柚子果皮厚, 果皮与果肉属于两种不同的介质, 对光的折射、 吸收程度存在差异, 针对建立水果可溶性固形物含量（SSC）检测模型时, 光谱采集量与目标不匹配, 导致模型精度差的问题, 以上饶马家柚为研究对象, 自主搭建可调实验平台, 采集并分析柚子整果的光能量衰减规律, 寻找柚子厚度与透光性的关系, 探索果皮厚度、 光透射深度对柚子SSC检测精度的影响。 首先将透射光源放置在柚子赤道圈的正上方, 统计柚子赤道圈不同区域接收到的光谱强度, 绘制光谱强度分布图, 结果显示, 距离光源发射点越远, 光谱强度越低, 入射点由远及近的位置接收的光强分别占33.40%、 2.90%、 0.50%、 0.40%、 0.20%, 柚子皮对光的吸收较为明显, 散射出的光所占比重较少; 采用切片法, 记录剩余厚度与对应的光谱强度值, 绘制光谱强度的变化规律曲线, 随着剩余厚度逐渐减少, 光谱强度逐渐增加, 在32.90 mm的位置, 光谱强度发生了巨大的变化, 果实厚度高于32.92 mm时, 果实接收的光谱强度普遍较低, 当果实低于32.92 mm时, 光谱强度呈跳跃式增加。 采集果肉、 整果、 果皮光谱, 采用偏最小二乘法（PLS）建立SSC预测模型, 去皮后的果肉模型相关性最高。 采集柚子果肉、 果皮+果肉厚度为40、 30、 20和10 mm时的光谱, 建立不同厚度的SSC预测模型, 果肉厚度为20、 40、 60和80 mm时, 预测集相关系数分别为0.91、 0.89、 0.87和0.86, 果肉在透射深度为20 mm时, 水果SSC预测模型精度最佳。 果皮+果肉的光谱透射深度为20、 40、 60和80 mm, 预测集相关系数分别为0.78、 0.86、 0.93和0.84, 果皮+果肉的透射深度为60 mm时, 有最好的预测效果。 研究结果表明, 果皮和果肉内部组织成分的差异, 会影响SSC预测的结果, 但是调整可见/近红外光在水果内部的传输距离, 可以优化模型精度, 研究揭示了可见/近红外光在水果组织中的漫透射传输特性, 可为厚皮果的品质在线分选装置研发提供实验依据。

针对使用光纤光谱仪探测远距离宽光谱弱信号的应用需求，基于成像光学与非成像光学的混合设计方法，设计了大口径菲涅耳透镜聚光系统。系统由直径为1.1 m的菲涅耳透镜、匀光棒、全反射准直器和中继透镜组组成，接收端为直径为2 mm、数值孔径为0.22的光纤束。大口径菲涅耳透镜具有质轻体小的优点，解决了传统大口径透镜体积大质量大的问题。由匀光棒和全反射准直器组成的非成像光学元件后组可减小由菲涅耳透镜口径增大引起的球差和宽光谱色差，使光信号能量分布更加均匀且出射角度减小；中继透镜组进一步控制光束发散角和光斑尺寸，使光信号在光纤束端面高效率耦合，提高系统的光能利用率。仿真和实验结果均表明，所设计的后组系统能够减小像差影响，有效控制光束发散角度和光斑尺寸，提高光能利用率，满足光纤光谱仪对远距离宽光谱弱信号进行光谱探测的需要。

采用水热法制备了荧光硅量子点。通过透射电镜、红外光谱、X射线光电子能谱、光致激发和发射光谱及荧光衰减曲线等手段对样品形貌及发光性能进行了研究。通过生菜种植实验, 研究了荧光硅量子点作为叶面光肥提高生菜对光能利用效率的效应。实验结果表明, 透射电镜测得所制备的荧光硅量子点尺寸均一, 平均尺寸为3.6 nm。傅里叶红外变换光谱及X射线光电子能谱表明该量子点表面具有丰富的含氧官能团, 因而具有优异分水散性。光致荧光光谱表明, 该量子点的最佳激发和发射峰位分别为385 nm和450 nm, 且不具备激发波长依赖特性。荧光硅量子点与生菜的离体叶绿体复合后发现,荧光强度下降但激发态寿命基本不变, 同时, 复合物对2,6-二氯酚靛酚的还原速率提高。以上结果表明, 荧光硅量子点与叶绿体复合时产生了内滤效应, 生菜的叶绿体吸收了硅量子点发射的蓝光用于光合作用, 从而使生菜的干鲜重均得到了显著性提高。通过叶绿素荧光成像实验进一步验证了喷施荧光硅量子点叶面光肥时生菜的光合作用速率得到了提高。

