我国下一代静止气象卫星风云四号将首次搭载光学闪电成像仪上天，对闪电和与之相联系的强对流天气进行实时、连续观测。对未来风云四号卫星闪电观测资料的特性进行预先研究，一个重要的途径就是建立光学波段的闪电辐射传输模拟算法，对闪电辐射的物理过程及卫星观测到的闪电辐射光学特征进行模拟研究。结合风云四号卫星闪电成像仪观测的几何和波长参数，在构建简化的闪电光源模型和雷暴云模型的基础上，利用蒙特卡罗随机模拟和光子追踪方法，模拟得到了风云四号卫星闪电成像仪观测到的云顶闪电信号，并对其辐射特征进行了初步研究。结果表明，基于蒙特卡罗方法的闪电辐射传输模拟，可以从理论上揭示卫星光学波段闪电辐射观测与最重要影响参数之间的联系，这将为未来星载闪电资料的应用提供非常有价值的信息。

基于辐射传输模型模拟得到叶绿素和悬浮颗粒物在不同垂直分布条件下的遥感反射率数据集，利用该数据集对现有叶绿素、悬浮颗粒物浓度和固有光学量模型进行检验，研究了垂直分布对遥感反演算法反演精度的影响。结果表明：在悬浮颗粒物垂直分布、叶绿素及其垂直分布的影响下，悬浮颗粒物波段比值模型高估的悬浮颗粒物浓度要大于单波段模型；叶绿素波段比值模型和三波段模型能够较好地降低由叶绿素垂直分布、悬浮颗粒物及其垂直分布引起的叶绿素浓度高估的程度。悬浮颗粒物和叶绿素及其垂直分布对固有光学量反演具有双重效应，悬浮颗粒物垂直分布将使得吸收系数和后向散射系数被高估，而叶绿素垂直分布将使得吸收系数和后向散射系数被低估。在悬浮颗粒物和叶绿素共同作用下，固有光学反演结果具有较大的不确定性。

CO2作为温室气体主要成分对全球气候有重要的影响。现有的被动观测设备都只能获得单点上空的CO2浓度值，而差分吸收激光雷达在探测CO2方面具有巨大优势，可以获得较高的时空分辨率。然而，在利用差分吸收激光雷达探测CO2浓度时，其中的压力增宽有不可忽视的重要影响。基于此着重对压力增宽进行分析，提出新的修正算法，新方法同经典算法相比较，减小了反演过程中的误差。实验中分别对一例仿真信号和实测信号进行反演，最终获得了CO2浓度垂直廓线分布较为理想的结果，验证了新修正算法的可行性。

通过在黄海北部某海域进行的海上大气光学湍流观测实验，对比分析了不同大气稳定度环境下四种大气光学湍流C2n计算模型的性能。针对中性和近中性环境下模型误差大的问题，基于温度折射率结构参数fT与稳定度的对应关系，利用实测数据和函数拟合，提出了一个新的fT函数形式。误差分析表明采用新的fT参数方案明显提高了C2n模型的计算精度，其性能大大高于其他几种计算模型。

无透镜鬼衍射是一种特殊的非局域关联成像技术，通过对包含物体信息的测试光路和不含物体信息的参考光路的光场强度涨落关联进行测量，在参考光路上可得到物体的衍射图样。利用赝热光源实验研究了探测器尺寸大小和光路散焦长度对无透镜鬼衍射质量的影响。实验以四缝物体为例，定量研究了探测器大小和散焦是如何改变无透镜鬼衍射的成像结果，并和理论模拟进行了比较，获得了比较一致的结果。利用图像相关度定量分析了实验结果与理想无透镜鬼衍射图像的差别，发现这两者都会使无透镜鬼衍射的质量变差。

光栅刻线误差与基底面型误差影响平面光栅衍射波前、分辨本领、鬼线、卫线及杂散光等光谱性能，研究光栅性能指标与光栅刻线误差及基底加工误差之间的因果关系，对提高光栅质量极为重要。根据光栅衍射中产生的源于刻线误差与面型误差的光程差，推导出了在光栅锥面衍射情况下的光栅刻线误差、基底面型误差、入射角θ、衍射级次m与衍射波前关系的数学表达式，得到构建非理想光栅衍射波前的理论模型。以理论模型为依据，采用干涉仪测量光栅对称级次衍射波前，实现在测量结果中对光栅刻线误差与基底面型误差的分离，并基于二维快速傅里叶变换分析光栅衍射波前，考察了刻线误差与面型误差对光栅性能指标的影响。借助此方法通过重构的光栅衍射波前，分析光栅分辨本领、鬼线等光谱性能，还可以反演光栅全表面刻线误差与面型误差的大小，为光栅基底加工、光栅制造和使用技术提供理论依据。

