光学显微镜是生物医学研究必不可少的工具，其中双光子显微成像技术具有大深度三维显微成像功能，被认为是深层生物组织研究的首选工具。但是，在双光子成像系统使用过程中，光学系统的装配偏差、光学元件不理想以及生物样品的不均匀性都会在成像过程中引入像差，从而降低成像质量。通过在双光子显微成像系统中引入自适应光学技术，可实现对像差的有效校正，从而提高成像的分辨率、深度和视场。介绍了双光子显微成像中的像差来源和特点，概述了自适应光学技术中不同的探测和校正方法，综述了近年来自适应光学技术在双光子显微成像中不同的应用成果，最后对自适应光学在双光子显微成像中的发展进行了展望。

在附面层测量中，需对微小尺度的高速气流变化场进行瞬态测量。数字化的干涉测量方法能定量地解算出流场的密度场，是一种重要的应用。介绍了一种共路干涉的环路剪切干涉方法，对震动不敏感，无需参考面，适合附面层测量使用。采用基于空间位相调制的快速算法，配以脉冲激光器和同步控制系统，可实时地对扰流密度场进行定量测量。该系统采集分辨率200 pixels × 200 pixels，采集频率可达每秒1000帧以上。系统的波前重构方法经过计算机仿真，检测结果优于1/20λ。在0.6 m风洞对圆柱体尾部附面层进行测量试验，结果表明，在一定风速下，该系统能抑制振动干扰，显著地区分出圆柱体尾部扰流信号和振动噪声，具有良好的应用前景。

提出了两种利用红外激光诱导钡化合物化学反应刻蚀石英玻璃的新方法,钡化合物分别选用BaCrO₄和Ba(OH)₂。通过能谱分析进行推理和利用X射线衍射图谱分析和验证,发现激光诱导BaCrO₄化学反应刻蚀石英玻璃过程中得到的微通道出现崩边和微裂纹现象,BaCrO₄分解生成的BaO在高温条件下与SiO₂发生化学反应生成BaSiO₃,因此这种方法能直接用于刻蚀石英玻璃;在激光诱导Ba(OH)₂化学反应刻蚀石英玻璃的过程中,Ba(OH)₂以及其分解生成的BaO在高温条件下都会与SiO₂发生化学反应生成BaSiO₃,也能直接刻蚀石英玻璃。两种方法的刻蚀机理不同,故刻蚀效果存在较大差异。

为了提高石英玻璃对普通脉冲红外激光的吸收效率, 用钡化合物粉体覆盖层辅助1064nm红外激光刻蚀石英玻璃, 采用能谱仪和X射线衍射分别对BaCrO4,BaCl2和Ba(OH)2粉体覆盖层辅助激光刻蚀石英玻璃得到的刻槽底面刻蚀产物进行了测试和分析, 对3种刻蚀方法的刻蚀机理进行了理论分析和实验验证。结果表明, BaCrO4和Ba(OH)2粉体的刻蚀机理都存在化学反应去蚀石英玻璃的作用, 二者去蚀率都较高; BaCl2粉体的刻蚀过程中无化学反应起到去蚀作用, 去蚀率低下。这一结果对激光加工石英玻璃的工业应用提供技术基础。

对水射流辅助激光复合多道切割Al2O3陶瓷工艺进行了实验研究, 并探讨了在激光参数和水射流的其它参数一定的情况下, 分析水射流速度对水射流激光复合多道切割Al2O3陶瓷切缝质量的影响。研究结果表明: Al2O3陶瓷的切缝质量随着水射流流速的增大先提高后下降, 存在一个最佳的射流速度使得切缝质量最高, 试验中最佳水射流速度16 m/s。

为了实现近视眼患者角膜的个性化切削，根据Gullstrand 精密人眼理论模型，在已知屈光不正患者矫正度数的情况下，采用偶次非球面拟合人眼角膜前表面，并通过近轴光学理论求出患者的眼轴长变化量。使用提出的逆光线追迹方法对某近视患者的角膜前表面形状进行设计，拟合出8 个偶次非球面系数。将系数导入Zemax 光学设计软件，对该患者人眼模型的波前像差、点列图和调制传递函数(MTF)进行分析，通过与理想人眼模型成像质量的比较发现，逆光线追迹方法设计的角膜切削方案可以实现理想人眼的成像质量。因此，通过逆光线追迹方法可以为临床上实现近视眼屈光手术的理想矫正提供个性化的新手段。

获得了一组方形域内标准正交的矢量多项式集，可以用于方形域内图像畸变映射及波前梯度等矢量数据的拟合。这组矢量多项式是用Gram-Schmidt方法将泽尼克梯度多项式标准正交化后得到的。由该矢量函数拟合被测波前斜率，拟合系数经过简单的线性变换就可以直接得到用泽尼克多项式描述的波前，获得被测波前的相位信息。实验结果表明，该矢量集可以对夏克哈特曼传感器测得的方形孔径内的斜率进行很好的拟合。这种矢量拟合重构方法能获得很好的被测波前，具有与Southwell区域法相同的精度。

径向剪切干涉术目前被广泛运用于波前检测，但其测量结果中不仅包括待测波前的实际相位信息，也包括剪切干涉仪自身的系统误差。通过平移待测元件获取其产生的透射波前在不同位置时的干涉条纹图所包含的相位信息，运用最大似然方法对多次采集的相位差进行线性组合分析和最大似然估计，将待测波前相位差与系统误差相位差分离。对该方法进行了模拟实验，结果表明最大似然法可以将系统误差相位差与待测波前相位差分离，实现对剪切干涉仪的标定，为提取和重建待测元件波前消除了系统误差的干扰。

针对成像系统中图像畸变对测量精度的影响，提出了基于Zernike矢量多项式的图像畸变校正方法。将基准图与畸变图中标记点的坐标用相同的归一化方法在单位圆内进行归一化，运用Zernike矢量多项式拟合基准图与畸变图的映射关系，利用得到的映射关系对畸变图进行校正并插值，得到校正图。然后对校正效果进行了评价，并与基于Matlab的相机标定工具箱方法进行了比较。实验结果表明：对径向畸变，Zernike矢量多项式方法与后者相比，均方根(RMS)误差减少近50%；对梯形畸变，Zernike矢量多项式校正方法可使RMS误差减少至10-3量级。

提供了一种方形区域上归一化Zernike正交基的生成方法。它采用线性无关组Gram-Schimdt正交组构造方法，根据线性代数内积、欧氏空间及其正交性和范数的相关概念，对标准Zernike多项式进行正交处理，得到了一组新的正交多项式Z-square多项式。采用该正交基实现了方形区域内波前模式的拟合，它不仅可由Z-square模式的集合直接对波前进行表示，而且也可以通过线性反变换，将Z-square多项式表示成标准的Zernike模式的线性组合，使被分解的波前模式与像差之间有明确的对应关系。实验表明，它不仅可以对透镜设计中的波前像差函数进行有效的拟合，而且也能对Hartmann-Shack波前传感器测试得到的实际相位数据进行拟合。