提出并研究了基于光反射式耦合探针（ORCP）的高灵敏曲率和振动双参量传感器。ORCP通过光纤熔融拉锥、耦合结合垂直切割方法制备而成，尺寸为mm级别。将弯曲或振动信号施加于ORCP悬臂耦合区域，改变干涉超模的模场分布以及折射率，引起反射光谱波长或强度偏移，实现对曲率和振动两种物理量的高灵敏度测试。其中，曲率灵敏度高达11.97 nm/m^-1，响应范围为0~10.49 m^-1，线性度大于0.98。振动灵敏度为0.72 mV/V@80 kHz，超宽带振动频率响应范围为185 Hz~20 MHz，具有高保真度以及高线性度，信噪比达到~53.56 dB。此外，该传感器可实现阻尼振动信号的检测以及声音识别。所提基于ORCP曲率和振动传感器具有灵敏度高、响应范围宽、线性度好、稳定性高、保真度高等优势，探针尺寸为mm级别，结构紧凑，支撑其在油田、煤矿等受限空间与恶劣环境领域中的潜在应用，有望实现基础设施突发事件潜在威胁的预测以及微小裂缝的检测。

反射镜作为光子集成电路的基本元件,被应用于量子通信、智能电网、航空航天等多种领域。高反射率、低温度敏感性的片上光反射镜可以大大简化光子集成电路系统,提高光子集成电路的可靠性和稳定性。因此,提出了一种基于绝缘体上硅的高反射率、低温度敏感性片上光反射镜方案。该方案采用Sagnac环结构,可在3.41 nm波长范围内实现超高反射率(反射率大于90%),在32.85 nm波长范围内实现高反射率(反射率大于80%)。通过片上微型热电极对该反射镜进行加热,结果表明,当微型热电极的功率从0 mW逐渐升高至6 mW时,在1566.5~1568.58 nm波长范围内反射镜的波长漂移量小于0.045 nm,反射率变化小于0.19 dB。该反射镜具有尺寸小、质量轻、制造简单、反射率高、损耗小、温度不敏感等优势,可广泛应用于激光器、微波光子滤波器、光传输网等通信和信号处理领域。

提出了一种基于波分复用光控波束合成网络，其核心是采用了由波分复用器、可调衰减器和光反射镜构成的光延时模块，通过光反射镜的光程调节获得通道之间的延时。根据该方案制作了 18 GHz工作频率下，波束指向为 0°和-45°的两个 16通道光延时模块。测试结果表明，模块的相位精度达到了 ±15°，幅度一致性优于 ±0.1 dB，仿真方向图显示了较高的波束指向精度。

作为分布式光纤传感器核心技术，光反射仪能够对光纤进行非破坏性检测，获取沿光纤长度的反射率、折射率和偏振态等分布信息来判断光纤链路各类异常“事件”。在一些高端监测领域，例如光纤到户(fiber-to-the-home, FTTH)接入网的故障诊断、大型发电机组和大型变压器内部的热点和形变监测以及大飞机的机翼结构安全监测等应用，对传感器空间分辨率、测量距离等性能提出了非常高的要求。本文总结了光反射仪技术国内外的研究现状，并针对应用需求，回顾了几种实现长距离高空间分辨率光反射仪的关键技术及其在实现更高性能时所面临的技术难点。针对各类技术难点，分别提出三种创新性方案，从三种不同角度加以改善，推动光反射仪技术在分布式传感系统中的应用。

为研究灰尘对槽式太阳能聚光器光学效率和金属管能流分布的影响，从理论上分析了积尘对聚光器光学效率的影响，对槽式太阳能聚光镜积尘工况进行了模拟，应用蒙特卡罗光线追迹法和有限元体积对抛物槽式集热系统传热进行了分析，得到了金属管周向温差(CTD)和能流密度分布。结果表明，积尘对反射光线方向和金属管壁面能流影响较大，由积尘改变壁面能流密度的分布对CTD有一定影响。针对CTD对抛物槽式集热系统的影响，提出了在常规抛物槽式集热器基础上添加一个二次均光反射镜的方法，二次反射镜的添加使金属管周向能流分布趋于均匀，并使金属管的CTD显著降低，减小了积尘工况对聚光集热系统的影响，这一方法为抛物槽式太阳能聚光系统的优化提供了参考。

