借助ABAQUS软件建立了微尺度激光冲击强化(micro-scale laser shock peening, μLSP)过程的有限元模型, 对T2纯铜的μLSP过程进行了数值模拟, 分析了μLSP过程中纯铜的位移、塑性应变和等效应力的动态响应情况以及残余应力的分布规律。结果表明, 冲击波作用到纯铜表面后, 极短时间内便可达到纯铜的动态屈服极限。纯铜表面的位移影响区域直径约为激光光斑的2倍, 并在27 ns时达到位移最大值约0.85 μm。随着冲击波压力的加载, 纯铜产生加工硬化, 塑性应变和等效应力的最大值均出现在加载区域内部的近表层处, 分别约为0.062 MPa和297 MPa。μLSP后纯铜表面激光辐照区域主要表现为残余压应力, 最大值约为199 MPa, 影响深度达40 μm。在激光辐照区域表面边缘存在一定的残余拉应力, 产生“残余应力洞”。同时, μLSP工艺试验结果与数值模拟结果基本一致, 从而验证有限元模型的合理性与可靠性。

介绍了激光多普勒测速仪（LDV）的原理，分析影响LDV测量精度的因素，研究了激光多普勒海流计（LDCP）在海流和海洋微尺度湍流测量中应用的可行性，通过理论计算得到系统参数及校正系数。LDCP系统的探测性能经过野外实验的验证，结果证明了激光多普勒测速技术在海洋微尺度湍流中应用的可行性。

光场显微粒子图像测速技术通过单光场相机即可实现微尺度三维速度场的测量，但单光场相机角度信息有限，导致粒子重建的轴向分辨率低、重建速度慢。基于此，提出一种基于卷积神经网络深度学习模型的光场显微粒子三维空间分布重建方法，以实现粒子三维分布的高分辨率快速重建。首先，根据光场显微成像模型，基于粒子的实际发光特性生成模拟光场图像，进而构建“粒子空间分布-光场图像”数据集；然后，耦合光场显微成像特点，建立卷积神经网络深度学习模型，通过“粒子空间分布-光场图像”数据集对模型进行学习和训练，获得光场显微三维粒子空间分布预测模型，并对预测模型的性能进行评价；最后，测量水平微通道层流流动中的示踪粒子空间分布和三维速度场。模拟和实验结果表明：相比常规的反卷积方法，所提方法的粒子重建轴向分辨率提高79.3%，基本消除了粒子重建的拉伸效应；单张图像重建时间仅为0.243 s，可以满足实时测量的需求。

微型软体机器人通常具有结构尺寸小、柔性可变形等特征，在生物传感以及靶向载药等方面具有广阔的应用前景。刺激响应型水凝胶材料对外界刺激具有膨胀收缩的能力，是一种优异的微型软体机器人本体材料。目前针对提升微型软体机器人变形能力的研究主要聚焦于材料性能的提升和加工工艺的优化上，而通过微型软体机器人关节结构优化来提升其变形性能的研究相对较少。鉴于此，笔者提出了一种基于双光子聚合加工的双层膜弧形关节的设计方法，有效提升了双层膜关节的形变能力。通过改变双光子聚合过程中的激光功率和扫描速度，可有效调节pH响应材料的溶胀响应特性，进而获得双层膜关节的变形或驱动能力。进一步，笔者制备了圆心角不同的双层膜弧形关节，结果表明：不同圆心角的双层膜弧形关节在pH响应下的形变能力具有明显差异，当圆心角为240°时形变率最大，形变率是传统直角形双层膜关节的6.73倍。基于双层膜设计和构建的弧形关节具有良好的稳定性和形变能力，为微型机器人的高效驱动提供了新的设计思路。

数字图像相关法作为一种直接有效的非接触、全场光学测量方法，已广泛地应用于各个领域材料和结构的二维/三维位移和应变测量。结合先进的散斑制备技术，在显微镜下进行原位加载实验，可实现微尺度数字图像相关位移和应变测量。微尺度下试样加载过程中将不可避免地出现离面位移，由于光学显微镜景深限制，微小的离面位移将导致散斑图像失焦模糊，从而为变形测量带来相应的误差。为减小这种失焦模糊带来的误差，采用盲去卷积方法对散斑图像去模糊，并针对噪声问题采用高斯滤波的方法对散斑图像进行去噪，定量分析了图像复原对数字图像相关测量精度的影响，并对indium tin oxide（ITO）薄膜进行了拉伸实验。实验结果表明，图像复原后测量的弹性模量误差减小了13.91%，应变测量结果的精度与稳定性更高。

