穿过大气湍流的高斯激光脉冲在时间域的展宽行为与高斯脉冲通过理想高斯滤波器后的时域展宽行为相似。因此，为了激光通信信道仿真的需要，提出用级联巴特沃斯滤波器来逼近理想高斯滤波器的方法对这种时间域上的展宽行为进行建模。逼近后的高斯滤波器的3 dB频率点与大气湍流的物理参数（包括折射率结构常数和湍流外尺度）和传播几何路径长度联系在一起，从而将高斯脉冲的展宽与所通过的大气湍流环境参数相结合并得到了模拟高斯脉冲展宽的解析表达式。该模型和由模型参数表示的高斯脉冲展宽的解析表达式不仅在湍流弱起伏区有效，而且在从弱起伏到中等起伏再到强起伏的整个区域中都有效。

当前大气气溶胶的成分比较复杂，其水溶性离子成分影响着大气质量，并且对人类健康不利。因此，对水溶性离子成分进行快速可靠的检测是环境科学领域中的一项重要研究工作。以SO2－4为例，研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术，对水溶性气溶胶离子的消光系数进行测量，并通过理论分析计算得到其复折射率N的过程。通过测量大气气溶胶水溶性SO2－4离子的质量消光截面k和消光系数α，再根据消光系数α来计算复折射率N的虚部ni，使用KK（Kramers-Kronig）关系，来计算复折射率N的实部nr，并对实验结果进行了分析和讨论。

针对我国海洋遥感定标检验技术的研究，设计了一种能够自动测量海水表面温度的多波段红外辐射系统，其分辨率优于0.1 ℃，精度优于±0.5 ℃。系统采用了4个波段，即3.5~4.0 μm，8~13 μm，10.3~11.3 μm和11.5~12.3 μm。内部光学系统通过两个不同温度的参考黑体进行实时校正，保证光学系统被盐雾沉积后也不影响整个系统的精度。另外，为了防止恶劣天气对系统的影响，还设计了一个由雨量传感器触发的自动保护罩。通过实验室标定和岸边实验对系统精度和稳定性进行了实验验证。

当带有光学成像探测制导系统的高速飞行器在大气层内飞行时，光学窗口与来流之间会形成复杂的凹腔绕流流场，产生气动光学效应。建立了求解超声速流场的高精度LES/RANS混合算法模型，研究了超声速流动条件下的Settles三维凹腔流动；在计算得到精确流场数据的基础上，研究了凹腔剪切层区域的光学传输效应。结果表明，凹腔流动的剪切层结构将引起光线抖动，导致严重的波面畸变，明显降低光强斯特雷尔(Strehl)比，严重影响光学传输性能，进而大大降低光学制导精度。

像差校正模式项数是自适应光学系统模式控制算法中的一个重要参数，其大小对补偿效果影响明显。通过对系统响应函数矩阵的奇异值分解构建像差模式空间，以不同控制项数下残余像差的均方根估计为依据确定每次校正的模式项数，提出了一种模式项数动态优化的控制方法。以Hartmann-Shack波前传感器和薄膜变形镜为主要部件搭建自适应光学实验系统，通过拟合不同像差验证上述控制方法，实验结果表明，和固定项模式控制方法比较，动态优化方法校正的系统残余像差更低，可明显提高自适应光学系统的空间拟合性能。

为了得到周期激光拍频信号的频率，从理论上推导了光信号相邻光子到达时间间隔满足的概率密度函数(PDF)，以数值计算为基础，对周期性激光拍频信号进行详细分析，得到了稳定光强信号和周期拍频信号光子到达时间间隔PDF曲线形状的差别，从该差别中能够获取信号的拍频频率。设计了验证实验光路系统，采用多像素光子计数器（MPPC）记录光子时间，对6、8、10、12 MHz拍频信号进行探测，证明了理论分析的正确性。在光子计数频率为拍频频率1/5的条件下，得到较好的实验结果，估计两光束混合效率为0.65。以暗计数噪声为限制条件，分析了该方法能够探测到的最小拍频频率为0.2333 MHz。

