基于光子晶体非线性效应和线性干涉效应设计了全光异或、非和与逻辑门。应用反演定理拆分较复杂逻辑表达式，通过级联组合设计了全光或非门和四输入与门逻辑器件。本文利用时域有限差分法进行仿真模拟计算，对非线性环形腔的耦合特性进行了分析，然后在信号波长为1.47 μm条件下设计了上述逻辑器件，且通过可扩展输入端可设计出更多输入的器件。分析了信号功率对四输入与逻辑器件逻辑功能的影响。结果表明信号光源功率在1.1 W/μm²到3.4 W/μm²之间时，输出端的逻辑对比度均大于10 dB。所设计器件响应时间最短仅1.6 ps，占用面积小，易于扩展与集成，在光处理系统和集成光路中有较大应用前景。

为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题，搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统。首先，理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Atan算法中参与反正切运算的正弦与余弦两路信号的影响。然后，针对外调制或伴生调幅较小的情况，提出了一种基于系数补偿的改进型PGC-Atan算法(PGC-CC-Atan)。该算法通过构造与C值和载波相位延迟有关的系数，消除反正切运算中的非线性参数。针对内调制情况，提出了一种基于椭圆拟合的改进型PGC-Atan算法(PGC-EF-Atan)。该算法通过基于分块矩阵的最小二乘法拟合椭圆并提取3个椭圆参数，进而将受非线性因素影响的正弦与余弦两路信号校正为正交信号。最后，通过仿真验证了改进型算法的正确性，并采用高调制特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)和常规腔长的EFPI等搭建PGC解调系统，对比经典PGC-Atan算法与两种改进型算法的解调性能，证实了改进型算法非线性失真抑制的有效性。实验结果表明：一定C值范围内，两种改进型算法可在非线性因素影响下有效解调。PGC-EF-Atan算法相较于PGC-CC-Atan算法，解调信纳比提升了11.602 dB，总谐波失真降低了10.951%。两种改进型算法中，PGC-EF-Atan算法对非线性失真的抑制效果更好，且解调线性度良好，准确度高。

由于不同的照明条件、复杂的大气环境等因素，相同端元的光谱特征在图像的不同位置呈现出可见的差异，这种现象被称为端元的光谱变异性。在相当大的场景中，端元的变异性可能很大，但在适度的局部同质区内，变异性往往很小。扰动线性混合模型（Perturbed Linear Mixing Model，PLMM）在解混的过程中可以减轻端元变异性造成的不利影响，但是对缩放效应造成的变异性的处理能力较弱。为此，本文改进了扰动线性混合模型，引入了尺度因子以处理缩放效应造成的变异性，并结合超像素分割算法划分局部同质区，然后设计出基于局部同质区共享端元变异性的解混算法（Shared Endmember Variability in Unmixing，SEVU）。与扰动线性混合模型，扩展线性混合模型（Extended Linear Mixing Model，ELMM）等算法相比，所提SEVU算法在合成数据集上平均端元光谱角距离（mean Spectral Angle Distance， mSAD）和丰度均方根误差（abundance Root Mean Square Error， aRMSE）最优，分别为0.085 5和0.056 2；在Jasper Ridge和Cuprite真实数据集上mSAD是最优的，分别为0.060 3和0.100 3。在合成数据集和两个实测数据集上的实验结果验证了SEVU算法的有效性。

针对索驱悬吊式重力卸荷系统被动缓冲器带来的欠驱动问题，提出了基于气动人工肌肉（Pneumatic Artificial Muscle， PAM）主动式缓冲器控制方法。首先，分析用于地面微/低重力模拟的悬吊式重力卸荷系统，为了克服PAM高度非线性特性，提出基于块结构的非线性神经网络建模方法，其次分析吊索与航天器相互作用过程中挠性引起的力扰动，最后采用非线性模型预测跟踪控制。相比传统PID控制方法，该方法具有参数调节简单，实时跟随性能好，以及对卸荷系统目标惯性参数的摄动具有控制性能不变性等优势。实验结果表明，设置不同扰动情况跟随力误差都能保证在3%以内，实验证明了基于PAM主动缓冲器的可行性，所提出的控制方法能够在挠性不确定性的情况下实现力跟随控制。

提出了基于光强非线性响应的光致热弹光谱光强修正方法，实现了激光光强的准确修正。控制DFB激光器工作于波长调制模式，设置激光调制频率为16 369.75 Hz，通过光纤放大器增强其出射光强非线性项的幅值，光束经多次反射池后汇聚于石英音叉根部激发光热信号，采用数字锁相放大器解调得到对应的谐波信号，通过多项式拟合谐波信号背景，反演得到与浓度及光强分别对应的谐波信号。实验结果表明，当光强从22.03 mW变化至3.16 mW，谐波信号背景幅值与光强具有良好的线性关系，线性相关系数大于0.998，归一化后的谐波信号幅值波动小于0.37%。针对甲烷测量，系统在较大的浓度范围内具有良好的线性响应，谐波信号信噪比表明系统的最低检测限达0.22×10^-6。该研究为光致热弹光谱的光强修正提供了一种新的方法，可有效提高LITES系统在长期测量应用中的稳定性。

针对混凝土表面裂缝分割过程中分割精度低、细微裂缝漏分和背景干扰等问题，提出一种联合线性引导和网格优化的裂缝分割模型。首先，在主干网络中引入多分支线性引导模块，通过自适应单维度池化增强网络对裂缝线性结构的表达能力，让不同区域的裂缝建立联系，增强全局上下文信息感知能力，提高网络分割精度；然后，提出网格细节优化模块，通过分区-优化-合并三步骤，将整个空间域划分为若干个空间网格，提取空间网格中的细微裂缝信息，防止细微裂缝漏分；最后，在主干网络的跳跃连接处嵌入混合注意力模块，在空间和通道双维度突出裂缝特征，减少背景干扰。在Deepcrack537，Crack500和CFD裂缝数据集上，所提模型的IoU值分别达到77.07%，58.96%和56.55%，F1-score值分别达到87.05%，74.19%和72.24%，明显优于大多数现有方法，具有更高的分割精度。