为了满足激光光斑质量高、扫描快速的目的, 采用数字微镜阵列和误差扩散法对单平顶和多平顶的光束整形原理仿真, 利用680nm激光建立了实验系统, 并进行了光束整形验证。采用光束填充因子、光场调制度、均方根误差3种评价参量对整形结果进行评价, 并对采用数字微镜阵列进行光束整形的能量利用率进行了测量和分析。结果表明, 单平顶和多平顶整形的光束填充因子由整形前的36.1%分别提高到62.3%和56.7%;光场调制度由73.3%分别降到25.6%和30.3%。利用该光束空间整形方法, 可得到高质量的多平顶光束, 在快速激光扫描领域有一定的应用价值。

为了修正显微镜点扩散函数荧光微球传统测量方法中微球直径对测量结果的影响、提高显微镜点扩散函数的测量精度, 采用理论仿真、最小二乘拟合的方法, 建立荧光微球等效2维浓度分布, 模拟仿真了荧光微球显微成像过程; 利用最小二乘拟合以及残差拟合的方法, 得到荧光微球直径、荧光微球强度分布半峰全宽与系统实际点扩散函数半峰全宽之间的关系模型, 由此模型得到较为准确的系统点扩散函数半峰全宽。结果表明, 使用100nm荧光微球对系统点扩散函数进行测量时, 相对误差在1%左右。此研究结果说明通过该修正模型可以得到较为准确的系统点扩散函数。

自适应光学眼底相机，由于较高的成像分辨率和人眼等晕角的存在，单次成像的视场被限制在1°左右。必须实现单个视场的精确定位和多个视场的图像拼接，才能得到完整的眼底图像。为了精确定位，文中分析视标引导成像视场的原理，设计了新型的视标引导系统。平行光照明视标，并通过透镜聚焦于人眼瞳孔中心，这样能够精确测量眼底成像视场的位置。基于此搭建的自适应光学系统可在22.6°的眼底范围内成像，精度达到0.003°。这套系统成功实现了单个细胞的追踪和眼底血管的大视场拼接，这将有益于液晶自适应光学系统在临床眼科的应用和推广。

为了对双光子显微成像系统的群延迟色散进行校正,提高双光子激发效率的目的,采用自相关仪测量的方法在自行搭建的双光子系统光路的四个位置测量飞秒激光的脉冲展宽情况,测量样品位置5个波长下最优的群延迟色散补偿值,由此拟合得到自搭建双光子系统的全波段群延迟色散补偿曲线。实验结果表明在应用此群延迟色散补偿曲线后样品位置的脉冲宽度平均减小95 fs,在两个典型激发波长（750 nm和900 nm）生物样品的荧光强度分别提高了42.7%和76.8%。结论为双光子激发效率与飞秒激光的脉冲宽度成线性反比关系。

设计了一种校正算法用于校正双光子荧光显微镜等高速扫描成像系统中共振振镜扫描导致的图像畸变。首先对共振振镜的扫描运动建立模型，推导出非线性扫描的运动公式，进而得到图像畸变公式; 然后对一块朗奇光栅样品扫描成像，设计了多峰高斯拟合算法得到光栅所有条纹的宽度变化并通过最小二乘法将条纹宽度数据拟合成一条畸变曲线; 最后利用畸变曲线对图像进行校正。结果表明: 采用提出的校正算法可使系统最大畸变减小到传统正弦校正方法的1/3，相对畸变减小到1/5，校正效果比传统的正弦校正法提高了2倍。由于提出的曲线拟合校正算法不用增加额外的光路，且不需要切割边缘图像，故显示了极好的图像使用效率和校正效果。

为提高自适应光学人眼波像差校正和视网膜成像效果，研究了人眼动态波像差的特性。利用采样频率为300 Hz、曝光时间为3 ms的哈特曼传感器，搭建波像差探测系统。误差分析和模拟人眼实验表明，该系统对动态波像差的测量误差均方根（RMS）均值仅为0.01λ。人眼波像差探测结果表明，人眼存在150 Hz以上的波像差，可能对自适应波像差校正造成影响。这种影响可通过延长探测和成像曝光时间的方法来抑制。为了达到衍射极限，对于稳定盯视状态下的人眼，3 ms探测曝光、探测校正周期不超过45 ms的自适应系统，其校正残差均方根在λ/14以下；当曝光时间增加到6 ms时，该周期可放宽至62 ms。研究了倾斜像差的波动对成像的影响，确定了高分辨率人眼眼底成像中，成像曝光时间最长不能超过9 ms。上述结果表明，将自适应光学视网膜成像的探测曝光与成像曝光时间均定在6 ms左右，可获得更好的校正和成像效果。

为了实现对人眼视网膜的高分辨率成像，解决偏振能量损失、成像视场小和普适性差等问题，对液晶自适应光学技术及其在人眼视网膜成像中的应用进行了研究。通过开环光路的设计方案，避免了闭环液晶自适应系统的偏振光能量损失; 在光路中加入可变视场光阑，利用小视场照明进行波前探测、大视场照明进行像差校正和成像的方法扩大了成像视场; 使用脉冲光照明的方案减小曝光量; 通过偏振光照明提高能量利用率、等效无穷远视标配合补偿镜以及改进后的视标提高盯视稳定性等一系列方法，提高系统普适性。校正后成像的清晰度和对比度获得了明显提高; 高分辨率眼底成像视场直径从200 μm扩大到500 μm; 曝光量减小到原来的1/2~1/3; 对前期难以获得清晰成像的样本，取得了效果良好的视网膜视觉细胞自适应图像。

针对短波段成像系统中的散射问题，提出了一种基于反射镜表面粗糙度来计算极紫外太阳望远镜工作波段分辨率的方法。首先分析了两镜系统中散射光线的传播，讨论了反射镜表面粗糙度相对波长的比值与像面光强分布的关系。分频段测量了反射镜的表面粗糙度，利用k-相关模型拟合出全频段的一维功率谱密度(PSD)。数值计算结果表明：在1/D到1/λ(λ为入射光波长)的空间频率范围内，主次镜的有效均方根表面粗糙度分别为0.59 nm和0.77 nm。利用Zemax光学设计软件，建立了包含反射镜表面粗糙度测量数据的极紫外(EUV)望远镜非序列模型，该计算模型能够反映出反射镜表面散射对像面分辨率的影响，结果显示，在30.4 nm波段，包含80%的能量半径从3.9 μm增大到4.3 μm，望远镜在工作波段相应的分辨率为0.25″，满足设计要求。