在惯性约束聚变（ICF）实验研究中，科学级CCD常和光谱仪、条纹相机等诊断设备组合进行冲击波等物理过程的时间、空间方面的诊断研究。非线性作为CCD一个非常重要的性能参数，在实验的后处理过程中有着相当重要的作用，实验分别采取固定曝光时间，改变光源的出射功率密度、固定光源的输出功率密度和改变CCD的曝光时间两种方案对TEK 512×512DB CCD 的非线性特性进行测试，计算得到两种实验方案下该CCD的非线性度分别为0.595%和0.508%，并通过对各种因素的评估得到第一种标定方案为最佳，为科学级CCD的性能参数自动测试平台的建立提供参考。

利用CCD中的部分坏点作为温度敏感器，提取CCD温度估计值，建立温度估计值与暗电流的函数模型，并结合均值滤波的方法，在真实场景图像中提取CCD温度估计值，实现了面阵CCD的暗电流估计。在方法分析的基础上，以真实的暗电流数据为基准参考，对暗电流的估计结果进行了比对实验。实验结果表明，在不同的积分时间及大动态范围的成像条件下暗电流的估计结果十分准确，偏差小于0.4%，并且具有一定的抗噪性。该方法利用场景本身的特征信息对拍摄时刻的暗电流进行估计，不需要额外采集暗电流数据，节省了图像采集时间，十分适合于积分时间较长的高光谱成像或天文观测领域，采用无温度控制的低成本CCD成像探测系统进行实时图像采集。

综合等效介质理论和表面等离子激元(SPP)Bloch模型，对比分析了两种新的亚波长光栅结构：二维矩形金属光栅和二维椭圆柱金属光栅。利用时域有限差分(FDTD)算法，对比分析了两种结构的透射率及其相位延迟与入射光波长及偏振角变化的关系，尤其两种结构实现λ/4波片功能所对应的透射特性。仿真结果表明，当入射光偏振角为75°时，两种结构均可实现λ/4波片功能，此时二维矩形和椭圆柱金属光栅的透射率分别为0.77和0.67，表明二维矩形金属光栅比椭圆柱光栅具有更好的透射效果。对应550~800 nm的入射波长，两种光栅在各自允许的入射偏振角范围内均表现了较为平坦的宽带透射特性。

建立了基于低密度奇偶校验(LDPC)码和多脉冲位置调制(MPPM)的无线光通信系统模型，给出了相应系统模型下的解码算法，研究了(m,2)MPPM的比特符号映射方式，提出了用改进的遗传算法(GA)搜索的优化映射方法，最后在大气湍流信道下进行了仿真。仿真结果表明基于LDPC码和MPPM的无线光通信系统性能明显优于未编码的MPPM系统，结合LDPC码和多光束发射技术可以提高系统抗强大气湍流影响的能力；通过GA优化的映射方法在不增加系统复杂性的情况下能进一步提高系统的纠错性能，可以获得更大的编码增益。

在传统的网络路由算法中，一般采用最短路径算法进行路由选路，最短路径算法以节点间的距离为权重，计算一条由源节点至目的节点的权重最小的路径以完成路由。最短路径算法虽然最小化了距离长度代价，却没有考虑能耗问题，所以使用最短路径算法所得出路径的能耗并不一定是最小的。针对这一问题，提出一种新型的综合性绿色路由算法，设定能耗作为节点间的权重，融合光旁路及业务量疏导，同时考虑路由和波长分配(RWA)问题，将完成每个业务所需要的能耗最小化，实现节能。仿真结果表明，与最短路径算法相比，绿色路由算法在较大规模网络中能够节省约40%的能耗，节能效果相当显著。

提出了一种新型的基于串行结构的最小频移键控调制技术，产生了相位连续，频谱宽度窄，每码元时间有两次π/2相移，类似于传统最小频移键控调制信号，给出了该调制方案的理论推导，并将其应用于8进制的多维多阶调制系统中。理论和仿真分析了不同的8进制调制方案在频谱特性，残留色散容限，自相位调制容限的不同，还分析了其受到系统滤波带宽的影响。最后仿真实现了通过350 km的色散完全补偿的光纤120 Gb/s的数据传输。

