光纤偏振传输的原理及消光比的定义,设计了一套测量单模保偏光纤消光 比的测量装置,并阐述了系统结构及关键技术问题的解决。最后用设计的系统对保偏光纤进行了 测试,得到了光纤的相对输出功率与偏转角度的关系,3 m长的保偏光纤的消光比达到了42 dB。

三线阵测绘相机交会角在轨监测可行性分析

卫星发射和在轨运行期间,三线阵测绘相机交会角受环境影响会发生变化,从而制约了测绘精度。与现有通过地面控制点反算补偿的方法相比,三线阵测绘相机交会角在轨监测是以上问题实时直接的解决方案,也是无地面控制点摄影测量的关键技术。但其理论上涉及多达36个自由度变化,难以直接实现。为此建立了包含全部自由度变化的测绘相机整体数学模型,推导出完整的相机交会角表达式。进一步基于对各参量影响程度的分析完成了自由度约简,得到简化的相机交会角表达式,并通过仿真验证了简化的合理性,各自由度参量在[0,200μm/(″)]变化范围内,简化误差小于0.05″。分析结果表明:只要重点监测5个关键自由度变化就可以实现三线阵测绘相机交会角的监测,从而大幅降低了系统的复杂程度并使在轨监测成为可能。

适应工程教育认证的实验教学示范中心教学体系建设

作为北京市实验教学示范中心,北京信息科技大学仪器与光电工程实验教学中心结合工程教育认证的要求,在"光机电算一体,理论实验协同,基础创新并举,科研教学融合"的教学理念指导下,设置多层次、多种类型实验实践教学,突出4大基础学科交叉融合一体化特色,构建了一个"立体化"实验教学体系,在加强学生工程实践创新能力培养方面取得了明显成效。

视觉测量技术在数字图像处理课程设计中的应用

为了配合数字图像处理课程的教学，开设了名为“基于VC＋＋的典型零件尺寸视觉测量”的数字图像处理课程设计。给定具有典型特征的工件，在视觉测量实验台上，用VC＋＋编制程序，实现图像采集、处理及视觉测量系统的调焦、标定等过程，最终求出工件的被测参数。通过课程设计，使学生进一步理解数字图像处理的理论知识，并提高了解决问题与编程设计的能力。

面阵Si-基CCD串音干扰实验研究

电荷耦合器件(CCD)受强激光照射时,会出现干扰、饱和及串音现象。在现代光电对抗中,正是利用这些特性对CCD造成软损伤,进而对目标起到防护的作用。主要针对632.8nm激光辐照面阵Si基CCD时产生的饱和、干扰及串音现象进行了相关研究。搭建了实验系统,获取了实验数据;在对实验数据作深入分析和研究的基础上,总结了串音区域和干扰区域面积与辐照激光功率之间的关系,根据此关系拟合计算出了干扰阈值为0.57W/cm^2和串音阈值为8.26W/cm^2;最后将拟合出的CCD参数与实际CCD的参数作了比较,误差为2%。拟合结果证明本文所提出的干扰模型是合理的,能够很好地用于面阵CCD实际干扰效果评估和预测。

光谱共焦透镜组设计及性能优化

根据光谱共焦位移测量系统的测量原理,分析了光谱共焦测量系统中色散透镜组的性能对整个测量系统性能影响,并提出了设计要求。利用ZEMAX光学设计软件设计了2组透镜,第1组透镜加工装配后进行了性能测试,测量结果与设计结果符合很好。第2组透镜对性能进行了改进,从结果来看,像差、数值孔径、灵敏度及位移分辨率等指标都优于第1组透镜,达到设计要求。

Er^(3+)/Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺杂BaGa2ZnO5粉末的上转换发光

对Er^(3+)/Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺杂BaGa_2ZnO5粉末的上转换发光特性进行了研究。首先,通过不同的制备工艺研究了BaGa2ZnO5粉末的生成条件。XRD分析表明,由于ZnO的高温分解,必须密封烧结并增加ZnO用量才能制备出BaGa2ZnO5。其次,测量了Er^(3+)/Tm^(3+)/Yb^(3+)共掺杂BaGa2ZnO5粉末在980nmLD激发下的上转换发射光谱,发现存在8个较强上转换发射峰,其中480nm和798nm对应于Tm^(3+)离子能级跃迁,其他上转换峰对应于Er^(3+)离子能级跃迁。另外,测量了980nmLD不同激发功率对应的上转换发射峰强度,并根据激发功率-上转换强度曲线拟合得到了各发射峰对应的多光子吸收过程。最后,根据上转换发射光谱和CIE1931标准数据计算了样品粉末的色坐标为(x=0.4151,y=0.4794) ,比较接近白光色坐标,说明所制备的粉末样品具有产生上转换白光的前景。

