飞秒激光直写技术具有无掩模、真三维、高精度等优点，在透明介质光波导器件立体加工中具有很好的应用前景。然而，实际加工中需根据目标材料的特性反复探索和优化加工参数，过程繁琐且复杂。提出了一种基于光相干域反射仪（OCDR）在线监测飞秒激光在已有波导中直写加工微结构或器件的新技术，以光纤波导为例研究了激光脉冲能量、脉冲频率及直写速率对加工结构回波反射特性的影响，并分析了反射特性与加工工艺参数的对应关系。研究结果表明：通过OCDR反射曲线突变点能够快速准确地确定引起材料性质改变的激光能量和脉冲频率的阈值条件，且根据曲线变化趋势和反射峰特点可判断材料性质改变类型；此外，通过分布式测量激光直写反射曲线，可获得加工速率对加工效果的影响规律。该技术为波导内飞秒激光直写微结构或器件工艺参数的摸索提供了一种非破坏、高效、在线的解决方案。

针对空间目标偏振探测识别的需求，研究了三类（保温膜、太阳能帆板、卫星涂层）六种（金色保温膜、银色保温膜、单晶硅、砷化镓、卫星涂层SR107和S781）典型空间目标材质偏振光谱反射特性。基于研制的材质偏振光谱测量装置测试结果进行分析，揭示了空间目标材质的偏振光谱特性空间分布规律。结果表明，光谱特性不随接收角变化，峰值特征波长不随检偏器角度变化；材质光谱半峰宽、特征波长以及保偏和消偏特性不随入射角变化，但不同入射角处光谱特征峰的峰值不同。文中研究对空间目标偏振探测具有重要的指导意义。

为研究红外低发射率隐身涂层对太赫兹波的反射特性, 制备了红外低发射率隐身涂料, 测试了其可见光效果、 红外热像图及红外发射率等特性参数。 以土黄色红外低发射率涂料为测试样品, 利用透射式太赫兹时域光谱系统获得了样品在太赫兹波段的复折射率。 分析了特征矩阵理论, 并利用特征矩阵理论计算了涂层厚度(0.3~0.5 mm)与入射角度(0°~60°)的变化对入射太赫兹波反射特性的影响。 结果表明, 在相应厚度及入射角度范围内, 太赫兹波在0.8 THz频率下具有多个反射峰值, 最高值可达90%以上, 有利于实现太赫兹波对红外低发射率隐身涂层下金属目标的探测。 此外, 涂层厚度变化对入射太赫兹波反射率具有较大影响, 涂层越厚, 太赫兹波的反射振荡越多, 反射峰值越大。 入射角度对太赫兹波的反射特性具有一定的影响, 但整体影响不大, 有利于太赫兹波实现多角度目标的探测。 最后, 以表面均匀涂覆0.42 mm厚涂料的金属板为测试样品, 实验测量了样品在0.1~1.5 THz频率范围内的反射特性, 并与部分理论计算结果进行对比。 结果表明: 实验测量结果与理论计算结果在数值和趋势上较为吻合, 但也存在一定的偏差。 究其原因, 主要由样品厚度和样品参数误差导致, 但依然可利用特征矩阵理论研究红外低发射率涂层对太赫兹波的反射光谱特性。

基于计算机仿真技术(CST)软件对二维金属光栅阵列在0.1~10 THz波段的偏振特性进行了数值分析,利用光刻和金属薄膜工艺在500 μm厚的高阻硅衬底上沉积了20 nm厚的不同结构周期的金属铜光栅阵列,利用傅里叶变换光谱仪测量了该光栅阵列的透射及反射特性。结果表明:在太赫兹宽谱范围内,该光栅阵列的透射和反射都具有良好的偏振特性,且偏振特性范围可通过调整结构周期进行调节;该研究对太赫兹偏振器的进一步研究及应用提供了参考。

为了提高反鱼雷鱼雷（ATT）激光近炸引信对来袭鱼雷的捕获率,首先根据鱼雷目标的激光反射特性,分析了鱼雷目标回波功率随激光束入射角度和入射位置的变化规律。采用空间解析几何方法描述了ATT与来袭鱼雷的交会模型,给出了任意交会距离和姿态时目标回波功率计算方法。根据系统最小探测功率,建立了水中单光束扫描激光引信捕获率蒙特卡罗仿真模型,仿真了系统捕获率随激光脉冲频率的变化关系,获得了探测不同距离目标的最大捕获率和相应的激光扫描频率和脉冲频率。结果表明：当激光扫描频率为15 Hz,脉冲频率为4 kHz,系统能可靠捕获距离9 m内目标。所得系统捕获率仿真模型和结果可为ATT单光束扫描激光引信系统设计提供理论参考。

采用光线追迹法,分析了空间环境下离轴三反结构系统的猫眼效应.给出了离轴三反系统的像面倾斜、视场和离焦对猫眼回波效率和发散角的影响,证明了离轴三反系统像面倾斜量是决定能否发生猫眼效应的主要因素.提出利用阈值法实现激光主动探测猫眼信号的基本原理,并结合高阶余弦漫反射模型,分析了目标漫反射信号对猫眼信号检测的影响.估算了20 km到120 km探测距离下,理论上所需不同光束质量激光的最小脉冲能量.仿真表明,当发射光束的全角发散角为0.3 mrad时,50 km和120 km探测距离下所需的最小激光脉冲能量分别为0.7 mJ和3.1 mJ.最后,通过原理实验,验证了空间激光主动探测法探测目标“猫眼”效应的可行性.

对于道路照明，人眼观察到的是路面的亮度而并非路面照度。理想的路面照明应能达到照度和亮度的双重均匀性。从发光二极管(LED)道路照明中路面亮度与照度的关系出发，提出了一种基于路面反射特性同时实现路面照度与亮度均匀性的设计方法。首先根据国际照明委员会(CIE)标准给出的简化亮度系数表计算路面上所有点的亮度系数；然后利用最小二乘法对路面照度和亮度同时进行分析，得到路面最优照度分布；最后采用分离变量与最小能量块迭代结合的方法对光源以及接收面进行网格划分，根据目标照度分布进行三维自由曲面光学系统设计，得到实现路面照度均匀与亮度均匀的光学透镜。将此设计应用于双车道的C1路面，实现了路面93.47%的照度均匀度，各车道观察到的路面总亮度均匀度为86.94%和89.26%。

基于卫星的背景特性、材料特性、轨道特性及太阳帆板与卫星本体的相对运动特性，研究了在轨卫星的可见光反射特性。实验测量了三种卫星表面常用材料典型角度的双向反射分布函数，并构建了三种材料改进的 Sun BRDF模型。提出了一种单自由度运动的太阳帆板入射光线矢量计算方法。根据卫星的几何尺寸和表面材料特性，仿真获得了在轨卫星不同观测时刻的反射特性，包覆黄色热控材料和银色热控材料的本体及太阳帆板的反射强度峰值分别为 6.91×104 W/sr、6.42×104 W/sr和 9 707 W/sr。本体和帆板产生的三个峰值信号位于不同的空间位置。仿真结果表明，在轨运行的卫星反射特性受卫星表面材料、几何结构、姿态、轨道参数等因素的影响，且帆板反射特性在卫星整体反射特性计算中不可忽略。