共光轴体全息存储是体全息存储技术实用化的一个发展方向。为了选择合适的参数以搭建基于晶体的透射式共光轴体全息存储系统，对该系统的存储容量、串扰特性和晶体在共光轴存储结构中的存储特性等进行了研究。从理论上分析了共光轴体全息存储系统的存储密度、物镜的参数、空间光调制器的像素尺寸、有效像素数目和移位复用间隔等之间的关系，给出了点扩展函数表达式的物理解释，并根据点扩展函数分析了系统的串扰特性，优化了存储偏振光方向以使晶体表现出最大的动态范围。根据分析优化结果搭建了基于LiNbO3晶体的透射式共光轴体全息存储实验系统，实现了高分辨图像的记录与再现。与传统的双轴系统相比，所搭建的共光轴系统具有光路结构紧凑的特点。

为了获得宽谱、高分辨的平场凹面全息光栅，将全息凹面光栅理论、遗传算法、衍射级次空间共用和同时消像差思想融合在一起，提出设计宽谱、高分辨平场凹面全息光栅的方法，给出了实际设计步骤。通过Zemax软件光线追迹仿真具体实例，给出了200~800 nm波段的点列图变化曲线[均方根(RMS)约为11 μm]，以10 μm×1 mm狭缝入射，其光照度光谱图显示光谱分辨率在200~400 nm波段为0.25 nm，在400~800 nm波段为0.5 nm。该方法可以用于设计小型化、实用化的宽谱和高分辨平场凹面全息光栅光谱仪光学系统。

由一束球面波和一束平面波或者两束球面波干涉所形成的体全息光栅，由于其光栅矢量在全息图体积内是随位置的变化而变化的，所以被称为非周期型的体光栅。主要研究了用于体全息三维成像系统的非周期体光栅的深度选择特性。根据叠加的原理，将非周期体光栅看作多个固定周期的基元体光栅的叠加, 结合耦合波理论分析非周期体光栅的衍射特性。采用这一方法，利用Matlab软件模拟，研究了两束记录光夹角对所记录的非周期体光栅深度选择性的影响和在两束记录光夹角相同时，球面参考光体全息成像系统及平面参考光体全息成像系统深度选择性的差别，最后在光折变晶体材料中进行非周期型和周期型体光栅的记录和再现, 对模拟结果进行了实验验证。

为使具有诸多优点的互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器更适合空间高分辨成像，寻求空间高分成像的新型技术，提出了更利于微光成像和推扫成像的卷帘数字域时间延迟积分(TDI)算法。同时研究数字域TDI CMOS相机成像质量，详细分析了其噪声来源和特性，并建立了数字域积分图像信噪比(SNR)与积分级数的关系模型，讨论了积分时间和光照度对SNR的影响。最后利用设计的IBIS5-B-1300卷帘数字域TDI CMOS原理样机开展验证实验。实验结果表明本文算法能明显提高成像质量，数字域10级积分图像SNR由未积分的19.07 dB提高至29.21 dB，而且级数越大，SNR越大。理论分析和实验验证均表明M级卷帘数字域TDI可使图像SNR提高M(σAD+σCMOS)/(MσAD+MσCMOS)倍，其中σAD和σCMOS与选择的CMOS传感器有关，另外σCMOS还受积分时间和光照度的影响。

推导了相干照明下衍射受限螺旋相衬成像系统的成像公式，总结了影响螺旋相衬法成像效果的螺旋相位板参数，包括中心尺寸、整体尺寸以及台阶数。详细研究了各参数对螺旋相衬成像系统性能的影响，提出了各参数的合理取值范围，并通过实验验证了其正确性。所采用的计算方法，不仅可以用于研究螺旋相位板的设计，而且对于其他空间滤波器的设计同样具有参考价值。

提出了一种基于十字靶标的双目立体测量系统标定方法。采用多视图几何约束和光束平差优化精确获得两相机内参数，同时得到在两相机各自坐标系下重建出的靶点三维坐标点集；由两组三维点集之间的刚体变换直接求得系统外参数。该方法只需双相机同时对十字靶标拍摄一次，再由两相机单独拍摄若干幅靶标图像即可，现场操作简单灵活。在标定结果的基础上，对长度为611.800 mm的标尺进行多次测量，平均值为611.776 mm，标准差为0.030 mm。