基于传统粒子追踪测速(PTV)技术的粒径分析方法只能通过几何成像检测粒径,无法对衍射成像尺寸远远大于几何成像尺寸的粒子图像进行分析。根据衍射成像原理,通过对激光-粒子散射光-CCD信号-图像灰度值物理流程的定量分析,提出确定微纳米级示踪粒子图像灰度值与粒径之间量化关系的模型,弥补了PTV技术在粒径检测方面的不足。基于PTV实验系统,应用数字相机和Micro Vec V3软件完成SiO2粒子图像的拍摄,运用所提模型对拍摄的粒子图像进行粒径分析。实验结果表明,所提方法具有较高的准确性。

在已知光源光强分布和室内空间结构的条件下,对空间表面双向反射分布函数(BRDF)进行了假设,并建立数学模型,通过实验对相关参数进行了调整。模拟了不同类型空间模型中的光照情况,并将工作面相关参数值与DIALux仿真结果进行了比较,平均照度误差值小于±3%,平面照度曲线分布基本相同。针对反射部分光能分布不均匀的问题,对墙面BRDF模型进行了改进,得到了较好的仿真效果。所提方法很好地解决了圆形底面空间、底部不等高空间下照度不能直接进行计算的问题。

龙虾眼透镜作为一种特殊的透射式反射聚焦元件, 在X射线等高能领域具有重要的应用价值, 并在可见光、红外波段具有潜在的应用前景。为提高龙虾眼透镜的成像质量, 从理论方面分析了变周期闪耀光栅的衍射干涉因子以及衍射场情况, 利用变周期闪耀光栅对龙虾眼通道内壁进行微整形, 并且对经过微整形之后的一维龙虾眼结构进行了聚焦光场分布计算。通过与之前结构的仿真对比, 结果表明: 焦距为100 mm时, 有效半口径为95 mm的现有结构在焦面处的弥散斑直径由10 mm减小至1 mm, 光能集中度由75%增大至89.62%, 并且在不同入射高度下焦平面处的光斑直径以及光能集中度均有提高。

提出一种增加轴锥镜对的同轴反射式光学结构激光发射天线方案, 通过对入射光束的光强重新排布, 降低同轴反射式结构固有的中心遮拦造成的能量损失, 提高光能利用率.运用衍射光学原理分析并模拟了单色高斯光束经过轴锥镜对后传播至天线光阑平面处的光场分布, 比较了普通同轴反射式天线和高光能利用率天线在不同入射光束腰半径、不同线遮拦比下的发射光能利用率.结果表明: 高光能利用率天线在线遮拦比0.1和0.25的情况下, 通过合理调整入射光束腰大小, 光能利用率分别可达到99%和96%以上, 远高于传统的同轴反射式天线.分析了高光能利用率天线发射光束的远场光强分布, 发现其进入接收天线口径内的光场可近似为平顶分布.

为了进一步提高固态白光光源的光效, 探寻激发源与光效的关系, 文章以菲涅尔理论为基础, 研究了蓝光LED和LD作为激发源时, 光能利用率随入射角及偏振角的关系。LED为激发源时, 其光能利用率最大为96%; 线偏振态LD为激发源时, 入射角度为布儒斯特角、偏振角度为0°时, 其光能利用率可达100%。研究表明在荧光转换型白光中, 线偏振特性的LD相较于非偏振态的LED具有更好的光能利用率。基于所得结论提出了一种适用于LD激发荧光粉获取白光的荧光粉模块, 并用蒙特卡罗光线追迹法进行了仿真验证, 模拟结果与理论值完全吻合。

针对全反射傅里叶变换成像光谱仪存在入射光能浪费的问题, 对其中的菲涅尔双面镜提出了一种改进型结构, 将原相连的菲涅尔双面镜分开一定距离, 同时将分离后的两块平面镜各自围绕光轴向上移动适当距离, 使其围绕光轴上下对称的干涉场仅在光轴的上方分布。仿真研究表明, 改进后的双面镜结构可使入射光能的利用率提高一倍, 同时干涉条纹傅里叶变换的分辨率提高一倍。这对提升全反射傅里叶变换成像光谱仪的弱光检测能力和拓展其光谱检测范围具有重要意义。

基于双干扰光路红外干扰模拟器的光束扩束技术, 设计了微透镜阵列扩束系统, 利用光刻胶热熔技术对微透镜阵列进行加工并对干扰模拟系统的能量收集效率进行测试.实验结果表明两干扰光路的能量收集效率分别为27.3%和26.9%, 与设计结果30.8%基本符合；验证了微透镜阵列作为扩束元件在红外干扰模拟器中的应用价值, 为红外成像仿真技术及多干扰光路红外成像目标模拟器的工程化研究提供了参考.