空间分集接收可补偿信道衰落，提出了一种基于幅相联合激励法的连续多阈值神经元反馈神经网络(RNNCMVN)的光基带信号直接盲检测方法。针对多进制相移键控(MPSK)信号的特点，设计了两种连续相位多阈值激励函数形式，并简要讨论了该两类激励函数参数的选择；分别推演基于幅相联合激励法的RNNCMVN光基带信号盲检测方法工作于同步和异步两种模式下的新能量函数及其相关证明。同时针对正交调幅(QAM)信号的特点，分别设计出连续振幅和相位多阈值激励函数形式，最后通过仿真验证了该方法的有效性。

平面背景流量的强度是光突发交换网络中的一个重要参数。该参数直接影响网络的性能并约束网络边缘节点的组装算法。指出了在配置波长转换器的情况下，核心节点控制平面的服务速率是与背景流量密切相关的随机变量而不是确定性变量。构建了M/D/1和一种特殊的M/G/1排队模型分别描述不同配置的核心节点的行为，并以剩余偏置时间为观测变量，构建了核心节点的背景流量估计模型。仿真和数值分析表明，该模型能够实时反映出核心节点控制平面的背景流量强度。

采用二维正方排列的光子晶体，根据微腔缺陷模和波导模共振耦合原理，设计了一种新型的多信道下载滤波器，该滤波器通过主波导、90°弯波导和共振微腔的组合，提高了各个信道下载波导的下载效率。利用二维时域有限差分法模拟了滤波器的传输特性，并理论分析了影响下载效率的因素，进一步对滤波器进行了优化，使得各信道下载波导的下载效率均在91%以上。模拟结果表明该滤波器能有效地实现光波的分波下载，传输谱信道波长间隔约为20 nm，中心波长误差为±2 nm，传输谱的最大半宽度为3.2 nm，有良好的波长选择性，证实了增大下载波导和共振微腔的耦合区域可以有效地提高滤波器的下载效率。

基于异步延迟采样和人工神经网络统计学习提出了一种光通信性能监测方法。通过对高速光信号进行异步延迟采样，获得信号二维幅度直方图，然后提取其中特征参数并对人工神经网络进行训练，最后以人工神经网络的预测输出实现对光信号损伤的监测。构建10 Gb/s非归零码开关键控，40 Gb/s光学双二进制码和归零码差分移相键控光通信仿真系统，并对光信噪比、色散和偏振模色散损伤进行监测。仿真结果表明，所提方法对被监测光信号的速率、码型调制格式透明，可同时准确监测多种并存的传输损伤，损伤参数监测误差小于5%。该方法具有电域处理带宽要求低、采样机制简单的特点，适用于分布式在线光性能监测。

为了改善常规马赫曾德尔干涉仪(MZI)型滤波器的输出特性， 提出了一种由双耦合器和单模光纤构成的“8”字形谐振环，将该光纤谐振环与一个3 dB光纤方向耦合器相结合，利用光纤谐振环反馈回路引入的相位调节效应，选择合适的谐振环耦合角，设计出一种基于对称结构的光纤谐振环梳状滤波器，具有平坦滤波响应的输出光谱。与普通MZI型梳状滤波器和双级级联MZI型梳状滤波器相比，阻带抑制和过渡带滚降特性明显加强；与不对称结构的光纤谐振环辅助MZI型梳状滤波器相比，在考虑传输损耗的情况下，相干涉的两束光信号不存在幅度差异，降低了传输损耗对梳状滤波器消光特性的影响。

四波混频（FWM）效应是相干光正交频分复用（CO-OFDM）系统中最主要的非线性作用。分析基于小波变换的相干光正交频分（WT-OOFDM）系统原理，研究小波变换对FWM效应和光放大器自发辐射（ASE）引起的相位噪声的改善效果。数值结果表明，在采用常规G. 652光纤，100 Gbit/s的WT-OOFDM传输1500 km时，非线性相位噪声降低20%，总相位噪声降低15%。

无像差的光学相机的成像模型可由其共轭节面模型等效表示。针孔模型本身忽略了偏离该等效模型的误差，也无法表示平板玻璃的平移误差、光轴的安装误差以及实际相机光学系统的像差，这四个因素都会引起图像畸变。基于此利用共轭节面的性质建立了一种图像畸变几何模型，并与广泛采用的像差模型进行了对比，从理论上解释了像差模型各个系数的物理意义。对某实际针孔相机进行仿真分析，该几何模型给出的相对径向畸变、角度误差在设计参数的范围以内，并且可以模拟图像的非对称畸变。该几何模型需要辨识包含主面相关参数、光轴倾斜角和平板玻璃的轴向球差在内的4个参数，辨识参数较少，理论上可以作为一种新的图像畸变校正方法。