为实现大尺寸光学材料折射率均匀性的高精度、低成本检测，提出一种基于子孔径拼接技术的干涉绝对测量方法，并研制了一套由Zygo干涉仪、五维气浮调整平台、子孔径拼接软件、计算机等组成的测量计算系统。待测件安放在精密的五维气浮调整架上，通过移动调整架来对各个子孔径区域进行精密检测，再利用子孔径拼接软件自动拼接计算出全口径待测件的光学均匀性分布。对直径为300 mm的石英待测件进行了口径为180 mm的8个子孔径拼接检测实验，并将拼接所得结果与全口径干涉仪直接测量的结果进行了分析和比较，波面峰谷值相对误差为0.21%，光学均匀性值相对误差为0.23%，精度与大口径干涉仪直接测量的精度相当，实现了绝对检验下的平面类波前子孔径拼接技术的实用化。整套系统集光、机、电、算于一体，操作简便，测量精度高。

针对由理论计算得到的解调系数无法实现强度调制偏振光谱仪实验系统（以下简称“实验系统”）测量数据解调处理的问题，提出了测量参考光获取实验系统解调系数的解决方法。该方法通过测量已知偏振态参考光经过实验系统调制器后输出的强度谱，结合傅里叶变换、滤波和逆傅里叶变换等数字信号处理过程，可从测量结果中分离出实验系统的真实解调系数。分析了该方法的理论依据，给出了实验系统解调系数的实测结果，并利用得到的解调系数，对实验系统测量典型待测光源（近似自然光和完全线偏振光）的测量数据进行了解调处理。解调处理结果显示：在有效测量波段范围内(550～650 nm)，以卤钨灯为光源的平行光管直接输出光的偏振度值约为10%；经过线偏振器起偏后，其偏振度值接近100%，与实际分析结果完全相符。验证了强度调制系统解调系数参考光测量方法的可行性。

利用可调谐激光器作为光源，以溯源于低温绝对辐射计的标准辐照度探测器作为传递标准，将可调谐激光导入积分球，通过功率稳定、退相干等措施，形成均匀、稳定、无偏的辐照度场。利用替代定标技术，对太阳辐射计CE318的870 nm直射通道的三个偏振通道（P1、P2和P3）和无偏通道（UP）的绝对光谱辐照度响应度进行了光谱扫描定标，获得这四个通道的光谱辐照度响应度，并预测了大气层顶太阳辐照度的信号值。最后，对定标过程的不确定度进行评价，三个偏振通道和无偏通道的定标不确定度分别达到了1.83%、1.98%、1.73%和1.2%，与Langley定标法定标精度相当。

提出了基于单幅彩色条纹投影的不连续物体及动态三维形貌的测量方法。该方法利用计算机产生一幅正弦条纹图和两幅单一强度图分别通过红蓝绿三个通道合成为一幅彩色条纹图，由液晶投影仪投影到被测物体表面，彩色CCD采集变形条纹图并保存在计算机中。通过三色分离，同时获得正弦条纹图和反映表面反射率分布及背景信息图，通过图像除法运算及亚像素精度归一化处理实现物体三维形貌的恢复。对于表面形貌不连续的物体，利用蓝色分量的灰度图像进行二值化处理定位阴影或暗背景，从而引导正确的相位求解。实验验证了该方法对不连续物体动态测量方面的可行性。

Gamma畸变是数字相移测量技术的主要误差源。以通用的均匀步长相移技术为对象，分析了Gamma畸变对相位计算的影响，建立了相位误差与谐波系数的关系模型，证明了各阶谐波系数在Gamma值影响下的递推公式，进而提出了基于离散傅里叶变换的Gamma标定技术。基于此Gamma标定值，通过Gamma预矫正降低相位误差。实验结果表明，标定的Gamma值在整个像平面具有较强的稳定性，Gamma矫正后使相位误差减小了77.5%，在曲面测量的结果中，水波纹明显得到抑制，曲面质量得以提高。

根据衍射光学元件衍射效率的测量原理，建立衍射光学元件衍射效率测量的双光路装置，简要介绍了双光路测量的优点。针对衍射光学元件衍射效率的测量装置，讨论了影响衍射效率测量精度的因素，合理地选择测量装置中的针孔光阑，即可以让主衍射级次的光全部通过被探测器接收，又可以滤掉次级衍射光，保证测量结果的准确度。针对所设计研制的一个折衍射混合成像光学系统，测量了可见光波段3个激光波长的衍射效率，并对测量结果进行了模拟和分析。在473~632.8 nm波段范围内任意一个波长处，衍射效率的测量结果同理论值的偏差均小于5.0%。实验证明，双光路测量装置可以用于测量衍射光学元件的衍射效率。

