热传导规律的研究在激光诱导薄膜材料改性等应用中有着重要的作用, 本文针对二氧化碳激光器辐照下的二氧化钛(TiO2)薄膜表面的热效应进行了理论仿真和实验研究。首先, 对具有粗糙上表面的TiO2薄膜, 利用有限元法构建了连续激光作用下的TiO2薄膜的立体模型并得到了其三维温度场分布。然后使用CO2激光器进行辐照实验, 分析了辐照时间和功率等参数对TiO2薄膜形貌、晶相以及颜色的影响。仿真表明, 连续激光辐照下TiO2薄膜的瞬态温度场呈高斯分布, 且与激光功率、光斑半径、辐照时间等因素有关。当表面温度小于分解温度时, 薄膜上表面最大平均温度与激光功率满足线性关系, 与光斑半径满足ExpAssoc非线性关系。实验结果表明, 激光辐照引起TiO2薄膜材料表面粗糙度降低且颜色变化。激光功率过小或辐照时间过短会导致有效作用面积小且不均匀, 反之会产生热形变 。结合仿真和实验可知使用功率为6 W, 半径为3 mm的连续激光辐照TiO2薄膜10 s时取得的处理效果最优。

水下成像技术是水下探测的一个研究热点。针对目前水下成像装置存在的不足，设计了新的水下目标成像及处理系统，对该系统所采用的成像方案、成像原理、成像分析及处理算法进行了研究。基于菲涅耳定律进行理论分析和数值模拟，使用MATLAB软件对常见材质进行反射偏振特性模拟，获取反射光中两垂直分量振幅比和相位差；采用改进的成像系统获得物体的斯托克斯参量；对所得参量进行处理，计算得出偏振度和偏振角图像，将之转换至HSV及Lab空间，并对图像特点进行分析。结果表明，引入偏振度和偏振角图像能突出图像材质信息，增强实验中材质对比度，更利于人眼识别。

基于方解石晶体的光学特性和传统Wollaston棱镜的结构特点，设计了一种新型Wollaston式多光束分束棱镜。棱镜的两块晶体的光轴不再是垂直的，而是呈现一定的角度。通过结合玻璃棱镜，可以实现三束或四束光束平行光束的出射。以晶体光轴夹角为45°角为例，对该棱镜进行了讨论研究。研究得出：当一束自然单色光入射时，当入射光束的光斑大小大于两平行光束之间的距离时，可以实现两束相互垂直的偏振光和一束自然光出射，当光斑大小小于棱镜中两平行光束之间的距离时，能够产生四束分开程度可调并且平行出射的偏振光。该棱镜能为不同的应用环境提供可调节的偏振出射光束，从而节约成本。

利用外径不同的常规单模和多模光纤成功制作了一种本征法布里-珀罗干涉型光纤传感器，对其温压响应进行了研究。由材料力学和光弹理论得出了压力响应理论模型，为了增加压力响应灵敏度，在考虑泊松效应导致应变方向的前提下，选择了多模光纤外径较小的结构。实验中传感器采用了经氢氟酸腐蚀外径为120 mm 多模石英光纤，将制作的1 mm 腔长的传感头进行了温度响应实验，温度范围为20 ℃~500 ℃，实验结果表明该传感器对温度有较好的线性响应，光程差响应灵敏度为25 nm/℃，且重复性较好；在常温20 ℃条件下进行了压力响应实验，实验结果表明该传感器具有较好的压力线性响应，其压力响应灵敏度为4.7 nm/MPa。该传感器能够对温度、压力实现较好的响应，同时具备准分布式测量的潜力。

焦点区域的光强分布对许多光学系统的性能起到非常重要的作用。利用分区衍射光学元件和分区双半波片的组合作为光瞳滤波器，同时对径向偏振光束的相位和偏振方向进行分区调节，使其变为不同的分区柱矢量偏振光束，这样可以实现对聚焦光强分布的有效调控。利用Matlab数值模拟，设置不同的设计参数可以使焦平面上获得不同的光强分布。利用本方法，在焦平面上除了可以得到现有文献中报道的环形光强分布、平顶光斑光强分布外，还得到了一种平顶模式的环形光强分布。该研究结果在粒子的操控与捕获、激光微加工等许多领域有着潜在的应用价值。

格兰泰勒棱镜的光强透射比随着空间入射角的改变会出现波动。借助共点三轴系统和多光束干涉公式，得到了偏光棱镜的光强透射比的精确表达式。根据马吕斯定律，利用数值模拟实验，给出了格兰泰勒棱镜作为检偏镜在光学系统中的光强透射比表达式。数值模拟结果表明：波动的产生来源于平行空气隙间的多光束干涉，波动幅度的大小及出现的位置主要取决于空气隙的平行程度及检偏镜在光学系统中的相对位置。令棱镜的转轴和系统的光轴之间的夹角β=0°,可以实现光强透射比曲线上波动的完全抑制。给空气隙一个小的胶合误差角可以有效抑制光强透射比随空间入射角的波动。抑制波动的临界胶合误差角随入射光束横截面的增大而减小。

利用折射定律，介质膜两侧折射率不同时多光束干涉理论和菲涅耳公式，精确推导了双沃拉斯顿棱镜的光强分束比的具体表达式。以公式为基础，通过Matlab软件数值模拟作图分析光强分束比随入射角、入射波长和结构角的变化关系曲线。结果表明：在棱镜为介质胶合型时，光强分束比随入射角和入射波长的变化很小，光强分束比基本为1；棱镜为空气胶合型时，光强分束比随入射角，结构角和波长的变化很大。两种情况下，光强分束比随各参量的变化基本呈周期性变化。

提出并设计了一种消色差的相位型超分辨光瞳滤波器。详细分析了滤波器的设计参数对成像系统的光斑压缩比和斯特雷尔比影响。分别以方解石晶体和石英玻璃材料为例进行了设计，当光斑压缩比为0.83时，得到两种材料的消色差超分辨光瞳滤波器，可以分别在380~555 nm和300~600 nm的波长范围内实现消色差，同时可以有较高的斯特雷尔比。

介绍了一种新的判断波片快轴方位的方法。 根据波片相位电光补偿测量原理， 采用叠加固定频率的交流电压调制信号， 获得偏振消光系统输出信息与调制信号间的关系。 利用琼斯矩阵对这一过程进行分析发现， 输出光信息通常情况下是由基频和倍频信息叠加而成， 叠加结果不仅反映了波片的相位信息， 而且反映了波片的轴向信息。 通过对此现象的深入分析研究， 得到了不同方位放置的波片经旋转后导致的叠加波形形状的变化趋势， 通过观察这种变化趋势， 能够非常容易地判定相位延迟＜π或＞π波片的快轴和慢轴， 相位延迟＜π或＞π波片导致的现象相反。

改进了现有的基于径向双折射晶体的横向超分辨滤波器.通过调整偏振器的偏振方向和晶体光轴之间的夹角,改进的滤波器可以实现更广的超分辨可调范围,并且在相同的条件下,相对于现有的连续振幅型超分辨光瞳滤波器,超分辨性能和焦深都有较大提高.改进的超分辨滤波器,为实际应用提供了更多方便.