相移光纤光栅的反射谱特性分析

应用传输矩阵法对相移光纤光栅(FBG)的反射光谱特性作了详细的理论分析,给出了相应的数学模型,并进行了验证.结果表明,相移的引入导致光纤光栅反射谱产生分裂,分裂点波长与相移大小呈线性正比关系并具有用期性;分裂点反射率与相移位置、光栅中心波长之间具有一定的对称性,且符合双曲正切关系.     

基于Karhunen-Loeve和小波变换的多光谱图像三维集合嵌入块编码压缩算法

目前多光谱成像已被广泛应用在遥感领域中,但巨量的多光谱图像数据导致存储和传输的困难,这就需要对多光谱图像数据进行高效的压缩.该文提出了一种新的多光谱图像压缩算法(KLT/WT-3DSPECK),首先利用二维小波变换(2DWT)去除多光谱图像的空间相关冗余,然后利用Karhunen-Loeve变换(KLT)减少频域的相关性,最后对变换后的系数利用改进的三维集合块分裂算法(3DSPECK)进行编码.根据变换后子带能量分布的特点,提出了新的3D八度音符分裂方法(octave partitioning)和改进的集合零块分裂算法.为了加速本文算法和优化嵌入码流的率失真性能,还给出了一种零块优化排序的快速算法.对两组多光谱和超光谱图像的测试表明,该算法不仅明显优于KLT/WT-3DSPIHT算法,也远优于基于3D小波变换的AT-3DSPIHT和3DSPECK等算法,同时该算法还支持图像的渐进传输.     

谐振式能量传输系统频率分裂特性研究

基于磁耦合谐振式的无线供电系统可在中等传输距离内实现高效能量传输,因而成为当前科学与工程技术领域研究的热点.主要研究了磁耦合谐振式无线供电系统在传输过程中有可能存在的频率分裂现象.通过在FEKO中对磁耦合谐振式无线供电系统进行建模分析,验证了现象的存在,并指出前人解决频率分裂方法的局限性.提出一种可行的方法去消除频率分裂现象对系统传输的影响,为后续磁耦合谐振式无线能量传输系统的设计提供参考.     

上行传输中的迭代串音抑制算法

 串音是影响VDSL2传输速率的主要因素.针对上行传输中的串音干扰,利用矩阵分裂技巧和迭代原理,提出了一类低复杂度,高效的迭代串音抑制算法.同时根据串音信道传输矩阵的对角占优和列对角占优特性,重点研究了对角分裂迭代算法和上三角分裂迭代算法.根据上行传输的信道传输矩阵特点可以推断,基于上三角分裂的迭代算法性能最优.新算法通过逐次迭代使得性能逼近置零算法,而优于一阶逼近算法,且其一步迭代的运算量与一阶逼近算法相当.基于实测数据的计算机仿真结果验证了新算法的有效性.     

三阶孤子在EDFA中的传输特性

对三阶孤子传输特性进行了数值研究,研究表明:三阶孤子在无增益光纤中传输时,脉冲会发生分裂、重合的周期性变化;在EDFA中传输时会有一次分裂和重合发生,之后分裂的两脉冲将不再重合,且产生新的子脉冲,子脉冲将会继续分裂、重合的传输下去;在三阶色散的影响下,孤子脉冲也会有一次分裂和重合,之后左边延迟脉冲会发生分裂,并产生小子脉冲;当对三阶孤子引入初始啁啾后,三阶色散引起的小子脉冲将不会产生。     

湍流对部分相干光光谱移动的影响

Wolf效应，即部分相干光除满足定标律之外，即使在自由空间中传输时其光谱一般也会发生变化，是一类著名的相关诱导光谱变化现象。以高斯-谢尔模型(GSM)光束作为部分相干光的典型例子，研究湍流对高斯-谢尔模型光束光谱移动的影响。基于部分相干光的传输定理，并考虑湍流的存在，推导出了高斯-谢尔模型光束通过湍流介质的光谱公式，并作了数值计算。研究表明，无论定标律是否满足，湍流都会影响高斯-谢尔模型光束的光谱。湍流越强，与无湍流情况比较光谱移动越大。特别是，若不满足定标律时轴外光谱还会出现分裂。高斯-谢尔模型光束在湍流介质中的光谱移动由光束的空问相干性、折射率结构常数Cn^2和位置等参量决定。     

光纤中非线性频率啁啾对二阶孤子脉冲传输的影响

从非线性薛定谔方程出发,研究了初始非线性频率啁啾对二阶孤子脉冲传输行为的影响.发现二阶孤子脉冲的分裂现象,并分析了产生分裂的原因,同时得出了分裂产生的阈值条件.对于初始非线性啁啾脉冲,初始入射脉冲的啁啾参数不同时,产生分裂的现象也不同,并讨论了其物理机制.     

