瑞利散射计算精度对海洋水色遥感大气校正的精度起着关键作用，为了提高瑞利散射的计算精度，需要求解平行分层大气矢量辐射传输方程。详细地推导了加倍法解大气矢量辐射传输方程的基本关系式，并阐述了利用加倍法解矢量辐射传输方程的原理。通过与海视宽视场遥感器(SeaWiFS)精确瑞利散射查找表计算结果的比较，证明利用加倍法计算瑞利散射的精度优于0.5%，完全能够满足海洋水色遥感大气校正对瑞利散射计算精度的要求，并可以用来生成海洋水色及水温扫描仪精确瑞利散射查找表。最后，利用开发的加倍法解矢量辐射传输方程软件包，生成了海洋水色及水温扫描仪的精确瑞利散射查找表。开发的加倍法解矢量辐射传输方程软件包可直接用于我国第二代高性能海洋水色遥感器精确瑞利散射查找表的生成。

对发射系统的跟踪抖动对激光湍流大气传输光束扩展的影响进行了数值分析，并且得到了跟踪抖动对光束扩展影响的定标关系。由此定标关系可知，当系统衍射角σ0较大时，跟踪抖动对光束扩展的影响比较小；但是当系统衍射角σ0较小时，特别是在湍流效应较弱的情况下，抖动的影响非常显著，此时光束扩展主要是由系统抖动项所决定的。通常在湍流效应较弱时，系统跟踪抖动对光束扩展的影响相对较大，随湍流效应的不断增强，湍流扩展逐渐起主导作用，而系统跟踪抖动对光束扩展的影响相对逐渐减小。因此，由此定标关系可以定量了解不同条件下系统衍射、系统跟踪抖动以及湍流效应对光束扩展影响的大小，并为系统优化设计提供定量的科学依据。

对高斯光束在硬边孔径限制下的衍射进行了详细的理论研究，就不同口径的圆孔限制下高斯光束在菲涅耳衍射区和夫琅禾费衍射区的分布进行了理论分析，从而得到了孔径受限高斯光束的横向以及轴向的衍射公式，进而对高斯光束在不同衍射区域内衍射光场分布形状随孔径尺寸变化时的演化规律进行了数值计算，并对小口径光阑受限的高斯光束的衍射与平行光经同尺寸光阑的衍射进行了比较。结果表明在较小口径下，两者的分布基本一致。得到的孔径光阑限制下高斯光束的传输规律为高斯光束在自由空间光通信和光学超分辨中的应用提供了理论基础。

单调变化的渐变折射率波导的表面折射率大于波导基模的有效折射率，因而不能用传统的m-线方法测量。利用分析转移矩阵(ATM)方法研究了渐变折射率波导中的表面等离子波，提出了一种确定波导近表面折射率的实验技术，在波导折射率分布的拟合中，得到了比传统逆WKB方法更为合理的结果。

以包含了三、四阶色散项的耦合非线性薛定谔方程为基础，重点研究了三、四阶色散对交叉相位调制不稳定性的影响。结果表明

通过热极化可以使中心对称的熔石英光纤中产生二阶非线性效应和线性电光效应。为了解各热极化过程参量对热极化产生的线性电光效应的影响，利用全保偏光纤马赫曾德尔干涉仪构造了一套光纤热极化的实时线性电光效应测试系统，并利用其进行了光纤热极化全过程的监控测试。在线测试了热极化过程的一些参量，例如极化电压、极化时间、以及极化温度等对热极化光纤中产生的线性电光效应的影响。实时测试研究表明，在光纤中施加尽可能高的极化电场将可能在光纤中产生较高的线性电光效应。对侧边抛磨光纤结构的热极化器件，考虑到器件的抗强电场击穿能力，可选用3.0～4.0 kV左右的极化直流电压。当施加3.0 kV左右的极化电压时，热极化优化时间约为16 min，最佳热极化加热温度约为190 ℃。

提出了一种新型的方形分布渐变空气孔微结构光纤。借助时域有限差分法计算了孔间距取2.0 μm和2.5 μm，最小孔直径分别取0.4 μm、 0.6 μm、0.7 μm、 0.8 μm和1.0 μm，从第一层到第五层直径线性递增量分别为0.1 μm/层和0.2 μm/层的五层渐变空气孔微结构光纤的基模色散曲线图，结果表明渐变空气孔微结构光纤在控制色散的能力上明显优于空气孔不变的微结构光纤，这种光纤的色散曲线在1400～2000 nm波长范围内保持平坦且具有更低的色散量；当渐变空气孔微结构光纤第三层孔的直径取与孔直径不变微结构光纤的孔直径相同，且第一层到第五层孔直径按每层0.2 μm的斜率增长时，其色散曲线最低最平坦，色散值保持在30 ps/(km?nm)左右。