为了提高航空测绘相机的制图精度，研究了前向像移补偿过程中测绘相机畸变的纠正方法。根据光学像差理论对畸变的影响因素进行了分析，得到了前向像移补偿过程中影响畸变的关键参数。考察了主点、主距等参数变化对畸变的影响规律，在此基础上提出前向像移补偿下畸变的计算模型。依据提出的模型对前向像移补偿下的航空测绘相机进行了数学仿真及外场飞行实验。结果表明，提出的算法稳定、有效，可以有效地纠正前向像移补偿时航空测绘相机的畸变，平面位置中误差较传统纠正方法可提高1.38倍。

振动会使高精度面形测量产生误差。建立了振动对干涉测量面形的误差模型，应用13步移相算法分析了在振幅为63 nm时的误差情况。分析结果表明，当面形测量误差的敏感频率为12 Hz时，振动引起的面形均方根(RMS)误差约为12 nm。通过实验进行了验证，仿真分析结果和实验结果基本相同。实验分析了在12 Hz时，振幅为5~63 nm时，对应的测量面形RMS误差为1~7.1 nm，振幅和RMS误差线性增大。为不同振动频率和振幅引起的面形RMS的误差分析和高精度面形测量的振动环境控制提供了一定的参考。

基于空间滤波测速原理，提出了利用线阵CCD空间滤波效应进行航空相机像移速度测量的新方法。对线阵CCD输出图像进行隔行采样，模拟了多狭缝的空间滤波特性，实现了对航空相机像移速度的光学非接触测量。通过研究空间滤波器的功率谱密度函数，对影响线阵CCD空间滤波特性的关键因素进行了特性分析，并在实验上验证了利用线阵CCD推扫图像模拟多狭缝空间滤波器测量像移速度的可行性。结果表明，对于5～53.2 mm/s范围内的像移速度，测量误差导致的像移量误差不大于1/3 pixel，能够满足航空相机像移补偿精度的要求。

提出了一种基于构建初始测量网络的相机内部参数校准方法，有效解决了二维平面靶标在深度方向信息的不足以及三维靶标空间的限制等问题。通过对靶标板进行初始成像，按照测量网络的构建原则建立初始测量网络，经过后方交会求解外方位、前方交会求解空间三维靶标点坐标，最后由光束平差优化求解相机内部参数。利用标定后内部参数求解空间点坐标，实验结果表明，采用构建初始测量网的误差平均值为0.0794，优于平面靶标和立体靶标标定的-0.2443和-0.1916。同时校准所用时间也明显小于虚拟立体校准，即该方法具有快速、精确和方便等优点，满足大空间视觉测量中相机内部参数现场校准的要求。

以相移干涉测长为应用背景，提出了一种基于“机械扫描”的相移测长方法。利用超高弹性石英材料研制出了干涉测长所需的单体3路相移装置，并利用该相移装置建成了相移测长装置，成功地将位移传感器的量值在线溯源到光学频率标准，从而实现了对3路相移的准确测量。介绍了一种引入步长控制误差的“新五幅相移”实现相位解算方法，算法准确度达到0.01%。对不确定度的定量分析结果表明，基于该机械扫描式相移技术构建的绝对长度测量系统准确度可达0.5 nm。

基于单脉冲激光测距在远程激光测距中的局限性，提出了一种基于发射脉冲串与回波脉冲串互相关的信号处理方法。该方法将多个激光发射脉冲和回波脉冲作为一次连续信号同时数字化，然后进行互相关处理。采用激光强度与发射间隔可调的激光系统来模拟不同反射强度、不同距离的测距回波信号；通过处理不同信噪比的回波信号，来探究本方法对于回波信号信噪比的提升能力以及对于尖峰噪声的抑制能力。实验结果表明，该方法能够有效提高回波信号的信噪比，信噪比为0.11的弱回波信号经过处理后信噪比被提升到5.92，从而扩展了激光测距系统的测程，有效降低了探测系统的探测虚警率，提高了远程激光测距系统的弱回波探测能力。

