采用传统高温固相法制备了Y2.94Al5-2x(MgSi)xO12: 0.06 Ce黄色荧光粉，利用X射线衍射仪、荧光光谱仪对其结构和光学性能进行了研究，探讨了YAGCe荧光粉中发射光谱和激发光谱随着(Mg-Si)含量的变化关系以及Ce3+外层电子在该荧光粉中的能级状态。结果表明，该荧光粉为石榴石单晶相结构，无其它杂相，在500～650 nm范围具有很强的黄光发射，两个主要激发峰位置分别位于340 nm和460 nm附近。随着(Mg-Si)含量的增加，发射光谱发生了明显的红移现象(532 nm→554 nm)，而激发光谱中的近紫外激发峰向短波方向移动，蓝光激发峰向长波方向移动，同时，Ce3+周围的晶体场强度得到了加强，使Ce3+的外层电子5d1激发态能级获得了加宽。

采用超声波悬浮液法，合成了组成为Ba1-xSi2O2N2xEu2+(0.01≤x≤0.08)的蓝色荧光粉，用X射线衍射仪、荧光光谱仪分别对其结构及发光性能进行了表征。结果表明，这种荧光粉的主晶相是BaSi2O2N2Eu2+，在287～460 nm的宽波段范围内可以得到有效激发，发射出很强的蓝光。发射光谱显示出峰值在λ=487 nm的单峰宽带特征，这对应着Eu2+的4f65d→4f7跃迁， Eu2+在303 nm的波长激发下，由于无辐射弛豫现象，比在397 nm的波长激发下，有更大的斯托克斯位移。随着Eu2+浓度增加，发光强度也增加，发射峰红移，当x超过0.02时，出现浓度猝灭现象，发射强度逐渐减弱。在白光LED用荧光粉方面，这种新型蓝色荧光粉有广阔的应用前景。

设计了一种以蓝宝石为衬底、AlN为缓冲层的MOCVD外延P-GaN样品作为透射式阴极材料，并利用超高真空表面净化工艺与（Cs,O）激活工艺对其进行了光电阴极制备。紫外光谱响应测试结果表明，所制备的GaN紫外光电阴极在透射式工作模式下具有明显的“门”字响应，最高量子效率15％，与反射式光谱响应曲线相比，透射式阴极的总体响应幅度较低，长波响应阈值向短波推移。最后从阴极材料结构、外延水平及阴极制备工艺方面分析了所得的实验结果。

探索了一种新的微透镜阵列制作工艺，使用二氧化碳激光在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）表面进行选区刻蚀，研制出表面光洁、尺寸和曲率可控的微透镜阵列，并研究了其成形机理和加工特点。PMMA表面受激光照射区域被汽化蒸发，熔融PMMA在液面张力的作用下，凝固后与未扫描区域形成弧形边缘，当圆形未扫描区域表面被完全熔化后整个液面呈球状凸起，冷凝后形成透镜。透镜曲率半径随单位面积输入能量增加而减小。含有杂质较多或表面清洁度不达标的PMMA在激光照射下发生反应产生气泡和坏点，导致透镜质量降低。

制备了宽带发光的Ti4+掺杂SiO2-Al2O3-ZnO-K2CO3 微晶玻璃。测试了微晶玻璃的X射线衍射谱、激发光谱和荧光光谱。研究发现,X射线衍射谱表明了玻璃基质中存在β-Zn2SiO4纳米晶粒，计算得到750 ℃处理2 h的β-Zn2SiO4晶粒大小约为25 nm。在紫外光激发下，观察到强烈的宽带发光(350～650 nm)，为Ti4+的(3d0)-O2-(2s2 3p6)的电荷迁移跃迁所导致的发光。与原始玻璃相比，热处理后微晶玻璃的发光明显增强，750 ℃处理2 h对应的色坐标为 (0.242，0.363)接近白光。研究结果表明Ti4+掺杂的SiO2-Al2O3-ZnO-K2CO3微晶玻璃是一种潜在的LED基质材料。

采用高温固相法合成了白光LED用荧光粉Ca1-x-ySi2O2N2 xCe，yTb。利用X射线衍射仪测量分析其物相结构，结果表明稀土离子的掺入并没有改变其主晶相，仍为单斜结构。通过荧光分光光度计测试并分析其激发光谱和发射光谱，在360 nm波长光激发下，观察到样品在410 nm和542 nm处存在发射谱带，该发射分别归因于Ce3+的5d-4f的电子跃迁和Tb3+的f-f跃迁；分别监测Ce3+，Tb3+特征发射，在360 nm附近观察到很宽的激发谱带，而且光谱几乎完全重叠，分析得知Ce3+离子对Tb3+离子有能量传输作用。对样品色坐标分析，结果得到Ca0.995-ySi2O2N2 0.005Ce3+，yTb3+(y=0.06, 0.08, 0.10)是一种性能良好的单一基质白光发光LED用荧光粉。

利用金辅助的金属氧化物化学汽相沉积法(MOCVD)在汽液固(VLS)生长机制下GaAs (111) B衬底上生长了GaAs纳米线。研究了三个生长温度（500 ℃,530 ℃,560℃）对纳米线形貌及晶体质量的影响。在较低生长温度时，纳米线生长速率与纳米线直径无关，且纳米线上下直径分布均匀。随着温度的增高，纳米线成明显的圆锥状。当温度升高时，相对较粗的纳米线，长度缩短，这是因为在高温时VLS生长被抑制；对于相对较细的纳米线，长度是先减少后增大，这是由于在温度升高时Ga原子的扩散作用增大。温度的升高还导致了纳米线晶体质量的下降。低温时只有少量缺陷在相对较细的纳米线中出现；对于相对较粗的纳米线，其晶体结构为纯的闪锌矿结构。温度增高导致了Au-Ga合金纳米颗粒的不稳定，从而造成了缺陷的增加。

