铝离子光钟跃迁谱线的自然线宽为8 mHz，因此，需要用线宽为1 Hz左右的激光探测光钟跃迁谱线。半导体激光器的线宽为500 kHz，长期漂移量为90 MHz/h，为了满足铝离子光谱探测的要求，将激光频率稳定在法布里-珀罗（F-P）腔上。振动噪声为F-P腔的主要噪声之一，为了降低F-P腔的振动敏感性，理论分析了激光频率稳定的F-P腔振动敏感性。通过有限元方法模拟分析了F-P腔的弹性形变与其形状和支撑位置的关系，设计了激光波长为534 nm时激光振动敏感性为0.53 kHz/（m⋅s²）的F-P腔，为实现低振动噪声激光提供了理论依据，在原子钟和精密谱测量领域具有重要的应用价值。

动脉粥样硬化与各类心血管疾病密切相关,动脉粥样硬化会直接导致动脉血管壁变硬,产生一系列血管生理功能异常,诱发各类心血管疾病。检测动脉粥样硬化特征在心血管医学方面具有十分重要的意义。为了检验光声平台检测活体组织动脉粥样硬化的能力以及探索光声频谱分析在外周血管检测中的应用前景,本课题组开展了仿真和在体动物实验。采用K-wave仿真从理论上证明了光声频谱分析的可行性。本课题组建立了高脂饲料喂养的动脉粥样硬化小鼠模型,搭建了一套光声检测系统,收集了相应的信号数据进行光声频谱分析。动脉粥样硬化模型小鼠和正常小鼠光声信号频谱数据经方差分析后显著分离,实验数据的频谱分析结果与K-wave理论分析结果具有较好的一致性。频谱分析技术在检测小动脉血管粥样硬化方面具有一定的潜力,光声频谱分析技术有望成为小动脉血管硬化检测的有效手段之一。

近红外辐射是夜天光的重要成分，充分利用近红外辐射是提高真彩色夜视成像系统信噪比的有效手段。然而，对近红外辐射反射率高的绿色植物在真彩色夜视图像中存在偏色严重的问题。本文分析了红、绿、蓝通道中绿色植物图像的灰度值分布后发现：①绿色植物区域的景深大；②全通通道和红色通道的差值为不含近红外辐射的绿、蓝分量之和，且绿色植物区域在差分图像中的绿、蓝分量很小。本文基于这两个特点提出一种景深差分提取绿色植物的方法，之后根据色彩平衡原理利用所提取的绿色植物区域去调整红色通道和蓝色通道的值。结果表明：该方法能够有效校正近红外辐射对图像色彩的影响，还原绿色植物图像的色彩。

磁四极跃迁1S0-3P2是镱原子的一个重要跃迁, 为了利用该跃迁研究超出标准模型的新物理, 需要利用507 nm激光实现该跃迁的直接激发。本文基于光纤耦合与单透镜耦合两种方式在波导型周期性极化铌酸锂中实现了1 014 nm激光到507 nm激光的倍频转换。通过测量倍频光功率随晶体温度的变化曲线研究了晶体的光学不均匀性; 依据倍频光功率与基频光功率的关系研究了耦合透镜焦距对倍频转换的影响; 实验显示, 21 mW 1 014 nm激光经光纤耦合入射铌酸锂晶体后得到316 μW的507 nm激光输出, 且透镜耦合中随着耦合透镜焦距的减小倍频光输出功率逐渐增加。

针对帧转移结构电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)对高速运动目标成像模糊、高亮度目标成像饱和且细节缺失的问题, 提出了利用抗光晕通道倾泻多余电荷和外部时序控制的电子快门方法, 通过帧转移时序将感光区电荷转移到与存储区相邻的抗光晕沟道进行倾泻, 实现标准视频连续输出中1/25~1/1 000 s连续可调的电子快门, 并推导了抗光晕漏极最大倾泻电流与光照强度之间的数学关系式; 使用FPGA硬件图像处理消除了曝光时间缩短引起的漏光-拖尾(smear)效应; 采用带有抗光晕结构的帧转移EMCCD开发了原理相机进行实验验证。结果表明, 通过该方法控制电子快门可以有效降低旋转运动目标的成像模糊, 并实现夜间的高动态范围夜视成像, 显著提升图像细节。

EMCCD作为一种新型的光电传感器, 在现代军用光电成像技术正得到越来越广泛的应用。本文将 EMCCD组件应用于单兵综合侦察仪中, 满足了装备昼夜探测的需求。同时根据约翰逊准则, 考虑系统的光能量传递特性和目标在靶面上的压行数等因素, 理论估算出其作用距离。通过试验结果表明理论估计的正确性, 验证了 EMCCD昼夜通用的性能, 为装备选型提供依据。

The laser cooling of ytterbium (Yb) atoms needs a 399-nm laser which operates on the strong 1S0 -1P1 transition and can be locked at the desired frequencies for different Yb isotopes. We demonstrate a frequency locking method using the fluorescence spectrum of an Yb atomic beam as a frequency reference. For unresolved fluorescence peaks, we make the spectrum of the even isotopes vanish by using the strong angular-dependence of the fluorescence radiations; the remained closely-spaced peaks are thus clearly resolved and able to serve as accurate frequency references. A computer-controlled servo system is used to lock the laser frequency to a single fluorescence peak of interest, and a frequency stability of 304 kHz is achieved. This frequency-locked laser enables us to realize stable blue magneto-optic-traps (MOT) for all abundant Yb isotopes.