提出了一种基于希尔伯特黄变换的自适应相位提取法。该方法通过对条纹图信号进行经验模态分解得到一系列本征模函数(IMF)。对每个IMF进行希尔伯特谱分析，提出准则用以确定噪声IMF并判断是否存在模式混叠问题。若存在，根据该噪声IMF自适应设计新的“噪声”并将其添加到原信号中，然后对所形成的新信号再次分解，重复进行该过程直到相应的模式混叠问题不再存在。将最后一次分解所得的噪声IMF和背景分量从信号中去除，对所得的基频分量做希尔伯特变换即可得到条纹图的包裹相位分布。所提方法可有效克服模式混叠问题，可在有效去除噪声和背景分量的同时尽量保留细节相位信息，有较好的自适应性及稳健性，测量精度高。

光学均匀性是光学材料的重要指标，目前高精度的测量方法一般采用绝对测量法，而该方法步骤繁琐，容易受环境影响。根据波长移相干涉仪的移相特点，提出了测量光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法。该方法在波长移相干涉仪中通过平行平板放入测量和空腔测量两个步骤得到平行平板的光学均匀性。在模拟仿真验证方法的正确性后，进行了实验研究，并与传统的绝对测量法的测量结果进行比较。结果表明，波长调谐两步绝对测量法可用于测量平行平板的光学均匀性，且测量步骤简单，精度较高。

除了激光源、偏振分光镜（PBS）和波片等偏振器件之外，非偏振分光镜（NPBS）也是外差干涉仪中重要的非线性误差源。研究了多层介质膜NPBS的退偏效应和方位角对非线性误差的影响。采用p、s分量透射比、反射比、反射相移和透射相移共同表征NPBS的退偏效应，并逐项分析了其非线性误差模型。如果入射光束为理想线偏振光，则只有NPBS的反射相移和透射相移影响测量精度。如果入射光束存在偏振椭圆化和非正交，则NPBS的方位角、透射比和反射比、相移等参数的变化都会引入非线性误差，误差曲线的斜率受椭圆率和非正交角的影响。因此选用不同的激光源，同一个NPBS产生的非线性误差大小不同，一般可达几个纳米量级。为了实现纳米/亚纳米级精度的外差干涉测量，选择性能稳定的NPBS，特别是NPBS退偏效应与激光源输出偏振态之间的匹配非常重要。

设计并制作了用于测量波长大于150 μm(频率低于2 THz)的太赫兹波波长的金属网栅法布里珀罗干涉仪(FPI)。采用光电子微纳制造工艺制作了五组周期不大于40 μm，线宽不大于10 μm的有衬底方形金属网栅，利用太赫兹时域光谱技术测量了金属网栅的太赫兹波段光电特性，得到了各组金属网栅在感兴趣频段的反射率和金属网栅FPI的反射精细度，结果表明所制作的金属网栅FPI均可用于测量波长大于150 μm的太赫兹波。实验搭建金属网栅FPI扫描测量了212 μm的太赫兹波波长，与理论结果吻合。研究了金属网栅FPI对太赫兹波偏振方向的依赖性以及对FPI腔镜平行度的要求，结果表明，方形金属网栅FPI对正入射太赫兹波偏振方向不敏感，而对FPI腔镜平行度很敏感。

在实验中用贝塞尔光束与球面波叠加得到多个具有高强度梯度的局域空心光束(BB)。用衍射理论分析了贝塞尔光束与球面波叠加的光场，借助软件对两光场相干叠加的光强分布进行了模拟，结果表明在球面波的焦点附近能够形成多个高强度梯度的BB。实验中贝塞尔光束和球面波分别用轴棱锥和透镜对平行光聚焦获得，使两光场在同一传播轴上相干叠加，在球面波焦点附近观察到多个BB。通过对比可知，贝塞尔光束与球面波叠加所得BB比用两束贝塞尔光束干涉产生的BB在暗域处具有更大的光强梯度，更有利于稳定的粒子囚禁。

理论探讨了高斯光束在非线性单轴晶体中的倍频效应。基于麦克斯韦方程组并考虑晶体的各向异性推导出负单轴I型晶体相位匹配下的倍频耦合波方程组。建立了具体的关于偏硼酸钡（BBO）单晶以及孪晶的物理模型并做数值求解。对求解所得到的单晶以及孪晶的谐波能流分布、晶体出射面探测点处谐波电场时域分布、总输出能量、输出光束频谱和输入光束角谱分别进行分析讨论，从束腰宽度、晶体结构以及材料性质对倍频的影响等方面做出具体合理的解释。研究结果对于单轴晶体的非线性光学性质的研究以及相应的光学晶体器件的研发等具有一定的参考价值。