提出了采用单块折叠法布里珀罗(F-P)腔作为外腔反馈元件实现窄线宽半导体激光器，采用单块腔的光学反馈来锁定外腔激光器, 使用自相位延迟法测量该窄线宽激光器的线宽。实验结果表明，激光器线宽小于35 kHz。实验还观测到由于单块腔耦合面上各耦合点的几何量和物理量误差不一样，随着折叠面兼输入输出耦合面上的耦合点的变化，外腔激光器的线宽发生改变。

在已知镜面和透视相机参数的情况下，提出一种不需要任何其他标定物的折反射全向相机镜面位姿的自标定算法，只需要折反射相机采集任意一幅图像即可估计出反射镜面与透视相机之间的旋转和平移。利用镜面外边缘所成的像，通过平面圆位姿估算方法获得两个候选位姿；再利用透视相机镜头边缘的成像，同时进行镜头边缘参数估计和镜面位姿选择。该标定方法操作简单，精度高，适用于非单视点相机的标定。仿真和真图实验结果证明了该方法的有效性。

根据红外成像特性及太阳能电池电致发光原理，研究一种基于限制式独立分量分析（ICA）模型和粒子群优化(PSO)方法的太阳能电池组件表面缺陷检测方法。利用太阳能电池红外图像的结构特点，首先设计一种ICA滤波器，并使用具有多方向搜索特性的PSO算法来求解ICA的分离矩阵，求解中加入限制式，使图像正常区域经滤波后有一致的反应值并有效凸显缺陷区域。然后使用ICA滤波器对图像进行旋积运算，最后使用阈值分割得到检测结果。实验结果表明，提出的ICA滤波检测方法对太阳能电池组件表面缺陷检测效果显著，检测精度高，能很好地区分背景和缺陷。

神经纤维膜电位动力学特性与神经信息的传导和编码密切关联。目前，传统电生理测量方法无法同时对膜上多个部位的动作电位进行快速检测。利用非线性光学二次谐波方法，通过数学建模，研究了髓鞘神经纤维动作电位编码的二次谐波信号特征及其检测灵敏性，并将其用于分析由压力引起的神经纤维形态改变，包括轴突直径和髓鞘厚度的改变，实现神经传导信息变化的快速检测。发现神经纤维膜电位的变化可以通过光学二次谐波信号的特征来表征。当神经纤维严重脱鞘时，其上的动作电位会产生明显的传输阻滞。结果表明光学二次谐波技术有望成为神经纤维损伤状态快速检测的一种有力手段。

分析了聚焦光束在介质中的传播情况，利用VC++语言编制了一套平圆光束聚焦在半无限大生物组织内传播的Monte Carlo模拟程序，对几种不同参数值的情况进行了模拟，通过对模拟结果的分析，得出了平圆光束聚焦在半无限大生物组织内传播的规律。

自动聚焦是全自动显微成像中的一项关键技术。为了克服已有聚焦算法对聚焦起始点敏感及聚焦范围过小的问题，从分析大范围聚焦曲线形态入手，依据离焦距离、初始搜索方向和初始搜索范围等参量和曲线形态参数间的制约关系，将聚焦划分为六种类型，极值搜索中结合聚焦函数值的变化信息并通过启发式方式将未知类型转化为基本型，从而实现了大范围聚焦到小范围聚焦的转换。然后在聚焦曲线陡峭区范围内对曲线进行高斯拟合以获取最优焦平面。基于自行研发的全自动显微镜系统对提出的算法进行了验证，实验结果证明了该算法的有效性。

研究含负折射介质的不对称反向定向耦合器中的时空调制不稳定性(MI)，探讨了输入功率、前向波和后向波功率比和通道间的耦合系数等对时空MI的影响。结果表明：在这种新型耦合器中只有当横向波数超过一定阈值时才会产生MI，增加输入功率或减少前向波和后向波的功率比都会扩大MI增益谱的范围并最终使MI区域重合，而降低耦合器通道间的耦合系数可减少MI的增益峰值但拓宽增益谱的范围。负折射介质的电磁参数可调谐特性为实现MI的主动调控和孤子的形成提供了新的方法和手段。