为了降低光致聚合物材料的缩皱，制备了一种掺杂Mg(OH)2纳米颗粒的光聚物材料，并研究了该材料的全息存储特性。该材料以亚甲基蓝作为光敏剂，用波长为647 nm的激光对其进行曝光。研究表明，聚合物中掺入Mg(OH)2纳米颗粒后，材料的缩皱率由3.2%降为1.6%，衍射效率从75%提高至89%，折射率调制度最高可达2.24×10-3；在制备的样品中进行了模拟图像存储，再现图像仍然清晰。说明在光致聚合物中掺入Mg(OH)2纳米颗粒，有助于提高材料的全息特性。

利用琼斯矩阵分析了大角度入射情况时薄膜诱导的偏振像差，通过理论推导提出了减小薄膜诱导偏振像差的膜系设计方法，即在满足最基本的透射率要求的前提下，将尽可能的减小任何入射角度的透射率差和相位差作为膜系优化的两个附加条件。为了验证所提出理论的正确性，分别以不同的附加优化条件设计了两个减反膜进行对比，这两个减反膜分别代表了透射率差和相位差较大和较小的两种不同情况。通过对这两个不同减反膜偏振像差的进一步数值模拟，得到了透射率差和相位差均小的减反膜引发的偏振像差较小的结果，这一结果验证了理论的正确性。

主要研究了利用接收机侧的电域均衡进行色散补偿的问题。相比其他均衡技术，最大似然序列估计(MLSE)均衡能够更好地减少由群速度色散、偏振模色散、光纤非线性等引起的功率代价。在40 Gb/s偏分复用归零差分四相移相键控(RZ-DQPSK)系统中，研究了基于传统MLSE均衡结合前馈式均衡(FFE)的新型均衡技术。实验结果表明，结合FFE的MLSE均衡有更高的色散容忍度，在没有任何光域补偿的条件下传输超过280 km依然可以保证误码率低于10-3。

频率锁定多载波光源是实现Tb/s高数据率传输的关键器件。它具有结构简单，频谱利用率高的优点，因此成为高速大容量光纤通信系统中的研究热点。理论分析了I/Q调制器的结构和多载波光源产生的工作原理，搭建了基于I/Q调制器的频率锁定多载波光源产生的实验系统，实验实现了频率间隔为12.5 GHz的15个载波输出。同时仿真分析了影响多载波光源性能的几个参数。结果表明，射频信号的驱动电压，系统中偏振态的变化是影响频率锁定多载波光源产生的主要因素。

优化设计了一种四波混频用低色散高非线性光子晶体光纤，该光纤纤芯缺失一根空气柱，包层沿光纤长度方向排布为压缩六角点阵椭圆空气孔。采用全矢量有限元法, 对其色散和非线性系数进行了数值模拟。结果发现，通过优化调整光纤结构参数，即改变六角点阵压缩比ξ、相对孔间隔f和空气孔椭圆率η, 该光纤从波长1.43 μm到1.80 μm接近370 nm波段范围内总色散介于±2.5 ps/(nm·km)，非线性系数接近150 (W·km)-1。该光纤所呈现的超低平坦色散高非线性效应对四波混频具有重要应用价值。

以光子晶体缺陷模理论和慢光效应为基础，提出了一种基于光子晶体的多通道滤波器结构用于二维光码分多址(2D-OCDMA)系统编解码的方案，并分析其编码性能。根据耦合模理论，通过缺陷谐振腔的滤波作用，用户光信号按地址码序列切割成多个脉冲序列，完成对用户信号的谱域编码。由于光子晶体波导的慢光效应，微米量级编码器结构的时延可以达到纳米量级，达到正确编解码的标准。设计的2D-OCDMA三码片编码器中心波长分别为1545.00,1555.30和1570.60 nm，缺陷间隔时延为0.4 ns。由于透射谱几乎不存在旁瓣，所以解码时信号基本上不会出现干扰，保证了用户发送和接收信号的准确性。

为使无线光通信中准直扩束光学系统控制简单、容易实现，针对体积惯量较小的光学元件，提出一种闭环光路模式下的准直扩束光学系统自动控制装置设计方案。借鉴反馈控制技术，由脉冲激光控制信号实现光路的闭环反馈。并结合单片机和光电检测技术，给出其硬件和软件设计方案。该装置包括单片机控制、步进电机组、光电检测和反馈收发系统等，通过控制协议和各软件功能模块的调用，实现无线光通信中准直扩束系统的自动控制。实验表明，该装置较好地达到激光准直扩束镜头连续变焦的自控功效，具有运行平稳和控制可靠的优点，对研究无线光通信的光路对准具有较高的实际参考价值。

紫外光通信信道码间干扰非常严重，研究最小均方算法（LMS）和常模量算法（CMA）均衡器在紫外通信中的应用。基于通断键控（OOK）调制信号进行研究，计算了信道响应系数向量，然后对算法仿真。仿真表明，紫外信道误码率极高，只适合低速率通信；LMS均衡算法在紫外信道中收敛很慢，滤波器阶数与均衡器输出误码率关系不明显，但是迭代步长存在一个最优的值；同时还得到了两种变步长LMS均衡算法中的参数和均衡器输出误码率的关系。还证明了紫外信道是最小相位系统，可以进行盲均衡，结果指出，只要迭代次数足够，CMA盲均衡器输出误码率与滤波器阶数、迭代步长关系不是很明显。

实验研究了由宽带啁啾光纤布拉格光栅和Sagnac梳状滤波器构成谐振腔的多波长拉曼光纤激光器，分析了在激光器谐振腔内熔接一段积分拉曼增益小的色散位移光纤（引入光波间的四波混频作用）对激光器输出谱的影响。结果表明，同等抽运功率条件下，四波混频的引入起到了光波间的能量传递作用，使具有较平坦功率谱的输出波长从未加入色散位移光纤时的3个增加至6个。

超连续谱的产生是光子晶体光纤的重要应用之一。将脉宽小于1 ns、重复频率约为6.85 kHz、平均输出功率小于100 mW、中心波长约为1064.5 nm的脉冲激光注入一段长度约为15 m，结构参数为：空气孔直径d=2.205 μm,孔间距Λ=3.359 μm，纤芯直径约为4.5 μm，零色散波长λZDW=1016 nm的高非线性光子晶体光纤中，获得了频谱宽度超过1100 nm的超连续谱。该超连续谱也为脉冲激光，其重复频率与抽运脉冲激光相同，单个脉冲宽度由于色散作用有所展宽。除残余抽运光在1064.5 nm处产生一个高峰，在测量频带600~1700 nm内超连续谱的光谱强度非常平坦，变化在10 dB以内，是一个较好的超连续谱白光光源。

