激光二极管部分端面泵浦混合腔板条激光器是上世纪90年代后期在德国发展起来的一种新型全固态激光技术。这种激光器结构简单紧凑，散热效果好，模式匹配好，效率高，输出光束质量好。本文介绍了这一激光技术的结构、特点，发展过程中的一些重要研究工作，包括振荡器和放大器。

提出一种基于多频段区域互信息(MRMI)的光学成像系统性能评价方法。由信息论出发，结合人类视觉系统(HVS)分频感知原理，利用小波变换将物面与像面图像分解为多个频段，分别计算各频段区域互信息(RMI)，再由小波滤波器和MTF的空间频段积分比计算各频段RMI的权重系数,加权综合得到多频段区域互信息(MRMI)。实验分析了具有不同像散度的光学系统点光源成像，最终得到的评价参数MRMI随着光学系统像散度的不断增大而趋于减小，曲线拟合结果表明MRMI值与像散度呈幂函数关系，确定系数达0.981以上。与MTF等传统光学系统性能评价方法相比，MRMI值量化反映了光学系统的成像性能，且与人眼视觉感知相一致。

针对传统畸变校正方法无法完成镀膜双镜头多光谱相机影像畸变校正的问题，提出了一种基于数字畸变模型采样的单波段影像畸变校正方法。采用多片后方交会完成相机检校得到各类参数，建立起原始影像的数字畸变模型; 对原始数字畸变模型采样得到各波段数字畸变模型; 利用各波段数字畸变模型完成对应波段影像畸变的校正。实验结果表明，数字畸变模型采样法能够有效解决镀膜双镜头多光谱相机单波段影像畸变的校正问题，校正精度较高; 通过进一步实验证明，经畸变校正后的单波段影像配准误差达到亚像素级，数据可用性高。

仿视网膜探测器对全景成像具有巨大的应用潜力。针对现有的仿视网膜探测器无法满足全景成像需求的问题，设计了一款新型仿视网膜探测器像元布局。提出针对全景成像应用的新型仿视网膜探测器像元布局模型; 根据应用需求制定了设计准则，继而给出了折反射全景成像应用中的仿视网膜探测器各项参数设计实例。利用粒子群优化算法结合全景图像展开过程的插值效果，对实例中像元数进行了优化，完善了仿视网膜探测器的像元布局设计，在满足全景成像需求的基础上，有效减小了周边像元的冗余数。研究表明，该类型探测器的像元布局设计为今后全景成像发展提供了新的研究思路。

近年来人们对具有安全驾驶、智能控制功能的汽车需求增长，使智能驾驶汽车快速发展起来，激光雷达作为智能驾驶的核心传感器之一得到广泛的关注，其中MEMS激光雷达具有高帧率、高分辨率、体积小、成本低的优点，是国内外车载激光雷达的主要发展趋势之一。光学系统是MEMS激光雷达重要组成部分之一，分为发射光学系统和接收光学系统，本文基于镜面直径5mm的二维MEMS振镜设计了发射光学系统，将25W的半导体激光器准直为弧矢方向发散半角为1mrad，子午方向发散半角为3mrad的光束; 设计了大相对孔径为1∶1、焦距为11.01mm的镜头作为接收镜头，并提出采用放大倍率为2.2的纤维光锥与16线APD阵列探测器耦合，扩大接收光学系统的视场; APD阵列探测器采用选通模式，提高雷达系统的信噪比。基于此设计结果搭建激光雷达样机，实验验证系统探测距离可达45m，全视场角40°×10°。结果表明系统可一定程度上提高激光雷达探测距离和视场角。

为了弥补非视觉照度传感器的空白，实现便捷精确的量化光源非视觉生物效应强弱。通过对视觉照度传感器设计分析，给出了免真空镀膜的非视觉照度传感器设计可行的详细步骤。利用青蓝色QB21与QB5、黄色LB9与LB16四种滤光片叠加组合成修正滤光片组，与LXD44MQ硅光电池组合为非视觉照度传感器。实验结果表明: 自主设计的免真空镀膜非视觉照度传感器理论相对响应光谱与节律作用函数相比，380 ~780 nm面积、半峰宽、峰值波长相对偏差分别为: 16.27%、11.36%、3.90%; 匹配误差为11.34%; 通过对色温范围2032 ~6632K的6种光源实测分析，平均相对误差为2.63%。研究结果证明该自主设计的免真空镀膜非视觉照度传感器方法可行，研究可为光生物安全照度传感器的研发提供参考。

