采用高功率半导体激光端面泵浦技术，在均一浓度Nd∶YAG中心轴沿泵浦光通光方向可产生温度梯度，引起热透镜效应，降低激光输出功率与光束质量。本文结合静态热场数值仿真，建立Nd∶YAG在方形平顶光泵浦条件下的热源方程，研究渐变浓度Nd∶YAG在高功率激光泵浦下的温度分布。当初始泵浦功率为1000 W、泵浦脉宽时间为46 μs、重复频率为1 kHz时，均一浓度Nd∶YAG的吸收系数为5.8 cm^-1，其中心轴沿通光方向的温度由185 ℃逐次下降到2、4、6、8 mm处的106、51、29、26 ℃；相应地，每经过2 mm，温度下降率分别为39.5、27.5、11.0、1.5 ℃/mm。与此相对应，本文构建出一款渐变浓度Nd∶YAG整体式结构，每段厚度均为1 mm，总长度为4 mm。将4段Nd∶YAG的吸收系数依次调控为1.5、2.1、3.3、9.7 cm^-1，则沿泵浦光通光方向的中心轴温度基本维持在86.5 ℃，在渐变浓度Nd∶YAG中实现沿泵浦光传输方向的温度均匀分布。

设计了一种基于尺寸渐变超表面的宽带高增益低剖面天线，该天线由双层超表面和一层微带缝隙组合而成。双层超表面由分别印刷在 2个介质板上的尺寸渐变六边形阵列贴片组成,贴片之间存在非等距间隙。超表面单元尺寸渐变设计能够使天线产生多个邻近的谐振点，从而展宽带宽。通过改变超表面天线尺寸结构，分析天线的宽带辐射特性。为获得最佳宽带性能，采用遗传算法优化天线几何参数。制作并测试了一款边长为 43.3 mm，厚度为 4.853 mm的样本天线用于验证仿真结果。实测结果显示，该天线-10 dB阻抗带宽达到了 54%(3.99~6.93 GHz)，最高增益达到 12.05 dB，在 4~6 GHz范围内增益保持在 8 dB以上。该天线实现了宽频带、高增益、低剖面的特点，适用于宽带高速率无线通信的诸多领域。

对目标进行更多属性信息的获取, 是光学传感器不断追求的目标。 偏振属性探测和传统光谱成像技术相结合的偏振光谱成像技术具有分辨“异物同谱”、 实现“目标凸显”、 “动态调节”、 “耀斑抑制”的能力, 蕴藏非常重要的应用潜力。 目前的偏振光谱成像系统存在诸多的缺点, 如结构复杂、 体积大、 通道串扰、 多维信息提取繁琐等问题。 针对上述问题, 提出一种基于线性渐变滤光片（LVF）和像素化偏振调制的紧凑型偏振光谱成像方法。 涉及关键技术有: 基于高光谱分辨率需求与短焦距约束, 采用双高斯结构作为初始光学结构, 并通过参数设计进行光学系统的仿真与实现; 采用LVF作为分光元件, 进行参数设计与验证, 与像素化偏振调制探测器在像面上进行耦合, 实现光谱信息与偏振信息同步获取。 基于上述技术路线进行了样机集成, 在实验室暗室对系统样机进行光学指标测试, 最终指标为: 工作波段: 430~880 nm, 空间分辨率: 0.22 mrad, 光谱分辨率为: 10 nm, 四偏振态同步获取, 系统传递函数: 0.547, 偏振探测精度: 89.4%, 光机系统总尺寸: 45 mm×45 mm×80 mm。 在室外进行推扫实验, 成像效果良好, 中心波长不同偏振态下的单色图有较明显的强度变化; 对全局图像进行多维信息提取与融合, 不同地物的特征光谱曲线有明显的波谱差异, 满足预期设计目标。 该方法突破了传统偏振光谱成像技术路线的缺点, 为偏振光谱成像多维信息获取提供了一种新型且有重要应用价值的方法。

