卫星激光测距（SLR）平均回波光子数是表征系统探测能力的重要参数之一，与激光大气传输特性紧密联系。基于Mie散射理论，结合气溶胶粒子的实际分布情况，提出并利用激光雷达大气修正（LAC）模型计算SLR系统平均回波光子数，以长春站60 cm SLR系统为例，分析气候条件对SLR系统平均回波光子数的影响。结果表明，SLR系统平均回波光子数随地表附近能见度增大而增加，随相对湿度增大而减少。当望远镜俯仰角大于15°时，能见度对平均回波光子数的影响将超过相对湿度，并且在俯仰角为60°左右时达到峰值。阐述了气候条件影响SLR探测性能的内在机制，并为SLR系统选址与性能评估提供了新的理论方案和技术支持。

研究了里德伯原子系统采用直接解调法对微波调幅信号进行解调时的工作点与基带信号非线性失真之间的关系。首先，利用里德伯原子的电极化率理论表达式，得到在耦合光、探测光和微波的频率均为零失谐条件下，里德伯原子系统对微波调幅信号的解调模型；然后，计算探测光透射率对微波拉比频率的一阶导数和二阶导数，并利用二阶导数为0这一条件，得到里德伯原子汽室的非线性失真最小的点，即最佳线性工作点；最后，采用总谐波失真（THD）来分别研究里德伯原子汽室的静态工作点、基带信号的幅度与解调所引起的非线性失真之间的关系。仿真结果表明，对于里德伯原子¹³³Cs（采用能级6S_1/2、6P_3/2、47D_5/2、48P_3/2），当耦合光拉比频率为2π×2.7 MHz，并且调幅微波基带信号的电场强度幅值为1 mV/m时，工作在最佳线性工作点附近的原子汽室所引入的THD可低至-95.4984 dB。

为实现铌酸锂光学器件的高效集成，在其表面制备亚波长结构是实现其光学特性的最佳方式。然而，目前使用的聚焦离子束刻蚀、激光刻蚀、湿法刻蚀等方法很难简单、经济、较快地制备铌酸锂亚波长结构。鉴于此，本课题组基于有限元仿真及低能离子束刻蚀技术，研究了不同离子束参数下刻蚀的铌酸锂亚波长结构及其透射率。采用Lambda950分光光度计和原子力显微镜分别对刻蚀后的铌酸锂样品的透射率、均方根粗糙度、纳米结构的纵向高度和表面形貌进行了分析。结果表明：当离子束入射角度为70°、入射能量大于600 eV、束流大于40 mA、刻蚀时间大于60 min时，铌酸锂样品表面形成了大面积的锥形纳米结构，并且纳米结构的高度随着离子束刻蚀参数的增大而增大；在可见光波段，铌酸锂表面纳米结构越高，增透效果就越明显；当入射能量为1000 eV、离子束束流为40 mA、入射角度为70°、刻蚀时间为120 min时，铌酸锂表面刻蚀出了纵向高度为143.5 nm的锥形结构，此时在可见光范围内铌酸锂样片的峰值透射率为83.5%，相较于原片的透射率提高了约12.5个百分点。

提出了一种窄带通频率选择光窗的快速设计方法，该方法结合遗传算法和等效电路模型，能快速准确地给出特定设计目标下光窗的结构参数。该光窗由石英玻璃及镀制在玻璃上下表面的亚波长的金属网栅构成。利用上述方法，可以在几十秒内直接优化出光窗在特定设计目标下的结构参数。与全波仿真相比较，正入射下等效电路模型的准确度高于93%。利用上述方法对光窗的结构参数进行优化，实现了通带透过系数损失小于1.5 dB、带外抑制大于20 dB、品质因子高于26的性能，同时光窗保持一定的可见光透过率且具有极化不敏感性。结果表明，该方法能快速有效地设计窄带通频率选择光窗。

为实现夜间可靠跟踪恒星并测量整层大气透过率,采用直驱力矩电机和圆光栅绝对编码器作为伺服部件,研制一套二维直驱跟星转台。该转台具有定位精度高、环境适应性好及野外长期运行免维护的优点,能够实现夜间长期跟踪目标恒星并自动换星功能。结合搭载其上的由望远镜、CCD相机和滤轮等组成的图像采集系统,搭建了测量实验平台。搭建的测量实验平台采用主-从式控制方式,上位工控机对图像采集系统进行相应控制,同时向下位机反馈转台方位偏差;下位机跟星转台控制系统采用装载Linux系统的ARM7数字处理器为控制核心,并内置自研的星图。通过上、下位机协同软件开发实现整层大气透过率测量的完整功能。开展了转台功能验证实验,整层大气透过率测量和激光雷达的对比实验。结果表明,二维直驱跟星转台能够实现夜晚长期跟踪目标恒星并自动换星测量,转台搭载的望远镜系统根据恒星的图像数据能够可靠地反演出夜间整层大气透过率,满足测量实验的功能要求。

