针对声光可调谐滤光器(AOTF)多光谱成像系统中存在色差, 使得不同波长下成像清晰所需焦距有所差异, 即使在固定波长下, 由于横向(衍射方向)光谱展宽, 出现横线清楚竖线模糊的现象, 本文对AOTF中的色差做了具体分析, 指出了成像模糊的原因。 根据AOTF多光谱成像系统成像特点, 进一步提出了一种改进的SSIM算法作为图像的清晰度评价函数, 原算法中目标为两幅图像(一幅为参考图像, 一幅为待测图像), 而此算法中将目标设定为一幅图像中的相邻行进行相似度分析, 明暗变化边缘相似度小说明对比度大, 从而图像较为清晰。 使用以此算法为核心的自动聚焦对AOTF多光谱成像系统中由色差引起的图像质量进行补偿, 计算量小, 速度快。 通过实验验证了此补偿策略的可行性和实用性, 结果表明此策略能够有效解决AOTF多光谱成像系统中因色差引起的图像模糊问题, 具有重要的应用价值。

声光可调谐滤波器（AOTF）具有体积小、 波长稳定性好、 扫描范围宽、 调制速度快等优点, 在光谱成像中被广泛应用, 但单独采用AOTF的成像光谱偏振探测还较少。 为此提出只采用两个AOTF的成像光谱偏振探测新方法。 该方法首先通过分束镜将入射光分成两束, 两束光分别通过两个AOTF, 而两个AOTF的正一级衍射光的偏振方向互成45°, 由于AOTF的正一级衍射光的偏振方向互相垂直, 因此两个AOTF的正负一级分别可得到0°, 45°, 90°和135°的光强, 在测量中需保持两个AOTF的滤光所对应的波长完全相等。 最后通过对两个AOTF的正负一级衍射成像, 最终得到Stokes偏振信息中S0（0°和90°光强和）、 S1（0°和90°光强差）和S2（45°和135°光强差）, 结合相应的理论公式对被测目标的线偏振度（DoLP）和线偏振角（AoLP）实现成像。 再通过对AOTF的射频驱动进行扫频, 实现对被测目标不同波长偏振成像, 最终实现成像光谱偏振探测。 并通过对500, 550和600 nm偏振成像进行实验验证。 该方法具有无运动部件、 无需转动、 一次测量同时获得成像光谱偏振信息的优点。

现有光栅衍射型激光告警中, 正弦光栅存在±1级衍射效率较低, 闪耀光栅在闪耀波长附近0级和-1级衍射效率很低, 这两种光栅的缺点都降低了激光告警的可靠性。为此文中提出了一种改进型闪耀光栅。将两闪耀光栅反相对接, 并且中间留一定无光栅空间, 此改进可提高波长在闪耀波长附近0级和-1级的衍射效率,将有效克服传统闪耀光栅的漏报警现象。设计加工了闪耀波长为800 nm的改进型闪耀光栅, 理论分析了0级和±1级衍射效率; 采用波长为808 nm和850 nm的光, 对改进型闪耀光栅进行二维激光告警实验测试, 实验结果表明, 在波长为闪耀波长附近光入射时, 改进型较普通闪耀光栅的0级和-1级衍射强度有很大提高, 能够被CCD有效探测。该改进型闪耀光栅可有效提高二维激光告警系统的可靠性。

针对现有的静态斜楔干涉具无法实现零光程差，并且对被测光的空间相干性要求较高，进而影响光谱反演的准确性和复杂性问题，提出了一种新型等效斜楔干涉具，该等效斜楔由两种折射率不同的材料构成，两个反射面完全垂直，干涉的两束光是由同一束光分开而得，因此对光的空间相干性无太高要求，并且可以实现零光程差。理论推导了该斜楔不同位置的光程差公式和光谱反演公式，并且设计了该等效斜楔，其最大光程差可达168.3 μm，对光谱测量过程进行了仿真分析，结合最大光程差和所测光谱波段分析了线阵CCD的像元数要求。采用532 nm单纵模激光器和632.8 nm氦氖激光器进行了实验分析，实验结果得到中心波长误差小于0.2%。

