提出了一种基于微透镜阵列分割波前及多平面相位恢复的定量相位成像技术。针对大动态范围的相位物体实现定量相位成像，该技术同时施加了横向波面分割、轴向多衍射平面和多波长照明三种约束。该技术记录了两种不同波长照明下，微透镜阵列焦面附近不同衍射距离的强度分布图，采用多平面相位恢复算法提取透过相位物体的数字复振幅光场，通过双波长数字复振幅光场相位提取算法，实现了大动态范围下的相位物体成像。数字仿真实验中，在640 nm和685 nm的照明下，对相位变化范围大、结构复杂的相位物体进行了模拟仿真，结果表明，该技术可以高效、便捷地实现高精度相位成像。

提出并实现了一套基于瞳面干涉和小波变换的零差激光测振系统，提高了多普勒信号的质量和信号处理精度。该系统将瞳面干涉技术引入到激光多普勒测振中，克服了像面干涉测振光路中复杂振动引起的探测光斑相对探测器偏移的现象，抑制了漂移引起的多普勒信号被调制的现象。在振动信息提取环节，采用小波脊提取算法提取信号瞬时频率，进而解算得到振动速度。将标准振动台作为振动源，磁电式速度传感器作为测量参考，通过测速与测振实验对系统性能进行验证。实验表明，所设计的系统对振动物体速度的测量与磁电式速度传感器具有一致性，对不同简谐振动参数的测量相对误差均在1.5%以内。

针对激光频率长期漂移锁定问题,实现了一套以光学频率梳为参考源的数字稳频系统。该系统将被控激光与光学频率梳外差干涉,获取表征激光频率偏移的拍频信号,通过自主研制的数字计数式频率电压转换电路测量拍频电信号的频率,并将频率值转换为误差电压信号,通过主控程序反馈控制被控激光。在对760 nm窄线宽半导体激光器的长期频率稳定实验中,本系统将该激光器频率的长期稳定度提高2个量级,达到4.4×10 ^-10 (τ=262 s),表明本系统可对波长在光学频率频谱范围内的激光实现长期偏频锁定,为进一步激光精细锁频锁相提供基础。

提出了一种基于离焦型夏克-哈特曼传感器的定量相位成像技术。该技术利用离焦型夏克-哈特曼波前传感器记录两种不同波长的光的照射下的强度分布图,采用双波长相位恢复算法进行相位恢复,获得了透过相位物体的数字光场,实现了纯相位物体成像。数值模拟结果表明该定量相位成像技术方法简单、精度高、收敛速度快,是一种非常具有潜力的定量相位成像技术。

提出了一种基于Ronchi光栅Talbot效应的相位恢复方法。将CCD相机置于Ronchi光栅的Talbot距离处,记录Ronchi光栅的自成像强度分布。通过随机并行梯度下降(SPGD)算法优化Zernike多项式系数,恢复入射相位。数值模拟实验结果表明,所提出的方法能够快速实现高精度的相位恢复,具有收敛速度快、精度高、抗噪声等优点。

将光斑矩推广应用到离焦型Shack-Hartmann波前传感器中,提出了一种高精度的波前重建方法。针对离焦型Shack-Hartmann波前传感器,不仅提取了每一个微透镜光斑的质心偏移量,而且提取了每一个光斑的二阶矩,用于计算波前的局部斜率和局部曲率。将传统Shack-Hartmann传感器利用波前局部斜率进行波前重构的算法,推广到同时利用波前的局部斜率和局部曲率进行波前重构,并进行了数值模拟研究。数值模拟结果表明:所提波前重建算法可以进行高精度的波前重建。将peaks函数作为输入波前,采用所提波前重建算法得到的波前残差RMS为0.0327λ,小于常规算法的0.0903λ,表明所提算法可以显著地提高波前重建精度。

大尺寸、高分辨率大气湍流相位屏的快速模拟对于在实验中验证自适应光学系统的性能及控制算法的稳定性至关重要。提出了一种基于小波分析模拟大气湍流相位屏的方案。根据离散小波变换的频段分割性质, 对Von Karman型功率谱进行切割; 基于能量守恒原理, 生成不同尺度上对应频段的近似高频系数; 利用小波层之间低频系数的递推关系, 得到最高层低频系数的相关函数, 并利用相关函数法来模拟低频系数; 通过小波合成算法得到最终的大气湍流相位屏。模拟结果表明, 基于小波分析产生的大气湍流相位屏与Von Karman模型较好地吻合; 该方法的计算复杂度低, 能快速模拟大尺寸、高分辨率大气湍流相位屏。

波前重建是自适应光学系统中的一个重要环节,对系统性能影响明显。 研究了一种无参考输入光条件下,基于Shack-Hartmann波前传感器的自适应波前重建算法,能根据实际光斑图的特点, 自动确定探测窗口, 计算实际质心、参考质心, 选择重建区域和获取入射波前的Zernike模式系数,讨论了 参考质心选择对波前重建结果的影响。搭建自适应光学系统,通过测量和校正模拟大气像差对重建算法进行了验证。 实验结果表明,基于该重建算法的自适应光学系统可以把大气扰动引起的波前像差校正到0.1λ以下, 获得接近衍射极限的成像质量,说明该重建算法具有可靠性与实用性。

设计了红外连续变焦光学系统，该系统具有镜片少、透过率高、连续变焦倍率大、波段广、相对孔径大等突出特点.二元面和非球面的引入，使系统在不同变焦结构时14 lp/mm处的MTF均大于0.6，很好地校正了系统的色差和轴外像差.该系统在仅使用4片镜片的情况下，实现了8倍连续变焦，系统透过率高于80%.结果表明该变焦系统具有良好的成像质量.

像差校正模式项数是自适应光学系统模式控制算法中的一个重要参数，其大小对补偿效果影响明显。通过对系统响应函数矩阵的奇异值分解构建像差模式空间，以不同控制项数下残余像差的均方根估计为依据确定每次校正的模式项数，提出了一种模式项数动态优化的控制方法。以Hartmann-Shack波前传感器和薄膜变形镜为主要部件搭建自适应光学实验系统，通过拟合不同像差验证上述控制方法，实验结果表明，和固定项模式控制方法比较，动态优化方法校正的系统残余像差更低，可明显提高自适应光学系统的空间拟合性能。