采用自制的M′波段(4.605~4.755 μm)红外辐射测量系统对阿里观测站、德令哈观测基地和怀柔观测基地的大气辐射进行实地测量, 并对结果进行拟合和误差分析。首先, 基于黑体定标结果和辐射传输方程, 得到输出有效读数与平均大气透过率和天顶角的关系公式; 在三个站点对不同天顶角下的大气红外辐射进行扫描测量, 利用上述公式, 拟合出M′波段平均大气透过率。结果表明, 三地透过率的加权平均值分别为0.805、0.758、0.650, 透过率随时间的起伏分别为0.081、0.250、0.073, 高海拔的阿里观测站透过率最高。用MODTRAN软件模拟的平均透过率分别为0.851、0.805、0.615, 与实测结果接近; 误差分析表明: 有效读数越大, 传递误差越小, 此方法的理论误差优于10%。文中提供了一种不依赖气象数据, 实时获得大气透过率的方法。

为获得高性能紫外激光薄膜元件, 急需研制紫外高反射吸收薄膜, 实现吸收损耗的精确测量。本文采用离子束溅射技术, 通过调控氧气流量实现了具有不同吸收的Ta2O5薄膜的制备。以Ta2O5薄膜作为高折射率材料, 设计了355 nm的紫外高反射吸收薄膜。采用离子束溅射沉积技术, 在熔融石英基底上制备了355 nm的吸收薄膜, 对于A=5%的紫外吸收光谱, 在355 nm的透射率、反射率和吸收率分别为0.1%, 95.0%和4.9%; 对于A=12%的紫外吸收光谱, 在355 nm的透射率、反射率和吸收率分别为0.1%, 87.4%和12.5%。实验结果表明, 采用离子束溅射沉积技术, 可以实现不同吸收率的355 nm高反射吸收薄膜的制备, 对于基于光热偏转测量技术的紫外光学薄膜弱吸收测量仪的定标具有重要的意义。

为了提高发光二极管（LED）的光提取效率, 并比较不同光栅形状对LED光提取效率的影响, 采用严格耦合波法优化了与矩形、等腰三角形、等腰梯形光栅分别集成的倒装LED, 使它们出光面透射率达到最优, 随后使用有限时域差分法模拟计算它们的光提取效率。经过模拟计算和理论分析可得3种不同结构LED最优光栅参量（光栅占空比f、光栅周期p、光栅厚度h）和过渡层厚度d分别是: f=0.35,p=150nm,h=80nm,d=190nm;f=0.45,p=175nm,h=80nm,d=190nm; f=0.7,p=150nm,h=80nm,d=190nm。结果表明, 3种最优的LED结构在波长0.4μm～0.5μm范围内, 矩形光栅倒装LED和等腰三角形光栅倒装LED出光面透射率相同, 等腰梯形光栅倒装LED出光面透射率最低;由于光透射率最低, 导致等腰梯形光栅倒装LED光提取效率较低, 最高仅为58.07%, 但是由于等腰三角形光栅倒装LED特殊的光栅形状加上高的光透射率, 其光提取效率可以达到77.75%。此研究可以为制备高光提取效率LED提供理论方法指导。

低照度环境下图片质量会下降。同时,悬浮在空气中的烟雾、粉尘等物质形成的雾、霾,会导致图像的细节模糊不清,对户外拍照和计算机视觉应用造成了极大的影响。因此,对退化图像进行去雾处理,提高图像质量,在图像处理和计算机视觉领域具有非常重要的应用价值。提出一种基于亮通道和暗通道结合的雾霾天气图像去雾算法。基于退化图像的物理模型,提出一种空气光散射模型,通过亮通道和暗通道的结合来估计大气光值和透射率。该算法可以解决有雾图像恢复时天空区域的颜色失真问题,恢复图像的细节和颜色,提高图像的视觉效果。仿真结果表明,本文算法优于多尺度Retinex图像去雾算法。