采用环形石墨炉加热的改进化学汽相沉积(MCVD)车床制作出了多包层铋镓铝共掺的石英基高浓度掺铒光纤，并对其几何参数和吸收谱进行测试和分析。结果表明，利用多包层结构有效提高了掺铒光纤的模场直径和吸收系数。制作的多包层掺铒光纤在1530 nm波长下的吸收可达84 dB/m；在1550 nm处的模场直径可达11.6 μm；而基底损耗约为1.5 dB/m。利用所研制的掺铒光纤制作了掺铒光纤放大器并对其长度进行了优化，最终得到了长度为1.95 m的C波段掺铒光纤放大器，其小信号增益达到了23 dB。

提出一种基于布喇格光纤光栅（FBG）和啁啾光纤光栅(CFBG)的二维编\解码器。分析了FBG编\解码器在对应波长不匹配时，造成了解码输出的自相关光功率的减弱，进而劣化系统的误码率。实验分析了解码器在不同波长偏差、不同跳频数下光功率的变化。根据CFBG反射宽光谱特性，提出了基于CFBG的解码器，给出了CFBG参数。结果表明，基于CFBG的解码器在一定程度上提高了解码输出功率，降低了对编解码器的波长匹配精度的要求，同时还可以实现色散补偿。

针对光纤通信中检偏模块的校准问题，给出了一种基于向量投影算法的校准矩阵的快速标定方法，并对其标定原理进行了分析。连续（CW）激光器发出的光依次经过可调光衰减器、偏振分析仪和检偏模块光头，光电流进入线性放大电路与高速模数转换器（ADC），最终由数字信号处理器（DSP）采集并输出4路数字电压，并由偏振分析仪输出相应的斯托克斯矢量。给出的算法基于这些数据计算出检偏模块的校准矩阵。实验表明，与现行常用的迭代法相比，向量投影算法具有较高的计算效率，并且得到的校准矩阵也具有较高的精度和很好的稳定性，检偏模块测得的偏振度（DOP）的误差保持在3%以内。

采用码分复用(CDM)和时分复用(TDM)混合复用技术的光纤布拉格光栅(FBG)传感网络能大幅提升系统的复用能力，但结构复杂，动态测试性能较差，工程上不易实现。提出一种新的采用CDM和波分复用(WDM)混合复用技术的FBG传感网络结构，通过对测点直接进行二维码分多址(CDMA)编码，在不影响系统动态测试性能的同时增加了复用能力，且结构简单，便于工程实现。仿真实验表明，该结构可以在10 nm范围内布置49个测点，每个测点的量程可达10 nm。

介绍了一种基于多纵模分布布拉格反射（DBR）光纤激光器拍频解调的有源光纤折射率测量方法。利用拍频解调的原理，通过对激光器相邻纵模间拍频的观测实现了对掺铒光纤折射率的测量，该方法具有实验装置易于实现、同传统的波长解调方式相比有解调成本低等优点。对这种新型的有源光纤折射率测量方法进行了理论分析与实验论证，通过利用等强度梁对激光器的谐振腔施加轴向应变，实验测量了不同应变下的掺铒光纤折射率。实验结果表明，掺铒光纤折射率随应变的增加线性减小，其拟合度达到了0.9971，光纤折射率的应变系数约为-6.3086×10-7 (με)-1，其测量结果与国内外的前期相关研究结果基本一致。

提出一种新式的角向分布狭缝，并分别从理论和实验上研究了涡旋光束通过这种角向分布狭缝后的干涉特性。实验方法即为从CCD上观察涡旋光束通过角向分布狭缝的干涉图样。理论上从涡旋光束传输的远场光强表达式得到了干涉图形，并分析了狭缝的缝数N和涡旋光束的拓扑电荷数对干涉图形的影响。然后通过实验结果对理论图形进行了验证。研究结果表明，涡旋光束经过角向分布狭缝后的干涉图形将随着狭缝数目N以及涡旋光束的拓扑电荷数l的改变而变化。这是由于涡旋光束的相位是变化的这一特性引起。这一现象有望测量涡旋光束的拓扑电荷数。

基于耦合模和材料力学理论，研究了四芯光纤布拉格(Bragg)光栅(FBG)的横向力传感特性与横向力大小、方向及光纤包层外径之间的关系。在横向力作用下，4个纤芯的布拉格光栅的反射谱分裂成两个波峰，谐振波长及两峰间隔均与横向力大小成正比，却随着横向力加载角度的增大而减小；处于两个相垂直的径向上的光纤光栅的波峰分裂比值与横向力大小无关，只与横向力加载方向有关。在保证光纤归一化频率不变的前提下，谐振波长与波峰分裂均随光纤外径的减小而增加，但增加的程度会随横向力加载角度而变化。

色散是光子晶体光纤最为重要的特征参量之一。在分析当前各数值计算方法特点的基础上，将最简单的经验公式法和基于多级法的光学系统超高节免设备(CUDOS)仿真软件结合起来，对全内反射型光子晶体光纤的色散特性进行了数值计算，分析了孔径d、孔间距Λ以及d/Λ对色散的影响，得到了一些对于光子晶体光纤的设计具有一定的指导意义的结论。同时，利用之前搭建的基于超连续谱白光干涉仪的超宽波段、高精度色散测量系统，对孔径d=2.17 μm、孔间距Λ=3.47 μm的全内反射型光子晶体光纤的色散系数进行了测量。实验结果与数值计算的结果基本吻合，零色散点基本一致，理论值和实验值分别为1.018 μm和0.973 μm，较好地验证了数值计算方法和色散测量系统的有效性。