报道了一种基于色散调谐技术的宽带扫频掺铒光纤激光器。通过在主动锁模光纤激光器腔内引入较大色散，利用锯齿波电信号调制电光调制器的调制频率，可以实现激光器扫频输出。应用扫频激光器可将光纤光栅反射中心波长的变化转变为时域上信号间隔变化，适用于光纤光栅传感解调。搭建了扫频光纤激光器，利用掺铒光纤作为增益介质，研究了扫频范围的影响因素。通过优化实验参数，实验得到的扫频带宽达到43 nm，接近增益带宽，扫频速度为50 Hz。利用搭建的扫频激光器进行了光纤光栅传感解调，灵敏度约为0.68 ms/nm，验证了解调原理。

激光加载可以产生比气泡加载更高的压力，是高压状态方程研究中一种新的加载方式。在激光加载高压状态方程(EOS)研究中，台阶靶是常用的靶型。针对传统台阶靶存在的预热膨胀问题，提出了使用主动式任意反射面速度干涉仪(VISAR)进行台阶靶预热和冲击波测量的方法。该技术利用条纹图移动量计算厚度增加量，利用冲击波到达自由面产生条纹跳变的时刻来获得精确的冲击波到达时刻。通过修正已测量台阶厚度与膨胀量，可以获得更加精确的台阶厚度值。通过精确的时间间隔可以得到冲击波传输的时间。在匀速传输的条件下可以获得高精度的冲击波传输速度。该方法在辐射驱动超高压条件下具有很好的适用性，可以为状态方程实验提供高精度的冲击波速度数据。

提出了一种光电跟踪仪低对比度目标捕获能力检验方法。该方法采用可调对比度无穷远目标源作为检验装置，为被检光电跟踪仪提供对比度可准确度量的光学基准目标，用于检验光电跟踪仪的针对低对比度目标的捕获能力。介绍了检验装置的原理、组成和目标对比度标定方法，对检验结果进行了分析。该检验方法综合了光学系统性能、光电接收器性能、图像处理电路和软件及信噪比等各项指标对目标对比度的影响，全面真实地反映了电视跟踪仪的跟踪性能。

为了实现碳化硅表面硅改性层的精密抛光，获得高质量光学表面，对磁介质辅助抛光技术进行研究。设计了适合碳化硅表面硅改性层抛光的磁介质辅助抛光工具，并对抛光工具的材料去除函数进行研究。针对材料去除函数的特性，对数控磁介质辅助抛光的驻留时间算法进行了研究。采用磁介质辅助抛光技术对碳化硅表面硅改性层平面样片进行了抛光实验。经过一次抛光迭代，碳化硅样片表面硅改性层的面形精度(均方根)由0.049λ收敛到0.015λ（λ=0.6328 μm），表面粗糙度从2 nm改善至0.64 nm。实验结果表明基于矩阵代数的驻留时间算法有效，磁介质辅助抛光适合碳化硅表面硅改性层加工。

为了克服Kemp型弹光调制器调制效率低、加工工艺困难及体积大等缺点，提出了采用铌酸锂(LiNbO3)晶体压电弹光双效应的单晶体弹光调制器的设计思想；根据压电振动理论和晶体光学原理，分析了晶体各物理量随空间变换的特性，推导了调制电压相位差振幅之间的关系，并对晶体切型和通光方向进行了优化，所设计的晶体尺寸为41 mm×7.7 mm×17.1 mm（x×y×z），切割角为0°（x切），通光方向z轴（光轴），通过在x-z面施加与晶体谐振基频一致的周期性电压，产生沿x方向，频率为73.71 kHz的伸缩振动, 最后通过实验对所设计单晶体弹光调制器进行了验证；实验结果表明，对633 nm激光进行半波调制时，该弹光调制器所需调制电压为1.6 V；与基于钽酸锂(LiTaO3)且未进行切型优化的单晶体弹光调制器相比，调制电压下降了约4倍。

共形光学系统中，椭球形等厚度整流罩使入射的平行光线经过整流罩后不再平行，变为发散的光线，进而使系统像差急剧增加，不利于后续像差的校正。通过对等厚度共形整流罩的内表面进行重新设计，打破了共形整流罩的等厚度条件，从而在使用较少校正光学透镜的基础上实现了系统像差的校正。通过分析不同级次非球面分别作为整流罩内表面面形时的像差校正效果，确定了将6次非球面作为共形整流罩内表面面形初始结构。通过对内表面进行优化设计，最终得到整流罩内表面面形。结果表明，该方法有效地减小了共形整流罩引入的像差。最后使用固定校正器对内表面变化后的整流罩进行了像差校正，设计结果表明，内表面的改变有效地减少了光学元件数量，消像差效果良好。

