针对现有的太赫兹成像系统所需硬件设备复杂且昂贵的问题，设计了基于单幅图像超分辨重建的连续波太赫兹成像系统，降低设备复杂度和硬件成本。通过对该成像系统生成的太赫兹图像进行双维度预处理，降低图像处理的占用内存，提高后续处理速度。引入限制对比度自适应直方图均衡方法对太赫兹图像进行分区域对比度提升，有效解决太赫兹图像对比度低的问题。利用稀疏表示和字典学习实现太赫兹图像的超分辨重建，提出了反余割拟牛顿平滑零范数的算法解决零范数优化问题，提高了重建精度。通过对该成像系统采集的单幅太赫兹图像进行超分辨重建，在边缘强度上提高了3.232，在平均梯度对比中提高了0.300，验证了对单幅太赫兹图像超分辨重建的有效性与优越性。

针对高速光采样、光频梳以及光通信系统应用，研制了1.5 μm波段高重频超短脉冲输出半导体锁模激光器。基于AlGaInAs/InP材料体系，采用两段式单片集成锁模结构，引入稀释波导结构，综合降低光限制因子、提升材料饱和能量、降低腔内损耗，从而降低有源区色散对脉冲的影响并提升脉冲峰值功率，最终在1.5 μm波段实现了重复频率24.3 GHz、脉冲宽度680 fs的亚皮秒光脉冲输出，脉冲光谱宽度为7.2 nm，脉冲峰值能量为525 mW。

波长探测作为科学技术中的一个基本工具, 在分析化学、 生物传感和光学通信等众多领域具有重要作用。 从多模光纤信号传输理论出发, 在绝热、 准直模型中建立基于模式干涉效应的强度干涉图像理论; 实验测量时, 在光纤尾端引入缓变(斜率约为0.01)锥形区域设计, 保证收集到侧面辐射信号的同时, 也近似满足理论模型和数值仿真结果。 在搭建的显微共焦成像系统中, 连续扫描窄带激光器进行干涉图像存储, 经过区域选取、 向量拼接以及奇异值分解等步骤得到由器件特性决定的校样矩阵。 波长的探测过程共分为两个步骤: 在工作带宽内纳米量级粗略扫描光波长得到粗略校准矩阵, 一维待测信号强度图像与之进行内积相关性运算后, 选取数值最高的波长值作为预估波长单元; 在此基础上精细扫描得到精细校样矩阵, 选取三个最大主成分并定义与波长欧氏距离最小值确定最终探测波长。 采用内积相关性运算联合主成分分析法不仅可以将波长探测分辨率提高到20 pm、 准确率达到96.7%, 探测效率较其他光谱重建算法提高50倍。 实验证实该波长计工作范围至少为400~700 nm, 器件尺寸仅为π×(20 μm)²×0.5 mm。 该器件在高性能、 便携式和低成本方面较同类器件有较大提升, 在光谱重建效率也集成了高效算法, 能够广泛应用于光纤传输系统的波长实时探测。

熟度是指牛排烹煮到可食用的程度, 是影响牛排的适口性和消费者满意度的重要因素。 肌原纤维蛋白是肌肉中一类重要的盐溶性结构蛋白群, 其热凝胶特性与肉品品质密切相关。 加热是使生肉变熟的关键工艺, 近年来, 国内外在加热过程对肌原纤维蛋白凝胶特性及其结构变化影响方面开展了广泛的研究, 但在熟度对牛肉蛋白结构影响研究方面却鲜有报道。 为了探究熟度对肌原纤维蛋白结构影响及其变化机理, 在现代红外光谱分析的基础上, 将ATR-FTIR技术与二维相关光谱相结合, 利用红外光谱、 二阶导数光谱和二维相关光谱动态跟踪熟制过程蛋白结构变化规律, 说明蛋白在烹饪过程的主要变化, 为揭示熟度引起的蛋白构象变化机理和西餐牛排烹饪工艺优化提供理论依据。 结果表明, 在1 700~1 500 cm^-1波数范围内, 熟度对肌原纤维蛋白特征吸收峰强度影响显著, 从特征峰强度变化趋势可见, 肌原纤维蛋白特征峰强度呈阶段性变化: 第一阶段, 从对照组到一分熟, 特征峰强度下降, 属于加热初期; 第二阶段, 从一分熟到五分熟, 特征峰强度无显著变化, 属于加热中期; 第三阶段, 从五分熟到过熟, 特征峰强度继续减弱, 属于加热后期; 同步谱分析结果表明, 在1 650, 1 640, 1 556和1 540 cm^-1附近出现自相关峰, 且自相关峰两两之间的交叉峰均为正交叉峰, 说明这些自相关峰对于熟度变化较为敏感, 且峰强度与蛋白烹饪熟度之间呈正相关; 由自相关峰光谱强度顺序可以看出, 五分熟是蛋白温度敏感区变化的转折点, 在从对照组到五分熟的烹饪过程中, 肌原纤维蛋白的温度敏感重点区域位于酰胺Ⅱ带, 而在从五分熟到过熟的烹饪过程中, 蛋白的温度敏感重点区域位于酰胺Ⅰ带的α-螺旋结构。 得到的这些由熟度变化引起的肌原纤维蛋白分子结构动态变化的微观信息, 可为西餐牛排烹饪工艺过程控制和优化提供理论依据。