以能够在紫外波段产生局域表面等离激元共振的Al纳米颗粒作为研究对象，利用时域有限差分法（FDTD）对立方柱形Al纳米结构的近场局域增强和远场特性进行了模拟与分析。首先对不同尺寸的立方柱形Al纳米颗粒的远场消光特性进行分析；结果表明，增大纳米颗粒尺寸，共振峰红移，并且局域表面等离激元共振峰呈现出一定的展宽，其消光系数先增大后减小。其次分析了在局域表面等离激元共振波长下的近场增强特性；结果表明，金属纳米颗粒对该共振波长下的电场增强效果显著。从研究中发现，Al纳米结构的尺寸会对其LSPR效果产生显著影响，可以通过改变尺寸参数来调控纳米结构的LSPR特性，实现紫外波段的局域表面等离激元的共振激发。

应用紫外（Ultraviolet, UV）光谱技术对水产养殖水质总氮含量进行快速检测。 为了消除各种系统误差与偶然误差对模型预测性能造成的影响, 将88个水样的总氮浓度实测值数据和光谱吸光度数据作为原始数据, 将模型建立分为样本集划分、 数据预处理、 特征波段提取、 模型选择与LV数量选择5个阶段, 以求达到最优预测效果, 其中前4个阶段分别使用多种方法进行比较。 结果证明每个阶段都是必不可少的, 只有通过对比其优劣才能找到最适合总氮含量测定的建模过程及方法。 首先用浓度梯度（CG）法对原始数据进行相同的样本集划分处理, 然后在此基础上分别建立主成分回归（PCR）、 逐步回归（SR）和偏最小二乘回归（PLSR）三种模型, 选择预测效果最好的PLSR作为本文的预测模型。 PLSR的建模效果会在很大程度上受到潜在变量（LVs）数量的影响, 通常选取模型预测均方根误差RMSEP值最小时所对应的LV个数为最优LV个数。 其次, 选用CG法、 随机抽样（RS）法、 Kennard Stone（KS）法和SPXY法4种样本集划分算法对样本进行处理, 并对所建立的PLSR模型预测效果进行比较, 最终选择SPXY算法作为最优样本划分算法。 然后在对样本集进行SPXY法划分的基础上, 运用多种预处理算法对光谱吸光度数据进行预处理, 包括小波变换（WT）、 一阶导数法（Der1st）与二阶导数法（Der2nd）三种单一算法和小波变换与两种导数法的组合预处理算法WT-Der1st和WT-Der2nd。 然后在预处理的基础上分别使用连续投影变换（SPA）和逐步回归（SR）两种特征波段提取方法, 对比可知, SPA特征提取方法比SR的提取效率高且建模效果好。 SPA算法既可以大大地简化模型, 又可以在一定程度上提升模型的预测精度。 基于WT-Der1st-SPA提取的特征波段为218 nm, 与总氮特征波段区间相一致, 由此说明该方法比较科学。 综合上述建立的10个PLSR模型, 考虑到预测精度与模型复杂度2个因素, 最终选择基于WT-Der1st-SPA建立的PLSR模型作为最优模型, 该模型预测决定系数r2为0.996, 预测均方根误差RMSEP为0.042 mg·L-1。 由此可见, 所建立的模型预测效果非常好, 可以快速准确地测定水体的总氮含量, 为实现光谱技术在水产养殖其他水质监测指标的在线检测以及快速测定提供了经验。

使用时域有限差分法(FDTD)研究了蓝宝石衬底上的GaN三角脊的光学特性。分析了不同顶角角度的GaN三角脊的截面光场分布, 结果表明, 三角脊结构可以有效地使光聚集在顶部。分析了不同顶角角度下GaN三角脊的截面电场强度的最大值, 结果表明, 随着顶角角度的增大, 其最大电场强度先逐渐增大后趋于小幅振荡。当其顶角角度较小时, 仅在三角脊尖端处产生一个光场极大值区域, 随着顶角角度的增大, 在脊顶部会产生多个极大值区域。分析了GaN三角脊中量子阱层附近的光场分布, 结果表明, 随着顶角角度的增加, 量子阱层附近的平均电场强度先基本不变后振荡增加, 量子阱层附近的光场由均匀分布逐渐趋于不均匀分布。从研究中发现, 当顶角角度处于40度至60度时, 量子阱与光子耦合作用更强, 这为基于GaN三角脊的高光子密度器件提供了器件设计的理论基础。