提出了一种通过制作面内微结构实现聚酰亚胺薄膜面内热导率及表面红外发射率调控的方法。通过建立简化的二维热传导模型，实现了对具有周期性微结构薄膜面内等效热导率的计算。以此为基础，研究了微结构接触面积比及填充因子对等效热导率及等效红外发射率的影响。理论计算表明，当微结构的接触面积比为0.18、填充因子为0.28时，薄膜面内等效热导率仅为材料本身热导率的18.8%。实验制备了两种具有不同接触面积比和填充因子的聚酰亚胺薄膜。薄膜直径65mm，厚度约为500nm。采用非接触式面内热导率测量法测得无微结构薄膜的面内热导率为0.164W/mK,接触面积比为0.20及0.46的微结构薄膜的面内热导率分别为0.041W/mK和0.091W/mK，而发射率分别为0.161和0.175。

针对传统共焦显微技术中轴向扫描范围和扫描速度无法兼顾的问题，提出一种基于虚拟针孔探测的大范围分光瞳激光差动共焦显微快速定焦方法。通过分光瞳原理，将偏心光束法定焦和分光瞳虚拟针孔探测技术相结合，先利用激光光斑在CCD上的位置和样品位置的对应关系实现大范围的粗略定焦，再通过虚拟针孔差动传感实现高精度定焦，从而实现轴向大范围快速定焦。实验表明该方法轴向分辨力可以达到10nm，最大传感范围可达到70um，定焦速度是传统定焦方法的3.6倍。

相移干涉显微镜在微观物体三维形貌的重构横向分辨率上受衍射极限影响，一般在微米级，限制其应用。将高折射率微球嵌入Mirau型相移干涉显微系统中，利用微球超分辨机理提高了其三维重构横向分辨能力，通过和原子力显微镜的测量对比验证了方法的可行性。仿真分析了微球尺寸对光子纳米喷流效应和超分辨能力的影响; 同时使用两种不同尺寸的微球对275nm线宽的标准光栅样品进行了三维形貌重构; 结果表明，在两种微球的辅助下，相移干涉显微系统均能够精确还原样品的三维结构，光栅深度测量结果与原子力显微镜结果相当。在微球辅助下，系统的横向分辨能力达到了275nm，相较于不使用微球的情况下提高了2.1倍，微球的最高放大率达到了3.4倍。系统在微纳米测量等领域具有较高的应用价值。

条纹投影三维测量技术的检测精度依赖于绝对相位与深度关系的标定过程，传统的标定方法步骤复杂、用时较长，在双目测量系统中对左右相机分别标定时尤为明显。因此设计一种基于立体靶标的标定方法，靶标由两个平面组成，各个靶标平面上附着规格已知的图案，平面连接处用特殊图案标识，用于区分左右两面。立体标靶实现双目测量系统相机外部参数与相位-深度的同时标定，将标定时间减少了一半，简化了标定流程; 经过实验验证，利用立体标靶可以精确地进行深度（Z）以及横向（XY）的标定，实测误差小于0.053毫米，方法在双目乃至多节点三维测量系统的标定过程中具有应用价值，增加标定效率同时可避免累计误差产生。

传统Czerny-Turner光谱仪系统中，像散是影响光谱仪成像质量并限制其在分析领域中进一步应用的主要因素。针对这一问题，提出了柱面反射式消像散Czerny-Turner光谱仪高分辨探测技术。使用柱面反射镜校正系统像散，能够提高系统像质，在具有良好工艺性的同时，保证宽波段C-T光谱仪的实际分辨力。实验证明，柱面反射式消像散C-T光谱仪的分辨力在400~800nm的探测范围内可以达到0.02 nm。该技术能够提高光谱仪的性能，为高分辨宽波段的光谱仪研制提供可行方法。

介绍了一种基于差分吸收光谱技术（DOAS）的烟气浓度反演方法，将该方法应用于实际的多组分气体检测中。文中使用短光程和分辨率较低的国产光谱仪，在信噪比较低的情况下，应用DOAS算法，设计了基于最小二乘法的NO和SO2混合气体浓度计算方法; 详细介绍了NO和SO2气体的差分吸收截面获取方法，详述了SO2和NO混合气体在不同波段的浓度反演方法; 在常温常压下，实现了单组分SO2、NO气体和混合气体的在线实时监测。实验结果表明，方法能够检测短光程下（300mm）的单组分SO2、NO气体和混合气体，检测结果比较稳定，误差较小。

