逆合成孔径激光雷达（ISAL）是一种相干成像系统，其图像具有明显的散斑，影响目标识别和判断。为解决该问题，近年来有学者提出一种基于模型的迭代重构（MBIR）算法。该算法直接重构目标反射率而非复反射系数（传统重构方法普遍采用的），所重构图像质量更接近光学图像。然而，该算法存在优化模型较复杂、采用的无梯度线搜索算法求解效率较低且不易收敛的问题。针对以上问题，进行两点改进。首先从信息传递的角度得到复反射系数分布、反射率分布和测量信号之间的马尔可夫关系，据此将复反射系数假设为反射率估计的完整数据集，简化了优化模型。其次，针对模型求解，应用更容易求解梯度的先验模型替代函数，并结合对数变换，将原问题转换为含梯度的无约束问题，进行高效求解。最后通过仿真数据和7 km外场实验数据验证了所提改进方法的有效性和效率。结果表明，对于高中低具有不同载噪比（5 dB、0 dB、-5 dB）的回波数据，所提改进方法在5次迭代之内即可得到较优质量的图像。

等晕误差中的piston项对成像质量没有影响，无需校正，有效非等晕误差应去除该项。为此提出利用夏克-哈特曼波前传感器测量双星波前误差的方法，计算得到去piston项误差后的等晕角。首先，根据Sasiela和Van Dam给出的角度非等晕误差解析表达式，计算不同条件下的非等晕误差理论值；其次，利用相位屏法，模拟不同大气环境下实际自适应光学系统波前误差测量过程，仿真得到非等晕误差值。数值仿真结果与理论计算有较好的吻合，并得到了波前误差与去piston项等晕角的对应关系。最后，基于丽江1.8 m望远镜系统，测量双星的非等晕误差，计算得到去piston项等晕角的大小。并使用差分像运动法和恒星闪烁法，对该方法进行了印证。去piston项等晕角测量实验的结果表明，去piston项等晕角在时间维度上变化缓慢，在空间维度上差别很大，当方位及仰角差距较远的情况下，去piston项等晕角的值没有相关性。根据该方法，也可计算出其他望远镜及大气模型下的波前误差值与去piston项等晕角的对应关系，为信标的位置选择提供了依据。

椭偏仪实现高精度测量的关键在于模型值的精准标定,而随机误差是影响标定精度的重要因素。从椭偏仪随机误差的产生原因入手,针对零阶噪声受限、一阶噪声受限、二阶噪声受限三种可能存在的系统,对测量结果随机误差进行了数值估计。为了降低测量结果的随机误差,采用枚举法和遗传算法,得到了三种系统下的最佳配置。数值分析和实验结果表明,比起常用的配置,最佳配置下的随机误差可以降低1/3以上。本文虽然仅给出三种噪声受限系统的最优配置,但是噪声估计结果和优化方法可以适用于多种噪声模型共同存在的模型。

逆合成孔径激光雷达(ISAL)成像运动补偿中,包络对齐的精度直接影响了相位误差估计精度。当目标速度和加速度较大时,距离包络严重倾斜且相位误差较大,图像无法进行良好聚焦。针对上述问题,在高精度成像模型的基础上提出了一种基于Nelder-Mead单纯形法和粒子群优化的全局联合运动误差补偿算法。首先,利用单纯形法估计目标速度,完成包络对齐。然后,将包络对齐过程获得的目标速度作为相位误差估计中参数初始化的约束条件。最后,用粒子群优化算法对各运动参数进行全局搜索并得到最优解,实现高精度运动参数估计及高阶相位误差补偿,得到聚焦良好的二维图像。实验结果表明,本算法的参数估计误差主要分布在±0.2%以内,参数估计精度和抗噪声性能均优于传统ISAL成像算法。

在椭偏测量中,采用直通式标定方法准确标定出系统模型参数对于样品的精确测量至关重要。由于双旋转补偿器式Mueller矩阵椭偏仪(DRC-MME)高级参数模型复杂,参数数量较多,且部分高级参数之间存在相互级联和耦合,为保证标定结果的准确性,实验中各个参数之间的独立性关系需要被检验。针对这一问题,使用奇异值分解、泡利矩阵和其他数学工具,从理论上对DRC-MME直通标定实验的自由度进行研究分析,明确在数据拟合过程中的“无用”参数,并通过仿真实验验证研究分析结果的正确性。最后搭建实验平台,开展了直通标定实验,得到了符合实际物理意义的高级参数标定结果,并使用标定好的高级参数模型对硅衬底上二氧化硅薄膜厚度进行了测量,测量结果与标称值相差1.9 nm,重复测量精度为5.31 pm。所提对直通标定实验自由度的研究分析方法不仅适用于椭偏仪,也可为其他的多参数优化过程提供一个分析思路。

拉曼光谱技术能够提供与物质特定分子结构相关的光谱信息, 可用于识别生物组织微小的生化变异, 具有快速、 实时、 无损、 无需样本预处理等优点, 在临床病理诊断领域极具应用前景。 与常规组织病理学分析相比, 拉曼光谱技术能够直接检测活体组织, 简化了分析程序, 缩短了诊断时间。 人体病变组织的细胞分子组成和结构可能发生变化, 这为拉曼光谱技术在组织病理诊断中的应用提供了检测依据。 基于组织分子组成与结构的差异, 结合机器学习和化学计量学方法, 拉曼光谱技术可以提供客观的诊断信息, 实现快速、 低侵入的病理诊断。 回顾了近十年来拉曼光谱技术在组织病理诊断中的研究进展, 对取得的关键成果进行了总结, 阐述了当前离体和活体应用拉曼光谱技术的一些关键问题。 针对离体拉曼光谱检测, 重点评估福尔马林固定石蜡包埋样本、 冷冻样本和新鲜组织样本等离体样本的适用情况; 阐述拉曼光谱数据收集的关键技术, 包括适用光源、 光谱范围, 以及病理样本光谱采集的方式等。 对于活体拉曼光谱检测, 重点介绍了活体检测研究中拉曼光谱技术应用的两种形式: 结合医用内窥镜进行体内检测, 以及开放手术中的直接检测; 综述了临床适用的拉曼系统, 重点介绍了当前活体拉曼研究中应用的光纤探头。 同时, 文章也讨论了拉曼光谱数据的处理与分析方法, 通过光谱预处理, 特征提取与分类识别, 构建拉曼光谱病理诊断模型, 在小样本范围能够获得较好的诊断结果。 考虑临床实际应用, 仍需要不断优化分析方法, 实现拉曼光谱与生化信息的关联, 将样本个体差异的影响纳入分类模型中, 以提升模型性能。 文章对拉曼光谱应用于病理诊断中的关键问题进行了讨论, 为进一步开展研究提供参考。 未来需要更深入和广泛地开展离体和活体研究, 以促进拉曼光谱技术在临床中的应用。

地基光学望远镜对天观测时, 大气湍流扰动引起星光波前畸变将导致其实际分辨率远低于物理极限, 这是急需解决的科学技术问题。采用钠信标激光激发海拔 80～105 km 大气电离层中的钠原子可产生高亮度的钠导引星, 可作为信标探测大气对光波的扰动, 再利用自适应光学技术进行校正, 能使望远镜克服大气扰动影响, 获得近衍射极限的分辨率。介绍了钠信标激光的特性与国内外研究进展, 尤其是中国科学院理化技术研究所激光物理与技术研究中心研制的钠 D2 线双峰谱型匹配的微秒脉冲钠信标激光器及其在大型望远镜上的应用情况。