光学感前计算是一种在光电传感器前端的光学域进行信息计算处理的技术，包括编码压缩、全光智能推理等计算范式，具有传输即计算、结构即功能等显著特点，在卫星光学遥感领域有着广泛的应用前景。首先对用于感前计算的光场调制器件进行介绍，包括数字微镜器件（DMD）、液晶空间光调制器（LC-SLM）、衍射光学元件（DOE）及超表面等。然后分别梳理了感前编码压缩及全光智能推理的相关技术发展，在此基础上，着重讨论光学感前计算在卫星遥感领域的应用途径和未来发展趋势。

为了实现光丝激光雷达系统的天基应用，开展了天基光丝雷达光谱仪光学系统设计，根据应用需求确定光谱仪光学系统构型主要由望远系统、狭缝、准直系统、平面光栅、成像系统构成；为了解决谱段宽可能引入的色差问题，光谱仪系统采用全反射结构设计；完成了光学系统与各项指标分析，通过设计可达到以下指标：光谱仪谱段范围为320~950 nm，光谱分辨率为2 nm，光谱仪最大色畸变为1.1 μm（即0.07 pixel），3个像元内的能量集中度大于96%，光学传递函数MTF在3.7 lp/mm下可达到0.99。所设计的光谱仪系统可用于星载大气成分高分辨率光谱探测。

强飞秒激光在空气中传输时，其传输距离会远远超越衍射极限，产生高强度光丝和低密度等离子体，并伴随超连续白光的辐射，这为远距离遥感探测大气污染物提供了一种有效的技术途径。面向天基遥感应用，概述了强飞秒激光长距离传输的研究进展，包括光丝传输的基本研究方法、产生长距离光丝的方法、调控光丝特性的手段以及飞秒激光光丝超长距离的传输，并对光丝在大气遥感应用中的优越特性和需要解决的基础科学问题进行了总结。

为了提升超热电子的准直输运效率,提出了锥口多层靶模型,并通过二维PIC(particle-in-cell)模拟手段研究了强激光与锥口多层靶相互作用过程中超热电子的产生和输运特性。研究结果表明,相比于无锥结构的多层靶,锥口多层靶中输运的超热电子数目更多、能量更高且空间分布也更加集中,发散角被控制在-38°~38°之间的超热电子能量约增加了0.6倍,锥口多层靶能够提升超热电子的准直输运效率。锥口多层靶中超热电子准直输运效率提升的原因主要有三个方面:激光从锥壁上拉出了大量超热电子、锥壁对激光的聚焦作用增强了激光有质动力以及锥顶后方产生了较强的自生磁场分布。本文建立的模型对于提升“快点火”中超热电子的束品质具有重要意义。

用数值模拟的方法研究了不同透镜聚焦和不同输入脉冲能量对环形高斯光束在大气中传输的影响。结果显示,在初始能量固定时,光丝的特性及其超连续波谱强烈依赖于凸透镜的焦距f和锥透镜引入的空间啁啾系数C。透镜聚焦能力减弱(f增大和C减小),成丝起点延后,光丝变长且不稳定,但更有利于波谱在短波方向上的展宽。由锥透镜聚焦所产生的超连续波谱会更加的光滑,在传播方向的作用区域也更长。频率变化最大值(Δωmax)的峰值更有利于光谱展宽,但与最大展宽位置并不完全对应。此外,固定透镜焦距f和空间啁啾系数C,适当的初始脉冲能量对获得宽而光滑的超连续谱也起着关键作用。

在实际的量子密钥分发(QKD)系统中,光源参数会随着时间、 环境的变化而抖动,导致QKD的成码率等性能下降。提出一种减轻光源抖动对QKD性能影响的方法。该方 法用标记相干态光源代替广泛使用的弱相干态光源,可以有效地提高QKD在光源抖动下的安全密钥生成率, 克服光源抖动对QKD性能的影响,并增大传输距离。通过理论分析和数值仿真验证了所提出方法的可行性, 该方法为QKD的实际应用提供了一种思路。

利用飞秒激光成丝效应对2 mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯材料在空气环境下进行打孔实验, 总结光丝长度随飞秒激光平均功率的变化, 利用扫描电子显微镜初步分析深微孔的表面形貌并测量孔径的大小, 然后分析孔径、深宽比以及锥度随激光平均功率和加工时间的变化规律。研究结果表明, 随着飞秒激光平均功率的增大, 孔径大小和锥度均有着明显的增大趋势, 且深宽比下降。随着加工时间的增加, 孔径变大, 深宽比下降, 锥度先增大后减小再增大, 但总体上呈现增大趋势。

黑硅材料具有良好的光学吸收特性，广泛用于太阳能电池和红外探测器的制备中。基于黑硅材料制备的探测器具有光谱响应度大、响应范围宽、响应曲线较为平直等优点，介绍了黑硅红外探测器国内外的研究进展，其中涉及的黑硅制备方法包括飞秒激光辐照、皮秒激光辐照、湿法腐蚀、离子注入结合准分子纳秒激光辐照。讨论了目前黑硅红外探测器制备中存在的问题，包括黑硅在退火过程中吸收率下降严重以及黑硅表面电极制备难、载流子横向输运能力差等问题。对存在的问题进行了分析，总结了当前的解决方法，展望了黑硅红外探测器的发展趋势和应用前景。

通过MOVPE方法生长了不同Al组分的3块AlxGa1-xN样品, 利用稳态光谱和时间分辨光谱对其样品的光学特性进行了分析。鉴于影响氮化物发光性质的极化电场或局域态的单一机制不能充分解释我们的实验现象, 提出了局域态-内部极化电场竞争的机制。通过对实验数据的分析, 得出如下重要结论: 样品PL峰位蓝移的温度起点基本对应于局域态和极化电场起作用的交替点, PL峰位发生蓝移的温度起点与光强-温度曲线的斜率出现明显变化的温度点一致; 随着温度的升高, 若AlGaN合金样品中PL峰位存在二次蓝移, 则说明样品中电场分布不均匀。

利用积分球绝对测量法，对在20 Pa真空缺氧、1 000 Pa空气,105 Pa空气及1 000 Pa氧气环境下，1 064 nm波长连续激光辐照30CrMnSiA碳钢材料过程中的反射光信号进行了测量，得到了30CrMnSiA碳钢在4种辐照环境下的反射率和温度变化曲线。结果表明：在空气组分辐照环境的低压到105 Pa范围内，材料初始反射率随压力增大而增大；在缺氧和富氧环境的激光辐照过程中，缺氧环境下材料反射率变化缓慢，且变化拐点温度高于富氧环境，富氧环境下材料被加热后的快速氧化反应有利于材料对激光能量的吸收;不同辐照环境（缺氧和富氧）相同材料温度条件下，材料反射率并不相同。