介绍各种非线性光学显微成像的基本原理，并阐述非线性光学成像的多模态耦合所面临的技术挑战与解决方案。从成像速度、空间分辨率以及信噪比三个方面介绍了多模态非线性光学成像的研究进展，并扩展了多模态非线性光学内窥镜和图像分析方法。最后展望了多模态非线性光学成像的发展趋势和所面临的挑战，以期给相关领域研究人员提供参考。

飞机掩体是关键的飞机防护工事，利用遥感影像实现飞机掩体的快速准确检测有重要意义。为探究遥感影像飞机掩体检测方法，收集了60个包含飞机掩体的机场信息及Google Earth影像，构建了一个飞机掩体高分辨率遥感影像数据集。对比Faster R-CNN、SSD、RetinaNet、YOLOv3和YOLOX等5个深度学习目标检测模型的综合性能，结果表明，在飞机掩体影像数据集上YOLOX模型表现更佳，平均精度可达97.7%，但水平框的检测结果无法获得飞机掩体的精确边界和朝向。为此，对YOLOX模型进行改进，提出针对不同朝向下的飞机掩体检测新方法R-YOLOX，实现对飞机掩体的旋转检测，旋转预测框更加贴合目标轮廓，采用KL 散度损失改进后的模型精度显著提升，准确率提升了7.24个百分点，对飞机掩体具有更好的检测效果。从水平框和旋转框这2个角度都能实现飞机掩体的准确检测，为高分辨率遥感影像中飞机掩体的准确识别提供了新思路。

具有非对称电磁响应特性的单向类电磁诱导透明效应（EIT-like）是超材料领域重要的研究课题之一，然而目前缺少可动态切换的单向EIT-like实现手段。基于此，提出一种利用二端口的微带谐振腔与两个开口谐振环之间的耦合作用构造单向EIT-like的方法，只有特定端口能够激发出EIT-like效应，其非对称反射系数对比度达到98.7%。在此基础上，结合可调的复合左右手传输线，对微带谐振腔与开口谐振环间的耦合情况进行动态调控，从而改变单向EIT-like的激发端口，实现了激发端口可电切换的单向EIT-like，推动EIT-like在光学存储、光调制、传感等方面的应用。

利用多维度的泵浦探测技术来研究Fe掺杂氮化镓（GaN∶Fe）晶体的超快瞬态非线性光学响应和基于Fe缺陷的宽带载流子动力学机制。相位物体（PO）泵浦探测实验结果表明，载流子折射动力学曲线相较于吸收表现出明显的回复，结合超快瞬态吸收光谱实验证明这源于Fe缺陷态的宽带吸收。此外，瞬态吸收响应与载流子俘获速率均可通过Fe含量进行大幅调控，吸收幅值和载流子俘获寿命分别随着Fe含量的增加而增大和缩短。根据瞬态光学非线性结果，提出了基于Fe缺陷不同电荷态下的激发与俘获模型，结合全局分析和速率方程获得了GaN∶Fe的载流子俘获机理与重要的Fe缺陷俘获速率和光吸收截面。GaN∶Fe中可调控的载流子寿命和超宽带的吸收光谱对光开关、光限幅器件、光电探测器等光电器件的设计和开发有着十分重要的意义。

针对路面裂缝检测时裂缝的位置、形态的不确定性及裂缝特征与路面背景纹理的相似性等问题，提出了一种改进的多分支特征共享结构网络的裂缝图像分割算法。为了在减少计算参数冗余的同时提高检测精度，使用轻量化特征提取网络获取高层特征，采用多分支跳跃连接的方法提高通道间的信息利用。各分支融合全局卷积网络（GCN）模块和边界细化（BR）模块，提高了对裂缝边缘的分割性能和对裂缝区域内部分类的鲁棒性，利用循环残差卷积（RRC）模块，推动了对裂缝特征的累积。最后采用中轴法提取裂缝骨架，计算裂缝的形态参数，得到裂缝长度和宽度的相对误差分别为4.73%和5.21%。设计的多组对比实验结果表明，所提改进算法能够有效地提高对路面裂缝检测的精度和效率。