半导体禁带宽度Eg与温度的依赖关系Eg(T)是一个基础的理论课题, 对材料特性的认识具有极其重要的意义。目前, 对不同半导体材料的Eg(T)研究存在多种半经验的理论模型, 尚未形成定论, 所以该课题仍然是一个基础研究的热点。文章梳理了近几十年来Eg(T)分析模型的发展历程, 分析了Varshni模型以及基于晶格振动和电子声子作用发展出的四个半经验模型的优缺点, 提出了新的问题, 对Eg(T)研究的进一步发展以及基于声子特性改善光电子器件性能具有指导意义。

针对大空间单目视觉系统中摄像机内参数校准精度对整体测量精度影响较大这一问题, 本文提出一种基于变异机制粒子群优化(MMPSO)算法的摄像机内参数虚拟三维校准方法。该方法基于分阶段最优化思路, 通过建立摄像机成像模型对摄像机外参数及部分内参数进行初始值估计, 再通过MMPSO算法对内参数进行优化校准确定最终的结果。实验中为了提供精确的校准控制点, 搭建了校准硬件平台, 将红外发光二极管固定于三坐标测量机测头上并跟随测头移动, 构造一个大空间虚拟三维校准板。实验结果表明: 主要的10个内参数均达到测量精度要求的数量级, 验证了该方法的有效性。通过单目视觉坐标测量系统对两种校准方法所得结果进行等距测量实验, 基于Janne Heikkila的三维校准法的总体标准差为0.112 mm, 基于MMPSO算法的虚拟三维校准法的总体标准差为0.084 mm。通过对比实测数据标准差, 可以证明本文提出的校准方法稳定性更好, 精度更高。该方法能够满足大空间单目视觉坐标测量系统对摄像机内参数精度的要求, 对视觉坐标测量技术领域中的摄像机校准等非线性优化问题具有一定指导作用。

使用时域有限差分方法系统地研究了直径从2 μm到50 μm的GaN基微盘在蓝光波段的模式强度和分布。设计了一种可以比拟微盘内高密度激子分布的偶极子排布方式, 使其能够激发盘内所有光学模式。研究了盘内最大激发强度和有效共振频率数量随微盘直径的变化关系, 揭示了盘内模式间的竞争关系, 并给出了微盘内三种典型的激发后的光场分布。

本文利用装备有衰减全反射附件的红外光谱仪对62种不同产地、不同品牌的复印纸进行检验,建立了纤维素和无机填料峰面积的比值作为区分鉴别复印纸的新方法,区分度达到了91.96%,达到了无损、快速、准确检验区分的目的。

提出了自适应总体最小二乘算法, 以进一步提高单摄像机视觉测量系统光学特征点的姿态解算精度, 研究并对比了常用的总体最小二乘算法及自适应总体最小二乘算法在测量系统中的应用。首先, 根据空间几何位置关系构建光学特征点、像点及摄像机位置的系统坐标系及三维空间模型, 并建立关于光学特征点及像点的矩阵方程。然后, 应用常用的总体最小二乘法及自适应总体最小二乘法进行优化求解。最后, 基于优化的总体最小二乘解确定光学特征点相对世界坐标系的姿态。应用三坐标测量机进行仿真对比实验, 结果表明：常用的总体最小二乘算法得出的姿态坐标的标准差为0.055 7 mm, 自适应总体最小二乘算法得出的姿态坐标的标准差为0.041 4 mm。相比之下, 自适应总体最小二乘算法有更高的收敛速度及收敛精度, 且解算速度优于常用总体最小二乘算法, 满足单目视觉测量系统的稳定、可靠和精度高等要求。