研究了外部光注入高速多量子阱激光器激光混沌全光保密通信系统，导出系统同步方程，理论证明并数值实现了系统的同步，分析了增加反馈系数以缩短同步时间且增强系统同步稳定性的方法。研究分析了多量子阱激光器混沌隐藏和混沌键控保密通信全光调制解调系统模型，数值模拟了具有正弦调制信号的调制频率0.2 GHz混沌模拟保密通信和数字信号调制速率20 Gb/s的混沌数字保密通信以及调制速率0.05 Gb/s混沌键控保密通信的应用，系统确实具有较高的保密性能和反破译能力；分析了混沌数字信号保密通信调制带宽20 Gb/s调制解调时的同步误差以及混沌键控调制速率，系统都具有非常好的调制解调特性，且在高速混沌通信中，系统解调具有相对较小的同步误差，而1 Gb/s是混沌键控通信的速率上限。

从双光束干涉的基本原理出发，分析了高斯分布光源条件下利用傅里叶变换解调光纤法布里珀罗传感器的原理。针对高斯分布光源特点，提出直接对波长均匀采样得到的光谱数据进行快速傅里叶变换，然后利用传感器腔长与频域中峰值频率之间的关系求解传感器腔长的可行性。在此基础上，采用频谱插值技术提高了系统解调精度，并利用宽带光源和光谱仪等组成的解调系统，对所提出的方法进行了实验验证。结果表明,从实验中测得的数据与理论计算值能较好地吻合。

提出了一种简便的激光自混合散斑干涉测量流体速度的方法。根据散斑和法布里珀罗腔的理论，提出了半导体激光器的自混合散斑干涉模型。研究了流体运动时在半导体激光器内产生的自混合散斑干涉效应(SMPI)，给出了激光器输出增益的变化及其概率密度分布。得到了激光自混合散斑干涉平均频率与流体速度之间的关系。模拟计算和实验结果验证了这个关系。利用散斑干涉的平均频率与流体速度的关系测量了高分子材料溶液的速度，并在溶液浓度和背景光变化时，对流体速度进行了测量、比较和分析。实验表明，在溶液浓度不太低时，测量误差小于8％。

短波光学的迅猛发展和高精密光学仪器的需求日益增多，对高精度表面的加工与检测也随之重要起来。而在一般的干涉检测中，球面镜检测精度主要依赖参考镜的精度。利用Jensen提出的干涉仪绝对校准理论可以去除参考镜的误差和干涉仪的附加波像差，从而提高被测件测量精度。在研究Jensen绝对校准理论的基础上，提出一种利用泽尼克(Zernike)多项式进行波面相位转换的方法进行波面处理，并提出具体实施方案。对面形精度优于λ/37小凸球面进行测量得出了较好的结果，打破了标准镜头最优λ/20的局限，使这一理论简单易行地赋予应用。从而实现了高精度检测球面面形。

研制了一种用于测量海水盐度的新装置。基于表面等离子共振技术，根据盐溶液折射率与盐度的关系原理，实现对盐度测量。结构中使用一只K9玻璃制成的棱镜为衬底，在棱镜的一边淀积一层厚度为55 nm的Ag膜，在Ag膜上设置待测盐溶液样品池和参考池。在白光的激励下，在Ag膜中发生表面等离子共振现象。盐溶液的折射率不仅与盐的质量分数有关，且与温度有关，而样品池和装有蒸馏水的参考池具有相同温度，用两者共振波长差的变化来反映盐度，克服了温度对测量结果的影响，理论分析和实验结果验证了设计的可行性。

调制度测量轮廓术是一种采用垂直测量方式的三维面形测量方法，可以测量表面有剧烈变化区域的复杂物体。提出了一种基于调制度测量轮廓术测量系统的标定方法，其纵向标定是利用几个相互平行的标定平面建立与CCD像面各像素点对应的测量高度与实际高度之间的映射关系，并利用映射关系确定每一像素点对应的映射关系系数，然后建立映射关系系数查找表，存入测量系统中，完成纵向标定。首先分析了测量系统的误差来源，然后给出了标定方法和标定过程，最后给出了实测结果。结果表明，利用提出的系统标定方法可以有效消除调制度测量轮廓术测量系统误差，显著地提高了系统测量精度。