基于分区线性法对圆形渐变滤光片型光谱辐射计开展辐射定标研究，以解决温度范围大、工作波段宽的测量目标对该类型光谱辐射计造成的非线性问题。所提光谱辐射计的主要技术原理是将待测目标的温度区间分为多个子区间，采集目标温度区间内多个不同温度黑体对应的测量光谱，并计算各个温度下的响应度函数。在进行红外光谱测量时，将目标光谱与区间内记录的不同温度点光谱进行比对，从而确定待测目标所属温度子区间的上下限。根据子区间计算的响应度函数，通过线性插值求得待测目标的响应度函数并进行辐射定标。基于该方法的实验结果表明，待测目标理论辐亮度与使用分区线性法进行辐射定标得到的辐亮度在波长范围内的平均偏差小于1%。通过定标结果反演测量黑体的等效温度，等效温度误差小于2%。

三维点云边缘提取算法已被广泛用于海岸线的提取中。相较于海岸线，河岸线存在高程变化大、易被树木遮挡等问题，将海岸线提取算法直接应用于河岸线提取存在较多的局限性。本文提出了一种基于线扫描激光点云的复杂环境下河岸线精确提取的方法，实现了河流岸线高程不一致、河岸被树冠遮挡情况下河岸边缘点的精准提取。设计了一种自适应高程阈值动态调整方法，通过对高程进行实时统计，使得高程阈值能够自适应地变化并克服树木遮挡造成的岸线不连续的问题，以此获取更加真实的岸线信息。同时，将法向渐变作为约束条件，能在实现对提取的边缘点云滤波的同时构造出完整、平滑的河岸矢量线。最后，利用真实无人机载激光雷达数据验证了本文所提方法的有效性和精度。本文方法获取的岸线与真实岸线的均方根误差分别为0.2018 m和0.2675 m，本文方法获取的河岸线具有较高的完整性。本研究为复杂情况下的河岸边缘提取提供了一种高效精确的方法。

创新性地提出了一种基于高Q值轴向渐变型空芯微腔的高灵敏流速传感器，实现了微压状态下微腔回音壁模式共振光场对流体的直接检测。首先，利用流体动力学和有限元算法理论分析了轴向渐变型空芯微腔的流速和光场特性。其次，通过熔融拉锥和气压控制法制备了高Q值（Q>10⁷）轴向渐变型空芯微腔，利用五维高精度位移平台实现微腔与微纳光纤的高精度、低损耗耦合。实验测试并研究了不同尺寸、不同耦合位置时微腔回音壁模式共振光谱的流速传感特性，获得的最大流速灵敏度达0.27 pm/（μL/min），流速分辨率为1.43 μL/min。该传感器具有较高的重复性和实时性，在高灵敏度流体检测、水质检测等领域具有潜在应用价值。

基于实验样品结构，利用PICS3D模拟软件，构建了具有同样结构的InGaN基蓝光激光器，并采取了与实验样品一致的内部参数测定方式，结果表明，内部损耗相对误差为3.5%，实现了严格的比对。随后，构建了一系列InGaN基蓝光激光器，通过比较不同In摩尔分数下的光输出功率、载流子分布、光场分布、辐射复合系数和能带曲线等参数，对上波导层中的In摩尔分数进行优化研究。设计得到了光功率更优的两种不同的优化结构，均有效减少了电子泄漏，提高了斜率效率，从而有效提高了光电转化效率，其中渐变In摩尔分数上波导层结构提升效果更为显著。

借助于结构化的金属/介质界面所形成的人工表面等离激元，能够将太赫兹场束缚在亚波长量级，同时利用单元结构对几何参数的色散特性，可以在二维尺度上操纵太赫兹波，为集成化、小型化片上太赫兹功能器件的发展提供了解决途径。利用立体金属柱子结构的色散特性构建二维渐变折射率透镜，在此基础之上设计平面望远镜、波导耦合器、双功能透镜等二维太赫兹人工表面等离激元传输调控器件，并通过电磁仿真分析每种功能器件的工作性能。本工作不仅丰富了太赫兹表面波调控器件家族，并有望进一步发展表面等离激元链路的太赫兹片上系统。

高功率可见光至近红外波段的超连续谱光源在光电对抗、光学相干层析成像和高光谱激光雷达等方面具有广泛的应用前景。最近几年，涌现了一些用于产生高功率超连续谱光源的新方法，推动了高功率超连续谱光源的进一步发展。本文从主振荡功率放大结构、随机光纤激光器结构以及多路非相干合成这三种用于高功率超连续谱产生的主流方案出发，着重介绍了近年来有代表性的高功率可见光至近红外波段超连续谱光源的研究进展，并综合分析了这三种方案的优缺点以及未来的发展潜力。