光阑衍射对“猫眼”回波功率分布的影响

"猫眼"效应在激光主动侦察等领域具有广泛的应用,猫眼回波的功率分布是一项关键技术指标。激光束通过光阑会发生受限衍射,以Collins公式为基础,推导了猫眼回波光场的分布函数,数值计算了探测面上的光场分布,研究了"猫眼"系统中透镜口径、焦距以及探测距离、激光束束腰、离焦量等对猫眼回波功率分布的影响。并基于CCD搭建实验系统对猫眼回波功率分布以及衍射图样进行观测。观测结果表明:回波光场携带明显的衍射信息;探测器偏离成像透镜焦平面时,有限探测距离内猫眼回波光斑的峰值功率随着探测距离的增大而先增大后减小,最大值出现在约100cm处。观测结果与理论数值计算吻合很好,验证了光阑衍射效应对回波功率的分布造成了明显的影响;研究结果对猫眼主动探测系统的研制具有很好的指导意义。

基于新工科理念的《物理光学》课程建设

新工科建设要求将产业和技术的最新发展、行业对人才培养的最新要求引入教学过程中,这就要求对原有的课程体系进行重新的梳理和调整。正是基于这样的需求,教学团队对物理光学课程体系进行了调整,增加了很多反映最新社会发展和技术需求的教学内容,同时着手建设在线课程和虚拟实验平台,为学生的课外学习提供了更为丰富的教学资源,支撑了学生创新实践能力培养。

在《光学设计》课程教学中加强实际设计能力

《光学设计》课程具有极强的应用性和实践性。传统的光学设计课程主要以教师讲授为主,内容偏重于光学设计基础理论和利用像差进行系统初始结构计算。但是现在随着各种光学设计软件的蓬勃出现,在光学软件强大功能的辅助下,设计者较容易设计出完整的光学系统。所以考虑到课程本身具有的特点,并结合专业培养目标的双重因素,对光学设计课程做改革尝试。调整授课内容,改变授课方法,改革考核方法。是整个教学过程合理、有序。课程改革已经实施2年,教学效果显著提高。

面向能力培养的数字图像处理实践体系设计

在工程教育专业认证理念的指引下,为了加强学生的解决复杂工程能力的培养,对数字图像处理课程进行教学改革,设计《数字图像处理及应用》的理论课和《视觉检测系统设计与实践》实践环节相结合的教学体系。理论课环节设置多个视觉检测系统相关的编程大作业,在实践环节设置基于MATLAB GUI的视觉检测系统设计,要求对复杂工件进行视觉检测,并根据测试结果进行评分竞赛排名。调查表明,面向能力培养的教学改革激发学生的学习兴趣,能主动投入较多的时间精力进行课程学习和实践训练,提高学生的工程实践能力。

基于Android手机的新型物联网教学仪器设计探索

近年来,随着开源Android智能手机的快速发展,传统物联网教学仪器成本高、更新淘汰率快、效能利用率低等问题愈加凸显,造成物联网教学仪器与实际应用相脱节等现象。通过对传统物联网教学仪器中存在问题的分析,结合未来发展趋势,对其进行结构优化,设计了一种基于Android手机的新型物联网教学仪器,并在物联网环境温度监测系统上开展了有效的探索与实践。初步测试实验表明,新型物联网教学仪器具有结构简单、通用性、可扩展性以及开放性好等优点,具有较高的实用价值。

激光散斑位移测量方法研究

激光散斑测量法是在全息方法基础上发展起来的一种测量方法,这种方法具有很强的实用价值。散斑位移测量不仅可以实现离面微位移的测量,也可以进行面内微位移测量。主要是对面内微位移进行了测量研究,利用设计的测量系统将物体发生位移前后的散斑图由CCD记录下来,分别用数字散斑相关法和散斑照相法对散斑图像进行了分析处理,并得出了相应的结论。最后,对以上两种测量法的特点和测量误差产生的原因都作了简单的分析和比较。

超短激光脉冲的自适应整形放大研究

对基于掺镱光纤放大器的自适应脉冲整形啁啾脉冲放大(CPA,chirped pulse amplifier)系统用于超短脉冲形状自适应控制的可行性和有效性进行了研究,并引入多目标全局优化算法对脉冲形状和特性的多参数优化进行了分析。结果表明输出脉冲与目标脉冲波形的均方根误差和互相关系数都能实时有效地控制输出脉冲形状,并可与1/e2脉宽一起进行双目标优化得到特定形状的高能超短激光脉冲输出。

PVC异型材性能参数的神经网络预测

神经网络是当前主要的智能控制技术之一。依据厂家提供的大量PVC异型材的实际工艺参数作为样本,建立了PVC异型材性能参数的预测网络。采用BP算法对网络进行了结构参数调节及训练,并对性能参数热收缩率进行了预测,相对误差小于0.13,取得了良好的效果。