通过在分焦平面(DoFP)偏振相机前置相位延迟器,可将线偏振斯托克斯矢量的测量拓展为全斯托克斯矢量(FSV)的测量。针对基于DoFP相机的FSV偏振仪,提出了两种分别利用矩阵分解和伪逆模型估算FSV的优化策略。针对不同的FSV估算模型,这两种优化策略在两次光强采集的条件下可最小化测算方差,从而实现了测量精度的最优化。特别地,利用DoFP相机固有的测量冗余特性,提出了基于两次光强采集的波片相位延迟量自标定解析解,该自标定算法可在实际应用中替代波片相位延迟量标定环节,同时为动态变化环境下的实时偏振测量提供技术支撑。

建立了满足激光辐照人眼安全要求的便携式生物气溶胶短程遥测系统, 用于实现有人员活动区域生物战剂气溶胶的实时预警监测。以高频调制的405 nm半导体激光器为激发光源, 200 mm口径的卡塞格林望远系统为信号光收集系统, 搭建了基于伪随机调制的便携型生物气溶胶激光雷达短程遥测系统。该系统具备平行偏振散射、垂直偏振散射光探测, 以及450 nm和530 nm两个波段荧光探测等四个同步探测通道。以枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和酵母菌为样本对该激光雷达系统进行了初步测试。外场试验表明, 该生物气溶胶遥测系统的空间分辨率为1.5 m, 荧光通道的探测距离为100 m; 3种被测生物气溶胶种类识别的回代误报率分别为9%、11.5%和14.5%, 交叉误报率为11.3%。该遥测系统的激光能量低于激光辐照人眼安全标准的要求, 基本实现了生物气溶胶的甄别。

探讨阈值分割算法,把其应用于痕量微生物图像的处理。基于阈值算法提出了适合痕量微生物图像的目标信号提取方法。对阈值分割算法进行分析, 对比传统阈值方法和提出的改进阈值算法的实际图像处理效果。传统阈值算法可实现对图像中微生物信号的提取, 但存在一定失真。基于阈值分割方法的改进算法具有抑制噪声信号, 及区分背景与目标的能力, 可高效实现微生物信号的提取。所成微生物分布二值图像具有轮廓清晰、易于观察的特点。

针对微生物检测中存在的耗时多、结构复杂、探测精度低等问题, 提出了一种快速、简单、检测下限低的微生物检测方法。通过结合荧光标记物标记、微孔滤膜过滤、激光扫描及荧光成像技术, 设计了痕量微生物快速扫描检测系统, 使用大视场、大景深、长焦距扫描物镜, 结合二维扫描振镜, 完成了对痕量微生物样本的快速检测。描述了检测系统的基本原理及光路系统的设计与优化, 对采集信号进行了分析, 并对检测系统的检测性能进行了论证及测试。实验结果表明, 该检测系统可以在10 min内完成对10~2.5×103 cfu/mL的微生物的准确检测, 检测下限为10 cfu/mL, 可以满足医用高纯水、饮料用水、微电子加工高纯水等领域的水体快速检测需求。

建立了光子计数器的模型, 对光子计数器的死区时间效应进行了理论分析和实际测量, 并提出了校正光子计数效应对微脉冲雷达信号影响的方法。利用马尔科夫链对微脉冲雷达的探测过程进行理论分析, 并利用MATLAB对死区时间对光子计数产生的影响进行了计算和分析, 描述了计数死区对探测结果产生的瞬态形态变化。在此基础上, 搭建了微脉冲激光雷达光子计数的测量平台, 实验验证了死区时间对于光子计数采集的影响。最后, 测量了不同光强下死区时间对探测结果的抑制情况, 给出了微脉冲激光雷达信号的校正方法。 基于提出的方法对真实微脉冲激光雷达信号进行了校正实验。实验结果表明: 在峰值功率为100 mW的405 nm激光照射下, 光子计数在采集频率100 MHz时的散射光计数效应减少了50%。文中的方法较好地解释了小尺寸目标的探测信号形态, 实现了对光子计数探测结果的校正。

微弱光信号检测电路应用在许多精密测量仪器中。针对微弱光强信号放大采样问题,分析了传统光电检测电路存在的不足,采用S2387系列光电二极管,结合多级放大电路与T型反馈电阻网络,设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路。基于对实验数据的分析,通过对前后级放大倍数的合理分配,该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求,简洁可靠,适合于光强和波长变化范围大的微弱荧光、散射光和反射光检测。

气体二氧化氯在空间消毒领域具有广阔的应用前景，但其浓度在线检测技术的不成熟在很大程度上限制了它的推广应用。本文基于吸光光度法的检测原理，采用 LED作为光源，设计了简化的单波长双光路差分吸收式浓度检测探头，研制了可在线检测 0~9 mg/L浓度范围的气体二氧化氯浓度传感器，采取多种措施避免气体二氧化氯在检测过程中发生光降解，提高传感器寿命和稳定性。并且设计搭建了标定实验平台进行传感器的标定。结果表明，本文设计的气体二氧化氯浓度传感器精度优于 2% F.S.，能够满足气体二氧化氯空间消毒对浓度检测的需求。

采取平场校正的方法消除薄型背照式电荷耦合器件(CCD)相机在对视网膜细胞成像时由于多光束干涉效应在输出图像上产生了干涉条纹。在分析CCD芯片多光束干涉效应产生机理的基础上，根据视网膜细胞成像的特点，提出将未进行像差补偿的视网膜图像作为平场校正的参考图像对像差补偿之后的图像进行校正，解决了标准反射率白板图像作为平场校正参考图像时残留有干涉条纹的问题。通过计算平场校正前后视网膜细胞图像的平均功率谱验证消除干涉条纹的效果，在空间频率70~90 lp/(°)范围内，校正之后图像的功率谱的平均值比校正之前提高了132.1%。实验结果表明，利用未进行像差补偿的眼底图像作为平场校正参考图像可以有效地消除视网膜细胞图像上的干涉条纹，提高视觉细胞的对比度，所获得的图像质量有了明显的改善。

提出Mask相位法校准出厂标定波长在532 nm的液晶空间光调制器(LC-SLM)在561 nm处的相位调制特性曲线。首先基于傅里叶光学模拟计算得出棋盘型二维相位光栅相位对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系，然后搭建实验光路测量计算机所发灰度图所对应的零级衍射光斑光强值。根据前面两组结果最后得到相位延迟量与计算机灰度级之间的关系曲线，从而得到LC-SLM在561 nm处的相位调制特性曲线。用4λ的离焦对光斑进行调制，校准之后光斑光强分布与理论计算值之间的偏差为45.7，比校准之前的偏差110.4减少了64.7；用10λ的倾斜对光斑进行调制，校准之后零级衍射光斑和二级衍射光斑的强度分别是校准前的32.3%和64.1%。实验结果表明，使用Mask相位法对LC-SLM的相位调制特性曲线进行校准之后，LC-SLM的调制效果有了明显的改进。

对液晶波前校正器的色散问题进行了研究,测定了250D离焦、250D像散两种像差镜和650 nm、670 nm、710 nm、840~860 nm、835~865 nm、830~870 nm五种滤光片下的色散.结果表明：可见到近红外波段内20~30 nm带宽的光是液晶自适应光学系统的理想光源,可实现系统较大的能量利用率和较小的色散.对于中心波长850 nm的近红外光,当光源的带宽低于30 nm时,LCOS的色散对系统像差影响较小,可以忽略,系统的光能利用率又较大；一旦光源带宽高于40 nm,LCOS的色散会对系统的像差产生明显的影响,使成像分辨率大大降低.