设计了一款大视场、免散瞳便携式眼底相机。综合考虑接目物镜被成像和照明系统共用、人眼的像差和视度差异等因素，采用16重结构进行优化设计。设计结果的视场角达60°，分辨率为200万像素，对-8 D~+10 D(1 D=1 m-1)的人眼普遍适用，在120 lp/mm处各视场的调制传递函数(MTF)均大于0.2，畸变小于5%。为消除角膜反射产生的严重杂散光，提出采用LED环形光源改进传统科勒式照明光路，不仅保证眼底照明均匀，而且大大提高了系统的光能利用率，降低了光学系统的复杂程度。为了解决传统系统中接目物镜杂散光无法消除的难题，提出采用偏振分光棱镜代替系统中的分光镜，同时在接目物镜前端加入λ/4波片，消除了99.5%以上的由接目物镜反射产生的杂光。

提出一种利用逐点定向曲率补偿法对渐进多焦点镜片初始模型进行整体优化以减小周边散光区（俗称盲区）的优化设计方法。推导出自由曲面任意方向法曲率的计算公式、确定主曲率和主方向的方法，求出镜片初始模型上各点的曲率差和最大曲率方向、最小曲率方向，通过迭加由不同曲率、不同轴向微小柱面构成的自由曲面，来实现逐点定向曲率补偿，使镜片各点的曲率差适当减小，从而减小散光。给出具体优化步骤和一个优化设计实例，并进行实际加工制作与检测。对比优化前后的光焦度和散光度的面形分布图。结果表明，逐点定向曲率补偿法能有效减小渐进多焦点镜片初始模型的最大散光并明显扩大视远区清晰视觉范围。

提出了一种求解变焦方程的新方法，并针对中红外320×256元制冷型焦平面阵列探测器，设计了一个3.7～4.8 μm波段的透射式红外连续变焦距光学系统，其F数恒定为2，最小焦距值为22 mm，变倍比为6。系统由变焦物镜和二次成像系统构成，包括7片硅、锗透镜，并引入非球面以校正系统各种轴外像差，同时利用两个平面反射镜折叠光路以减小尺寸。在空间频率16 lp/mm处和全焦距范围内，系统各个视场的光学调制传递函数均大于0.55；在接收面为30 μm×30 μm的探测器敏感元内，能量集中度大于80%。因此该系统具有较好的成像质量。

为了实现遥感目标的长波红外高光谱成像，满足目标探测对多信息量的需求，设计了高光谱分辨率长波红外(8~12 μm)成像光谱仪。前置望远系统采用离轴三反系统，以实现无遮拦、大口径及宽视场成像设计；光谱分光系统分别采用折射式和反射式结构进行优化设计。设计结果显示，采用折射式结构，可得到通光孔径为100 mm，F数为2，光谱分辨率16 nm，空间分辨率150 μrad，冷光阑效率100%，成像质量接近衍射极限的光学系统；采用反射式结构，为了保证光学系统无挡光，需采用多片离轴反射镜，增加了系统的非对称性，使得系统的像散、彗差和场曲难以校正到最佳状态。设计结果表明：折/反混合式成像光谱系统具有光谱分辨率高、成像质量好和结构合理等优点，点斑均方根直径与国内现有探测器像素尺寸匹配。

为了降低四频差动激光陀螺（FMDLG）零偏对外界因素影响的敏感性，采用了最佳工作点实时控制技术。该技术使用色散平衡和稳频偏置的方法，对增益区磁场和失谐频率进行小幅度正弦调制，在FMDLG输出零偏中解调出误差信号，经负反馈控制回路使FMDLG在对外界干扰敏感性最小的唯一最佳工作点下工作。与仅使用光强差进行稳频的传统方法相比，最佳工作点控制技术大大降低了FMDLG的磁敏感度和零偏稳定性，证实了FMDLG最佳工作点实时控制技术的有效性；静态、动态测试实验结果证明了该技术的正确性。

分析比较了星地量子密钥分发系统中由于大气湍流和大气色散导致的脉冲展宽。分别推导了大气湍流和色散效应下脉冲展宽比。根据大气压强和温度与海拔间的实测数据，计算了到达脉宽与不同初始脉宽、工作波长、链路天顶角的关系。并根据到达脉宽计算了系统背景噪声量。数值模拟结果表明：当工作波长为1.06 μm，初始脉宽为15 fs时，到达脉宽有最小值。对于不同的链路天顶角，在无月晴朗的星空，探测器探测到的背景噪声约为1.9×10-10~2.7×10-10，而误码率约为0.5×10-5。