随着集成光路和全光网络技术的发展，基于环形光谐振器结构的半导体环形激光器日益受到人们的关注，成为近年来集成光学领域的研究热点之一。设计制备了一种双直波导耦合输出半导体环形激光器,并进行了相应测试。该器件环形谐振腔波导宽度3.4 μm，环形腔半径349 μm，直波导与环形腔耦合间距1.0 μm，其阈值电流为36 mA，自由光谱范围(FSR)为0.33 nm，61 mA下激射光谱的中心波长为1566.66 nm，用光纤对准直波导口，测得直波导耦合光功率输出达到40 μW。通过该器件的光功率电流特性曲线，明显观测到了半导体环形激光器的双向工作、单向双稳态工作及交替振荡工作状态，并分析了在单向双稳态工作时，激射方向和非激射方向的光谱特性。

报道了一种单片集成的1550 nm的四镜三腔谐振腔增强型(RCF)半导体光探测器。通过多腔的设计解决了传统RCE光探测器量子效率、高速响应和光谱响应线宽之间的相互制约问题；利用InP/GaAs低温缓冲层技术解决了大失配异质外延生长的问题，器件可以同时获得高速、高量子效率和窄的光谱响应线宽。制备的器件响应波长为1550 nm，峰值量子效率接近70%，其光谱线宽为0.5 nm，3 dB响应带宽大于8 GHz。

通过对微电子器件可靠性检测现状和电子散斑技术（ESPI）的研究，提出根据半导体器件离面位移变化情况预测其寿命。建立了一套电子散斑测量系统，温控系统为试件提供加速温度应力并控温，同时测量试件封装离面位移的变化规律，根据离面位移数据提取失效激活能,并结合寿命预测模型外推不同温度环境下的工作寿命。对样品S8550进行了100 ℃~190 ℃的序进应力加速实验，得到了各温度点的离面位移数据，并根据离面位移的变化规律快速地提取出了失效激活能，推算了工作环境温度为50 ℃和100 ℃时该试件的可靠寿命。实验数据与相关资料吻合，验证了该方法的可行性。

采用离子交换工艺，对多模波导的制作和应用进行了探索。工艺过程一次交换采用银钠离子交换，二次交换采用无源的电场辅助交换。首先通过控制银离子浓度和交换过程的温度与时间成功制作了宽度和深度可控的条波导。然后在此基础上采用3D-BPM的方法进行模拟并设计了Y分叉型和多模干涉型的1×2功分器以验证波导的制作工艺的可行性。经过1550 nm通光损耗测试，条波导损耗小于0.28 dB/cm，功分器插入损耗达到3.6 dB，均匀性达到0.21 dB。分析表明，这种光波导制备技术参数可控，且重复性好，可用于低损耗光功分器件的制作。

在保持正六角晶格不变的条件下，通过改变纤芯附近多个圆形微孔的直径大小，在多孔光纤截面中引入三种非对称结构, 利用正负双折射相互补偿来调控并扩大双折射率随波长变化的线性区间。采用全矢量波束传播法并考虑熔融石英的材料色散，计算分析了不同结构参数对偏振拍长色散曲线的影响。考虑到工艺制作的可行性, 通过优化结构参数，在同时覆盖1310 nm和1550 nm波长窗口的超宽带范围内获得了偏振拍长约为9 cm的平坦色散曲线，在1250~1650 nm波长范围内，拍长相对变化率小于0.15%；在1000~1900 nm波长范围内，相对变化率小于0.85%。这种光纤适合制作宽带光纤波片，用于光纤传感器中提高系统的稳定性和可靠性。

将光纤布拉格光栅(FBG)传感器埋入金属结构内部可以获得光纤智能金属结构。埋入后的FBG传感器应变传感性能受到埋入工艺、中间层和基体材料性能的影响。采用化学镀镍再电镀镍的方法对FBG进行金属化保护，然后用钎焊法将镀镍保护的FBG埋入金属构件中，应用材料力学基本原理建立了埋入式FBG在受到横向应力情况下，中心波长变化与作用在基体上集中外力的关系模型，并进行了三点压弯实验。结果表明，该模型能较好地预测埋入式FBG中心波长在横向应力作用下的变化趋势。

设计了一种基于表面等离子体（SP）效应的新型气体传感器及传感系统，该传感器由介质隔层金属光栅（MGS）构成，在气体折射率1.000~1.001的变化范围内，传感器平均折射率检测灵敏度高达3050 nm/RIU，是普通金属光栅型SP气体传感器的两倍多，而共振峰反射率和共振峰半峰全宽（FWHM）值分别为0.25%和4.2 nm。具有高灵敏度、高分辨率、使用安全、便于集成、可实现远程检测的特点，在气体折射率的检测中有重要的应用价值。

通过将一根单模双芯光纤熔接在两根单模光纤之间，实验制得全光纤马赫曾德尔干涉仪型梳状滤波器。用干涉原理分别分析了该器件的传输谱相邻峰值的波长间隔与波长、双芯光纤的长度和两纤芯间的有效折射率差的关系。某固定波长处，相邻峰值的波长间隔与该波长的平方成正比，与双芯光纤的长度和两纤芯间的有效折射率差的乘积成反比。实验测试并分析了所制梳状滤波器的插入损耗、传输谱平坦度和消光比等特性。通过对该器件的单模光纤与双芯光纤熔接处进行拉锥处理，可以有效降低所制器件的插入损耗，实验制得插入损耗约为7 dB的梳状滤波器。传输谱最大峰值功率差可小至约1.59 dB，消光比可达约13 dB。该器件制作简单，结构紧凑，与光纤系统具有良好的匹配性。

全光采样实验中选用飞秒光纤激光器作为采样脉冲源, 用性能稳定的976 nm激光器作为抽运光源，利用非线性偏振旋转效应等效可饱和吸收体作为锁模器件，通过调节全光纤在线偏振控制器实现了自由运转被动锁模的掺铒环形腔飞秒光纤激光器，在抽运功率为176 mW时，激光器输出脉冲的重复频率为29.69 MHz，光谱谱宽16.8 nm,输出脉冲的平均功率可达8.1 mW。该激光器简单稳定, 其全光纤环形腔结构更有利于小型化，方便使用。

