硅基微环谐振器由于其优异的光谱选择性、紧凑的占地面积和低功耗特性，被大量应用于光子集成领域。但是，由制造误差和硅基器件高热敏性引起的微环谐振波长偏移会导致工作状态不稳定，在实际应用中需要实现相应的波长锁定方案。提出了一种基于差分进化和数字微扰的微环波长锁定系统，以输出光功率为监测变量，在全局搜索阶段基于差分进化算法搜索最佳加热功率来定位目标信号波长，在局部锁定阶段基于数字微扰算法解调出误差信号，据此来增减加热功率以消除环境温度波动干扰。经过理论推导和实验验证，发现提出的差分进化算法搜索最佳加热功率的速度比传统的逐步扫描方式快4倍左右，实验验证了在400 s内、在环境温度变化5 ℃条件下微环谐振波长的稳定锁定。

由压电陶瓷驱动的快速反射镜(FSM)现已被广泛用于自适应光学系统的执行环节, 为了对其迟滞效应精确建模, 该文提出了一种针对FSM的IDE-BPNN建模方法。基于Madelung法则以最小二乘法构建称迟滞算子作为迟滞运动的基本描述, 扩展训练用的数据集, 并采用改进的差分进化算法(IDE)对BP神经网络(BPNN)进行训练。实验表明, 当输入30 Hz衰减的正弦信号时, IDE-BPNN模型的单轴最大误差为0.745 μrad, 归一化最大误差为0.87%, 归一化均方根误差为0.36%。相较于最小二乘建模法, 相对于最小二乘模型误差大幅缩小, 有较好的使用价值。

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析法是一种常用的溶液元素浓度分析方法, 但在ICP-AES测量过程中, 由于温度漂移、 杂散光和仪器暗电流等原因, 光谱往往会存在一定程度的基线漂移, 导致元素光谱强度值的测量结果存在误差, 进而影响元素浓度的定量分析结果, 因此基线校正是ICP-AES分析法中的必要环节之一。 对传统光谱基线校正方法进行简要分析, 在此基础上设计了一种基于非均匀B样条曲线和差分进化算法的ICP-AES光谱基线漂移校正方法; 首先验证了光谱信号中噪声的概率密度分布服从高斯分布, 然后对原始光谱进行预处理, 通过高斯滤波对光谱信号去噪; 然后以光谱基线校正过程中极小值序列的标准偏差作为评价指标, 以非均匀B样条曲线作为基线模型, 以曲线的控制点序列C和内接点序列T作为评价函数特征参数, 建立ICP-AES光谱基线校正评价函数, 将光谱基线校正问题转换为求解评价函数特征参数全局最优解的问题; 最后简要介绍了差分进化算法的流程, 通过差分进化算法求解使得评价函数取得最小值时的特征参数的全局最优解, 即非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T的取值, 并以此拟合相应的非均匀B样条曲线作为光谱基线, 实现对ICP-AES光谱的基线校正。 利用一组实测的ICP-AES光谱数据对本文提出的基线漂移校正方法进行验证, 实验结果表明, 提出的基于差分进化算法和非均匀B样条曲线的ICP-AES光谱基线校正方法能够准确地计算出非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T, 并拟合出理想的光谱基线, 从而实现ICP-AES光谱的基线校正, 该方法能够克服非均匀B样条曲线在光谱基线校正领域应用的局限性, 为后续的元素含量定量分析提供了技术基础。

相位光栅（PG）标记是微位移测量系统的关键部件，提出了一种严格耦合波（RCWA）法与差分进化算法相结合的共振域PG标记设计方法，解决了标量衍射理论计算精度不足和参数遍历设计方法耗时太久的问题。基于自参考干涉位移测量模型，确定以测量光信噪比（SNR）之和最大为光栅标记设计的评价函数，并研究了不同入射光波长、偏振态和光栅周期下，RCWA法中空间谐波数与计算精度的关系。针对多波长照明微位移测量需求，利用所提方法进行了标记设计，并与常规设计方法进行了比对分析。结果表明：对于3.2 μm周期的PG，横磁（TM）光照射时光栅占空比取0.484，槽深取161.5 nm，此时SNR之和可达到最大值586.63；较常规设计方法，所提方法设计PG标记的时间缩短到了其的0.2%，SNR之和最大提升比例可达到24.4%。

基本差分进化算法存在搜索精度不够和提前收敛的问题, 致使三维路径规划效果不佳, 因此设计了一种基于正弦余弦算法的改进差分进化算法。首先, 基于正弦余弦算法的搜索机制和种群重心改进变异策略, 融入扰动策略改进交叉策略, 提高了算法的搜索能力和收敛性能; 接着, 基于Logistic函数设计一种新的缩放因子, 以平衡算法在全局开发和局部搜索中存在的矛盾。通过函数优化实验验证了改进算法具有良好的搜索精度和收敛速度。最后, 应用改进算法研究无人机三维路径规划问题, 利用改进算法搜索的优势, 在每代搜索中能更好地对自身周围空间环境进行判别, 使路径选择更加合理。仿真结果表明, 与基本差分进化算法相比, 改进算法生成的无人机三维路径更短。

针对室内可见光通信(VLC)发光二极管(LED)布局不能同时保证照明和通信质量的问题, 提出了一种LED布局优化方案。首先, 介绍了不同室内VLC系统模型; 然后, 基于VLC信道模型, 确定了信干噪比覆盖率(SINRC)作为优化目标, 它被定义为大于阈值的信噪比(SINR)的比率, 在保证室内照明质量的情况下最大化SINRC; 最后, 采用差分进化算法(DEA)确定LED在不同环境下的最佳部署数量和位置。此外, 还考虑了用户的随机旋转, 并通过仿真研究了其对室内SINRC的影响。仿真结果表明, 基于DEA的LED布局优化方案具有良好的性能。

为实现用单色发光二极管(LED)合成所需要的各种目标光谱,提出将自适应差分进化算法作为光谱匹配算法。以高斯修正模型表征单色LED的分布,基于均匀分布的LED,模拟了标准AM1.5太阳光谱和植被光谱,并采用相关指数和均方根误差作为评价标准。在此基础上,利用实验室现有的LED进行了实验验证,所提算法的拟合效果均比模拟退火算法和遗传算法好。实验结果表明,提出的自适应差分进化算法可自动设置参数,拟合效果好,可以被广泛应用于各种LED光谱匹配仿真实验和工程实践中。

针对压电陶瓷作动器自身存在的迟滞特性, 且在高频信号下迟滞现象更严重的问题, 该文提出了一种基于单输入单输出关系建立的改进Duhem模型。根据实验测得压电陶瓷作动器输入输出数据, 采用差分进化算法辨识得到作动器的参数化模型, 并通过与经典Duhem模型进行对比, 验证了该模型的有效性。实验结果表明, 与经典Duhem模型相比, 改进Duhem模型在输入频率为1 Hz、20 Hz、60 Hz和100 Hz时, 相对误差下降了0.012 1~0.031 5, 均方根误差下降了0.377 7~1.224 8 μm, 证明了该文所提出模型的有效性。