在对快速甚至高速运动物体进行研究时，需要对运动物体各个时刻的三维面形和形变量进行数字化描述。提出了一种利用频闪光作为结构照明光源，基于傅里叶变换轮廓术对旋转叶片每个时刻的三维面形和变形量进行动态测量的光学方法。使用自行设计的同步控制单元对风扇叶片旋转位置进行检测，用该检测信号同步驱动频闪结构光源的发光和图像采集系统“冻结”记录下旋转叶片表面变形条纹的瞬时图像，再运用傅里叶变换轮廓术计算出每一瞬间时刻旋转叶片的三维面形，分析这些三维面形数字化结果可以进一步得到旋转叶片的变形量。通过对家用电风扇的实验，验证了该方法的合理性和可行性。该方法可望在高速运动物体的面形和变形研究上有广泛运用。

多波长布里渊掺铒光纤激光器是一种新型的多波长光纤激光器，其原理是利用受激布里渊增益和掺铒光纤的线性增益，可以在常温下得到波长间隔约为0.08 nm(～10 GHz)的多波长输出。报道的布里渊掺铒光纤激光器，在布里渊抽运功率为1.7 mW、980 nm抽运功率为300 mW的情况下得到稳定的15个波长(间隔～10 GHz)的输出，这种激光器用作光传感器、光谱分析仪以及密集波分复用系统的光源。实验发现，输出波长的个数随着980 nm抽运功率的增大而增加。另外，布里渊掺铒光纤激光器的信号功率主要来自于掺铒光纤的增益，而布里渊增益对它的影响不大。

根据飞秒脉冲锁模钛宝石激光器脉冲压缩的要求，介绍了负色散镜补偿色散的基本原理及其特点。详细阐述了优化Gires-Tournois(OG-T)镜的设计过程，并通过计算机优化得到理想设计膜系。采用离子束溅射的方法镀制了优化Gires-Tournois镜。测量了优化Gires-Tournois镜(编号为OGT#1)的透射率和群延迟色散，并与设计值进行了比较，分析了实测值产生偏差的原因，从而对镀膜参量进行了相应的调整，制造了第二批优化Gires-Tournois镜(编号为OGT#2)。将优化Gires-Tournois镜用于钛宝石激光器振荡级内，单程5次通过三个优化Gires-Tournois镜，补偿了激光器腔内色散，实现了飞秒锁模脉冲运转。用OGT#1先进行了实验，获得32 fs的脉冲和46 nm的光谱宽度。用调整参量后的OGT#2进行了实验，获得了15 fs的超短脉冲和91 nm的光谱宽度。实验很好的验证了负色散镜补偿色散的优点，为国内啁啾镜的研制创造了条件。

采用两种光致变色俘精酸酐体系化合物[1,2,4-三甲基-5-苯基-3-吡咯甲叉(异丙叉)俘精酸酐和对-N,N-二甲基苯基-2-甲基-3-恶唑甲叉(异丙叉)俘精酸酐]制备了单层双色聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合薄膜感光记录材料。采用双波长(650 nm和488 nm)图像存储和读出光路，实现了用两种波长在双色复合薄膜的同一位置同时记录两幅图像。当分别用各自对应的波长读出时，两幅图像各自获得了高衬比度，且二者之间的串扰很小，证明了在双色光致变色俘精酸酐材料上进行双波长复用图像光存储的可行性。

照明系统是投影显示系统的重要组成部分，决定着整个系统的亮度和照明均匀性。复眼系统是一种常见的液晶投影显示系统照明结构。传统的复眼照明系统设计方法中，复眼小透镜具有与液晶板相同的长宽比，可以获得能量利用率和均匀性都比较好的照明光斑。但研究发现，利用这种方法设计宽银幕投影显示设备的复眼照明系统，会引起一定的光能损失。针对这一问题，通过对复眼系统设计理论的分析和对实际复眼照明系统的模拟，创新性地提出了在照明系统中引入柱面透镜改变复眼小透镜的长宽比的设计方法，能够有效的提高投影系统能量利用率。模拟计算结果表明，引入柱面透镜的复眼照明系统与传统方法设计的复眼系统相比，能量利用率可以提高5%到10%。

