一种非接触光外差轮廓仪

介绍了一种纳米级非接触超高精度光外差轮廓仪。该量仪是基于普通光路的外差干涉仪,两束具有微小频差的激光束照射到制件表面:其中一束光被会聚后作为测量光针扫瞄制件表面;另一束光则被用作参考光束。这两束光经反射后形成干涉,所得信号的光程差与制件表面高度变化成正比。量仪的横向分辩力小于2μm,垂直分辩力小于1nm。制件不需要进行大的调整。制件表面同时亦被作为测量参考面。经光电转换后,信号由微机处理,从而快速完成测量、计算、显示与打印各种参数与图形。     

仿生光磁导航技术发展研究综述

仿生导航是在仿生技术基础上发展起来的新型导航技术方法,该方法融合了仿生技术的优点,因其抗干扰性强、适应范围广的特点,迎来了研究的热潮。从仿生光流导航、仿生偏振光导航、仿生类脑导航和仿生地磁导航四个角度对近年来大量的相关文献进行了综合性地整理和分析,阐述了其导航原理、发展现状和动态,对其未来的发展前景进行了展望,指出了限制现有技术的难点和瓶颈,对未来仿生导航技术的发展提供了参考,有一定的指导作用。     

地球同步轨道星地量子信道特性研究

为了研究地球同步轨道量子密钥分发过程中星地量子信道特性，项目团队研制了搭载于实践二十卫星的极弱光偏振态分发设备，开展了地球同步轨道卫星与地面间光子偏振态的传输实验。实验时，星载偏振光分发设备根据遥控指令以50MHz频率驱动四个激光器出光，分发|0〉、|π/2〉、|π/4〉和|3π/4〉四种偏振态光子，经过长距离的空间传输后由地面站望远镜接收，最后由超导探测器探测。研究结果表明，地球同步轨道卫星到地面站的光学链路衰减约为100~110 dB，通道误码率约为2%~8%，满足量子密钥分发误码率的安全性要求。     

地外人工光合成装置研制与试验

原位资源利用技术是地外生命保障体系构建、实现人类地外生存的有效途径，是载人深空探索的核心技术。基于微通道技术的人工光合成反应器，采用流动反应器设计，用于低微重力等特殊环境条件下模拟人工光合作用，实现CO２向O２和含碳燃料的转化。微通道芯片通过气液剪切作用力使气体反应产物快速脱离电极表面并随反应介质排出反应器，理论上可以克服微重力条件对反应过程的影响，尚需进行微重力试验进行验证。同时，微通道结构可以通过精确控制反应气液的压力、流速、流量比等反应条件，获得优化的反应条件。通过地面试验，验证了该反应器将CO２还原为O２和含碳化合物的功能可行性。以Au和Ir/C作为阴极和阳极材料，3V电压条件下，O２产率可达11.74mL/h。此外，基于人工光合成反应器搭建了集反应模块、控制模块、流路驱动模块以及检测模块等于一体的地外人工光合成装置，形成原位反应、介质供给、精确控制、在线收集和检测等功能一体化的系统，并实现CO２有效转换和O２供给。为后续技术成熟度更高的反应装置研制、高产物选择性的含碳化合物转化以及人工光合成反应装置在轨试验奠定了理论和实践基础。     

紧凑型横向变焦系统关键器件的设计方法与功能验证

变焦系统可实现连续的光学变焦，可对不同景深的目标实现连续成像。在焦深延拓和光学检测等领域具有广泛地应用和发展潜力。本文提出了一种紧凑型可实现连续变焦功能的扁平化位相衍射元件，并设计分析和验证了横向调制相位型变焦衍射元件的功能。通过标量衍射基本理论模型，借助菲涅尔波带和多台阶相位衍射元件的设计方法，实现了横向变焦关键器件的设计仿真和实验验证。并以多波长响应的空间光调制器为基础，搭建了器件相位调制验证实验系统，通过测试证明了所设计器件的变焦能力，仿真和实验测试均可实现5倍变焦目标的有效调制。     

