针对相机式光束质量分析仪测量光束的结果不一致问题，分析了相关参数对测量误差的影响。基于高斯光束模型，并添加与实际对应的噪声，根据ISO 11146标准计算了光斑直径。结合实验测试时的实际操作过程，提炼出光强饱和度、积分面积比、信噪比和光斑尺寸4个关键参数。不仅阐明了相机参数对测量误差影响的关键趋势，还分析了各个参数之间的关联影响，最终对如何选择相机的像元、像素、动态范围、暗噪声，以及如何设置积分时间、计算区域等提出了更明确的要求。

基于光学干涉的测量方法，通常都有高精度、高灵敏度的特点，信号易受环境干扰而不稳定，使用时须远离振源。若要将光学干涉系统用于在线检测，必须提高其抗干扰性。本文在以前的工作基础上，从干涉光路的实现方式着手，制作了一套一体化的迈克尔逊干涉装置，可用于多层光学平片的厚度检测。该装置通过巧妙的设计和高精密加工，使整个光路结构为一整体，避免了测量过程中外界干扰的影响。通过与光纤式迈克尔逊干涉系统做实验对比，验证了该装置在测试过程中有良好的稳定性和抗干扰性。最后采用宽带光源干涉的方法对多层光学平片的厚度进行测量，验证了该装置用于精密在线测量的可行性。

通过理论分析和数值模拟研究了高斯光束发生小尺度自聚焦(SSSF)的临界功率。发现高斯光束小尺度自聚焦的临界功率与初始调制幅度有关。初始调制幅度越大, 高斯光束分裂成丝所需的功率越小; 初始调制幅度越小则要求功率越大。当高斯光束输入功率低于高斯光束小尺度自聚焦临界功率, 但高于整体自聚焦临界功率时, 在非线性介质中传输时将以全光束塌陷的形态聚焦为一点; 当高斯光束的初始输入功率高于高斯光束小尺度自聚焦临界功率时, 在非线性介质中传输的高斯光束将分裂形成多根高强度的细丝。在高斯光束非线性传输过程中, 整体自聚焦和小尺度自聚焦效应之间存在相互竞争, 竞争的结果由高斯光束的初始参数决定。

为了有效地提高星地激光通信系统的通信性能，从推广的惠更斯-菲涅耳衍射原理出发，系统研究了矢量多高斯-谢尔模型光束在上行链路中的传输特性。研究结果表明，改变光束的横向相干长度能有效地改变其远场光强分布和大气湍流引起的光束展宽。另外，大气湍流会改变矢量多高斯光束的偏振度，但是在远场其偏振度会趋于一个固定值。该研究结果对星地激光通信等有着潜在的应用价值。

设计并制作了一套基于迈克耳孙结构的光学装置，可用于利用干涉的方法对单层的透明或半透明薄膜或光学平片的厚度做在线检测，测量范围可从微米到毫米量级。该装置采用光胶工艺将不同长度和不同热特性的玻璃材料组合在一起，使装置能够对环境温度变化做自动补偿；同时，输入和输出光信号的光纤准直器与装置为一个整体，因此在检测过程中不像普通干涉系统一样易受外界干扰。使用Agilent波长测试仪对装置产生的干涉信号做检测，在振动的环境中，测量自由光谱范围（FSR）变化的95%置信区间为±0.0005 nm，体现了很好的抗干扰能力。为了演示该装置用作自动实时在线检测的可行性，检测了厚度为(177.4±0.7) mm 的标准盖玻片，其结果与现有商用系统可比较。

航空遥感监测中变焦镜头的广泛应用以及飞行高度的变化会获得不同地面分辨率的航空影像, 因此为了实时监控到飞行区域的整体情况, 需要对不同地面分辨率的图像进行拼接。提出了针对不同地面分辨率图像进行拼接的方法。首先用四分法对图像进行分割, 检测变化倍率, 选择配准策略; 然后用基于加速鲁棒性特征 (Speeded-Up Robust Features, SURF) 的算法对相邻图像进行拼接。获得了焦距变化从高倍过渡到低倍, 或从低倍过渡到高倍的拼接图像。通过航空变焦模拟影像的拼接实验和地面变焦影像的拼接实验表明, 该方法能够对不同地面分辨率的图像进行拼接, 且拼接结果均以高分辨率为基准。

利用光学弱相干显微成像系统对脉冲激光消融硬生物组织后形成的凹坑二维和三维形貌进行了扫描，分析了Erbium∶YAG激光脉冲消融生物硬组织特性.结果表明: 相同激光参量条件下，消融胆结石比消融泌尿结石具有更高的消融效率；消融胆结石或消融泌尿结石时，脉冲能量越大，消融效率越高；消融效率提高主要体现在凹坑表面直径更宽、高度更深、体积更大；光学弱相干显微成像技术比光学弱相干光层析成像技术测量准确度提高约一个量级，更适合于测量脉冲激光消融生物硬组织后形成的凹坑形貌.

由于光纤传输脉冲钬激光在液体环境条件下消融生物组织时首先在光纤端面产生空化效应，因此液体动力学效应直接决定激光消融生物组织的作用机理。采用自由运转钬激光[脉冲半峰全宽(FWHM)300 μs，波长2.12 μm]在水中和在空气中消融一水草酸钙和尿酸结石，消融后的凹坑表面形貌利用光学弱相干显微成像(OCM)系统进行精确量化，从而实现对凹坑的表面直径、高度和体积的精确测量。实验结果表明，相同能量的多个脉冲作用时，消融后的凹坑表面形貌差异较大，在液体中作用比在空气中作用具有更高的消融效率，液体在激光与物质相互作用进程中起着促进作用。

利用高速摄影术准确记录光纤传输的自由运转钬激光脉冲在水下产生空化泡及消融生物硬组织的动态变化进程，同时采用针式水听器探测空化泡闭合时辐射的振荡波信号。实验结果表明，空化泡谐振周期数至少达到4个，其谐振周期分别为368，144，56和40 μs。在谐振进程中能量主要集中在第一个周期，空化泡形状逐渐变得更不规则，4次闭合时辐射的振荡波信号强度分别为20.5×105，12.6×105，5.1×105和2.0×105 Pa。此外，生物硬组织表面水层除了可以提高消融效率外，还可显著提高消融凹坑表面光滑度。

A new method for characterizing living tissue cells is demonstrated using both phase and amplitude information derived from the spectrally resolved interferogram in a single measurement. The effect of the light source spectral distribution can be cancelled out with the help of the zero order spectrum of the Fourier transform of the interferogram. The ratio of amplitudes between the two interference beams is acquired without this effect. The group delay, the first and second order dispersions, and the absorption, etc., for the full wavelength range can be measured. The results of the culture medium and the HeLa living cells are given. In addition, the measured values of d2n/d \lambda 2 and absorption of the distilled water are also provided for comparison.