硅基探测器具有稳定可靠、暗电流低、响应度高、价格低廉等优点，被广泛应用于光电探测等领域。针对硅基探测器在紫外波段探测能力有限的问题，设计了一款可增强硅基探测器在紫外波段探测能力的聚光结构。首先，利用ZnCdS∶Mn/ZnS量子点的荧光特性将吸收的紫外光转化为可见光。然后，配合短波通截止滤色膜使探测器在260~400 nm波段的外量子效率均大于20%，响应时间限制在ms量级，暗电流限制在pA量级。实验结果表明，使用量子点层的聚光结构能明显改善硅基探测器在紫外波段的探测能力，通过改变量子点的尺寸还可以在紫外波段实现探测范围可调的硅基探测器。

基于多目标优化方法,针对几个常用于评价多光谱相机性能的参数峰值信噪比(PNSR)、拟合优度系数(GFC)、CIE色差评价系数(CIEDE2000)和均方误差(MSE),及其对应的最大值或最小值,按照最优排序集分的方法,得到了各评价参数均可以得到较好取值的最优滤色器。和前期研究相比,待选滤色片数量由45增加为1035,同时成像场景的反射率样本数量由24增加为1269。结果表明,待选滤色片数量和反射率向量空间增加后,最优滤色器的性能更好;同时描述最优滤色器的光谱透过率向量矩阵自身的三个参数即滤色器向量矩阵的条件数(Cond)、峰值均匀度指数(UF)和相邻滤色片交叠度指数(OLP)的数值也更加稳定。实验结果可为通过滤色器向量矩阵定量选取宽带多光谱滤色片提供参考。

用反射式光子晶体滤色结构替代传统显示器所用吸收式彩膜, 实现红绿蓝黄绿的五基色彩色显示。用时域有限差分法设计和优化光子晶体几何参数, 实现特定波长被特定光子晶体结构的光子禁带局域于禁带中被吸收, 其他波长透过, 只有部分波长的光被反射显色, 达到反射式波长选择的目的。结果显示, 在玻璃基板上沉积120 nm的薄膜硅, 通过设计二维圆柱状光子晶体的周期、直径和高度, 得到红绿蓝黄青五基色所在的波长范围内的反射出光, 且半峰宽都在±50 nm左右。反射式光子晶体结构形成的三基色和五基色可以将美国国家电视系统委员会(NTSC)色域分别拓宽到121%和143%, 且使色纯度更高。最后, 本文提供了一种加工二维柱状结构光子晶体的可行性方案。

研究了LED相对光棒中心位置存在偏置时光棒对LED的角度分割与虚像形成原理, 籍此计算了不同偏置以及不同尺寸LED的光棒尺寸, 再将计算所得的光棒与前端成像透镜、中间像面偏振复用系统、后端积分透镜及偏振分束器等进行综合优化设计, 然后根据所得中间像确定不同情况下的偏振复用系统具体结构, 确保LED发散角范围内光能的偏振复用, 并实现对滤色片式硅基液晶芯片的均匀照明.最后设计了一款以白光LED为光源的滤色片式硅基液晶芯片微型投影光引擎, 在1W LED功耗下实现12.8 lm投射亮度(114 lm/W), 均匀性达93%.对比没有应用偏振光复用的微型投影光引擎, 在保证均匀性的前提下, 提升了微型投影系统的光效率, 丰富了光棒偏振复用的内容.

通过对TFT液晶屏的彩色滤色器光谱透过率曲线和不同背光源的光谱分布分析, 研究彩色滤色器及背光与TFT液晶显示器的色彩的相互关系, 提出了通过设计背光光谱改善液晶显示器色域的技术方案。结果表明: 设计合适的背光光谱与液晶屏彩色滤正膜匹配, 可以将色域提高10%~50％。

