针对传统光栅耦合器在耦合过程中需要入射光倾斜一定角度且耦合效率低的缺点，提出了一种双层Si₃N₄减反射垂直光栅耦合器结构。基于时域有限差分法，对双层Si₃N₄薄膜结构的上、下层Si₃N₄厚度，下层Si₃N₄与光栅的距离及上、下层Si₃N₄之间的高度进行了详细讨论。分析结果表明，对于双层Si₃N₄减反射垂直光栅耦合器结构，横电波（TE）模式下在1550 nm波长处可以获得超过94%（-0.26 dB）的垂直耦合效率，3 dB带宽为107 nm（1485~1592 nm），具有良好的低损耗特性和带宽特性。同时，在现有加工工艺基础上，对该器件进行了容差分析。分析得知，当光纤光栅对准容差在-1.92~1.92 μm范围内、对准角度容差在-1.8°~1.8°范围内时，双层Si₃N₄减反射垂直光栅耦合器可以获得超过80%的耦合效率。

粒子形状是不规则粒子测量中的一个重要参数，干涉粒子成像（IPI）技术已经被广泛应用于不规则粒子形状的表征，但目前仍然缺少从大量散斑数据中对不规则粒子形状进行快速分析的方法。基于DenseNet网络，本文提出了一种利用从IPI系统获取的离焦散斑对不规则粒子形状直接进行分类的方法，通过改进的模拟粒子系统建立包含超过7000张散斑数据的模拟冰晶粒子散斑数据集，在不同位深的情况下对共9种形状类别的冰晶粒子离焦散斑进行了网络训练和验证。实验结果表明，散斑数据集上的最高分类精度达到92.7%，同时在信息压缩比仅为12.5%的情况下形状分类精度仍超过85%。本文提出的方法对IPI测量中粒子形状的快速分析具有重要意义，并且可以实现测量散斑数据的低成本存储和高效率传输。

搭建了一种基于液体变焦透镜和振镜的三维光片显微成像系统，设计了振镜、液体变焦透镜、相机的同步控制采集成像系统，通过调谐振镜和液体变焦透镜，使得光片激发样品和成像同步，获得样品不同切面的图像堆栈并实现样品的三维重建。当采用数值孔径为0.3、放大倍率为10的成像物镜时，该系统的轴向扫描范围为507 μm，横向视场达到1970 μm×1300 μm，横向分辨率为1.32 μm，轴向分辨率可达12.75 μm。在轴向扫描过程中，系统的放大倍率保持恒定，可以用于对一定尺寸生物样品的成像实验和相关研究，并通过对斑马鱼胚胎进行成像验证所提系统对厚生物样品成像的可行性。

光学参量振荡器（OPO）是一种简单有效的产生理想特定波长的方法。报道一种电动控制的光学参量振荡器，该可调谐激光器体积小，方便携带外出试验，效率较高，阈值低，调谐精度高，可在室温下工作，水冷控温于25 ℃。以BaGa4Se7晶体为核心，由脉宽10 ns、波长1.06 μm电光调Q的Nd:YAG激光器泵浦。输出的中红外空闲波可以实现2.97 μm到6.35 μm宽范围调谐，在3.8 μm处脉冲能量高达1.97 mJ，可以提高泵浦功率使其达到更高水平。转台的机械转角为0°时，有中心波长为4.66 μm，闲频光通过电机控制转动晶体的旋转角度来调谐。电动连续转台结构紧凑，精度高，最小旋转步长为0.002 5°，从而微调相位匹配角度和输出波长。

不规则粗糙粒子广泛存在于粒子场中, 为获得其尺寸信息, 建立激光干涉成像系统, 提出了不规则粗糙粒子尺寸计算方法。基于光学传输矩阵理论, 模拟了不规则粗糙粒子激光干涉离焦像, 分析得到粒子尺寸与离焦像2D自相关的关系, 给出不规则粗糙粒子尺寸计算公式。以砂砾为样本进行激光干涉成像实验, 采集不同转向下的离焦像并进行频率分析获得粒子尺寸, 实验结果表明, 测量误差不超过10.4%, 满足微小粒子的测量要求, 对实际粒子场的测量具有重要意义。

在大视场小体积的人造复眼结构中，倾斜的边缘子眼成像时存在较大的轴外像差。提出一种复眼结构，利用光线在子眼中的折转与自由曲面矫正像差，提高了边缘子眼的成像质量，进而增大了复眼结构的视场角。设计出5 组子眼对180°视场成像，每组对应特定的视场范围。利用光学仿真软件CodeV对5 组子眼分别做了光学仿真，得到了各组子眼的像差曲线，光学传递函数MTF 曲线。结果表明，在整个180°视场范围内，频率为100 lp/mm时，MTF 值均大于0.2，畸变在30%以内，复眼具有良好的成像质量。

提出一种基于新型多芯少模光纤模式干涉原理的位移传感器，该传感器由两段单模光纤和一段多芯少模光纤组成。研究了该传感器的实现原理，并实验验证。实验结果表明当光纤轴向被拉伸0~60 μm时，该新型传感器的检测灵敏度为-61.17 pm/μm，与理论计算结果之间的误差小于3.9%。因此，当使用高分辨率光谱仪作为接收器时，该传感器可检测17 nm的位移变化。

可集成、易调谐的光编解码器是光码分多址(OCDMA)系统集成化的关键模块之一。基于耦合双环阵列提出了一种新型的光编解码器。该编解码器通过调谐双环下载端反射波长以及集成于总线的相移器的相位，实现了OCDMA系统的二维相干编解码。基于耦合模理论，建立了耦合双环阵列的传输矩阵方程。用于编解码器的双环半径分别为50 μm和48 μm，阵列中四组双环的反射中心波长分别为1535，1535.2，1535.4，1535.6 nm，信道宽度为17 GHz，反射谱3 dB带宽约为0.14 nm，信号基本上不会出现干扰，保证了用户发送和接收信号的准确性。相应的自相关峰值旁瓣比(P/W)约为5，互相关峰值比(P/C)约为7，可以容纳用户数为96个。

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术因具有动态范围大、灵敏度和信噪比高等优点在气体检测领域中日益受到重视，然而检测系统内水对太赫兹波的强烈吸收会对气体解调结果产生严重影响。在常温常压、检测系统内有水气存在的情况下利用THz-TDS技术对不同浓度的氨气进行定量检测，并提出一种比例法浓度解调方法降低了水气对氨气浓度解调的影响。为了验证提出算法的有效性，与直接差分法和湿度补偿法两种浓度解调方法进行了比较。结果表明,当氨气与太赫兹波的作用光程为96 mm时，利用比例法可以使气体检测灵敏度提高为33.0 mg/m3，浓度反演误差控制在48.2 mg/m3以内，相比直接差分法和湿度补偿法浓度反演误差降低达84.6%和77.4%。

为了实现悬臂方形薄板的共振模态分析, 本文基于 AF-ESPI测量原理和瑞利利兹法对悬臂方形薄板共振模态的理论进行了完整分析, 给出前 8阶的共振频率和相对应悬臂方薄板的电子散斑共振条纹分布情况。为了验证理论计算的精确性, 搭建了振幅波动电子散斑干涉测量系统, 并利用该系统对悬臂方形薄板进行模态分析, 测量该板的共振频率和振动模态。理论计算的结果和实验测量值对比发现, 振动的条纹和理论计算的结果一致, 共振频率的测量值和理论计算值之间的相对差值在 0.1%~9.1%之间。