横向局部受力光纤光栅的研究

仿真分析了光纤布拉格光栅(FBG)横向局部受力时的光谱变化,对不同受力位置、受力大小、受力长度的FBG分别作了光谱分析.当FBG横向局部受力时,光谱会分裂,在反射光谱上出现一个透射缺口,且随压力的变化而呈线性、周期性变化.通过和光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的比较,发现此缺口是光纤光栅法布里-珀罗腔效应形成的,这将对此类光纤光栅传感系统的光谱检测具有一定的指导意义.     

空间调制干涉超光谱成像仪仿真技术初步研究

在对空间调制干涉超光谱成像仪的原理进行分析的基础上,以能量传输为路径,研究空间调制干涉超光谱成像仪各数据获取环节的仿真算法,初步建立了干涉超光谱成像仪辐射能量传输仿真模型.对仿真模型进行了计算机仿真,仿真干涉图与实际干涉图较吻合,仿真模型构建较正确.     

部分相干光经色差透镜聚焦后的光谱开关现象

实验研究了宽带部分相干光被会聚透镜聚焦，着重研究了聚焦透镜的色差效应对在透镜几何成像面的聚焦光场光谱的影响。结果表明，与入射光的光谱相比，在几何成像面的某些点部分相干光的归一化光谱呈现蓝移，而另一些点则呈现了红移；特别是某些点处光归一化光谱分裂为2个波峰，在临界点处光谱位移发生突变，即出现了光谱开关现象；归一化光谱的2个波峰在一些点处还可以继续分裂，且在临界点处的归一化光谱短波长区域再次出现光谱开关现象。这一结果对光谱的高精度测量以及新型的光谱开关的研究具有较重要的意义。     

基于矩阵的Sagnac干涉仪光谱复原理论研究

传统的干涉光谱仪光谱复原算法是利用傅里叶变换复原光谱,该方法为了消除有限光程差造成的旁瓣对光谱复原精度的影响,进行了干涉图切趾处理,但这会降低复原光谱的光谱分辨率.为了保证光谱分辨率和提高光谱复原精度,文章提出一种光谱复原方法——基于仪器特征矩阵的Sagnac干涉光谱仪光谱复原方法.该方法旨在通过实验室定标及理论推导为每个Sagnac干涉光谱仪系统构建一个仪器特征矩阵,对仪器特征矩阵利用最小二乘法复原光谱.利用多种物质的光谱进行仿真实验,测试两种光谱复原方法的光谱复原精度,结果显示仪器矩阵方法的复原误差稳定在1％～3％,而傅里叶变换法的复原误差在3％～7％的范围内.因此,和傅里叶变换光谱复原方法相比,基于仪器特征矩阵的光谱复原方法的光谱复原精度更高.     

新型宽带匹配网络在双路宽光谱AOTF成像技术中的应用

基于双路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的传递给换能器,使AOTF光谱衍射效率降低,3dB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5nm,提高了在420~1150nm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。     

线性啁啾脉冲频谱干涉特性的模拟研究

为了研究宽带脉冲因受外界瞬态扰动而引起的相移随频谱变化的规律,利用啁啾脉冲与扰动在频域上的卷积特性,采取将频谱干涉技术和线性啁啾脉冲相结合,当两束线性啁啾脉冲在频率域相遇时,相同的频谱成分产生干涉,从其干涉图中得到随脉冲频谱变化的相对相移。根据傅里叶变换的频谱干涉技术,对从两束线性啁啾脉冲的频谱干涉图中提取相移进行了数值模拟。结果表明,对假设具有不同类型的相移进行重构,还原出随频谱变化的相位扰动。这一结果对超快光学中的瞬态测量是有帮助的。     

展宽器中非对称光谱剪切对输出脉冲对比度的影响

在展宽器中,光谱的剪切情况非常重要,它直接影响输出脉冲的质量.以Offner展宽器为例,参照以往建立的光线追迹模型,建立了分析展宽器中光谱剪切的模型.发现当展宽器的参数确定好后,光栅放置的位置对激光脉冲光谱剪切有非常重要的影响.当光栅相对于光轴中心对称放置时,展宽器容许通过的光谱相对于激光中心波长将是非对称分布的,即此时在展宽器中发生的光谱剪切为非对称光谱剪切,在神光II第9路拍瓦激光装置中,这种非对称光谱剪切将使输出脉冲对比度下降一个数量级.为了使展宽器中通过的光谱相对于激光中心波长对称分布,需要将光栅相对于光轴非中心对称放置.     