贝塞尔光束在生物组织中的传输易受到样品散射的影响，从而削弱其自重建能力。本文将生物组织建模为折射率弱波动的湍流模型，在弱散射近似下，结合角谱理论及逐步传输算法对贝塞尔光束在生物组织中的传输及自重建过程进行了理论模拟。利用空间光调制器加载涡旋光束相位和轴棱锥相位的叠加相位全息图来调制高斯光束，以产生可调控的贝塞尔光束。结果表明：贝塞尔光束经过生物组织的相位扰动后，重建光束的无衍射距离大大缩短，光强远低于原光束，且生物组织越厚，重建光束的光强越低；轴棱锥的锥角决定了重建贝塞尔光束的中心亮斑或最内环形旁瓣的尺寸，但对重建贝塞尔光束无衍射距离的影响不大；同时，低阶贝塞尔光束展现出了更好的自重建能力。

珊瑚礁地物光谱特征是珊瑚礁遥感研究的理论基础, 可以作为遥感定性和定量研究珊瑚礁的依据。 采用我国南海三亚湾鹿回头海域的优势物种疣状杯形珊瑚(Pocillopora verrucosa)为研究对象, 用光纤光谱仪测量其反射率光谱。 利用珊瑚反射率光谱和导数分析的方法研究了健康和白化两种状态下疣状杯形珊瑚的反射率光谱的差异。 研究分析的结果显示： 健康疣状杯形珊瑚的反射率光谱, 在波长580, 604.7和647 nm处出现了特征波峰, 在波长669 nm处出现一个显著的波谷； 白化疣状杯形珊瑚的反射率光谱明显高于健康疣状杯形珊瑚的反射率光谱, 但是其波形相对较为平缓, 在波长663 nm处存在一个相对较弱的波谷。 反射率光谱导数分析发现健康与白化疣状杯形珊瑚存在多个可区分波段, 其中主要可区分波段包括： 一阶导数, 404～425, 456～466, 513～532, 563～568和661～667 nm等； 二阶导数, 408～420, 542～556, 563～573, 615～634和687～695 nm等； 四阶导数, 402～418, 466～472, 478～481, 617～622和684～689 nm等。

为了进一步深入研究不同形状和不同颜色珊瑚的光谱特征, 选择三亚湾鹿回头海域两种常见造礁石珊瑚（褐色片状珊瑚: 盾形陀螺珊瑚（Turbinaria peltata）和蓝灰色块状珊瑚: 精巧扁脑珊瑚（Platygyra daeda））为样本进行测量和分析。 于2015年7月22日上午采集两种珊瑚样品各7组。 样品块大小~6 cm, 并将其暂养于中国科学院海南热带海洋生物重点实验站岸基实验室珊瑚养殖缸, 养殖缸内水温控制在~26 ℃。 待样品块暂养≥4小时后用光纤光谱仪测量其反射率, 光谱采集条件为无云遮挡的晴天。 所用光纤光谱仪（海洋光学USB2000+）, 波段为200～850 nm, 光谱分辨率1.34 nm, 步长0.6 nm, 视场角为25°。 珊瑚样品置于缸内的平台上, 过滤后恒温~26 ℃的海水持续注入以保证缸内水温恒定; 多余的海水自动从养殖缸上壁溢出以排除因光线折射入水体后引起的“汇聚现象”; 养殖缸内壁采用黑色尼龙布贴壁, 以避免玻璃缸壁光线反射对测量结果的影响。 光纤光谱仪的探头与样品间距保持在5 cm, 每个样品重复测量10次取平均值以代表该样品的光谱反射率。 测量光源为太阳光, 每次测量前校正一次光谱仪, 选用可见光波段的反射率光谱进行数据分析。 反射率光谱导数分析可以放大光谱间的差异, 四阶导数光谱法在提高检测灵敏度、 改善分辨率和加强抗干扰力等方面具有独特的优点, 故此对所测珊瑚光谱反射率数据进行反射率光谱数据一阶导数、 二阶导数和四阶导数分析, 根据盾形陀螺珊瑚和精巧扁脑珊瑚反射率光谱导数之间的差异确定两种珊瑚光谱的敏感可区分波段。 分析结果发现, 可见光范围内两种珊瑚反射率差异明显; 后者反射率光谱明显高于前者, 仅~700 nm出现类似较高反射率。 盾形陀螺珊瑚反射率介于4%～15%之间, 波峰和波谷明显。 400～450 nm反射率相对较低约为4%～5%; 480 nm后急升至~10%, 502, 578, 604和652 nm附近为明显波峰; 随后激增至700 nm的~36%。 精巧扁脑珊瑚反射率介于6%～16%之间; 400～420 nm波长附近反射率值相对较低, 为~6%; 420～470 nm急剧升高至~15%, 486 nm附近出现宽大波峰, 为该珊瑚的特征峰; 486, 577, 607和650 nm处也存在四个明显波峰; 随后剧增至700 nm的~37%。 光谱反射率导数分析结果表明盾形陀螺珊瑚和精巧扁脑珊瑚可区分波段为: 一阶导数483.7～492.6, 496.2～500和533.5～540.5 nm。 二阶导数414～422.7, 499.4～504, 520.2～523.3, 534.2～536.6, 557.5～561和671.8～675 nm。 四阶导数414～417.6, 427.4～430.3, 433.4～436.5, 452.3～455.5和657.1～659.1 nm。

