疾病诊断、食品安全监测和环境污染检测等领域常涉及细菌等微生物的即时检测，光学显微镜是常用于检测和分析这些微小样品的工具。无透镜显微成像技术是将样品与电荷耦合元件（CCD）或互补金属半导体氧化物（CMOS）芯片等光检测器紧密接触、无需光学元件、直接对样品进行成像的技术，较传统显微装置具有结构简单、体积小巧、操作简便、价格低廉等优点，已被应用于微小组织结构检查、细胞形态数量分析、微生物检测等领域。根据成像原理，无透镜显微成像技术可分为阴影成像、荧光成像及数字全息成像三类。分别阐述了三种无透镜显微成像技术的成像原理和物理结构，并综述了无透镜显微成像技术在即时检测中的应用，最后展望了无透镜显微成像技术的发展。

大气湍流引起的闪烁效应会严重影响大气光通信系统的性能。自适应判决阈值技术虽然可以有效改善大气光通信系统的误码率(BER), 但是难以进行实时应用。提出了一种根据各种参数统计值, 将阈值设置为常量的阈值优化方法。主要考虑乘性高斯噪声并假设闪烁满足对数正态分布, 分析了湍流信道中大气光通信系统的最优常量阈值, 并将数值分析结果与弱湍流条件下的实验数据进行对比。对比的结果显示, 最优常量阈值方法是有效可行的, 相对于自适应阈值的性能降低也是可以接受的。分析还显示, 在忽略孔径平均效应条件下, 最优常量阈值主要取决于对数光强起伏方差和平均接收光功率, 而其他参数的影响基本可以忽略。基于分析结果, 提出了可以在实际应用中估计最优常量阈值的非线性模型。

在光电扫描系统中,热晕驻区会对激光大气传输能量产生严重的衰减,而热晕驻区出现的概率是由大气 风速风向联合概率决定的。由合肥地区2007年5月至2011年6月的对流层风廓线雷达1 h平均风场数据,根 据最小二乘法原理,分别拟合Frechet、Gumbel和Weibull概率分布,得到拟合参数及相关系数和剩余标准 差,从而比较得到最优分布模型;在上述方法拟合不出较好结果的情况下,由样本数据,根据圆形正态 概率分布的特点,计算出纬向风和经向风平均值和均方差,这样也可以得到风场概率随风速和风向的 关系,从而计算某一风场对应的概率。

无线光通信(FSO)系统的性能受大气湍流影响会产生剧烈波动。根据系统和大气参数评估系统差错性能的研究具有现实意义。以大气湍流信道和光电探测模型为基础，使用拟合概率分布替换常用的对数正态分布，建立了FSO系统差错性能的数学仿真模型，改进了湍流条件下系统误码率计算公式，并且进行全天的验证实验。实验结果显示，光强概率分布对系统性能有显著的影响，原有公式在某些情况下的计算结果有较大偏差，而改进公式的计算结果具有更好的适应性和准确性。该改进公式可有效评估湍流条件下FSO系统性能，并为相关理论研究提供参考。

在闪烁指数定义的基础上，综合考虑背景光噪声、探测器固有噪声和散粒噪声等影响闪烁指数测量精确度的因素，修改了测量系统的数学模型，并对现有数据处理方法做出改进。在1 km距离上进行了激光水平传输实验，分别采用了现有方法和改进方法处理实验数据，并对获取的3种闪烁指数进行了比较。实验结果显示：修改后数学模型相比现有模型更符合实测值；相比系统本底噪声，探测器散粒噪声要高出一个数量级，将会严重影响测量准确度；在信噪比有较大波动的条件下，改进方法受到的影响小于现有方法；在信噪比较低时，改进方法的准确度优于现有方法。

自由空间光通信(FSO)系统的性能由于受大气湍流影响会产生剧烈波动。根据系统和大气参数评估系统差错性能的研究具有现实意义。以大气湍流信道和光电探测两个模型为基础，建立了FSO系统差错性能的数学仿真模型，提出了湍流条件下系统误码率计算公式。对仿真结果与弱湍流条件下获得的实验数据进行了比较，并依据此模型对光强起伏和背景噪声等因素的影响进行仿真。仿真结果表明，基于该模型的仿真结果与实验数据一致，光强起伏是引起系统性能波动的主要因素，最优判决阈值需根据实际大气条件进行调整。该模型可有效评估湍流条件下FSO系统性能，并为相关理论研究提供参考。

大气效应对通信链路的影响限制了自由空间光通信技术的应用,研究其影响机理和改善方法有利于降低光通信 链路的误码率,提升通信速率及距离。总结了大气对自由空间光通信的影响机理,指出了不同大气效应对光通 信的影响形式,其中包括光强衰减、脉冲展宽、光强起伏和闪烁、光束漂移、光束扩展、相位起伏等。综述了现有 的大气影响改善方法,主要包括大孔径接收、多波长传输、多光束传输、部分相干光传输、自适应光学等技术,并 简述了进一步开展工作的方向。

调制技术是无线激光通信中的关键技术之一。目前国内外无线激光通信所采用的调制方式多为强度调制或相位调制。对研究较少的频率调制系统进行了研究,分析了多普勒效应对系统的影响,借鉴光纤通信领域的最新研究成果提出了高速频移键控(FSK)无线光通信系统的方案设计,并使用Optisystem软件实现系统仿真,对激光器线宽、滤波器带宽和发射功率等参数对系统性能的影响进行了实验分析。结果表明了FSK调制方式应用于高速无线光通信的有效性。

波导耦合器是组成光纤传感系统和光纤通信系统光收发组件及模块的重要元器件，是实现光收发模块一体化光电集成的基础。给出了一种用光纤陀螺系统的X型四端口波导耦合器的工作原理，采用有效折射率法和BPM(Beam propagation method)法建立了耦合器的数学模型，计算并分析了耦合器尺寸在尽可能小的情况下和在满足单模传输的条件下耦合器的耦合系数、有效耦合长度、分光比以及回波损耗等参数之间的关系，并对其关键技术进行了系统的研究。仿真结果表明，所设计的波导耦合器在低损耗情况下分光比可达到50%∶50%，耦合器全长为33．5mm，输入输出波导间距为410μm，芯层截面积为6μm×6μm。