水体含沙量监测一直是水文观测及水中建设施工的重要观测内容, 实时有效地监测水体含沙量具有重要实际价值。 传统人工测量方法效率低下, 无法实时监测, 基于超声波等仪器监测方法虽可实现水体含沙量的实时测量, 但在安全性、 稳定性和测量范围上各有缺点。 而基于光谱法进行物质含量监测的技术具有快速、 无损、 精确高效等优点, 近年来被广泛应用于各领域, 为水体含沙量在线监测技术提供新的思路与方法。 但直接透射光谱法易受光源的不稳定和外界的杂散光的干扰, 产生光谱噪声, 同时由于仪器设备的光强饱和度, 其测量量程存在限制。 基于此, 重点研究直接透射光谱噪声处理和多段标定技术, 设计了一种基于透射光谱的水体含沙量快速大量程在线监测系统。 首先基于朗伯-比尔基本定律理论分析水体含沙量与透射光强度之间的关系, 然后利用比色皿支架实验室搭建了水体含沙量监测试验系统, 配制不同含沙比例的标准溶液, 进行强度-含沙量实际相关度标定测试。 为克服光谱噪声影响, 采用小波阈值去噪算法对原始透射光谱进行预处理, 使用sym7小波基, 极小极大阈值选择规则和7次小波分解次数, 消除光谱噪声; 设置不同积分时长, 采用多段标定的方式实现了从4%到22%含沙量的大量程测量, 并在算法中实现标定函数与测量量程自动匹配。 结果表明标定曲线R平方值均在0.99以上, 线性度良好, 与理论相符合。 最后对设计的水体含沙量在线监测系统进行实际精度测试, 结果表明在大量程测量范围的测量误差均控制在0.4%以下, 全量程误差均值为0.173%, 误差标准差为0.115%, 可满足工程实际需求。 因此提出一种大量程的水体含沙量在线监测系统, 并试验验证了系统测量准确度, 可以用于水体含沙量实时在线监测。

以硅、锗为代表的半导体材料在集成电路芯片、微机电系统等领域得到了广泛应用。针对该类材料硬脆性强、传统加工工艺难以加工的不足，提出了一种激光电化学复合加工方法，利用皮秒激光辐照定域以提高单晶锗的电导率，实现了激光热力效应与电化学阳极溶解的自耦合协同加工。阐述了该加工方法的理论依据，设计了背向光控电解试验，进行了机理验证，分析了光控电解所得的凹坑结构的形貌特征，讨论了偏置距离对其的影响规律。在此基础上，将激光热力效应与电化学阳极溶解耦合于单晶锗上表面，开展了激光电解自耦合协同微切槽试验，分析了微槽加工表面的特点，讨论了加工电压对微沟槽尺寸的影响规律。

为了改善激光钻孔的几何形貌，提高其刻蚀深度和减小微孔锥度，以304不锈钢为试验材料，采用旋转磁场辅助激光钻孔的加工工艺，研究了在不同转速旋转磁场下，微孔刻蚀深度、表面喷溅、孔壁几何形貌和内壁氧含量的变化，探索了在有/无旋转磁场作用下，单脉冲能量对微孔锥度的影响。试验结果表明，随着旋转磁场转速的提升，微孔刻蚀深度增加，表面喷溅更加显著，氧含量降低，但过快的转速会使孔壁几何形貌变差。此外，旋转磁场的引入可以有效减小微孔锥度，且单脉冲能量越大，微孔锥度降低得越明显。

从氧化后退火处理、氮化处理、碳帽、钡夹层、淀积氧化物后退火处理五个方面介绍了碳化硅钝化工艺。通过改进钝化工艺可以有效降低界面态密度。针对这几种钝化工艺对SiC/SiO2界面态密度的影响进行讨论,分析几种钝化工艺的优劣,并重点介绍了氧化后退火处理和氮化处理两种钝化方法。研究发现,NO氮化工艺能有效降低界面态密度,提高界面可靠性。该工艺适用于SiC MOS器件的制造。

