目前的显微光谱成像系统的探测模块主要以推扫型光谱成像仪为主，无法进行动态微观样本的观测。基于超材料宽谱调制型光谱成像技术体制，使用该原理研制的快照式光谱相机作为探测模块，其与显微镜模块形成新型的快照式显微光谱成像系统。该系统可实时获取样本的光谱曲线与光谱图像信息。同时利用该系统获取不同藻类的吸收光谱曲线，进一步使用基于支持向量机的图像分割识别算法，对水中的动态藻类样本进行识别。共测试样本80个，预测结果准确率为100%，召回率为65.52%，为快照式光谱成像技术在显微领域的应用奠定基础。

空间目标由于距地相对较远, 且散射光信号受到大气介质的强散射, 在地基测量中很难获取到目标的准确信息。 近年来光谱观测技术蓬勃发展, 由此为空间目标测量提供了新的方案, 但在采集的目标光谱信息中, 由于目标轨道高度、 材料组成等大多相近, 很难直接从光谱曲线中分辨出目标。 为此基于双向反射分布函数（BRDF）散射理论, 建立了空间目标散射光谱成像模型, 并由1.2 m口径地基观测平台与光谱视频成像系统实验测量了一组高轨道同步卫星（GEO）目标, 光谱范围为400～720 nm, 光谱分辨率为2 nm。 采用径向基神经网络算法对光谱数据中的BRDF进行解混, 实验测量了六种空间目标典型材料的BRDF。 由于目标相对较远, 已经超出探测系统的衍射极限, 因此目标可视为点目标, 但在地基测量中大气层是阻隔在探测系统和目标之间的重要屏障, 目标光信号穿过大气层时会受到大气介质的强烈散射, 这种散射虽然很大程度上削弱了光信号, 但同时光信号也被按原结构放大。 依据光学记忆效应, 目标光信号穿过均匀大气介质后其结构仍保持不变。 基于以上分析, 目标光斑图像应该保留有目标投影结构的信息。 为此采用针对目标光斑图像纹理区域分割反演的方法, 将目标光斑划分为10个纹理区域, 并提取对应光谱数据。 通过探测系统传递函数标定以及减噪处理, 获得了观测时段在轨目标空间几何角度下的光谱曲线。 再利用建立的典型材料光谱数据库进行拟合反演。 结果表明: 在2号、 5号、 10号纹理区域反演出了区别于其他区域不同的材料类型。 同时, 反演的各纹理区的材料面积比也有较大不同。 为进一步评估拟合结果, 采用非奇异矩阵对拟合效果进行评价, 分析了扰动方程, 拟合准确率最高为85.283 3, 最低为76.982 7。 这说明拟合结果是相对真实的, 目标散斑图像中含有可分辨的目标投影结构信息。 此研究为揭开点目标成像探测和散斑图像结构识别提供了新的方向。

光谱成像具有良好的多维信息获取能力，广泛应用在食品安全、医学诊断、环境监测、伪装识别及**遥感等领域。传统光谱成像系统受到分光器件的限制，其存在体积大、成本高和集成度低等问题。基于新型超构表面的成像光谱芯片可为传感器小型化、低成本提供有效解决方案。随着光谱分析需求的持续攀升，加速了超构表面成像光谱芯片的快速发展。本文综述了近年来超构表面成像光谱芯片研究进展。在此基础上，介绍了本团队最新研究成果，通过创新设计成像光谱芯片体系架构，可同时实现高能量利用率、高空间分辨率、高光谱分辨率，为芯片级光谱成像系统的应用打下良好的基础。最后论述了成像光谱芯片的发展趋势及应用前景，为实现光谱成像系统小型化提供参考。