采用信号处理的方法，对介质膜滤波器的滤波特性进行了详细的研究。介质膜滤波器是最小相位滤波器，它的幅度响应与相位响应之间存在希尔伯特变换规律，因此可以通过它的幅度响应重构它的相位响应，进而可以得到它的色散特性。为了验证理论分析，设计了射频调制法测试介质膜滤波器群速度延时的实验装置。实验测试了一个100 GHz 33信道的介质膜滤波器的群速度延迟。通过对实验结果与理论计算结果的对比分析，发现实验数据与理论分析吻合得比较好。最后，对介质膜滤波器的色散的特点进行了分析。

证明了枕型二维位置敏感探测器设计的基本原理――Gear定理,并推导了适用于枕型二维位置敏感探测器的位置计算公式，此外还提出了枕型二维位置敏感探测器的制作工艺和测试结果。采用集成电路工艺所研制的枕型二维位置敏感探测器(光敏面为8 mm×8 mm)表现出良好的光电特性，当反偏为5 V时其暗电流约为15 nA，峰值时的光谱灵敏度超过了0.6 A/W。在所测量的75%光敏区域内，均方根位置误差约为0.135 mm,而以均方根位置误差表示的非线性度在1.1%左右，比四边形二维位置敏感探测器的位置线性度提高了近一个数量级。

泡沫型干扰幕是为解决多波段干扰领域有关问题研究的新技术。利用专用导弹综合测试系统，对其光学衰减性能进行了测试。一般只需几到几十厘米厚的干扰幕即可使得基于可见光、红外、激光的导弹制导系统失效，表明它对光传播具有明显的衰减作用，可以满足不同温度下不同目标干扰光学侦察与制导的作战使用要求。研究结论可为泡沫型干扰幕的战术运用设计提供必要的理论基础和实验依据。

偏振测量具有很多普通的光强度测量不具备的优点，是研究地表、大气，探索太空的良好辅助手段。为了获得可见红外偏振光谱，从而考察利用偏振遥感识别目标的可行性，采用求取斯托克斯参量的方法，分别对草地、黄色环氧板、沥青楼顶、绿帆布、水泥路面及铁板六个样品做了反射光偏振特性测量，并对它们的偏振光谱进行了详细比较，分析了其形成原因。结果表明偏振特性与目标的性质、测量波长、观测角度均有很大关系,偏振测量在遥感和目标识别方面具有重要的意义。

建立了描述厚层光刻胶内衍射光场形成过程的物理模型，并利用傅里叶模方法模拟计算和分析了其内部衍射光场分布。该方法考虑了其界面反射、透射及光刻胶复折射率在空间上的缓慢变化对衍射光场的影响，采用该方法模拟光刻胶内衍射光场具有数值计算结果准确、计算速度快的优点。对厚层光刻胶折射率在几种特殊分布情况下衍射光场分布的数值模拟表明，衍射光场与其复折射率的空间分布有关。由于厚层光刻胶折射率在空间上呈缓慢变化的特点，为降低其数值计算量和编程难度，可以将厚层光刻胶近似为折射率随曝光时间变化的光栅。

讨论了初始光场为压缩态、原子光场耦合系数随时间变化情形下双光子过程J-C模型的量子统计性质。具体研究了双光子过程中原子布居数反转、光场的压缩等随时间的演化性质，讨论了初始光场的压缩系数、压缩相位及耦合系数变化快慢对这些性质的影响。研究结果表明，初始光场的压缩系数增大，崩塌和回复的频率增大，回复值减小。当原子光场耦合系数变化缓慢时，崩塌和回复现象被延迟，而光场逐渐失去压缩性质；而当耦合系数变化较快时，崩塌和回复现象被加速，而光场压缩量将产生振荡，压缩效应将反复出现。

水汽吸收特性的研究对评估激光通讯和激光传输等具有重要的意义，因此水汽吸收光谱的研究在理论和工程方面都有重要应用。用工作在室温下，窄线宽、宽调谐范围分布反馈(DFB)二极管激光器作光源，结合光程可调、最长光程为1097 m、可控温的改进型千米级怀特(White)池，精确地测量了水汽在1.315 μm附近的高分辨力、高灵敏度吸收光谱，得到了水汽分子1.315 μm附近31条主要吸收线的位置、谱线强度、压力自加宽系数等参量，测量结果与HITRAN数据库中的值很好地一致。实验中使用先进的电子技术和计算机控制技术，大大提高了实验的效率，确保了实验结果的可靠性。

