相较于单涡旋光束，涡旋阵列光束能够扩充信息的传输容量，研究其传输特性对其光通信应用具有重要意义。本文选取阶数为n的螺旋因斯-高斯(HIG_n,n)模式，采用海上大气折射率变换的功率谱，模拟海面大气湍流。基于相位屏法研究了一维阵列涡旋光束在海面大气湍流中光强、相位、闪烁因子和质心漂移的变化情况。结果表明：（1）HIG_n,n模式的闪烁因子和质心漂移标准差随湍流强度以及大气湍流内尺度的增加而增加；（2）n为奇数的HIG_n,n模式的闪烁因子随着阶数的增大而减小，且高于n为偶数的HIG_n,n模式；（3）阶数n>1的HIG_n,n模式比LG_0,1模式具有更好的稳定性；（4）阶数越高，HIG_n,n模式的质心漂移标准差越小。其次，选取线性阵列涡旋光束（LAVBs）进行对比，研究得出虽然LAVBs比HIG光束具有更好的传输性能，但由于HIG光束具有独特的结构，故可适用于不同的应用场景。最后，分析了椭圆参量和椭圆环数对HIG模式传输的影响，结果表明适当地增大椭圆参量或椭圆环数有助于提高HIG模式的抗湍流能力。本文研究结果对涡旋光束的海上应用具有指导意义。

采用功率谱反演法模拟了同轴叠加产生的双拉盖尔-高斯涡旋光束（Double Laguerre-Gaussian Vortex Beam，DLGVB）在海洋湍流中传输时的光强和相位分布，仿真分析了DLGVB光束在不同海洋湍流参数下的闪烁指数以及在基于开关键控调制的水下光通信系统中的通信误码率。结果表明，随着湍流动能耗散率的减小，盐度温度波动平衡参数、温度方差耗散率及传输距离的增加，闪烁指数逐渐增加；随着湍流动能耗散率以及拓扑电荷差值的增加，误码率减小。在海洋湍流环境下，使用DLGVB光束进行传输可以抑制海洋湍流带来的干扰，选择最佳的拓扑电荷差值，可以有效提高传输通信质量及通信系统容量。本文研究结果对涡旋光束及其叠加态在海洋湍流下传输特性研究及水下光通信系统持续扩容的发展需求方面具有重要的参考价值。

光束在海洋介质中传输会极大地受到海洋湍流的影响。此外，涡旋光束轨道角动量的复用会极大地提高系统容量，因此研究涡旋光束在海洋湍流中的传输具有重要意义。在水平海洋湍流理论基础上，创新性地构建了斜程路径上海洋湍流相位屏模型，以相位结构函数为依据验证了海洋湍流相位屏的准确性，根据多相位屏法搭建准直高斯涡旋光束在海洋湍流中的上行传输链路模型。数值模拟并分析了不同天顶角、海洋湍流内外尺度及拓扑荷数等其他海洋湍流参数对准直高斯涡旋光束经海洋湍流上行传输的光强及相位分布、光束漂移、轴上闪烁指数和长曝光光斑半径的影响。结果表明：涡旋光束的拓扑荷数越小、天顶角越小，光束受到湍流的影响越大；在海洋湍流上行传输链路中，准直高斯涡旋光束的光束漂移、轴上闪烁指数及长曝光光斑半径随海洋湍流外尺度的增大而增大，且主要受传输距离的影响；理想情况下，取海洋湍流外尺度为无穷大，会高估湍流对光束的影响；由于涡旋光束的本身特性，拓扑荷数对光强及相位分布和长曝光光斑半径的影响也较为显著。

二维有机?无机钙钛矿材料因具有优良的发光性能被广泛研究，在X/γ/中子射线探测和成像方面有较好的应用前景，其闪烁性能甚至超过了商用闪烁体。本文从射线与物质相互作用原理和二维有机?无机钙钛矿材料的基本发光性质出发，介绍了二维钙钛矿闪烁体相比传统闪烁体的发光优势，综述了其在射线探测领域的最新成果。最后，提出了目前面对的技术挑战和潜在解决方案，并对二维有机?无机钙钛矿闪烁体的未来发展趋势进行了展望。

针对压缩机出口除油器效率性能评价，提出一种基于光闪烁法的润滑油油雾液滴浓度在线检测方法。基于颗粒系层模型和Lambert-Beer定律，以层测量体透过率作为泊松分布随机变量，推导了光闪烁法在长光程平行光束下的颗粒浓度检测模型。闪烁频率根据测量体大小、颗粒直径和颗粒速度确定，并通过影响闪烁信号的拟合方差影响检测精度。对于某型压缩机润滑油，通过光谱扫描和主成分分析法确定了在可见光波段，400 nm波长光束具有最佳的检测灵敏度和正相关性。实验结果表明，相较于光透射法，在0~50 mg·m^-3油雾浓度范围内基于光闪烁法检测标定结果误差小于10%，线性相关系数R²=0.989。

针对一种在复杂环境条件下进行脉冲中子探测的闪烁探测器，开展了一系列的可靠性设计、保证工作。在设计上通过双通道冗余备份、抗振设计等方式提升了探测器的固有可靠性。此外还采取可靠性建模及指标分配的方式明确了探测器各部件的任务可靠性目标，通过FMECA分析方法研究了探测器各部件的故障模式及其影响，确定了可靠性重要部件。通过运用环境应力筛选试验及可靠性强化试验，进一步提升了探测器的可靠性。经初步验证，采取上述可靠性设计保障技术的脉冲中子探测器，其任务可靠度可达到99.9%以上。