痤疮是属于丙酸杆菌皮肤病脉的一种慢性炎症, 它危害着人体健康。虽然市面上存在痤疮识别手段, 但其仪器较大且费用昂贵, 目前尚无民用级别的痤疮识别系统投入使用。本文提出一种基于多光谱成像技术的面部痤疮识别方案, 即利用多光谱相机设备, 分别对面部正常与不同严重程度痤疮皮肤进行多光谱图像信息采集, 通过图像处理方法对采集的信息进行多光谱图像分析, 并通过光谱反演算法获取光谱信息。然后将反演出的正常和不同严重程度痤疮皮肤的反射率谱线, 与高精度光谱仪在同等实验条件下探测的谱线趋势进行对比。最后建立支持向量机(support vector machine, SVM)面部痤疮三度四级分类模型, 准确率为90%, 验证了基于多光谱成像技术对面部痤疮无创识别与分类的可行性。

石膏矿渣水泥具有低水化热、良好抗化学侵蚀性能等优点, 是一种低碳绿色胶凝材料。为了明确原材料对石膏矿渣水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响, 对比研究了不同化学组成及活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的强度发展及抗硫酸钠侵蚀性能。结果表明: 提高矿粉中Al2O3含量可以有效提高石膏矿渣水泥混凝土早期3 d强度; 石膏矿渣水泥混凝土在硫酸钠环境下表现出强度软化型劣化; 提高水泥用量、降低水灰比可以有效提高低活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的抗硫酸钠侵蚀性能, 但不利于高活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的抗硫酸钠侵蚀性能。研究为低活性矿粉制备石膏矿渣水泥混凝土及其寿命预测提供试验数据支撑。

本文研究了氧化镁质和硫铝酸钙膨胀剂对工程水泥基复合材料水化产物及微观结构的影响。结果表明：两种膨胀剂均会引起工程水泥基复合材料流动性能、力学性能的下降；掺入氧化镁质膨胀剂使得材料体系中大量生成富镁硅钙石，而掺入硫铝酸钙膨胀剂使得材料体系中钙矾石含量增大，两种水化产物均可以细化材料的孔结构，改善试样的抗氯离子渗透性能，5%(质量分数)掺量下硫铝酸钙膨胀剂试样的孔径比氧化镁质膨胀剂试样的更小，结构更加稳定。

文章在理论方面利用亚波长孔阵结构透射峰位关系公式, 针对光谱探测器件所需要的具备单峰窄带透射特性的介质-金属-介质的三层结构”双玻孔阵”结构模型的窄带单峰透射结果, 基于现有的加工工艺对较常出现的上沿过刻、孔底残留和孔底过刻三种实验误差进行了潜在失效模式分析, 与标准双玻孔阵模型对比结果, 分析得到加工误差对窄带单峰透射的各种影响及产生的机理。对利用双玻孔阵结构的异常透射原理对入射光进行选择性透过制备出的新型像素级滤光膜系的制备工艺有一定的指导意义。

小型化的光谱探测设备有低载荷、低成本、高集成度等诸多应用优势。而滤光/分光模块是光谱探测设备的核心组件。本文利用亚波长金属孔阵模型设计出一种有别于传统滤光片的滤光组件, 将对应的近红外波长的光进行选择性透过。一直以来基于超透射现象的亚波长金属孔阵滤光膜因上下介质的介电常数不同而产生两个强透射峰, 难以实现单通道滤光, 针对此缺陷设计了两层对称介质的双层玻璃透射形结构, 在近红外波段成功实现了单波长透射的特性。通过时域有限差分法进行仿真运算, 成功实现了1.25μm、1.40μm、1.55μm、1.70μm, 透射率约45(±3)%四种窄带透射, 半波峰宽度50nm的结果。并总结出结构参数的相应设计公式, 在1~2μm波长近红外区可以实现任一波长的滤光调制, 且透射率与频宽可调。

基于大气的量子信道传输损耗低, 不存在双折射效应, 是量子通信实验的可行信道。通过建立卫星平台与光学地面站之间的高稳定低损耗量子信道, 可实现超远距离的量子密钥分发。通过卫星中继, 将有可能实现覆盖全球的量子通信网络, 这也是目前国际公认的最为可行的方案之一。本文详细描述了 1.2 m光学地面站望远镜的光学接收系统设计, 望远镜采用 R-C结构形式, 具有近衍射极限的成像质量。为了抑制到达角起伏, 实现微弧度级的跟踪精度, 望远镜采用复合轴跟踪控制策略, 可实现高精度和高带宽的跟踪。