在太极计划中，三颗卫星将构成边长为300 万km的三角形星座。为完成卫星间的信息交互，需要在星间干涉链路中加入激光通信。笔者从太极计划星间通信的需求出发，基于目前的相位计系统，提出了太极计划星间激光通信方案及系统参数的设计。为验证所设计参数的合理性以及通信系统的性能，基于自研板卡，搭建了电子学模拟系统及光学验证系统。在发送端将通信码与伪随机码以直接序列扩频的方式调制至激光相位，通过激光链路将信息发送至接收端，并采用锁相环及延迟环对其进行解析，完成通信功能。测试结果表明，所设计的通信系统参数较为合理，能够与相位计系统有效融合，在通信速率为19.5 kb/s的条件下，通信系统的误码率优于10^-6，可为太极计划的相关参数设计提供参考。

基于光弹调制器(PEM)的高速椭偏测量法具有测量速度快, 灵敏度高的优势, 目前已被广泛应用于半导体、显示器和**等领域。现有PEM光学模型验证方法大多采用谐波分量提取法, 但其受系统偏差影响较大。该文提出一种基于最优化方法——PEM光学模型验证法, 该方法将椭偏测量过程转化成最优化问题进行求解, 将系统参数作为自变量进行处理, 可抑制系统偏差造成的影响, 提高测量系统的鲁棒性。该文介绍了该方法的基本原理, 并通过数值仿真和椭偏测量光学实验进行了验证。结果表明, 该方法可有效地抑制系统参数偏差对测量精度的影响。

并行受激发射损耗(STED)显微术采用周期性排列的光学格子作为荧光抑制图案并行实现多点荧光擦除,可以有效地提升显微成像的时间分辨率。本文建立了并行STED显微成像系统的简化光学系统模型,在此基础上推导出受光学参数影响的并行荧光擦除图案周期公式,来阐明辅助物镜及显微物镜对该周期的影响机理。由该公式,解出了能产生更小周期并行荧光擦除图案的最优光学参数。数值仿真结果显示,本文方法能产生出周期小至276 nm×276 nm的正方形网格状并行荧光擦除图案。

研究了去斜调频步进信号合成原理及其应用技术,分析了宽带去斜信号步进频合成原理, 着重研究了该技术在实际应用中可能遇到的问题,借鉴ISAR成像原理与算法给出了残余相位补偿和系统跟踪误差补偿的解决方案, 提出了系统参数设计约束和回波信噪比等系统设计要求, 梳理了去斜步进频合成处理流程。仿真分析表明, 提出的算法和流程正确有效, 解决了去斜调频步进信号合成从理论论证到实际应用的问题, 可用于宽带/超宽带信号产生与处理。

水平扭摆冲量测量装置是研究激光与工质烧蚀冲量耦合的有效手段。针对测量过程易受干扰的特点, 基于冲量瞬间作用模型, 通过系统参数标定误差和冲量误差与噪信比关系, 采用蒙特卡洛数值仿真方法, 提出了测量噪声影响系统参数标定和冲量测量误差的分析方法。所提出的方法可应用于分析测量噪声对系统参数标定误差、冲量测量误差的影响规律研究, 为微小冲量测量误差和结构设计提供依据。

基于条纹反射的相位测量术被广泛用于获取镜面物体的表面三维形貌数据,系统标定是相位测量术中重要的一步,它直接决定了测量结果的精度。提出一种基于相位信息获得系统模型中未知参数的方法,建立相位和深度间的直接关系,并对比了采用相位信息和传统几何特征标识点棋盘格标定显示屏外部参数的准确度,证明了在离焦状态下,采用相位信息的方法具有更高的精度。使用标定好的系统测量了一个凹面镜和一个具有不连续反射表面的台阶工件,得到系统测量结果的误差约为22 μm。实验结果表明所提方法可以精确地标定系统参数,并能获得高精度的三维测量数据。

飞机尾喷CO2浓度扩散场是飞机不可隐藏的目标特性之一,为间接探测飞机提供了可能。采用数值模拟方法对典型工况下简化飞机模型的尾喷CO2浓度扩散场进行了仿真,利用仿真数据模拟了激光雷达系统探测目标并获取CO2浓度分布的过程,对不同参数条件下激光探测系统的探测性能进行了仿真分析。结果表明,飞机尾喷CO2扩散具有可探测性；选择合适的激光发散角、扫描角间隔和空间积分距离可探测到飞机,且在参数组合(0.5 mrad,4.4°,20 m)和(5 mrad,4.4°,20 m)下计算得到CO2浓度扰动中心与设定目标间的距离为2.9 m。本研究可为实际应用提供参考。

激光诱导荧光技术是一种应用广泛的新型遥测技术, 为了指导实际激光诱导荧光探测系统的搭建, 介绍了荧光检测原理, 设计了激光诱导荧光雷达探测系统。以测量水面石油类污染物为例, 通过分析激光诱导荧光雷达探测系统中发射系统及接收系统主要参数对系统信噪比的影响, 可根据测量条件选择合适的系统参数。在实验室条件下, 选用单脉冲能量为50 μJ的Nd: YAG激光器, 接收视场角0.1 mrad, 滤光片带宽60 nm的接收系统, 可以检验浓度为10个/L的粒子。

提出了一种激光线宽测量新方法—系统参数不敏感型循环损耗补偿循环延迟自外差法（LC-RDSHI）。通过对系统输出功率谱密度函数进行推导以及拍频功率谱仿真，分析讨论了该方法对系统参数不敏感的特性。在此基础上，搭建相应实验装置，观测了系统参数对LC-RDSHI输出功率谱的影响，发现实验观测结果与理论分析相吻合。此外，基于不同的实验系统参数，将本方法与传统的LC-RDSHI进行了线宽测量比较。结果表明，系统参数不敏感型LC-RDSHI具有更高的线宽测量精度，并且测试过程更加简单，从而具有更好的应用前景。

为了提高同步扫描三角测量系统的测量精度, 对系统各个参数进行分析。首先, 简要介绍了同步扫描三角测量系统的工作原理及系统参数构成。其次, 根据系统参数, 分析 M1、M2、M3、M4、CCD的位置误差与角度误差、透镜及 M3厚度误差对系统精度的影响, 并得出系统参数在测量范围为 0.6 m和 10 m处的测量误差曲线。然后, 根据对系统测量精度的影响程度, 把系统参数从高到低进行排序, 目的是为在机械设计及加工时对系统参数进行不同程度的重视。最后, 对系统进行实验测量, 获得三维点云。