农药残留污染使得食品安全获得广泛关注, 发展快速准确和高灵敏的农药残留检测新方法, 具有一定的理论和实际意义。 利用金纳米在聚集和分散状态下, 等离子吸收光谱的变化以及荧光分子罗丹明110与金纳米吸收光谱产生内滤效应, 设计了比色和荧光双模式光学传感器用于农药残留的高灵敏检测。 采用柠檬酸盐还原法合成直径约13 nm表面带有负电荷的金纳米粒子, 在水溶液中呈分散状态, 呈酒红色, 溶液的最大吸收波长在520 nm处。 农药分子可与金纳米通过形成Au-N或者Au-O配位键而结合, 导致分散的金纳米在农药分子诱导作用下发生聚集, 溶液颜色逐渐由酒红色变为蓝紫色, 520 nm处的吸光度逐渐降低, 根据溶液吸光度的变化即可实现农药含量的测定。 溶液颜色的显著变色即便裸眼也可以观察, 该检测方式具有简便、 快速和成本低的优势。 尽管单一的比色检测模式简单, 但存在假阳性的可能。 为进一步验证结果的准确性, 同时提高检测的灵敏度, 在金纳米溶胶中引入带正电的荧光染料罗丹明110, 其吸附在带负电荷的金纳米表面, 此时金纳米在溶胶仍处于良好的分散状态。 由于罗丹明110的荧光光谱与金纳米的吸收光谱重叠, 即二者发生了荧光的内滤效应, 此时溶液的荧光强度很弱, 甚至不发射荧光。 一旦溶液中存在农药分子, 与金纳米表面的荧光染料竞争吸附, 从而诱导金纳米聚集, 溶液由酒红色变为蓝紫色, 同时释放到溶液中的罗丹明110分子的荧光得以恢复, 根据溶液吸光度和荧光强度变化实现对目标物的比色和荧光双模式检测。 以辛硫磷为模型分子, 测试该传感器的各项性能, 比色法和荧光法的检出限分别为15.0和4.0 nmol·L-1, 实际样品测试结果表明, 该传感器在食品安全检测中具有一定的应用潜力。

水、 空气、 食品、 灰尘和排泄物中广泛存在食源性病原菌, 由此引发的感染性疾病严重危害人类健康。 因此, 开发病原菌的快速检测方法尤为必要。 由于实际样品中的病原菌往往共生存在, 所以多元病原菌的同步灵敏检测是微生物检测领域的重点与难点。 分子生物学和免疫组化分析技术都在此领域进行过一些尝试, 但由于引物设计与抗体的局限性, 这两种技术在实际应用中的效果并不十分理想。 表面增强拉曼光谱（SERS）技术由于具有快速、 无损、 高分辨率、 不受水分干扰、 可原位检测等显著优势, 在多元病原菌同步检测领域获得了重要应用。 从应用原理、 特点和效果等方面出发, 系统阐述了SERS技术在多元病原菌同时检测中的应用策略。 首先对SERS基底材料与病原菌的结合方式进行简要概述, 再以检测策略为主线, 从直接法和间接法两种策略出发进行介绍。 直接法通过基底材料的信号放大作用直接获得病原菌本身的光谱信息, 步骤简便, 操作快捷, 在多元病原菌判别分析、 定量分析与即时检测（POCT）中被广泛应用。 但由于光谱信息量大, 往往需要与多元统计分析方法、 成像技术和微流控器件等联用。 间接法一般需要借助拉曼信号分子和适配体、 抗体等识别元件, 将对病原菌的检测转换为对信号分子的分析, 极大提高了检测方法的灵敏度与特异性, 可在基因、 蛋白、 细胞等水平实现对多元病原菌的同步分析。 且与其他识别元件及功能分子的联用能构建得到集细菌的分离、 识别与灭活于一体的综合检测体系, 在临床血液等实际样本的分析中具有重要前景。 最后, 总结并指出SERS技术的现有问题及下一步努力方向, 为SERS技术在多元病原菌的快速、 灵敏检测策略设计及具体应用方面提供参考。

指尖作为人体最方便采集的部位之一一直是生物特征识别研究的重点。随着指纹等外部指尖生物特征抵抗环境干扰能力差和容易被伪造等问题的出现，人们开始关注指尖内部的生物特征。光学相干层析成像技术能够非侵入地对指尖的内部结构进行三维成像，并从中获取内部指纹、汗孔和汗腺等更加安全稳定的指尖内部生物特征。在过去的近二十年中，众多的研究者针对这一方向开展了研究。对光学相干层析成像技术、光学相干层析成像技术对指尖生物特征的采集、该技术在生物特征识别和防伪方面的应用等进行了总结，最后分析了当前的技术限制和发展前景，旨在为该方向的持续发展提供理论支持。