采用具有增强功能的光谱探测器增强型电荷耦合器件(Itensified charge coupled device,ICCD)和自行设计的光电转换器，应用激波管技术对环氧丙烷爆燃转爆轰过程的发射光谱进行了拍摄，探测器快门开启时间为2 μs，在500～570 nm之间进行了多次测量，由压力传感器监测的压力信号来判断爆燃转爆轰过程的重复性。实验结果表明

为了提高吸收光谱的探测灵敏度，在弱吸收或短光程吸收的情况下实现高灵敏探测，将腔增强光谱技术与磁旋转光谱技术有效地结合起来，发展了高灵敏的磁旋转腔增强吸收光谱技术，并通过测量O2的三重禁戒跃迁谱线验证了该技术的探测灵敏度。实验采用环型增强腔，以避免光束的返回对激光器的干扰。给出了腔的耦合匹配条件，以及镜面反射率、腔损耗对增强因子的影响；同时也给出了在实验中对光谱信号的处理方法。测量结果表明，在谐振腔精细度为F=48，腔内总损耗为13%，以及腔镜的耦合效率为95%的情况下，对O2分子最小相对吸收度约为4.5×10-8(1 s积分时间)。

硫化锌(ZnS)透镜由于其透光区域较宽，便于光学系统的装校而被经常应用于红外光学系统中，但是其作为基底，镀制中长波红外增透膜却具有相当大的难度，尤其是牢固度的问题。根据任务要求研制的增透膜是在3.5～3.9 μm的中波红外波段及9～12 μm的长波红外波段，平均透射率大于90%。由于长波红外区可选用的宽透射区材料较少，所以兼顾材料的选用、光谱特性及可靠性满足使用要求等几方面考虑，最终采用氟化钇(YF3)作为低折射率材料，经过多次实验，采用混蒸、离子辅助等工艺方法以及选取合适的基底温度，通过对其他工艺环节的不断改进，解决了在ZnS透镜上镀制宽带增透膜，由YF3膜层严重的应力作用而导致膜层龟裂的问题，最终研制成功符合使用要求，并且可靠性和光谱特性皆优的中长波红外增透膜。

薄膜截止滤光片在倾斜入射时不可避免地会产生s和p二个偏振分量的分离，因而在许多应用，特别是光通讯的应用中成为一个棘手的难题。提出了一种新的设计方法，对最常用的45°入射角，实现了长波通和短波通两种截止滤光片的完全消偏振, 在透射率为50%处,其偏振分离分别为0.3 nm和0.1 nm。基本的设计方法是采用宽带法布里珀罗薄膜干涉滤光片中心波长两侧的干涉带作为长波通或短波通截止滤光片的初始膜系,然后经过适当的优化以提高透射带的透射率。宽带干涉滤光片的间隔层常由半波长厚度的高、低折射率混合膜层组成，如2H2L2H或2L2H2L。由于这种设计的截止区和透射带带宽常嫌不足，故提出了展宽截止区和透射带的方法。对一个典型的短波通截止滤光片，在波长1550 nm,截止区和透射带宽均达到了200 nm。这种设计方法不仅简单、性能优良，而且膜厚控制容差较大，故易于制造。

采用Berreman特征矩阵方法，通过数值计算研究了双折射薄膜的反射、透射等光谱响应特性。依据电磁场理论的电场分量、磁场分量的界面连续条件，推导了光波在各向异性双轴薄膜中的Berreman转移矩阵，用以分析含有各向异性介质层的复杂薄膜系统的光学性质。这些矩阵递推关系包含了界面处的多点反射，适用于一般的各向异性的多层膜系统，包括入射媒质或基底为各向异性的情况。在文中给出了各向同性入射媒质双轴各向异性膜层各向同性基底薄膜系统的计算结果，验证了该计算方法的可行性，以此作为进一步研究各向异性薄膜和相关光学薄膜器件设计的理论基础。

采用反应射频磁控溅射技术，通过调整溅射靶面上金属Er和Yb的面积比例制备出了不同Yb含量的Er/Yb共掺Al2O3薄膜，重点探讨了薄膜制备过程中Er、Yb成分比例控制的可靠性及Yb的掺杂浓度对Er/Yb共掺Al2O3薄膜室温光致荧光谱强度及峰型的影响。利用卢瑟福背散射谱(RBS)和电子能谱(EDX)对薄膜成分进行的分析表明