现有基于热光源的关联成像主要是针对透射型物体，这样可简化关联成像分析过程。然而对于成像的实际应用，比如遥感技术，反射型物体将具有更大的实用价值。基于非相干均亮的热光源，对反射型物体的高阶关联成像进行了研究，推导出其高阶反射关联成像的关联函数、可见度及信噪比的解析式；对比二阶反射关联成像，讨论阶数对关联成像性能的影响。研究结果表明，对于反射型物体的关联成像，随着阶数的增加，成像的可见度得到提高，但信噪比下降，同时能够通过增加测量次数增加成像的信噪比。

研究了由光纤模连接的两个Tavis-Cummings模型中纠缠演化和纠缠转移的特性。结果表明，初始两原子间的纠缠可转移为另两原子间的纠缠，在纠缠转移过程中，光纤模起到中间传递的作用。纠缠的转移与初始两原子间的纠缠、原子与腔场的耦合强度以及光纤模与腔场的耦合强度、原子与腔场的失谐量和腔场耗散有关。初始纠缠决定了另两原子间纠缠产生的大小；在原子与腔场的耦合强度一定的条件下，随着光纤模与腔场耦合强度的增强，纠缠转移的时间缩短，且产生的纠缠值增加；腔场耗散对纠缠演化的衰减影响是显著的，而失谐量的增加可以有效地抑制这一现象。在整个纠缠转移过程中，系统中其他任两子体系间的纠缠起到了桥梁的作用，实现了两量子纠缠态的远程传递和制备。

雪作为衡量全球气候变化有效的信息源之一，其热辐射存在偏振特性，且这一偏振特性会受到多因素的影响。为了定量分析单一因素及其交互作用对雪的热辐射偏振特性的影响，在传统分析的基础上，设计了三因素三水平的正交实验。结果表明，探测角、方位角和波段均对雪的热辐射偏振特性产生影响；探测角对雪的热辐射偏振度产生显著的影响；探测角与其他两因素的交互作用以及波段均对雪的热辐射偏振度产生显著影响；方位角对雪的热辐射偏振度有一定的影响，而它与波段的交互作用不会对雪的热辐射偏振度产生影响。因此，在研究中，既要考虑单因素本身对雪的热辐射偏振特性的影响，还要考虑交互作用的影响。

提出了基于光纤光栅透射光斯托克斯参量测量的新型实时压力传感方法。深入分析了透射光第一斯托克斯参量和压力所致线双折射之间的单调变化关系。分析表明，入射线偏振光入射角度以及相应测量波长点的选择对系统灵敏度、线性度及动态范围有重要影响。利用光纤光栅和高速在线检偏器搭建了实时压力测量系统，实验数据验证了压力和透射光第一斯托克斯参量之间的单调变化关系，证明了此方法的可行性。最后对实验误差和系统性能进行了分析并提出了改进方案。

韦尔代常数(Verdet)是决定光纤电流传感器(FOCT)灵敏度的重要因素之一。根据萨格纳克(Sagnac)干涉原理计算得到校准信号，并测量FOCT的实际输出信号，通过比较这两组信号建立目标函数，基于单纯形算法进行参数优化，从而得到石英光纤的韦尔代常数。实验结果与经典模型计算结果基本吻合。FOCT的输出信号经过测量电路会引入相位差；另外受到调制器和外界环境的影响，干涉回路的工作点会产生漂移，导致输出信号不对称而产生直流量。考虑到以上因素，提出的这种方法还能同时测量出电路的相位差、干涉回路的工作点以及反映非线性畸变的直流量。

采用逆达曼光栅将二维锁相相干的激光阵列进行相干合束并进行孔径装填是获得远场单一主瓣大功率高光束质量激光输出的一种有效技术方案，将其应用于大尺寸5×5固体激光相干阵列相干合束中，并进行了固体激光阵列合束孔径装填的理论分析和原理性验证实验，测量了系统的实际合束效率，同时进行了后焦面逆达曼光栅的加工和放置误差对合束效率影响的详细分析。实验结果表明，逆达曼光栅用于固体激光阵列相干合束是一种有效的技术方案，且可以通过调节光栅周期和傅里叶透镜焦距来适应系统对激光阵列占空比的要求。这对于开发基于逆达曼光栅相干合束的高功率高光质量的全固态激光系统具有重要的意义。

设计并研制了一种基于LP21模式的新型光纤弯曲传感器。该传感器通过检测敷设于弹性基片上的光纤所传输的LP21模式光斑图像的旋转，实现对弯曲值的高精度测量。运用光纤耦合模理论和弹光效应求解LP21的模方程，证明该模式具有弯曲无关和扭转线性的特性，并检验了光纤弯曲传感器对不同结构参数和环境温度下的性能。实验结果与理论分析相吻合，证实该传感器具有较大的线性动态范围，温度稳定性高，且能辨识弯曲方向。

