水下光学成像技术对于海底资源勘测、海洋生态监测、水下搜索救援、水下考古等应用具有重要意义。相比传统水下摄像机，距离选通成像技术可以过滤选通切片外的后向散射噪声和环境背景噪声，实现高质量水下成像，但是在浑浊水体中仍然会受切片内后向散射噪声影响，导致成像距离缩短。对此，开展了光学偏振与距离选通成像结合的水下偏振选通成像技术研究，利用后向散射光良好的保偏性去除选通切片范围内的后向散射噪声，提升目标识别距离。通过理论仿真和实验研究，对比分析了不同水质下距离选通成像和偏振选通成像目标识别距离的差异。发现存在临界衰减系数c₀：当水体衰减系数小于等于c₀时，光学偏振对于提升距离选通成像工作距离无效果；当水体衰减系数大于c₀时，偏振可提升距离选通成像工作距离。实验中还发现，目标反射率会影响临界衰减系数。该研究有利于不同水质下距离选通成像的优化应用。

海水折射率测量在海洋学中发挥了重要作用，但对于海洋气候和海水流场监测领域，现有的折射率传感器无法满足应用场景的高精度与高采样率要求。有鉴于此，文中基于光外差干涉原理设计了海水折射率传感器，分析了该原理下的散粒噪声、相位解调噪声对传感器折射率测量的影响，研制了高精度海水折射率传感器样机，其采样频率为24 kHz，折射率变化量测量值的标准偏差为 $1.584\;8\times $$ {10}^{-8}\;\mathrm{R}\mathrm{I}\mathrm{U}$，该技术促进了海水折射率测量在海洋气候及海洋洋流等领域的应用。

激光麦克风是一种利用光学多普勒效应获取远场语音信息的技术，其语音质量受到探测系统自身特性、光探测路径以及目标物等多个方面的影响。为了从远距离声场下的目标物获取更高质量的语音信息，文中通过单频声激励实验获得了4种典型目标物（A4纸片、A4纸盒、瓦楞盒、塑料瓶）的声致振动频率响应，发现了其在频率上的非均匀性。在此基础上，提出了一种基于ResUnet和TFGAN网络的激光语音增强方法，其通过ResUnet网络预测去噪梅尔谱图，并利用TFGAN网络由预测的梅尔谱图恢复出激光语音的时域波形。然后，利用实验室自制的激光麦克风在4种目标物上进行了远距离语音采集实验，采用文中提出的方法对采集到的激光麦克风语音进行了处理，并与非线性函数谐波重构法、DNN+谐波重构法进行了比较。最后利用客观语音质量评估（PESQ）和时域分段信噪比（SNRseg）对处理后的激光语音进行了量化评估。实验结果表明，在4种目标物上采集到的激光语音，经过非线性函数谐波重构方法和DNN+谐波重构方法处理后，语音质量均无明显提升，其相应的PESQ和SNRseg分值无明显提高。而经过文中所提的ResUnet+TFGAN网络方法处理后，激光语音取得了更高的PESQ和SNRseg分值，语音质量明显提升。因此，文中提出的方法在激光麦克风应用中具有更好的激光语音增强效果。此外，由实验结果可知，此方法在频率响应一致性较差的目标物上，仍然可以较好地重建频谱，恢复出高质量的语音信息。