鉴于低照度条件下彩色成像都是采用微光、红外、紫外等波段图像融合成假彩色, 提出一种利用滤光片过滤和像增强器增强的三基色获取及真彩色融合方法。采用F-P滤光片设计出了透射中心在三基色光中心波长的三基色滤光片, 对其光谱透过性进行分析; 通过旋转三基色滤色轮将目标反射光过滤, 使用像增强器对过滤后反射光增强, 借助FPGA编写的控制程序实现滤色轮转速和CCD摄像机成像时间的精确同步, 利用CCD摄像机获取经增强后的三基色图像, 实现目标三基色图像的动态采集。研制的样机在微光实验室进行了三基色采集及融合实验, 实验时光照度分别1×10-1 lx (等效于月光下)和1×10-3 lx(等效于星光下), 采集速度设置为60 f/s, 对获取的图像质量进行了评价。结果表明: 在照度为1×10-1 lx时, 融合后的真彩色图像在灰度均值、灰度方差和信息熵3项指标方面, 比3幅单色图像的平均值分别提高了5.06%、5.97%和1.08%; 在照度为1×10-3 lx时, 融合后的真彩色图像与3幅单色图像的平均值分别提高了13.18%、-9.86和8.65%。

本文研究了在平面态和场致向列相之间快速切换的聚合物稳定胆甾相（PSCT）液晶光阀的彩色显示。采用紫外光诱导相分离法（PIPS）制备具有染料掺杂的聚合物稳定胆甾相液晶光阀，通过3种染料在可见光区的吸收作用，对入射白光进行选择性吸收过滤，得到不同颜色的出射光。结果表明：当PSCT处在平面态下，分子螺旋排列，染料对入射光波的吸收不受光波偏振方向的影响，器件具有很强的吸收作用，呈现有色态；当处于场致向列相，染料的吸收作用微小，器件呈透明态，因此器件具有一定的对比度，且不需要偏振片；器件在平面态和场致向列相之间快速切换的响应时间短于7 ms。PSCT光阀可以用作滤色器，在多种染料的共同作用下，快速选择滤色得到多种彩色可见光，组成彩色显示平面。

短波通滤色片是光学系统,尤其是激光系统中普遍使用的一种薄膜，它的基本结构为（0.5LH0.5L）N。但薄膜的非均质性会产生半波孔现象，从而影响滤色片的光学特性。利用导纳技术分析了折射率非均质性产生半波孔现象的原因：非均质性使常规膜系基本周期内导纳轨迹的终点偏离起点；这种偏离越大，半波孔现象就越严重。优化了常规膜系的基本周期结构，通过在高低折射率膜层之间引入导纳匹配层，使得改良后的基本周期导纳轨迹的终点与起点偏差大大减小，提高了半波处的透射率，从而提出了一种可以抑制由非均质性引起的半波孔现象的短波通设计方法,并依据实际制备工艺进行了误差分析。最终成功制备出了具有超宽透射带的短波通滤色片,实验和理论曲线具有很好的一致性。

光电积分式的测色仪器中, 光探测器的响应必须满足卢瑟条件.这一般是通过精确的匹配校正滤光片来实现的, 匹配的准确度与入射光束在校正滤光片中的实际光程有关由于测量条件的影响, 入射光束不可避免地包含各个方向的入射光线, 斜光束的存在会使理论计算出的匹配准确度降低.本文采用总误差面积比例最小法来评价校正滤光片的匹配准确度, 阐述了校正滤光片匹配的理论依据, 验证了斜光束光谱透射对于整个校正滤光片匹配准确度的影响, 并提出了考虑到斜光束影响的校正滤光片厚度的修正公式.以“Y”滤光片的匹配为例, 证明了修正后的公式对提高匹配准确度的意义.

镀膜玻璃可见光透射比是其光学特性的重要指标之一。本文提出一种玻璃透射比光电积分测量法。与传统光电积分法相比,该方法一次性解决了实验光源与CIE标准照明体、光探测器的光谱灵敏度与CIE光谱光视函数不匹配的问题。给出了该方法中设计校正滤色器光谱透射比的基本算式,并用相对误差最小对校正滤色器进行优化设计,得到了较为满意的结果。实验表明,该方法测量误差为±1%,小于国标标准要求的±2%。利用该方法所设计的测量装置结构简单,测量速度快,开发成本低,有可能应用于在线快速的质量检测。