从损耗角度分析了影响非线性光纤器件性能的因素。讨论了插入损耗、回波损耗和固有损耗随入射光功率的变化规律。当在高功率情况下，受激布里渊散射(SBS)会导致非线性光纤的插入损耗随注入光功率线性增加，其斜率与SBS转换效率有关。比较了高非线性光纤缠绕在不同半径线盘时损耗的变化，以及它对SBS阈值和四波混频转换效率的影响。研究表明，高非线性光纤采用直径为7 cm的线盘缠绕时基本上不会影响非线性光纤器件的性能，这为设计沿光纤轴向提供磁场的螺绕环装置提供了重要参考，对下一步开展非线性磁光光纤特性的研究也有指导意义。

为实现多参量同时传感测量并消除交叉敏感，提出一种新型的基于两个不同周期的级联长周期光纤光栅的多参量传感测量方案。通过对不同周期的长周期光纤光栅传感特性的研究，发现具有不同周期的、且谐振峰位于不同波段的长周期光纤光栅对相同外参量的变化具有明显的敏感差异，基于此特性可设计多参量传感器。实验中通过控制写制参数和写制周期，利用CO2激光器成功写制出具有该特性的级联长周期光纤光栅，并实验研究了该级联长周期光纤光栅的温度和折射率传感特性，实验结果显示该级联光栅中两个不同谐振峰分别对温度和折射率具有不同的响应灵敏度,可以很好地实现双参量传感测量。

报道了用8字型腔光纤结构实现的自调Q多波长锁模光纤激光器的实验研究。获得了腔长为106.5 m、重复频率为1.79 MHz、最短脉冲宽度为1.6 ns的连续锁模。自调Q脉冲的重复频率和抽运功率及偏振控制器的方向有关。对系统略做调整，还可得到中心波长为1612 nm、波长间隔为3.3±0.2 nm的多波长激光振荡，调节偏振控制器的方向，可以获得单波长、双波长和三波长的激光输出。

报道了一种LD端面抽运Nd:YAG陶瓷，以GaAs作为饱和吸收器件的全固态被动调Q激光器。当抽运功率为23.3 W时，最大平均输出功率为2.06 W，相应的光光转换效率为8.8%，斜效率为9.9%，最高重复频率、最大单脉冲能量、最短脉冲宽度和最大峰值功率分别为49.5 kHz，41.6 μJ，17 ns和2.44 kW。

介绍了聚合物分散液晶的形成过程和电光特性。用全息法制备了聚合物分散液晶光栅(H-PDLCG)，并设计了相应的控制电源系统，在此基础上制作并研究了单通道和双通道基于聚合物分散液晶光栅的电控光斩波器。实验结果表明，基于聚合物分散液晶光栅的电控光斩波器具有响应速度快、无运动部件、易于操作和集成等特点，其通过控制界面改变调制频率和占空比的特点更是传统机械斩波器所不具备的。该器件在调频光学系统中有着良好的应用前景。

神经目标自动分割是神经树脊检测、识别和重建的核心技术之一。提出了一种新颖的三维荧光共焦图像神经目标的水平集分割方法。第一步，采取各向异性曲率流平滑和增强图像, 然后生成水平集速度图像。第二步，通过计算局部等值面曲率的极大值自动生成神经目标的种子点，该种子点对应于局部的脊点或者谷点。第三步，快速行进算法计算初始水平集形状图像。最后，利用初始水平集速度图像作为输入，利用基于形状的水平集算法自动分割神经目标。该方法通过采取对应于局部的脊点或者谷点种子点生成定为目标位置，加速了水平集演化算法的计算时间。双光子或荧光激光图像中神经目标分割实验证明了算法的有效性。

介绍了共焦扫描显微成像技术的基本原理，基于CO2抽运连续太赫兹(THz)激光器SIFIR-50搭建了透射型连续THz共焦扫描成像系统，对THz共焦扫描成像技术进行了初步的实验研究。实验结果表明将共焦扫描显微成像技术与THz成像技术相结合，能够有效提高THz成像系统的横向分辨特性，显示了THz共焦扫描成像技术具有广阔的应用及发展前景。

生物光学显微镜对生物细胞(组织)厚样本成像时，由于受衍射和散焦成份的共同影响，成像分辨率明显下降。数字共焦显微技术通过三维图像复原方法可以提高图像分辨率。提出了分辨率劣化比和分辨率改善比的指标，并设计了一个包含相互间不同横向和轴向间距的光点和线条的仿真厚样本，采用半峰全宽(FWHM)，对仿真的生物光学显微镜薄样本衍射成像、叠加散焦成份的厚样本成像和数字共焦显微技术复原图像的分辨率进行测定和评价。研究结果表明，数字共焦显微技术具有很高的分辨率改善比，可以有效地恢复厚样本横向和轴向分辨率。

具有高度均匀的光墙的三维暗斑对于诸如三维暗斑显微和三维暗斑俘获等方面的应用具有很强的研究价值。提出了一种产生在各个方向被光均匀包围的三维暗斑的新方法。在该方法中，一束双环形状的径向偏振光和一束单环形状的角向偏振光被非相干地叠加到一起形成复合光束。当两个光束具有适当的强度比时，复合光束聚焦后可以产生一个被均匀光墙包围的三维暗斑。和单一一束双环形状的径向偏振光聚焦的结果相比，聚焦复合光束所产生的三维暗斑的光墙的均匀度可以被提高2倍以上。

通过四阶Runge-Kutta算法求解荧光介质的速率方程，详细分析了受激辐射耗尽(STED)显微镜的激发过程和耗尽过程中的荧光态分子数密度转移过程，得到了高斯时间脉冲激发光将基态荧光分子抽运到荧光态所用的时间与激发光强度的关系，得到了高斯时间脉冲耗尽光将荧光态分子经过受激辐射跃迁到基态所用时间与STED光强的关系，模拟了一个激发周期内的激发和耗尽过程，得到了STED显微镜激发光和耗尽光之间的最佳延迟时间，此模拟结果对实验装置参数设置有指导作用。

