单光子雪崩二极管（SPAD）阵列探测器常被用作空间远距离目标的测距和三维成像。为快速获取光子数据，SPAD阵列探测系统一般选用高重复频率的探测体制。目前，主要采用随机序列对脉冲进行编码的方法来抑制高重复频率引起的距离模糊效应。为了在接收端对阵列像素实现有效区分，而且各周期内的编码波形不相互串扰，需要数量庞大且可保持相互正交的随机编码序列。本文提出了使用混沌序列对SPAD阵列进行编码的思路，并通过分析Lyapunov指数的值域变化，提出了复合型Logistic序列的优化编码方案。为确保阵元间的互扰不会影响最终的探测效果，提出了峰值旁瓣差（PSLD）的概念，并对阵列间互相关积累的影响进行了定量分析。依据峰值旁瓣差对生成的混沌序列进行了筛选，以保证其能够满足所需阵列规模的抗互扰要求。最后给出了具体的编码流程。

采用单光子雪崩二极管（SPAD）组成的接收阵列，可有效提升接收端的灵敏度，这对于远距离探测成像具有重要应用价值。因成像时间受限，SPAD阵列对于空中移动目标探测的成像结果存在分辨率低、特征信息少、背景干扰噪声多等问题。针对阵列弱成像条件下的目标快速识别问题，通过分析不同空中移动目标的结构运动与位移之间的角度变化特点，提出一种基于SPAD阵列探测的空中运动目标识别方法。该方法有效解决了跟踪探测实时性要求与目标识别准确性之间的矛盾，可以在没有先验信息的条件下完成跟踪和识别任务。为进一步说明基于光流特征的分析方法的优势，以旋翼型无人机、固定翼型无人机以及飞鸟等大小、形状类似的低空飞行目标为例，通过对不同的光流角度分布进行统计分析，在近似离散点的成像条件下实现了以上3类目标的有效识别分类。

针对钢结构焊接所产生的残余应变从理论上难以准确计算的问题, 基于光频域反射计(OFDR)技术进行了光纤标定试验和工字钢焊接试验, 研究了该技术在钢结构焊接残余应变监测上的应用。试验与分析结果表明: OFDR技术可以对焊接残余应变实现准确监测, 对应变发生位置可以精确定位。

为得到拱桥拱肋在不同受力情况下的应变分布规律, 通过建立有限元模型和采用基于光频域反射(OFDR)的分布式光纤传感技术2种方法研究了不同荷载情况下的拱肋应变分布。结果表明: 在拱肋表面粘贴的基于OFDR的分布式光纤传感器不仅能准确地反映不同荷载情况下拱肋的应变分布规律, 还可以得到拱肋在吊杆损伤前后的应变分布变化, 且能定位吊杆损伤位置。

Ko位移理论能够很精准地对结构进行变形重构，为了将这一理论应用到实际工程中，选用光频域反射(OFDR)分布式光纤传感器作为测量工具，设计了基于等强度梁的变形估算实验方案。实验在等强度梁上分六级加载，用百分表测得4个测点在每级荷载下的真实挠度值，并根据每级所测应变值进行挠度的变形重构，最后将2种方法所得到的挠度值进行对比。实验结果表明：光纤的应变系数为0.71666，变形重构挠度值与真实挠度值之间的最大误差为0.586 mm，符合实验预期。

采用3-苄基三硫代碳酸酯基丙酸(BSPA)对氨丙基七异丁基笼型倍半硅氧烷(POSS-NH2)进行修饰，制备了POSS杂化RAFT试剂(POSS-BSPA)；以4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并噁二唑(NBDCl)为母体染料，合成4-(2-丙烯酸胺乙基酯)-7-硝基-2,1,3-苯并噁唑(NBDAE) 荧光单体；以POSS-BSPA引发N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)和NBDAE进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合，合成了一种POSS杂化荧光温敏大分子POSS-P(NIPAm-co-NBDAE)。采用FTIR、1H NMR、GPC对反应过程和产物结构进行了表征。采用PL光谱分别研究了在水和四氢呋喃(THF)中环境温度与F-对它的荧光响应行为，并探讨了相关机理。结果表明，温度对其在水溶液中的荧光发射具有明显影响，在THF中其荧光发射几乎不受温度影响；F-对其在水中的荧光发射影响相对较小，而对其在THF中的荧光猝灭十分显著。

以桥梁健康监测为目的, 利用自制标距的光纤布拉格光栅(FBG)宏应变传感器测量平均切应变, 识别斜裂缝的出现。以长标距光纤布拉格光栅(FBG)传感器为测量元件, 设计5组交叉拓扑, 利用交叉拓扑理论对混凝土T型梁的不同部位进行了测量, 分析了交叉拓扑覆盖范围内结构的平均切应变与荷载比例关系。结果表明, 长标距FBG交叉拓扑的测量方法能够有效识别斜裂缝的出现与发展, 在工程实际中具有较好的应用价值。

针对微推力测量中电容位移传感器需要频繁标定非线性误差的问题, 提出了一种基于激光干涉的现场标定方法。标定原理为: 在直线位移台上同时调节可动角隅棱镜与测量目标的位置, 进而改变干涉光路光程差及电容位移传感器极板间距, 以激光干涉测量结果为基准, 采用线性拟合方法, 对传感器非线性误差进行标定。搭建了基于常用光学元件的干涉光路, 对应用于微推力测量中不同量程的传感器进行标定。在分析干涉光强变化特点的基础上, 确定了干涉条纹数计算方法, 得到干涉光路的位移测量精度为66.5 nm。实验验证了该校准装置的实用性和准确性, 最后对标定结果、传感器输出非线性误差以及影响激光干涉测量精度的主要因素进行了分析, 得到激光干涉测量总误差为67.2 nm。

研究了长标距光纤布拉格光栅(FBG)传感技术，利用链式阵列方法采集梁的动态响应,实现了车速、频率和振型等动态参数的识别。对单个FBG施加预应力并将其封装成传感器，以扩展其标距测量范围。将跨度为4 m的T型钢筋混凝土梁等分为8个单元，在每个单元安装标距为500 mm且与中性轴平行的传感器，实现了对梁的整体监测。采用配重小车进行移动加载实验，基于时差定位法的原理分析中心波长时程曲线，以确定小车位置及所处时刻，从而实现了对车速的识别。采用激振器激励，以使梁产生自由振动。利用长标距FBG传感器以及梁顶部布置的压电式加速度计采集梁的动态响应信号，通过频域分析得到频率和振型。结果表明：采用链式阵列方法可以实现频率和振型识别，振型识别阶数与单个传感器的标距长度有关。

传统光学系统(如透镜、波片和全息片等)在光程远大于波长尺度的范围内实现对光波前的调控，其中振幅、相位和偏振的改变均依赖于光束反射、折射和衍射过程所累积的动态光程差。近年来涌现出的平面超薄光学系统因突破了传统设计的局限性而受到各个领域研究人员的青睐。本文着重介绍基于表面等离子激元的超表面在自由空间光场和局域光场波前调控方面的最新进展，阐述相关机理和具体应用，并结合国内外研究现状，分析现有技术存在的瓶颈且对该领域未来的发展趋势进行探讨和展望。