现有利用液晶相位可变延迟器(LCVR)和声光可调谐滤光器(AOTF)的偏振测量方法较为繁琐,故提出了一种光谱偏振测量新策略,去除了机械运动,并且相位延迟量的选取从四组减少为两组.采用两个LCVR和一个AOTF,通过两个相同型号探测器分别测量±1级衍射光,实现光谱偏振测量.电脑控制LCVR和AOTF的驱动系统分别实现所需相位延迟量和波长选择,通过扫描射频驱动整个频段得到被测光的光谱信息.叙述了方法的具体原理,分析了AOTF的偏振模型,通过理论计算LCVR和AOTF的Muller矩阵,推导出了相应的斯托克斯(Stokes)矢量中的I,Q,U的测量公式.分析并仿真了相位延迟量微小偏差对整个系统测量误差的影响,结果显示相位延迟量在±π/100范围内相对误差<3%.实验验证了测量系统的可行性和准确性,测量误差总体<6%.为偏振测量提供了一种简单可行且精度较高的新方法,具有重要的应用价值.

利用传输矩阵法对含有缺陷层光子晶体缺陷模的透射率进行计算,主要讨论了材料的吸收效应对光子晶体温感特性的影响。以波长为800 nm处缺陷态的透射峰作为研究对象,通过MATLAB数学软件数值模拟仿真发现: 随着温度逐渐增加,缺陷模的透射率随之减小,说明光子晶体对温度变化有一定的灵敏度;介质材料的吸收效应会使透射峰随温度变化的速度减小,即光子晶体的缺陷模对温度变化的灵敏度减小;介质材料的消光系数越大,光子晶体的缺陷模对温度变化的灵敏度则越小。

采用一维介电体系中处理光传播的方法—传输矩阵法，详细推导了含有缺陷层的异质镜像光子晶体(ABCCBA)PD(ABCCBA)Q中透射率的计算公式，并用Matlab编程模拟了异质三周期镜像光子晶体中无缺陷层和引入缺陷层D时，光子带隙的数目和带宽及缺陷模的数目和透射率随缺陷层位置、厚度、介质周期数的变化情况。模拟结果表明：对于此结构的光子晶体，当缺陷层位于中央位置、周期数N=8、10，厚度变化且为某些特定值时，其光子带隙数目、缺陷模数目及透射率有最佳值。这一研究为设计可调谐滤波器、多通道滤波器提供了重要的理论基础。

运用传输矩阵法研究了在一维光子晶体中插入缺陷层的透光特性。在无缺陷层的一维光子晶体中能产生467~510 nm、1 279~1 715 nm两处明显的光子带隙。重点研究了插入缺陷层后,在1 279~1 715 nm的光子带隙中缺陷层厚度和入射角度大小分别与透射光谱变化的关系。研究发现：缺陷模的位置对入射角变化很敏感；出现缺陷模的数量和插入缺陷层的数量相同；一维光子晶体厚度的增大不会改变缺陷模的数量和位置，只改变透射峰的宽度和透射率。

对异质镜像结构光子晶体(ABCCBA)N进行了研究。首先, 利用一维介电体系中处理光传播的方法——传输矩阵法, 详细推导了异质镜像光子晶体透射率的计算公式; 然后, 采用Matlab软件编程仿真并分析了光子带隙形成与镜像周期数目、光子带隙数目与光子晶体薄层厚度、光子带隙位置与入射角大小等的关系。结果表明: 光子带隙的形成及变化主要受光子晶体薄层厚度及入射角大小变化的影响。通过改变影响光子晶体光子带隙的参数, 可得到不同频段的光子带隙, 用来制作高质量反射镜、滤波器和发光二极管等。

利用传输矩阵法研究了由TiO2和SiO2两种材料构成的异质三周期一维光子晶体的传光特性，发现该结构能在波长为200~ 2 000 nm的范围内形成7处比较明显的光子带隙，并且波长越大，带隙的宽度越大。重点研究了这种结构的光子晶体的透射谱线与入射角度、介质层数及介质层厚度的关系，发现该结构形成的光子带隙的大小和位置对介质层的循环周期数不敏感，但对入射角度和介质层的厚度很敏感。