根据激光冲击的原理对超光电子铜箔进行了微尺度激光冲击平坦化(MLSF)处理。首先，通过MLSF实验研究脉冲能量和冲击次数等工艺参数对电子铜箔平坦化效果(表面粗糙度S_a)的影响规律；然后，根据电子铜箔平坦化效果与工艺参数的对应规律，阐明电子铜箔的MLSF原理；最后，采用透射电子显微镜对MLSF处理前后的电子铜箔进行显微表征，揭示电子铜箔MLSF的表面变形机理。研究结果表明：当激光脉冲能量为100 μJ、冲击次数为3次时，电子铜箔的表面粗糙度(S_a)从22.7 nm降低到5.0 nm，降低了78%；冲击波经吸收层和样品层后被放大，使得样品层(铜箔)与底板(玻璃)的表面形貌接近；金属箔内部的小塑性变形和下表面附近的大塑性变形是MLSF的表面变形机制。

近年来, 光谱分析应用于植物多样性的估算引起了全球生物多样性学界的广泛关注。 基于光谱异质性假说(SVH), 大量案例研究应用光谱指数估算了森林、 草原等的植物物种alpha多样性, 但是beta多样性的研究尚缺乏。 在我国浑善达克沙地中部调查270个直径为0.8 m的植物群落样方, 测量植物物种beta多样性, 并采集样方高光谱数据(375～1 025 nm)。 中随机抽取样方数据165个作为模型训练数据, 105个作为模型验证数据。 beta多样性指数选用Bray-Curtis index (BC), Srensen index (S) 和Jaccard index (J)。 基于物种特征波段, 开发了164个高光谱指数估算物种beta多样性指数。 采用Pearson相关性分析对开发的高光谱指数进行初步筛选, 然后比较不同植物群落盖度和群落复杂性条件下高光谱指数的稳定性, 进一步筛选。 结果表明, 400～1 000 nm光谱反射率一阶导数的相似性指数和欧氏距离指数, 以及760～800 nm之间的相似性指数, 能够较好地估算植物物种beta多样性。 其中, 物种BC指数与高光谱欧氏距离指数表现最为一致, 二者都考虑了物种组成数量的差异, 物种S和J指数拟合效果较差。 本研究对于促进高光谱应用于植物物种多样性估算具有推进作用。

现有三维显微粒子图像测速系统在获取示踪粒子空间位置时需要扫描或多视角成像,导致系统复杂,无法实现微尺度流动瞬态三维速度场测量等问题,为此,提出一种基于微透镜阵列的光场显微粒子图像测速技术。该技术利用单个相机一次曝光即可获取微流场中示踪粒子的瞬时光场信息,进一步结合基于波动光学理论的光场显微成像的点扩展函数模型,用反卷积算法重建出微尺度流场中示踪粒子的瞬时空间位置分布。分析讨论了重建分辨率和空间位置误差,并开展了微尺度流场重建实验研究,验证了光场显微成像微尺度流场重建方法的可行性。

针对空间站用光学仪器上微尺度力学敏感器件随机振动响应值过大的问题, 对该器件进行微尺度、精细化建模, 研究其力学特性, 并对其随机响应采取有效抑制措施。首先, 探讨了微尺度模型边界协调和微尺度有限元变分问题, 根据微尺度结构特点, 建立4种模型, 在整机中进行系统级随机振动仿真分析, 研究了4种模型微尺度结构的力学特性。接着, 在分析比较随机加速度响应值、位移响应值与应力响应值的基础上, 对力敏器件微尺度建模方法进行了深入讨论。然后, 对力学敏感器件采取了随机响应抑制措施, 并进行了仿真分析。最后, 对该光学仪器进行了力学试验、热试验和测试试验。结果表明, 该光学仪器功能正常, 微尺度结构随机加速度响应RMS值最大降低42.4%, 随机应力响应降低均在20%以上, 应力安全裕度均远大于零; 仿真与试验加速度响应结果最大相对误差均在10%以内。证明了所提出的微尺度结构截面四单元建模方法精准、可靠。

基于一维高阶非线性波模型,用动力系统定性分析法分析了微结构固体中扭结与反扭 结孤立波存在的可能性及其存在条件。分析结果表明：适当条件下高阶非线性和反常频散的 微结构固体中可存在扭结和反扭结孤立波,准确给出了这些孤立波的存在条件。用数值方法 分析了微结构固体的高阶微尺度非线性效应对扭结与反扭结孤立波的影响。结果表明:随着 高阶微尺度非线性效应的负增强(或正增强),扭结与反扭结孤立波变得越来越陡峭(或平缓),但其幅度保持不变。