为应对核相关滤波算法长时跟踪模板漂移问题，提出一种基于亚像素修正的模板漂移抑制方法。首先，根据跟踪过程中常用的核相关滤波快速算法，分析模板更新时引入的跟踪误差；其次，分析模板更新时引入的采样误差对模板漂移的影响；然后，通过模板频域的相移修正模板更新引入的采样误差；最后，通过实验证明模板亚像素修正对长时跟踪模板漂移的抑制效果。实验结果表明：相同跟踪条件下，模板亚像素修正方法引入的模板漂移量是整像素模板更新的1/4，模板亚像素修正用于相关滤波算法和核相关滤波算法时对模板漂移同样有良好的抑制效果，并且模板亚像素修正只需耗费较小计算量就可以对模板漂移进行有效抑制。

基于频谱滤波理论和经典大气湍流 7 层模型, 通过地表层自适应光学 (GLAO) 系统的理论滤波器模型, 结合有限导星条件下的误差传递函数 (ETF), 探究了不同导星数量与不同导星排布情况下地表层自适应光学系统的性能。研究结果表明 6 颗导星呈中心 1 颗、其余 5 颗在视场边缘均匀环形分布时, 系统校正性能较优。该研究结果对正在研制的一米新真空太阳望远镜多层共轭自适应光学 (MCAO) 系统 (含有 GLAO 系统) 具有重要指导作用和参考价值。

为了使光纤激光器能高效率地抽运、完成大功率激光的输出,一般通过双透镜组将抽运源耦合进有源掺杂光纤。 而为了进一步提高抽运效率、简化耦合系统,可以用复合抛物面聚光器来取代双透镜组。复合抛物面聚光器可以将最大接收角范围内的光全部会聚到其出射面, 并且大部分能量都集中在有源掺杂光纤的数值空间范围内,因此具有很高的耦合效率。此外,复合抛物面聚光器还具有结构简单、尺寸较小、与抽运光源的对接简 单等优点。仿真研究证实了复合抛物面聚光器比双透镜组的耦合效率更高,非常适用于光纤激光器的抽运光注入实验,为生成大功率激光器提供了条件。

受气动光学效应的影响, 来自目标的光波波前会产生动态扰动, 导致成像模糊化。常用的校正方法是在测得波前的前提下进行解卷积处理, 达到还原图像的效果。传统的波前传感器只能有效测量中心视场, 由于存在非等晕问题, 导致所能还原的图像区域过小。光场相机波前传感器作为一种新型波前传感器, 具有视场大、动态范围大的优点, 可以同时探测模糊图像不同区域的点扩散函数, 从而一次性还原整幅图像。文章利用Matlab模拟了光场相机的大视场波前探测特性, 对气动光学效应引起的模糊图像进行清晰化处理, 并与夏克-哈特曼传感器的模拟结果进行了比较。结果表明, 光场相机波前传感器可以对气动光学效应造成的波前扰动进行有效的大视场波前探测, 一次探测能够清晰化整个视场的图像, 且视场范围是传统波前传感器的数倍以上。

为了实现二维平面上以单光子的灵敏度探测光强分布,提出了一种基于多阳极光电倍增管的阵列型光子计数器。并通过高频甄别技术和等幅放大技术实现对光电脉冲的低噪声恒定放大、解串扰技术消除相邻像素间的串扰影响,最终完成了8×8阵列型光子计数器的研制。测试结果表明,本阵列型光子计数器的单像素的最大计数率为100MCPS,峰值光子探测效率约21.2％,帧频最高可以达到10 kHz,在1.8 m望远镜平台上可以稳定探测10等星以内的暗弱天体。

自适应光学系统中采用CCD 作为哈特曼波前传感器的光斑质心位置探测器时，由于光斑的高斯宽度较小会带来大采样误差。针对该问题，本文详细分析了采样误差形成的原因，建立了采样误差、位移敏感度和开环动态范围与光斑高斯宽度、光斑位置以及子孔径大小的数学模型，提出标定时光斑质心的最佳位置是子孔径中心四像素的中心。因为在该位置处，CCD 的质心探测具有闭环时采样误差为0，位移敏感度最大，且开环时动态范围最大的特点，为哈特曼波前传感器的标定方法的研究提供了理论依据。

提出了一种新的基于哈特曼波前传感器(SHWS)的光学读出系统。该系统利用SHWS探测焦平面阵列(FPA)单元在受热前后反射波前斜率的变化量重构被探测物体的红外辐射图像。在理论上详细讨论其成像性能后,实验获得了单元尺寸为60 μm×60 μm,阵列大小为34 pixel×38 pixel的高温物体红外图像,其噪声等效温度差(NETD)约为3.8 K。优化系统参数设计,可以提高哈特曼波前传感器对到达角的测量精度进而获得更小的噪声等效温度差。

从天体光度测量原理出发推导出光电倍增管、普通CCD和电子倍增CCD在天体光度测量中的信噪比公式,从理论上比较了三种器件在天体光度测量中的性能,并给出了实验结果。结果表明,电子倍增CCD的性能最好;在光辐射度较小的条件下,读出噪声严重地影响了普通CCD的信噪比,光电倍增管的性能较普通CCD的好;而在光辐射度较大的条件下,量子效率成为信噪比的决定因素,普通CCD的性能较光电倍增管的好。最后从误差平方和与信噪比两个方面对理论推导进行了实验验证, 结果表明实验结果和理论计算吻合得很好。