以南海三亚湾鹿回头海域八种常见造礁石珊瑚优势种的反射率光谱为代表, 用光谱仪测量它们和此海域常见底质石莼以及碎石的反射率光谱。 通过反射率、 导数光谱法研究了三亚鹿回头海域造礁石珊瑚、 石莼和碎石的光谱差异。 石莼于561.4 nm处出现反射率高达48%左右的显著波峰, 在500～700 nm波长范围和造礁石珊瑚反射率差异较大; 碎石反射率明显高于造礁石珊瑚反射率, 整体差异显著。 导数分析结果表明造礁石珊瑚、 石莼和碎石可区分波段为: 造礁石珊瑚与石莼主要为一阶导数在485～487, 505～510, 515～529, 559～578, 587～593, 598～603和667～670 nm等波段。 二阶导数在494.4～505.7, 524～534.5, 543.6～561.4和567.2～579.7 nm波段。 四阶导数在515.8～430, 621～627.1, 628.8～635.6, 639.3～645, 661.8～669.8和678.4～682.4 nm等波段。 造礁石珊瑚与碎石一阶导数反射光谱, 主要为400～413.7, 414～418, 484.8～486.9, 506～509.6, 514.5～528.9, 576.9～587.6和602.7～653.4 nm波段。 二阶导数主要为, 451.6～461.6, 564.5～570.7和677～685 nm。 四阶导数主要为, 412.6～425.3, 459.8～467, 467.7～470.6, 535.6～540.8, 583.8～591.4, 654.4～659.8和670.8～680 nm等波段。

以海南三亚湾鹿回头附近海域常见的8种优势造礁石珊瑚的反射率光谱代表该海域珊瑚的反射率光谱, 用光纤光谱仪测量它们和此海域常见底质团扇藻、 砂的反射率光谱。 利用反射率、 导数光谱法分析研究了该海域造礁石珊瑚、 团扇藻和砂反射率光谱的差异。 分析表明500～ 700 nm和珊瑚反射率差异相对较大; 珊瑚反射率光谱明显低于砂反射率光谱, 反射率谱线整体差异显著。 导数分析结果显示造礁石珊瑚、 团扇藻和砂的可区分波段为: 石珊瑚与团扇藻的一阶导数, 主要为415.1～425.6, 482～487, 514.5～529, 577～587.6和631.9～644 nm等波段。 二阶导数主要为, 413～418.7, 427.4～432.5, 462.3～470.6, 494.4～503.6, 551.6～561.4, 590～594和639～643 nm波段。 四阶导数主要为, 412.2～418.4, 420.5～425.3, 470.9～480.2, 481.3～486.9, 540.8～545.7, 560～568.3和635.6～639.6 nm等波段。 石珊瑚与砂的一阶导数, 主要为400～413.7, 514.5～529.6, 576.9～587.6和602.7～667 nm波段。 二阶导数主要为, 420.5～430.7, 446.9～458.8, 467.3～472.3, 537～544.3, 556.8～561.4, 582.8～587.2和637.6～649.4 nm。 四阶导数主要为, 414.4～418.7, 419.5～430.3, 486.9～495.8, 534.2～540.1, 579～583.1, 622.7～627.5, 640～645和665.4～672.8 nm等波段。