An empirical investigation of the properties of the autoregressive spectral estimator

The autoregressive (AR) spectral estimator is used to make high resolution spectral estimates based on short data records. Measures of a frequency averaged normalized bias and normalized variance of the spectral estimates are introduced. A large number of spectra are generated. Based on the above mentioned measures and visual inspection of the estimates of the generated spectra, the AR and the conventional tapered and transformed (TT) spectral estimates are compared. It is shown that the AR spectral estimator is as stable as that given by its asymptotic variance. It is also shown that the AR spectral estimator is most powerful in estimating narrow spectral peaks with a high signal-to-interference ratio in the signal bandwidth.     

基于LCTF成像仪的光谱反射率测量研究

目标物体的光谱反射率是水下光谱检测中重要的物理特性。复杂的水下环境,尤其是浑浊水体对光有较强的吸收与散射作用,增大了光谱探测的难度。文中在比对测量法的基础上,提出了引入黑、白板对测量结果进行矫正的光谱反射率探测方法。利用基于液晶可调谐滤光片的水下光谱成像仪快速稳定地采集多浊度、多光照条件下的光谱图像数据。数据分析结果证明了浊度增加会使得黑、白板的像素响应比值非线性增加,尤其在400~500 nm范围内。且基于黑白板的光谱反射率探测方法可以有效去除水体散射对光谱反射率重建的影响,使得不同浊度条件下得到的目标物光谱反射率最大绝对误差为5.3%。     

基于天宫一号高光谱成像仪的替代光谱定标方法精度对比分析

基于天宫一号高光谱成像仪2012年3月6日获取的可见近红外谱段数据,分别进行了氧气吸收通道的同步和非同步替代光谱定标,为了提高非同步替代光谱定标结果的可靠性,利用与同步实验日期相近的另外两景图像进行了多次非同步替代光谱定标.结果表明:基于三景图像的非同步替代光谱定标结果相近,差异小于0.2 nm,标准差小于0.11;同步和非同步两种替代光谱定标结果差异小于0.3 nm;以星上定标结果为基准,两种替代光谱定标方法的误差分别为0.384 nm和0.489 nm,二者差异较小.可见,可采用非同步替代光谱定标方法对高光谱成像仪进行高频次的光谱定标.     

色散介质中超短脉冲厄米-高斯光束在相位奇点附近的光谱异常特性

基于索末菲(Sommerfeld)衍射积分公式,对色散介质中超短脉冲厄米-高斯光束在相位奇点附近的光谱异常行为进行了研究,并与真空中的光谱异常行为进行了比较.结果表明,超短脉冲厄米-高斯光束的轴上光谱蓝移,蓝移大小与群速度及脉冲宽度有关,而与群速度色散无关.色散介质中的相对光谱移动略小于真空中的相对光谱移动,脉冲宽度越大,相对光谱移动越小.光谱开关的位置与横向距离、传输介质和厄米函数阶数m,n有关,而与脉冲宽度无关.光谱开关的横向距离小于真空中的相应阶的光谱开关的横向距离,并且随光谱开关的阶数增加,真空和色散介质的相对光谱移动均缓慢减小.     

用共轭梯度法改善AR谱估计性能

本文基于AR模型前向预测误差最小,提出用共轭梯度法搜索AR模型参数,从而实现谱估计。计算机仿真表明,用这种方法进行谱估计,不会产生谱漂移现象,谱分裂得到明显减弱,而且还具有很高的频率分辨能力。用这种方法估计的信号频谱性能接近于Marple算法。     

经典谱估计在短突发信号频谱细化中的特性分析

为了比较经典谱估计中的栅栏效应和截断效应对谱估计的影响,利用补零FFT、移位DFT、线性调频Z变换（CZT）和Zoom-FFT等经典谱估计算法,利用Matlab进行了性能仿真,最后得出了它们在短突发信号频谱细化分析中存在的极限问题。尤其是对含有多频率分量的突发信号,当相邻频率间隔小且信号长度短时,即使采用很大的细分倍数也无法区分两个相邻的频率。为减少截断效应带来的能量泄漏和谱间干扰,对有限长数据需要利用现代谱估计算法进行频谱细化分析。实验结果验证了理论推导的正确性。