针对传统载频测量技术越来越不能满足日益复杂的电磁波环境的特点，设计了声光测频系统。主要对该系统中的光信号处理系统进行研究。依据声光衍射理论，对声光偏转器处理频率信号的机理进行了描述，分析了声光偏转器的空间滤波特性，得知在不同频率信号的作用下，声光介质内将会有不同光栅常数的体光栅建立，体光栅会产生不同的作用效果，可以在一定程度上降低噪声对系统的影响。搭建实验系统，从改善系统信噪比、提高信号分辨率和增强对瞬变信号的处理能力等方面进行实验测试。实验证明，系统具有实时性好、截获率高、带宽大、精度高和能同时处理多个信号等特点，能够很好地实现对多个同时到达信号的瞬时频率的测量，充分体现了声光偏转系统的优势。

异源图像匹配是视觉导航、多源图像融合分析的关键步骤之一，常用的匹配方法是分别从两幅图像中提取特征，再对特征进行匹配。但是对于成像机理差别较大的异源图像，如合成孔径雷达(SAR)图像和可见光图像，很难提取到同名特征。提出一种基于边缘支持度的异源图像匹配方法，只需要从一幅图像中提取边缘特征，在变换空间中寻找另一幅图像对该特征的最大支持度。支持度的计算采用了标准化方向梯度强度和的形式。采用遗传算法对支持度函数解空间进行全局优化搜索来获取匹配解。实验结果表明，该方法能有效实现SAR图像和可见光图像的匹配。

针对实时数字图像拼接系统对拼接图像进行客观质量评价的需要，考虑到采用传统客观评价方法存在与人眼主观评价结果不相符的缺陷，提出了一种基于视觉信息保真度(VIF)的图像拼接质量客观评价方法。首先，在假设图像源符合高斯尺度混合(GSM)模型的前提下，将图像拼接算法作为图像信号失真通道，而且考虑人眼视觉内部神经元噪声特性，建立了基于VIF的数字图像拼接质量客观评价模型，推导得到了一种拼接图像质量评价指标(MVIF)；然后，详细介绍了MVIF评价算法的参数估计方法；最后，采用多组拼接图像进行了仿真对比实验对MVIF评价算法的性能进行了验证。实验结果表明，与现有方法相比，该方法能够对拼接图像质量进行正确评价，其客观评价结果与主观评价结果更加一致。

提出了适合光学遥感图像的快速去模糊变分模型。模型通过引入辅助二次变量代理项，将非线性变分去模糊问题解耦并转化为去模糊和去噪交替最小化过程，进而提出了一个傅里叶域线性化去模糊滤波与子空间投影正则化去噪的交错迭代快速算法。最后通过典型的去大气湍流高斯模糊和光学系统散焦模糊数值实验，证明了该算法的改进信噪比比梯度最速下降法（GD）提高约2 dB，而且算法速度提高一个数量级。

在基于小波变换的图像去噪中，广义交叉验证算法利用统计方式能够获得对小波去噪阈值的最优估计，因此得到广泛应用。但是广义交叉验证具有较高计算复杂度，对图幅较大的高空间分辨率遥感图像，计算去噪阈值所消耗的时间较长。提出一种基于感兴趣区与快速广义交叉验证的高分辨率遥感图像去噪算法。新算法利用形状自适应整数小波变换来提取图像感兴趣区，通过快速广义交叉验证计算高分辨率遥感图像感兴趣区域的小波去噪阈值，最后利用软阈值算法完成感兴趣区去噪。实验表明，新算法不仅能够实现遥感图像感兴趣区域的优先去噪，而且有效降低了广义交叉验证的计算复杂度，对今后的高空间分辨率遥感图像去噪具有一定价值。

利用近红外光谱（NIRs）技术和米氏(Mie)理论对生物组织射频毁损散射特性进行了研究。首先通过近红外光谱技术对不同参数射频毁损术中大鼠进行实时监测，探索生物组织的约化散射系数(RSC)s与其热凝固程度的关系。然后利用米氏理论分析热凝固前后生物组织在形态方面的变化，探索热凝固导致生物组织光学参数改变的基本机理。生物组织的约化散射系数与生物组织的热凝固程度有着密切的关系，可以通过生物组织的约化散射系数反应生物组织的热凝固程度；生物组织热凝固后约化散射系数增大，平均等效散射颗粒半径减小，颗粒体密度增大，各向异性因子减小。

利用错切变形(shear-warp)算法对离体牙的光学相干层析图像进行三维重建，实现牙齿三维组织结构的可视化，便于医生对病变进行定位，为早期的龋齿诊断提供依据。介绍了shear-warp算法的原理、用于龋齿检测的全光纤光学相干层析成像系统，以及使用该系统扫描得到97幅离体牙牙冠的二维层析图并重建获得三维结构图。

光反射干涉检测技术因其具有非标记、可实时检测等优点，近年来被广泛应用于生物分子相互作用检测、食品安全以及药物筛选等领域。蛋白质芯片能够在一次实验中对微量样本中的多种目的蛋白质同时进行检测，具有潜在的临床应用价值。设计并搭建完成了基于光反射干涉成像的高通量、非标记检测平台，可检测由基质上生物分子结合引起的光相位的改变，实现纳米水平的厚度变化测量。利用该系统，对人IgG和山羊抗人IgG的结合进行了高通量、非标记检测，检测结果具有良好的特异性，二氧化硅膜厚度优化后的蛋白芯片具有较高的信号对比度。在此基础上，又引入了免疫微珠对芯片表面结合抗体的信号进行放大。实验结果表明该方法有效地增强了信号强度，所得到结果具有更好特异性和更高的灵敏度。

由于光纤传输脉冲钬激光在液体环境条件下消融生物组织时首先在光纤端面产生空化效应，因此液体动力学效应直接决定激光消融生物组织的作用机理。采用自由运转钬激光[脉冲半峰全宽(FWHM)300 μs，波长2.12 μm]在水中和在空气中消融一水草酸钙和尿酸结石，消融后的凹坑表面形貌利用光学弱相干显微成像(OCM)系统进行精确量化，从而实现对凹坑的表面直径、高度和体积的精确测量。实验结果表明，相同能量的多个脉冲作用时，消融后的凹坑表面形貌差异较大，在液体中作用比在空气中作用具有更高的消融效率，液体在激光与物质相互作用进程中起着促进作用。

