本文提出并展示了一种全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器。通过优化光栅层厚度，使其能够在支持TE导模的同时抑制TM导模。本文设计的滤波器呈现出可调谐的单一反射峰, 峰值反射率理论上可达100%。当入射角改变时，共振波长可以由642.5 nm调节至484.6 nm。该反射峰是由一级衍射波与TE导模（基模）之间的共振效应所产生的。同样地，通过按比例增加光栅层的厚度和周期可实现应用于更高动态范围的可调谐滤波器。

液晶波前校正器通常基于液晶显示器的工艺制备而成，因此其研制成本高、定制难度大。本文基于掩模光刻法制备液晶波前校正器，以实现液晶波前校正器的专用化、低成本研制。基于掩模光刻技术设计并制备了91像素的无源液晶驱动电极，并封装成液晶光学校正单元。设计并制备了驱动连接电路板，实现了液晶光学驱动单元和驱动电路板的匹配对接。对液晶波前校正器响应特性进行检测。结果显示，其相位调制量为5.5个波长，响应时间为224 ms。利用Zygo干涉仪进行球面波的产生和静态倾斜像差的校正。结果显示，其可以产生正负离焦波前，且对水平倾斜像差校正后，Zernike多项式中第一项的值从1.18降至0.16，校正幅度达86%，实现了像差的有效校正。本文的研究工作可为液晶波前校正器的研制提供新思路，进而拓宽其应用领域和场景。

遥感卫星在**和民用探测等领域发挥着重要作用，而大气湍流严重影响高分辨率遥感卫星的成像质量。本文重点研究了遥感卫星对地探测时，相机口径、卫星轨高和大气湍流强度对空间相机成像质量的影响。首先，基于球面波传输模型和Kolmogorov湍流理论，针对空对地探测湍流波前进行仿真。然后，分析畸变波前随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律，并推导出普适公式。在此基础上，进一步推导出空间相机成像分辨率随相机口径、卫星轨高和大气相干长度变化的计算公式。最后，研究了大气湍流对空间相机调制传递函数（MTF）的影响，并以MTF=0.15为基准，仿真分析了MTF相对误差随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律。本研究为高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供理论依据。

相位是描述光波状态的重要参数，但却无法直接观察。本文基于哈特曼探测器的波前快速探测功能，研究了光波相位三维显示的方法，并研制出相位三维显示系统。首先，利用Zemax软件对系统的光源、准直透镜等光学参数进行优化设计；然后，基于模式法波前重构理论，根据探测的Zernike多项式离焦量和像散项系数，实现了对3个不同类型镜片的相位三维显示，并给出相应屈光度的测量方法；最后，实验验证了光波相位的三维显示和屈光度测量的有效性，-2.00 D的近视镜测量值为-2.07 D，1.00 D的远视镜测量值为0.91 D，0.50 D的散光镜测量值为0.56 D。实验结果表明，此系统能够较准确地测量屈光矫正镜的屈光度，并实现相位的三维显示。本文设计的基于哈特曼探测器的相位三维显示方法具有更好的环境适应能力，便于研究者直观观测光的相位分布。

The distribution of metal nanoparticles on the surface of a surface enhancement Raman scattering (SERS)-active substrate plays a prominent part in not only the enhancement of Raman vibration signal, but also the spectrum uniformity. Here, a facile method to fabricate SERS substrates with excellent homogeneity and low cost was proposed, in which a lyotropic liquid crystal soft template was introduced for the coordinated growth of the silver nanoflowers in the process of electrochemistry deposition. Simulation was carried out to illustrate the dominated influence of the distance of electrodes on the deposited nanoparticle number. Two kinds of conductive materials, silver plate and indium tin oxide (ITO) glass, were chosen as the anode, while the cathode was fixed as ITO glass. The simulated conjecture on the effect of electrode flatness on the uniformity of deposited nanoparticles in silver is experimentally proved. More importantly, it was demonstrated that with a relatively smooth and flat ITO glass anode, a SERS substrate featuring higher spectrum uniformity could be achieved. This work is of great significance to the actual applications of the SERS substrate for quantitative detection with high sensitivity.

本文以与光腔耦合的电控量子点分子为研究对象，分析了量子点的时域量子关联退相干特性。基于可测量的Leggett-Garg不等式，研究光电混合系统的时域量子关联。测量不等式的违背性可以作为动态演化过程中时域量子关联的存在证据。调控电子隧穿强度和光腔频率失谐有利于增强时域量子关联。发现，在空间量子关联值为零的区域内，不存在时域量子关联。当空间量子关联值较高时，量子点动力学演化存在Leggett-Garg不等式测量的最大程度违背现象。与之相反，在时域量子关联为零的时间段内，空间量子关联仍然存在。本文采用开放量子系统动力学方法研究环境效应对时域量子关联的影响。量子点的自发衰变和光腔泄漏抑制了时域量子关联。这些结果可用于混合量子系统的量子信息处理技术。

微透镜阵列的衍射效应会影响夏克—哈特曼波前探测器的探测精度。本文根据惠更斯-菲涅耳衍射理论建立二维微透镜阵列衍射模型，模拟分析使用理想平行光入射微透镜阵列时在焦平面产生的二维衍射光斑阵列。然后，通过计算衍射光斑偏移一个像素的过程中质心的误差，确定最大质心计算误差。接着，利用模式法进行波前重构，获得波前探测误差。仿真结果显示：在偏移0.21和0.79个像素，即波面偏转0.03°和0.13°时，衍射导致的波前误差最大为0.125 λ。最后，实验验证了该误差计算方法的有效性。该研究结果可为夏克一哈特曼波前探测器的设计提供理论依据。

本文重点研究相机口径、大气湍流强度和卫星轨高对高分辨率遥感卫星定位精度的影响。首先，基于Kolmogorov湍流理论建立对地观测大气湍流模型和湍流模拟方法；然后，仿真分析了相机口径、卫星轨道高度和大气相干长度对卫星定位精度的影响规律，推导出湍流波前倾斜与相机口径、卫星轨道高度和大气相干长度的普适公式；最后，基于该普适公式，得出卫星对地观测时抖动量的理论计算公式。本论文的研究可为后续高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供大气湍流影响的理论依据。

为了解决白光干涉相位求解问题，实现微观形貌的高度测量，提出了基于主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）的白光干涉（White Light Interferometry，WLI）微观形貌测量算法。通过搭建的白光干涉显微系统采集多幅干涉图，将其重构成向量形式。在一组干涉图中，用时间平均值来估计背景照明，消除背景光成分。然后，通过矩阵运算得到代表原始数据的特征值及其特征向量。最后，通过反正切函数计算物体的包裹相位分布。实验结果表明，本文所提方法对于标定高度为956.05 nm的台阶测量结果为953.66 nm，且可以获得与迭代算法近似的解，而本文所提方法与迭代算法相比，处理速度提高了2个数量级。利用本文方法分析了表面粗糙度为0.025 µm样块的干涉条纹。结果显示：计算得到的表面粗糙度均值为24.83 nm，标准差为0.3831 nm。本文提出的方法解决了单色光干涉测量中的不足，还具有计算简单、速度快及精度高等优势。