为了解决纳米复合电沉积加工速率慢、颗粒易团聚以及沉积层表面质量差等问题, 采用构建高能脉冲激光辅助纳米复合电沉积的方法, 利用激光辐照产生定域微区搅拌, 缓解颗粒团聚现象, 加速电化学反应速率, 提高沉积层表面质量, 并对加工过程进行了有限元仿真和实验验证。结果表明,激光与电化学复合能够明显的提高复合沉积速率, 且激光的冲击作用能够提高晶粒的结合性, 进而促进镀层的致密化;同时此冲击作用也能降低纳米粒子的团聚几率, 细化镀层晶粒。此研究结果对电解加工技术的发展具有一定帮助。

为了减小光伏发电聚光系统的轴向尺寸，使聚光系统的厚度更薄、质量更轻，讨论设计了一种透射式双面菲涅耳聚光镜。通过设计，使光线在通过双面菲涅耳聚光镜的前表面环带后进入相应的后表面环带，减少了光能损失，使太阳能电池获得的能量密度更高。推导并给出了双面菲涅耳透镜的后表面环带设计公式。用光学设计软件LightTools模拟了双面菲涅耳聚光镜的光学能力，并对模拟结果进行了分析评价。给出了一个口径为200 mm，焦距为120 mm，F 数为0.6 的双面菲涅耳聚光镜设计实例，在波段为380~760 nm，太阳张角为0.55°时，聚光系统的聚光效率达到85%，与相同口径相同焦距的传统菲涅耳透镜相比，聚光效率提高了21.1%。

为提高凝视型共形光学系统的成像质量，提出了采用共形整流罩内表面设计与Zernike Fringe Sag 面固定校正板设计相结合的固定校正方法。根据建立的入射光线与出射光线方向的偏离角与整流罩参数的关系，设计整流罩内表面参数，减小共形整流罩引入的部分像差。在此基础上，利用Zernike Fringe 多项式各项与像差的对应关系，构建Zernike Fringe Sag 面固定校正板。基于该设计方法设计了一个凝视型共形光学系统，其F 数为1，焦距f 为30 mm，观察视场为±35°。分析了校正前后系统的像差特性。设计结果表明，该方法有效地减小了共形光学系统存在的主要像差，整个观察视场范围内调制传递函数(MTF)曲线在17 lp/mm 处均达到0.748以上，成像质量良好。

变形光学系统在X方向和Y方向有不同的焦距，物方视场的横纵比不再受探测器光接收面形状限制，可以在一个方向上扩大视场或提高目标分辨率而不影响另外一个方向。研究了无遮拦三反射镜变形光学系统的设计方法，利用Zernike像差分析方法分析变形系统的像差特点，使用具有双曲率的Biconic Zernike曲面作为反射面校正系统像差。设计了一个X方向焦距fx为100 mm，Y方向焦距fy为150 mm，F数为2，视场为3.3°×1.65°的致冷型中波红外光学系统。探测器的横纵比为43，物方视场横纵比为21。该系统全视场范围内的调制传递函数在奈奎斯特频率处(33 lp/mm)高于0.61。三个反射面及整个光学系统均关于YZ平面对称。设计结果表明，该系统能够改变物方视场的横纵比，增大了X方向的视场，结构紧凑，成像质量良好。

为满足无遮拦三反射镜光学系统体积小、光学性能高的发展需求,提出了一种圆周式三反光学系统.以近轴矩阵法求解的共轴三反系统为初始结构,在保证各二次曲面反射镜的焦点依次衔接的条件下,将各元件适当地倾斜偏心使系统无遮拦,并使系统的光路折叠在三个反射镜所围成的区域内,减小了系统体积.使用子午面对称的Zernike多项式曲面校正系统像差,提高成像质量.设计的非致冷长波红外光学系统焦距为310 mm,F数为1.55,视场为1.774°×1.331°.各视场的调制传递函数在Nyquist频率(20 lp/mm)处均高于0.52.