作为一种新型拓扑材料，外尔半金属及其光学性质是当前凝聚态物理以及光学领域的研究热点。根据人们的最新研究成果，介绍了第一类与第二类外尔半金属界面上菲涅尔反射系数的计算方法，模拟并揭示了不同化学势下菲涅尔反射系数随入射角θi和狄拉克锥倾斜度αt的演变规律。研究结果表明，随着化学势和狄拉克锥倾斜度αt的变化，第一类与第二类外尔半金属的反射系数以及布儒斯特角呈现出不同的演变规律。理论上可以通过化学掺杂并测量外尔半金属界面上的菲涅尔反射系数来判断外尔半金属的种类。

人脸的情感识别在人机交互领域有着重要作用，对人脸表情进行分类也是研究图像情感的一种方法。针对目前公开的人脸表情数据集数据量少，卷积神经网络的结构较复杂、参数多且计算量大、易出现过拟合的现象，需要构建一种针对小数据集的人脸表情分类模型。利用MTCNN模型进行人脸检测后，结合Inception的思想提出一种新的卷积神经网络模型，使用1×1卷积核对特征维数进行缩减，增加并平衡网络深度和宽度的同时不增加额外的计算负担，更精准的对人脸特征进行提取。经实验验证，提出的算法在CK+和JAFFE人脸数据集上，较其他方法有更好的效果，构建的人脸表情分类卷积神经网络模型能有效进行人脸表情的分类。

提出一种结合人眼视觉敏感特性的无参考图像清晰度客观评价方法，利用高通滤波划分出人眼视觉敏感（图像细节）和非敏感区域，分别计算对应区域的清晰度，最后加权求和得出整幅图像的清晰度。利用公开的4个图像库与现有的6个无参考清晰度评价模型进行测试和比较，所研究的评价模型计算结果与主观评价分数有较好的一致性，且运算速度较快。

针对现有滤波算法滤除图像中高斯-椒盐混合噪声后细节丢失较严重的问题，将图像块自相似性思想引入到混合噪声滤波领域，提出了基于非局部自相似性的混合噪声滤波算法。设计了图像在含混合噪声的情况下，其块相似度衡量策略及权系数的计算方式，实现了利用图像自相似性对椒盐噪声进行滤除，再结合非局部均值滤波算法处理图像中剩余的高斯噪声。实验结果表明，提出的算法可以有效地滤除图像中的混合噪声并较大程度地保留边缘、纹理等图像细节信息。

传统的正交频分复用技术对正交性要求高且存在频谱资源的浪费，不适合大规模物联网接入5G网的应用场景，偏移正交幅度调制滤波器组多载波技术是该应用场景的一个解决方案，但该技术应用于40~100Gbps光纤主干网时存在固有干扰和光信道噪声的问题，为此提出了基于小波神经网络的物联网主干光信道估计方法。通过最小二乘法对光信道进行初步估计，基于估计的结果和布谷鸟搜索算法初始化小波神经网络的参数; 通过伪逆运算动态更新网络的权重参数，从而对信道状态进行实时跟踪，保持较高的估计准确性。实验结果显示，估计方法的效果好于传统的最小二乘估计和最小均方误差估计。

提出了一种经济有效的无源光网络平滑升级方案。广播信号采用PolSK直接调制在ASK调制的下行单播信号上，上行信号通过再调制方式调制到下行光载波上实现透明ONU; 升级PON的下行单播信号采用曼彻斯特编码来抑制其他低频分量，可以减少其对共存的广播信号和上行信号的干扰; 仿真和实验证明，所有信号在25km内实现极低误码传输（BER≤10-9）。方案可以实现升级PON与现存PON的共存，同时实现了透明ONU和附加广播功能，实现了高带宽利用率并降低了运营维护成本。

为了研究宇称-时间对称（parity-time)对称，简称PT对称, Scarff复合势中基态孤子的传输特性，采用了有限差分法数值求解了PT对称Scarff复合势中的线性情况，自聚焦和自散焦非线性情形。数值得到了线性情况下不同势深度中的PT对称破坏点、特征值和特征函数。也得到了非线性情况下自聚焦与自散焦介质中的基态孤子的传输特性。研究结果表明: 基态线性模的本征值恰好等于相同调制深度的基态孤子存在时的临界传播常数，基态孤子能稳定存在于整个自散焦煤质和自聚焦煤质中的低能区域。PT对称Scarff复合势的这些特性在光开关领域有一定的应用前景。