为了提高数字图像设备的色度特征化精度，提出了基于高斯函数的加权自适应多项式模型。对任一目标样本以自适应方式选取距其最近的几个训练样本，设计相应高斯函数作为权重对各个训练样本的贡献率加以调制，通过最小二乘法获得目标样本对应的多项式系数。设计相应实验分别用该模型、普通多项式模型和基于距离反比函数的加权多项式模型实现了数码相机的色度特征化。实验结果表明，在所有训练样本和检验样本组合情况下，提出的基于高斯函数的加权自适应多项式模型均取得了最高的颜色预测精度。

为了研究人眼视觉系统的空间特性，采用交叉阶梯法在阴极射线管（CRT）显示器上对正弦条纹的亮度及彩色对比灵敏度函数进行测量。基于CIELAB空间，采用色差ΔE*ab和平均亮度L*之比定义对比度，从而能够在统一量度下对亮度及彩色对比灵敏度函数进行比较。测量了10°,6°和2.44°三个不同视场下，0.4~23.4 cycle /(°)的空间频率范围内，人眼对平均颜色为中性灰（L*=76，a*=b*=0）的正弦条纹的亮度及彩色对比灵敏度函数。采用不同的指数模型拟合测试数据，发现亮度对比灵敏度函数的峰值灵敏度和不同颜色方向上彩色对比灵敏度函数曲线的相交点均随视场大小而变化，并得到反映人眼在不同视场下不同空间频率上对亮度和彩色对比度感知差异的比例曲线。

提出了一种应用于体全息景象匹配系统中的多样本并行估计方法，该方法充分利用了遥感图像的平稳随机性和体全息的高速多通道并行性，可有效提高景象匹配的精度。分析了多样本并行估计方法的理论基础，研究了该方法所包括的图像预处理，模板图像制备以及估计方程建立等步骤，同时也研究了多样本并行估计过程对各步骤的要求。实验结果表明多样本并行估计方法可以有效提高景象匹配的精度，同时识别精度也会随着样本数的增加而提高。

受衍射效应的限制，聚焦红外光斑的尺寸往往大于焦平面阵列像素尺寸，串音测量遇到了极大困难。介绍了红外焦平面阵列串音测量装置。研究了红外光斑尺寸的估算方法，在此基础上提出了“光点偏移”测量串音的新方法。最后还给出了一种确定偏移量的方法。选定焦平面阵列的某一像素，让聚焦小光点沿行(或列)的方向扫过该像素的中心，记录扫描过程中像素的响应输出信号及对应的光点位置坐标，估算出光斑尺寸。将聚焦小光点对准某像素的中心，向左作适当的偏移，即可测量光照像素对右侧相邻像素的串音。做类似偏移可测出对其它相邻像素的串音。“光点偏移法”可较好地解决焦平面阵列像素尺寸小于光斑尺寸时的串音测量难题，其关键是选择合适的偏移量。

利用共焦显微技术和空间扫描方法对碳酸盐储层流体包裹体进行了拉曼光谱研究。在实验过程中，以流体包裹体为中心进行了横向X-Y扫描和纵向Z扫描（光学层析）拉曼光谱测量，样品温度分别为：20 ℃，-40 ℃，-80 ℃和-170 ℃。当流体包裹体尺寸相对比较小或深藏在样品内部时，它们的拉曼光谱信号常被其它特别是来自主矿物的干扰信号所淹没。为改善包裹体拉曼光谱的信噪比，对于流体包裹体的拉曼光谱测量作为一个三维成像问题来处理，从理论分析和实验测量两方面全面分析了共焦拉曼显微镜物镜的数值孔径(NA)、填充因子和像差以及共焦孔径等参数各自对空间横向分辨率和纵向分辨率的影响。

瘦素（Leptin）通过作用于长型受体（OB-Rb）调控乳腺的发育和泌乳。为阐明小鼠乳腺发育循环过程中瘦素和OB-Rb的表达含量和表达部位的变化，采用间接免疫荧光和激光共聚焦显微技术对青春期、妊娠期、泌乳期和退化期的小鼠乳腺中瘦素和OB-Rb的表达含量和表达部位进行检测。结果表明：乳腺脂肪垫、导管上皮细胞和腺泡上皮细胞中均可检测到瘦素的表达，导管上皮细胞和腺泡上皮细胞的基底侧可以检测到OB-Rb的表达。乳腺中瘦素和OB-Rb的表达变化趋势一致，在青春期最高，妊娠期下降，泌乳期维持低水平，退化期重新上调，恢复到青春期水平。相关性分析显示瘦素和OB-Rb的表达呈显著正相关( r=0.941, P≤0.01)。

生活污水处理系统在温度较低情况下对污水的处理效果较差。针对这一问题，在实验室自行培育了四株耐冷菌，利用生物共聚焦荧光层析光谱技术测定了耐冷菌的生物活性，并用扫描电镜研究了耐冷菌的生物形态。结果表明四株耐冷菌均属杆菌，有较强的环境适应能力，且生物活性较高。生物荧光层析光谱结果表明在环境温度低于15 ℃时，耐冷菌的生物活性高于中温菌的生物活性，此时的中温菌已经不能很好地发挥其降解功效，为了减少温度降低对污水降解率下降的影响，环境温度低于15 ℃时，在污水中加入耐冷菌非常必要。实验测试了几种菌对污染物的降解作用，结果表明15 ℃时在污水中加入耐冷菌混合菌，污水的总磷去除率提高了80%；总氮去除率提高了53.5%。

对全眼时间频率下的对比敏感度(CSF)和人眼波前像差分别进行了测量，利用两者关联计算获得了人眼在时间频率下的神经对比敏感度(NCSF)曲线。测量结果表明，NCSF随着时间频率的增高曲线整体降低，对4只被试眼，在所选取的低时间频率到高时间频率(其中两只眼的测量时间频率为1~30 cycle/s另两只眼为1~24 cycle/s)范围内，NCSF降低的相对值分别约为90%，87%，60%和68%。与时间频率下的CSF相比较，各时间频率下的NCSF值在中低空间频率范围内[2~10 cycle/(°)]变化相对平缓，在高频[大于10 cycle/(°)]略有衰减。被试4只眼的NCSF曲线在相同的时间频率下取值近似，表明不同人眼(无视神经疾病)的视觉神经系统对于时间频率的响应特性相似。