针对空间扫描型光纤法布里珀罗（F-P）传感解调系统中CCD的光照度分布建立了数学模型，研究了不同帧扫描频率下CCD输出信号和信噪比。利用已设计的解调模块进行了CCD光照度分布的实验，实验结果表明，当帧扫描频率不同时，CCD各个像素输出信号电压的实验值与计算值的相对误差均小于2.5%，同一像素输出信号电压的实验值与计算值的相对误差变化数值均小于0.005，随实验所用CCD帧扫描频率变化，信噪比以184 Hz为分界点以两种变化斜率改变，验证了数学分析模型的有效性。

两视角激光雷达数据配准是空地探测遮蔽目标研究领域中的一项重要内容，迭代最近点（ICP）算法为其提供了理论基础，但遮蔽条件下激光雷达数据的复杂性使ICP算法在对应点确定上面临很大困难。在分析ICP算法基本原理和遮蔽条件下激光雷达数据特点的基础上，从控制点选择、对应点匹配和伪点对剔除三个方面给出了ICP算法的具体应用策略和改进措施，并提出一种基于固定-自适应重叠率的伪点对剔除方法。详细阐述了基于改进ICP算法的两视角激光雷达数据配准的具体步骤，并进行了实验验证。实验结果表明：改进后的ICP算法能够有效实现了遮蔽条件下的激光雷达数据配准，且与其他算法相比，具有较强的稳建性和较高的配准精度。

利用时域有限差分法对不同材料和厚度衬底上矩形孔金属结构太赫兹（THz）波的透射特性进行了数值分析。研究表明：矩形孔金属阵列对THz光谱具有频率选择特性，这为太赫兹滤波功能器件的开发提供了基础。在实际应用中，这种金属微结构常常需要制备在某种衬底上，而衬底材料及厚度无疑会对其太赫兹透射特性带来影响。研究了不同衬底材料和衬底厚度的矩形孔金属结构太赫兹透射性质，通过数值模拟研究发现，对于同一种衬底材料，随着衬底厚度的增加，矩形孔金属结构的透射峰峰位向低频移动。比较高阻硅和聚四氟乙烯两种衬底材料发现，高介电常数的硅衬底引起的透射峰移动更为明显。

采用时域有限差分（FDTD）法研究了金膜厚度、电介质折射率及其厚度对金孔阵列电介质与金电介质孔阵列两种结构强透射特性的影响。研究发现这两种结构都具有较好的强透射特性，这表明光与金膜表面自由电子的电荷密度波耦合成表面等离子激元（SPP），对增强透射起到了关键作用。金膜厚度是影响强透射特性的主要因素，其衰减长度为35 nm；而与金膜相邻的电介质膜厚度对强透射特性影响极小。电介质折射率大小对强透射特性影响明显，折射率为1.8时能够获得较好的强透射特性。

为实现高光谱成像系统小型化、轻量化和高成像质量的要求，并使全工作波段具有更高的光学效率，提出以Féry棱镜组合作为分光元件的Dyson高光谱成像仪系统，系统中引入消色差棱镜组合以减小光谱的非线性色散，使棱镜系统色散的线性度达到较高。结果表明，可见近红外（VNIR）光谱通道的光学调制传递函数（MTF）达到0.9以上，光谱分辨率为4.2～6.8 nm。短波红外（SWIR）光谱通道的MTF达到0.73～0.87，光谱分辨率为6.4～12.5 nm。通过消色差Féry棱镜组合的设计，该光学成像系统两个光谱通道内的相对谱线弯曲均小于0.05%，色畸变小于0.13%。

采用磁控溅射法制备了不同厚度的锑基铋掺杂薄膜，用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)研究了薄膜结构随厚度的变化。利用椭圆偏振法测定了样品薄膜在近红外波段的光学常数与光学带隙，研究了膜厚对样品薄膜光学常数和光学带隙的影响。结果表明，膜厚从7 nm增加至100 nm时，其结构由非晶态转变为晶态。在950～2200 nm波段，不同厚度薄膜样品的折射率在4.6～8.9范围，消光系数在0.6～5.8范围，光学带隙在0.32～0.16 eV范围。随着膜厚的增加，薄膜的折射率和光学带隙减小，而消光系数升高；光学常数在膜厚50 nm时存在临界值，其原因是临界值前后薄膜微观结构变化不同。