高速高精度光学模数转换技术研究进展

模数转换器（Analog to digital converter，ADC）是将自然界中各种模拟信号转换为数字信号的桥梁，其性能优劣直接决定了后续数字信号处理的能力。随着电子信息技术的发展和数字化的推广，主流半导体材料电子ADC受到载流子迁移率的限制，难以满足宽带信号高速、高精度模数转换的需求。光子技术天然具备超高速、大带宽等优良特性，利用光子学手段来提升电子ADC性能是目前突破电子瓶颈最具潜力的技术方案之一。文章介绍了光学ADC的基本原理和实现方案，并重点分析了最近十年来光学时间拉伸ADC和光采样ADC的国内外研究进展以及各自的技术特点，此外还概述了光量化技术的应用前景，展望了未来光学ADC及其关键技术的发展趋势。     

实用化光力加速度计中单微球重复起支技术

针对光力加速度计的小型化应用,设计并制作了一种基于V型槽的片上光纤光阱,并采用机械振动方法实现了单微球重复起支。理论研究了利用机械振动方法实现微球起支、捕获的动力学过程。结果表明,只有当微球脱离捕获室底面的初始速度满足一定范围时才能稳定捕获,该初始速度范围与捕获室的几何参数有关。提出了利用两光纤中相向传播光的耦合功率监测微球捕获状态的方法,并通过实验完成了微球起支过程的自动控制,实现了单微球的重复起支与捕获。该片上光纤光阱制备方法和单微球重复起支技术可推动光力加速度计的实用化进程。     

光环境模拟中的云雾闪电模拟系统设计

在正常天气环境下,民机驾驶员在驾驶舱内进行视觉作业(如观察判读仪表、显示器等)处在一个较为舒适的光环境中,但在恶劣天气环境下,驾驶舱内突然出现的强眩光源会造成飞行员视觉、生理以及空间方向感的损害,使飞行员的反应时间受到限制,直接威胁到飞行安全。 在光环境模拟中的云雾闪电模拟系统设计,针对云层、闪电这两种自然现象的不同模拟指标,采用云雾模拟系统和闪电模拟系统分别在地面进行云雾闪电模拟,实现了在地面模拟恶劣天气环境,如雷暴雨、穿云层等,能为驾驶舱的光学集成设计、视觉工效设计、验证试验、人因工程研究等提供多功能、可复现的光学验证条件。     

光波纳米推进技术中的表面等离激元增益光镊作用机理

为研究天线不同结构对表面等离激元（SPP）增益光镊作用的影响,建立天线-基底的电磁波传输耦合激元电场触发光梯度力的数值模型,并利用数值模型分析天线不同结构对SPP电场的影响规律,同时,这种电场变化规律对光镊增益有直接的数学关系,基于上述物理机制,获得不同天线结构对光梯度力产生的优化策略。为验证上述物理机制与优化策略的有效性,开展纳米颗粒的粒子图像测速（PIV）试验,天线材料为银,基底为二氧化硅,纳米颗粒为银,试验能够完好地观测到纳米颗粒在天线通道的运动情况。结果表明,光梯度力的增益机制在于激元电场强度和梯度两方面因素,前者随天线不对称性增强而先增大后减小,后者呈现一直增大趋势;纳米颗粒推动作用力的计算误差约为5.5%~13.8%,且试验值与计算值的趋势相符,一方面验证本文研究机理及优化策略的有效性,另一方面证明PFP技术的原理可行。     

电化学光整加工技术及在航空制造领域的应用探讨

介绍了轴承、齿轮、液压阀门、金属管道、自由曲面等几种典型机械零部件表面的电化学光整加工技术。根据航空飞行器性能要求,分析了电化学光整加工技术在航空飞行器特别是航空发动机方面的应用前景,以及需要解决的关键技术问题。