目前的显微光谱成像系统的探测模块主要以推扫型光谱成像仪为主，无法进行动态微观样本的观测。基于超材料宽谱调制型光谱成像技术体制，使用该原理研制的快照式光谱相机作为探测模块，其与显微镜模块形成新型的快照式显微光谱成像系统。该系统可实时获取样本的光谱曲线与光谱图像信息。同时利用该系统获取不同藻类的吸收光谱曲线，进一步使用基于支持向量机的图像分割识别算法，对水中的动态藻类样本进行识别。共测试样本80个，预测结果准确率为100%，召回率为65.52%，为快照式光谱成像技术在显微领域的应用奠定基础。

提出并制备了一种温度自补偿的光纤表面等离子体共振（SPR）折射率传感器，用于实现温度和折射率（RI）的同时测量。该传感器利用细芯光纤（TCF）与多模光纤（MMF）构成MMF-TCF-MMF双通道级联结构，通道1涂覆银膜实现折射率传感，通道2涂覆复合膜（Ag-ITO）以及聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜来实现温度传感，进而达到温度补偿的目的。当折射率和温度变化时，两个共振波长将发生变化，通过监测两个共振波谷的波长偏移可以同时测量折射率和温度。实验结果表明，两个通道在1.333~1.357 RIU（RIU为折射率单位）范围内的折射率灵敏度分别为3141.85 nm/RIU和0 nm/RIU，40~80 ℃范围内的温度灵敏度分别为-0.07 nm/℃和-1.74 nm/℃。该传感器具有体积小、灵敏度高、易制作等优点，在生物医学、环境监测等领域具有一定的应用价值。

光谱成像具有良好的多维信息获取能力，广泛应用在食品安全、医学诊断、环境监测、伪装识别及**遥感等领域。传统光谱成像系统受到分光器件的限制，其存在体积大、成本高和集成度低等问题。基于新型超构表面的成像光谱芯片可为传感器小型化、低成本提供有效解决方案。随着光谱分析需求的持续攀升，加速了超构表面成像光谱芯片的快速发展。本文综述了近年来超构表面成像光谱芯片研究进展。在此基础上，介绍了本团队最新研究成果，通过创新设计成像光谱芯片体系架构，可同时实现高能量利用率、高空间分辨率、高光谱分辨率，为芯片级光谱成像系统的应用打下良好的基础。最后论述了成像光谱芯片的发展趋势及应用前景，为实现光谱成像系统小型化提供参考。

在图像的语义分割任务中，不同对象之间像素值存在差异，导致现有的网络模型在图像语义分割过程中丢失图像局部细节信息。针对上述问题，提出一种图像语义分割方法（DECANet）。首先，引入通道注意力网络模块，通过对所有通道的依赖关系进行建模提高网络的表达能力，选择性地学习并强化通道特征，提取有用信息，抑制无用信息。其次，利用改进的空洞空间金字塔池化（ASPP）结构，对提取到的图像卷积特征进行多尺度融合，减少图像细节信息丢失，且在权重参数不改变的情况下提取语义像素位置信息，加快模型的收敛速度。最后，DECANet在PASCAL VOC2012和Cityscapes数据集上的平均交并比分别达81.08%和76%，与现有的先进网络模型相比，检测性能更优，可以有效地捕获局部细节信息，减少图像语义像素分类错误。

寒区矿产资源露天爆破开采设计及其致灾防治已成为我国西部能源安全开采领域的关键性问题。为研究高寒地区露天矿山爆破开采工程中应力波在饱冰裂隙岩体中传播机制, 先给出冰岩耦合体的一般定义, 界定冰岩耦合体基本特征及其与冻结土体的差异性; 其次, 采用RFPA2D-Dynamic数值试验方法揭示了爆炸应力波在冰岩耦合体中传播过程, 实现波峰运移可视化, 发现并分析了应力波在裂隙冰与基岩交界处透、反射现象; 进一步, 讨论了裂隙冰数量、间距、厚度对应力波在冰岩耦合体中传播规律的影响, 研究结果表明：爆炸应力波在完整基岩中传播效果最好, 在冰岩耦合体传播效果次之, 在含空气裂隙岩体中传播效果最差; 与完整基岩相比, 裂隙冰的存在削减应力波幅度, 应力波在岩棒模型中衰减程度从6.1%变成7.1%; 应力波在冰岩耦合体中传播效果受裂隙冰厚度、数量影响较为明显; 而间距对其影响较小, 透射系数维持在0.925; 透射应力波幅值随裂隙冰厚度、数量增加而逐步降低; 应力波衰减程度随裂隙冰厚度变化满足：y=0.6527+0.03687x, 随裂隙冰数量变化满足：y=0.0715+0.0026x。研究结果为高寒地区露天矿山开采爆破参数设计以及灾害的预防提供理论研究基础。

提出并制备了一种基于游标效应的高灵敏度光纤马赫-曾德尔应变传感器。该传感器由两个自由光谱范围相近的马赫-曾德尔干涉仪并联构成。其中单个马赫-曾德尔干涉仪是由一段无芯光纤和一段少模光纤拼接在两根单模光纤之间制成的。两个马赫-曾德尔干涉仪的自由光谱范围相近而不相等, 并联叠加后产生游标效应, 达到增敏的效果。实验结果表明, 在0~166.667με的应变范围内, 单个干涉仪的应变灵敏度为-1.90pm/με, 两个干涉仪并联叠加谱包络的应变灵敏度为12.06pm/με。该传感系统采用并联方式实现游标效应, 具有制作简单、灵活性高、灵敏度高等优点, 可广泛应用于精密测量领域。

干涉式光纤陀螺在空间环境下受粒子辐射、电磁场等多种物理场共同影响, 使角速度输出误差劣化。文章通过分析光纤陀螺磁场误差主要来源, 推导了光纤陀螺磁场误差模型。基于磁场误差模型探究辐射对磁场误差相关参数的影响, 建立辐射诱导磁场误差变化理论模型。在此基础上, 通过影响机理分析和实验验证, 确定辐射主要通过影响维尔德常数和光纤应力双折射进而影响光纤陀螺输出零偏。进一步地, 通过搭建小型化光纤陀螺样机, 对保偏光纤环进行辐射处理并进行了相应磁场误差测试。测试结果表明, 光纤陀螺磁场误差随辐射总剂量发生变化, 其变化规律符合辐射诱导磁场误差变化模型。

采用1064 nm脉冲激光作为泵浦光，通过高压氘气的受激拉曼散射变频实现1.56 μm拉曼激光输出，并建立了计算受激拉曼散射与聚焦特征之间关系的模型，实现了对实验工作的指导。采用两次聚焦的设计，通过氘气气压以及聚焦参数等变量的优化，实现最高82.4%的光子转换率。为了提高1.56 μm拉曼激光的单脉冲能量，采用降低气压、提高泵浦光脉冲能量等方式，实现了最高245 mJ的脉冲能量，并通过倍频实现了780 nm激光输出，从而获得一种产生780 nm波长高峰值功率脉冲激光的方法。