石墨质碳质材料因具有良好的电学、 力学、 热学性能而在电子设备, 复合材料, 电池, 传感器中得到广泛应用, 但针对生产能耗高, 污染大, 成本高, 不可控等现状是急需解决的核心问题。 因此, 通过使用较简单和成本低的制造技术在纳米级器件中获得石墨碳结构的方法是一个有吸引力的探索领域。 表面等离激元技术因具有环境友好、 能耗低等优点而受到广泛关注, 利用等离激元技术诱导大分子链状聚合物石墨化就是一种具有广阔前景的制备技术, 而Cu作为贱金属具有产量高, 价格便宜等优势。 基于表面等离激元技术, 利用激光辐射粗糙Cu表面上的聚丙烯腈(PAN)+碳纳米管(CNT), 而使聚丙烯腈在金属表面被石墨化。 通过改变基底刻蚀时间、 退火温度、 退火时间、 激光强度系统地研究了PAN/Cu和PAN+CNT/Cu得到最佳石墨化条件。 实验结果表明: 以PAN作为探针分子, 在2.5 mol·L^-1硝酸刻蚀15min的铜基底上, 观察到了增强因子为1.39×10⁴的表面增强拉曼散射(SERS)效应。 通过使用拉曼激光作为光源, 在退火温度为140 ℃时, 可以观察到石墨化的PAN分子结构缺陷较少, 碳氮三键消失, 其I_D/I_G可达1.160 8。 CNT进一步用于改变粗糙铜基底的光催化性能, 我们使用硝酸改性的多臂碳纳米管(MWCNT)与PAN结合对催化系统进行改进, 当掺入2%CNT后, 通过表面等离激元PAN可以在40 ℃的条件下实现石墨化, 其I_D/I_G达到0.942 1, 并且激光的引入大大提高了石墨化位点的可控性, 将其归因于激光照射下铜表面产生的热电子对PAN的催化作用, 并提出可能存在两种催化和石墨化的机制, 一种为热电子通过CNT使PAN石墨化, 另一种为热电子通过CNT作用于PAN附近的O₂, 通过·O2-使PAN石墨化。

针对目前透明度遥感反演研究多以较低空间分辨率卫星数据为主的现状，采用分辨率高达10 m的Sentinel-2卫星数据进行了胶州湾海域水体透明度的遥感反演研究。构建了基于实测数据的反演模型。结果表明：模型具有较高的精度，反演值与实测值的平均相对误差为9.86%，均方根误差为0.22 m。依据构建的反演模型与卫星影像数据反演了胶州湾水体的透明度，绘制了水体的透明度分布图，分析了胶州湾海域水体透明度的空间分布规律和局部的细微变化特征。研究发现，胶州湾海域水体透明度呈现由近岸向外海逐渐升高的趋势，径流量大的河流会造成汇入海域透明度明显降低的变化，潮汐会引起透明度出现沿垂直于岸边方向的纹理变化特征，大型船只的通航会造成透明度短时降低的变化。

激光语音探测是一种非接触远距离信息获取技术，具有灵敏度高、探测距离远、抗干扰等优点被广泛应用。但是，在目标物的后向光散射特性的影响下，该技术探测性能受到机位角度、目标材料、表面粗糙度影响，严重者有效信号将湮灭到噪声里致使系统探测失效。针对此，结合传统的微分交叉相乘解调（PGC-DCM）算法，开展归一化自相除相位载波解调算法研究，解决目标物后向光散射特性差异所带来的光强扰动问题。首先，建立消光强扰动算法数学模型，利用LabView构建仿真模型，通过该模型进行新算法的频谱响应与消光强能力的仿真分析，发现该算法可实现对干涉信号中B值，一倍频G、二倍频H以及一阶贝塞尔函数J₁和二阶贝塞尔函数J₂影响的消除；其次，针对不同光强度B值，进行了PGC-DCM和新算法性能对比分析，结果表明新算法可以解调出语音信号，在弱光环境下，优势更加明显；而PGC-DCM解调方法在光强度较小情况下时(例如B=0.5 mW)，语音信号湮灭，无法还原出信号；最后，建立了远距离光强扰动抑制实验系统，进行了光强扰动消除能力实验。实验结果表明：该算法在探测光功率为10、20、30、40 mW条件下，系统解调输出语音信号幅度一致，消除了光强不同对信号探测的影响。

海洋宏生物原位“观”和“测”对于海洋生态环境、海洋生物资源和海底矿产资源的研究和评估具有重要的意义。目前用于海洋宏生物原位观察的传统水下摄像机存在目标辐射特性、水体光散射、距离信息丢失等导致的低对比度目标探测难的问题。针对此，提出了水下激光雷达相机，可以兼顾并超越传统激光扫描雷达与摄像机复合的技术方案，利用单一系统同时获得百万像素高对比度的二维强度图像和高分辨率的三维图像，且二维图像中的像素和三维图像中的体素一一对应，并介绍了基于该技术研制的“凤眼”系统，其光立体采样区体积可调，距离分辨率优于1 cm，像素数为1360×1024。自2018年起，“凤眼”在我国南海海域进行了4个航次的海上试验，获取了海底宏生物及微地形地貌图像，最大工作深度达到3 291 m。