为了抑制激光在线测厚时入射角波动引起的误差, 根据几何光学分析了激光透射式和反射式测厚原理, 发现激光在特定入射角附近波动时, 两种方式的测厚误差一正一负, 具有互补性, 在此基础上提出基于透射和反射同时测量的互补式测厚方法, 该方法可将误差限定在透射式和反射式测量误差之间, 抑制在线测厚误差.对于有机玻璃平板, 理论计算表明, 当激光入射角在67.013°±4°波动时, 相对误差绝对值在1%以内, 误差抑制率均值大于90%; 当入射角为61.536°时, 误差抑制率为100%.利用线结构激光器和两个线阵CCD相机搭建互补式测厚实验系统, 测量了标称厚度为1~5 mm的有机玻璃平板, 与透射式和反射式测厚结果进行对照, 除厚度为1 mm的玻璃外, 互补式测厚误差被限制在透射式和反射式之间, 最大误差抑制率达61%.实验结果表明, 该互补式方法有效抑制了误差, 提高了在线厚度测量准确度, 解决了在线测量不可重复性导致的无法通过均值法减小误差的问题.

偏振被定义为光的振动方向对于传播方向的不对称性。 偏振信息是遥感数据空间、 辐射、 光谱信息之外的又一重要信息。 对于光学遥感数据来说, 偏振信息是对光谱信息的又一种补充。 偏振遥感在水体应用中具有巨大潜力, 其中一个非常重要的应用就是校正天空光水面镜面反射, 从而得到包含水中物质信息的离水辐射信号。 太阳入射光会在水面发生反射或者与水体中颗粒物发生散射作用, 使得离开水面被遥感器接收的信号具有很强的偏振特性。 目前开展的水体偏振遥感实验要么面向室外自然光条件下的清洁海洋水体, 要么面向室内人造光源条件下的模拟水体, 鲜有面向自然光条件下的浑浊内陆水体。 本文通过组合地物光谱仪和汤姆森偏振棱镜, 实现了自然光条件下内陆水体水面原位偏振反射率光谱测量。 利用获取的典型内陆水体水面多角度偏振反射率光谱, 定量分析了多角度观测条件下水体偏振光谱特性, 以及从水面偏振信号中消除天空光水面镜面反射从而得到离水辐射信号的效果。 当观测方位角为135°、 观测天顶角为53°时, 采用偏振测量剥离水表天空反射光的剥离效率较好, 推荐采用该观测几何进行水面偏振光谱观测。 相比于传统的非偏振水面光谱测量方法, 水面偏振光谱测量方法受气象条件变化影响小, 能够更精确的提取离水辐射。

基于国际电工委员会(IEC)国际标准分析了引起标准太阳电池量值传递误差的因素及其与国际标准的一致性。随机选取我国市场上销售的6种封装标准太阳电池, 测量了它们的温度特性、光谱响应特性和表面反射特性。结果表明：电池的封装结构影响它们的冷却效果及温度的正确测量, 从而导致温度和短路电流的不稳定性, 其变异系数最高可达0.12%和0.04%。另外, 有、无偏置光条件下的光谱响应特性均反映其光电流的光照强度线性特性, 这里定义用光谱拟合度来衡量各封装太阳电池的光谱响应特性。采用改变入射角测量短路电流的方法分析了表面光反射对短路电流的影响, 利用余弦函数拟合确定了由表面反射光所引起的短路电流的误差可达0.21%。本文的研究成果对光伏行业正确制造、选择和使用标准太阳电池具有指导作用。