传统的多视图几何方法获取场景结构存在两个问题：一是因图片模糊和低纹理带来的特征点误匹配，从而导致重建精度降低；二是单目相机缺少尺度信息，重建结果只能确定未知的比例因子，无法获取准确的场景结构。针对这些问题本文提出一种基于深度学习的真实尺度运动恢复结构方法。首先使用卷积神经网络获取图片的深度信息；接着为了恢复单目相机的尺度信息，引入惯性传感单元(IMU)，将IMU获取的加速度和角速度与ORB-SLAM2获取的相机位姿进行时域和频域上的协同，在频域中获取单目相机的尺度信息；最后将图片的深度图和具有尺度因子的相机位姿进行融合，重建出场景的三维结构。实验表明，使用Depth CNN网络获取的单目图像深度图解决了多层卷积池化操作输出图像分辨率低和缺少重要特征信息的问题，绝对值误差达到了0.192，准确率高达0.959；采用多传感器融合的方法，在频域上获取单目相机的尺度能够达到0.24 m的尺度误差，相比于VIORB方法获取的相机尺度精度更高；重建的三维模型与真实大小具有0.2 m左右的误差，验证了本文方法的有效性。

研究余弦-高斯相关谢尔模型(CGSM))脉冲光束经准均匀介质散射的相干特性,得到远场处散射场时间相干度的解析表达式。讨论脉冲参数和介质特性对散射场时间相干度的影响。数值计算结果表明,余弦阶数对散射场时间相干度分布有着重要影响。对比研究高斯谢尔模型脉冲光束和CGSM脉冲光束的相干特性,详细分析两者间的异同点。

提出一种指纹防伪方法, 通过光学相干层析成像获取手指指尖的表皮层指纹、真皮层指纹与汗腺等结构信息, 通过光学微血管造影获取手指指尖下的血流信息, 结合两种技术获取具有动态防伪的指尖生物识别特征体数据.用真指纹和制作的假指纹对传统商业指纹采集仪和所提方法的有效性进行实验验证.结果表明: 传统商业指纹采集仪难以分辨真假指纹, 防伪能力不足; 光学相干层析的指纹成像可利用获取的手指皮下结构有效识别常见的人造指纹制品, 基于真皮层指纹状态判断真假指纹; 利用光学微血管造影获取的手指皮下血流成像, 结合平均光强阈值可实现指纹活体防伪; 所提出的指纹防伪方法的准确率可达100%.

设计了一种太赫兹量子阱光电探测器(THz-QWP),并利用该器件研究了多体效应。通过表征和分析器件的光电流谱,发现多体效应改变了器件的峰值响应频率,并且引起了双响应峰现象,从而验证了多体效应能加深有效势阱深度并增大基带与第一激发能级态之间的间距。因此,在THz-QWP的结构设计中,考虑多体效应具有重要意义。

基于一阶波恩近似, 研究了部分空间相干平面光经准均匀介质的散射特性, 得到了远场散射光谱强度和光谱相干度的解析表达式。讨论了入射光的空间相干性和介质特性对散射场光谱强度和光谱相干度的影响。比较了入射光是完全相干光和部分相干光时, 散射场光谱强度和相干度的区别。研究结果表明: 入射光的空间相干性对散射场光谱强度的分布有重要影响; 随着入射光空间相干长度的增大, 光谱宽度减小; 光谱相干度随着入射光束腰宽度或介质有效半径的增大而减小。当准均匀介质的有效半径和相干长度、入射光的空间相干长度满足一定条件时, 散射光是完全相干光。

为了实现定距离、较大视场范围某低速点的快速方位角及高程测量要求, 采用点型光源、伽利略望远镜与柱面镜组合式长焦光学系统及双正交线阵CCD, 搭建了一种复合柱面镜长焦光学测量系统.该组合式长焦光学系统无一次成像面, 系统光学长度短, 系统前组为伽利略型望远镜型式, 接近无焦.在一定测量范围内, 选择合适的前组角放大倍率和前组口径等参量, 使得在不同位置的点所成线像均与双线阵CCD正交.有针对性地优化光学系统设计、选择合适的系统评价函数并对系统装调及测量原理进行准确度分析.结果表明, 该系统在测量距离为10 m, 视场范围1.5°×1.5°内时, 方位角测量误差在±2.5″以内, 且系统长度较短, 公差较宽松.该系统解决了光源合作目标尺寸严格受限的问题, 探测器尺寸较大且成本较低.