高功率被动调Q脉冲YAG板条激光器出光过程中的诸多腔内相位扰动因素，均会直接影响到激光输出功率和光束质量。采用哈特曼-夏克(H-S)波前传感原理和模式法波前重构对侧面抽运脉冲板条激光器输出倍频光束特性进行实验测试与分析，得到了波前像差分布及对应的峰谷值(PV)和均方根值(RMS)、波前畸变包含的各阶泽尼克像差系数。进一步计算得到了环围能量曲线和点扩散函数分布等。从而可全面了解输出光束质量和动态波前像差特性。分析表明输出倍频光的波前泽尼克像差主要集中在前10 阶，由于晶体热效应及腔内相位扰动因素影响，光束中较显著的波前像差系数有离焦A3、低阶像散A5、慧差A6和球差A10等。

红外高光谱的应用对于微型集成滤光片的需求越来越明显。通过改变间隔层的光学厚度，保持基本膜系不变，在1.9～2.4 μm 的红外光谱范围内设计了32通道的集成滤光片。间隔层的改变可以采取刻蚀或镀膜的方法来实现。考虑到制作工艺中存在的误差，利用光学薄膜设计软件对误差和可行性进行了分析。各个光谱通道的半峰全宽在5~8 nm，光谱交叠多在15%以下。在现有工艺条件下，采取刻蚀法或镀膜法均能实现红外集成滤光片的制作。

采用Bulk模式，在Monin-Obukhov相似理论的基础上，利用南海及东海近海面常规气象要素，对中国海域近海面大气湍流的时空分布特征进行分析。编制了应用程序对输入的南海及东海(北纬10°~33°，东经110°~130°)常规气象要素进行分析(常规气象要素包括海水温度、大气温度、大气湿度、平均风速和大气压力)。从气象要素平均场出发，先估算出中国近海面大气湍流的整体图像；然后，对所测量的常规气象要素依据区域的不同(分为南海和东海)进行月度气海温差统计，得出南海及东海各12组近海面二维空间上(经度和纬度)各观测点的气海温差起伏数据，对比这两组数据，分析了在气海温差起伏为指标的中国海域近海面大气湍流季节变化规律；同时，对整个研究区域分别在气海温差方差最大值及最小值所对应的月份进行大气湍流强度的空间起伏特性分析，并刻画滨海环境和公海环境大气湍流的异同，给出中国海域近海面大气湍流强度的空间变化规律。

谐振腔内的光束纵向分布容易随着晶体的热透镜焦距的变化而改变，所以目前采用LD侧面抽运的固体激光器通常只能在特定抽运功率下才能实现基模输出。研究了用腔内带热透镜的谐振腔模型，结合基横模运转的产生条件，通过计算基模在晶体处光斑与热透镜焦距的关系，设计了能够实现动态基横模运转的谐振腔型。在重复频率为10 kHz的调Q运转下，得到平均功率从阈值到17.7 W的动态基横模输出，且M2x=1.29,M2y=1.20，脉冲宽度为200 ns，峰值功率为7.65 kW。

以Cr:YAG兼作可饱和吸收体和耦合输出镜，实现了激光二极管(LD)端面抽运Nd:LuVO4晶体的微片式被动调Q激光。当抽运功率为13.86 W时，最大平均输出功率为0.508 W，相应的光光转换效率为3.6%，斜率效率为8.3%，最高重复频率、最大单脉冲能量和最短脉冲宽度分别为23.95 kHz，21.21 μJ,4.5 ns，对应的峰值功率为4.71 kW。

针对空中运动目标雷达截面积小、速度快的特点以及雷达、红外等常规目标探测手段探测效果差、探测效率低的现状，提出了一种基于激光雷达探测风场扰动来获取空中运动目标信息的算法，给出了基于风场扰动的运动目标信息获取的基本原理和主要流程。基于接收大气反射的激光回波信号，通过径向和水平风速反演算法获得扫描区域内的风场分布；滤除背景风场影响获得扰动风场分布，并结合运动目标信息获取算法完成目标的位置、属性等信息获取。实验表明，基于该算法获取目标位于径向距离800 m，仰角82°处的结论与实际情况基本吻合，从而验证了该新型目标探测手段切实可行，为未来空中运动目标的高效探测发现提供了一种崭新的途径。

利用超高真空制备技术，对以蓝宝石为衬底、AlN为缓冲层的MOCVD外延P-GaN样品进行了光电阴极制备，并利用紫外光谱响应测试仪，对所制备的基于负电子亲和势（NEA） GaN光电阴极在反射式和透射式两种工作模式下的量子效率特性进行了测试与对比分析。实验结果显示，在反射模式下，样品在240 nm处具有高达50%的量子效率，而在透射模式下量子效率最高只有15%，量子效率曲线拟合表明该样品的后界面复合速率为104 cm/s。通过分析发现，造成两种工作模式下量子效率相差较大的主要影响因素是后界面复合速率和GaN外延材料厚度。

利用激光雷达米氏(Mie)散射回波信号与转动拉曼(Raman)回波信号的差值，结合已知的大气分子消光系数，构造纯气溶胶回波用以反演气溶胶消光系数。假设气溶胶消光后向散射比在相邻高度上相近，即微分为零，根据纯气溶胶回波信号公式推导出反演大气气溶胶消光系数的积分公式。该方法利用转动Raman散射信号与气溶胶后向散射无关的特性去除Mie散射信号中大气分子后向散射部分，降低了大气分子数密度波动对反演结果的影响，用积分反演提高了结果的稳定性。最后用自行研制的转动拉曼米氏(Raman-Mie)散射激光雷达(RRML)回波信号对该方法进行验证，结果表明该方法能有效地反演气溶胶消光系数廓线。