利用前后向有限差分算法，对锑化物带间级联激光器有源区结构InAs/GaSb/AlSb的电子态进行了理论计算与分析。研究了哈密顿量算符序、有效质量参数修正、内界面态对结构能态及波函数的影响。分析表明，导带有效质量参数取正值可以在两种算符序下有效抑制伪解产生，Burt-Foreman算符序下的跃迁能量更为合理。对于内界面采用缓变假设后，其跃迁能量计算值略高于陡变界面下的计算结果，二者的波函数在界面附近差异不明显。

研究了一个基于高斯模型和双高斯模型的温度变化光谱模型，并基于脉冲宽度调制（PWM）调光的红/绿/蓝/暖白（R/G/B/WW）4色LED混合白光进行了实验验证。结果表明，在20~90 ℃温度范围内，当相关色温为3000、5000、6500 K时，光源参数（照度、显色指数、相关色温、蓝光危害因子和节律因子）的最大相对误差为3.79%。基于该模型，采用自适应差分进化（JADE）算法获取R/G/B/WW 发光二极管在不同温度下的补偿占空比，并建立光谱优化模型以消除温度对光源光谱及其光源参数的影响。结果表明，优化补偿后的光谱与初始温度光谱基本一致，光源参数最大相对误差为2.62%。

循环血量(CBV)作为主要的血流动力学参数, 在心血管疾病的病情评估和手术监护中具有重要的临床应用价值。 将吲哚菁绿色素（ICG）作为示踪剂的脉搏色素谱法, 通过建立ICG稀释排泄的色素谱曲线, 实现CBV的在体无创测量。 在实际临床应用中, 由于受到血氧波动和环境背景光等干扰因素的影响, 脉搏色素谱法测量CBV的准确度低于预期值。 为解决这一问题, 研究了一种基于修正脉搏色素谱的循环血量检测方法。 具体操作是, 在患者的肘静脉处注入吲哚菁绿试剂, 利用光电传感器分别采集特征波长点的透射光谱信号和背景光电信号, 采用差分算法消除血氧波动和环境背景光的干扰影响, 建立准确的ICG色素谱曲线, 从而计算CBV等血流动力学参数。 与131I同位素“金标准法”相比较的试验结果表明, 该研究提出的基于修正脉搏色素谱的循环血量检测方法, 将CBV测量的平均相对误差从6.85%降低为4.53%, 显著提高了其测量准确度。

将一等效薄片模型嵌入到时域有限差分算法（FDTD）中, 以快速而有效地解决复合材料薄片在电磁计算中的多尺度问题。在该嵌入式薄片模型中, 薄片不需要被剖分网格, 而是被嵌入到相邻的网格间, 从而可以使用相对较大的网格剖分周围物体, 进而可节省大量的计算资源。在这一模型中, 薄片被等效为一段传输线, 并用其频域的导纳矩阵代替。使用数字滤波器理论以及逆Z变换可将频域的导纳矩阵转换到时域, 并将其嵌入到时域有限差分算法中。该嵌入式薄片模型被用来计算一单层碳纤维复合材料薄片的反射以及透射性能, 并与其解析解进行对比, 从而验证该模型的准确性、收敛性以及高效性。该模型被用来计算三种具有不同电参数的单层碳纤维复合材料薄片的屏蔽性能, 以研究各电参数对其屏蔽性能的影响。

利用有限时域差分方法, 对核壳结构进行了模拟研究, 得到内核折射率以及内核半径对聚焦光斑纳米喷流特性的影响。研究表明: 在内核半径不变的情况下, 当内核相对折射率较低时, 入射光能量主要集中在内核与外壳层交界区域, 此时光波能量有很大一部分处于非聚焦的旁瓣中; 当内核折射率超过外层, 可以在核壳结构背光面形成双增强点; 在内核相对折射率不变的情况下, 通过改变内核半径实现了对内、外核聚焦点位置的主动控制。

相较于传统的时域有限差分算法, 辛时域有限差分算法具有高准确度性和低色散性.传统的时域有限差分算法的计算准确度较低, 数值色散误差较大, 并且破坏了麦克斯韦方程的辛结构, 从而导致其稳定性较差.然而辛时域有限差分算法可以克服这些缺点, 从而保证了整个仿真计算的准确性和稳定性.本文基于辛时域有限差分算法, 对等离子体光子晶体的带隙特性, 透射系数等进行了研究, 并与传统的时域有限差分算法进行了对比, 验证了辛时域有限差分算法的优势和可行性.

在太阳自适应光学系统中, 通常需要利用太阳米粒结构等低对比度扩展目标采用相关算法测量波前误差。在对绝对差分算法和绝对差分平方算法在抛物线插值情况下的测量误差进行了理论分析比较的基础上, 利用实际采集的太阳米粒图像对这两种算法进行了实验验证。分析和实验结果表明, 太阳米粒图像绝对差分平方算法所得到的相关函数相比绝对差分算法更符合抛物面分布。采用抛物线插值时, 绝对差分平方算法的测量精度优于绝对差分算法。

基于本征值方程及时域有限差分(FDTD)算法,研究了嵌入二氧化硅衬底的菱形纳米金阵列 表面等离子共振传感特性,推导出共振模式随嵌入深度变化的关系式。计算结果与数值模拟一致, 验证了金纳米颗粒阵列上下介质的不对称性可以等效为单层介质光栅。理论分析了透射谱中产生多 个共振峰的物理机制与影响因素,进一步探讨了透射谱与嵌入深度、长短轴比例、周期尺寸等参数的 关系,分析了阵列结构的传感性能特点,为制作多波段工作的表面等离子体共振(SPR)传感器基底提供了理论依据。

传统的光纤布拉格光栅温度检测系统适用于大范围、 多点位的实时温度检测领域, 但其温度响应稳定性差, 布拉格光栅中心波长偏移量随温度变化量的线性度差。 为提高系统温度检测稳定性及其检测精度, 设计了一种改进型光纤布拉格光栅温度检测系统。 该系统采用双光纤并行采集同点位温度并进行差分处理的方法, 实现对测温过程中随机误差的实时有效消除, 进而达到提高测温稳定性及检测精度的目的。 计算推导了该模式下光纤布拉格光栅中心波长偏移量关于温度变化量的函数关系, 给出了新式光纤光栅探头的结构。 实验将改进型光纤布拉格光栅温度检测系统与传统系统进行对比, 结果显示, 改进型系统的温度测量精度可达0.5 ℃, 相比传统系统得到了提升, 同时, 其测温误差也明显优于传统系统, 说明采用该设计可以提高系统测温的稳定性。

分析了影响大气层内扩展目标成像对比度的主要因素, 研究了整体倾斜校正对扩展目标对比度影响的数学关系, 并分析了采用绝对差分算法提取整体相位倾斜的复杂度优化问题。采用快速倾斜镜对成像光束整体倾斜进行校正能够提高扩展目标的成像对比度, 降低后端数字图像处理的难度, 进一步减少目标识别和跟踪所需要的时间,对提高低对比度目标的光电跟踪效率具有参考意义。