为了得到双光子独立全息屏蔽空间孤子对的结果，基于光折变晶体中的两波耦合和双光子光折变效应，证明在由两块双光子光折变晶体和一个电压源通过导线连接组成的串联回路中存在全息亮（暗）屏蔽孤子。每块晶体中能支持一个全息屏蔽孤子, 这两个孤子称为双光子独立全息屏蔽孤子对，有明明、暗暗和明暗三种类型。数值计算结果表明，在光束的空间展宽远小于晶体宽度的极限条件下，孤子对中的两孤子通过光电流和相互耦合能影响到这些孤子的空间包络和动态演化特性。

针对制冷型320 pixel×240 pixel凝视焦平面阵列探测器，设计了一个25倍中红外连续变焦光学系统。该系统由变焦系统和二次成像系统构成。变焦系统由两个子变焦系统串联而成，可以实现高变焦比；二次成像系统的作用是压缩物镜口径和实现冷光阑效率的要求。该中波红外连续变焦系统光学系统的工作波段位于3.7～4.8 μm，可以实现12～300 mm连续变焦，F数达到2.5，满足100%冷光阑效率的要求。该系统具有变焦比大、相对孔径大、变焦行程短和变焦轨迹平滑等优点。

为了研究水下气泡的粒径、速度和浓度特性,提出基于高速电荷耦合器件(CCD)的气泡照明和三维摄影光学系统.采用532 nm半导体激光器，基于伽利略结构用三个柱面镜设计了厚度1.5 mm，宽度44 mm的片光源。设计物像距530 mm,放大率为0.4，1，2.5倍(×)的摄影光学系统,每组均由共用前组镜和会聚镜组成，中间以平行光中继。通过同步移动片光源和共用前组镜实现60 mm×40 mm视场内二维高速成像和纵向5 mm扫描，具有结构简单、性能可靠的特点。对设计结果进行评价，0.4，1，2.5×成像光学系统在0.707ω，50 lp/mm时调制传递函数值分别为0.58，0.55和0.38，能够分辨粒径范围为10～450 μm的气泡。

衡量镜面冷反射大小的主要指标在于其对后向反射光线的在探测器靶面的聚焦程度，目前使用一阶参量yni进行量化，不足之处在于没有和具体的透镜参数和系统参数相联系，对于冷反射优化指导作用不大。定义了新的参量光学离焦量对反射光线的散焦进行量化，推导给出了其与镜面曲率半径、通光孔径、其后成像面位置、其前透镜组焦距和系统视场角等设计参数的关系式，分析总结了光学设计中降低冷反射的方法。利用光学离焦量对一个制冷型长波变焦红外光学系统进行了冷反射分析，并计算了各反射面的冷反射引入等效温差(NITD)。分析了NITD主要贡献面的冷反射成因，并进行了针对性的优化，优化后系统变焦部分的NITD减小了50%，而固定透镜组的冷反射下降了75%左右，结果表明光学离焦量对于制冷型红外系统的冷反射优化具有明显的指导作用。

分析航空相机光学窗口的热光学特性，选定熔石英作为窗口玻璃的材料，将热流密度加权分配到窗口外表面各个区域，并考虑整个窗口玻璃的辐射来计算其在一个工作循环内的温度分布。高空高速飞行时，气动热使窗口外表面的温度急剧上升，由于熔石英的导热率很小，窗口产生很大的轴向温差，分别取轴向温差55 ℃，70 ℃和90 ℃时的工况计算窗口热变形；光学窗口内、外表面的变形规律为近似球面，计算了其近似曲率半径，计算由面形变化和折射率变化引起的光程差并转化为Zernike多项式；将Zernike多项式系数带入Code V中考核窗口玻璃的光学性能，得到波像差变化量，其像面离焦量为-0.114 mm，调制传递函数的下降最大值小于0.01。结果表明，光学窗口满足光学性能的要求。

为了提高GaN基蓝光LED的发光效率，设计了在LED有源层上方引入银纳米圆盘阵列的模型。利用时域有限差分方法计算了银纳米圆盘阵列不同结构参数情况下LED有源层自发辐射率的变化情况及光提取效率值。通过对有源区的近场分布和LED远场方向性的分析，理论上解释了利用该金属纳米结构生成的表面等离激元对LED性能增强的影响，利用该模型可使得表面等离激元与有源层有效耦合，从而增强有源层的自发辐射率。此外，银纳米粒子组成的阵列结构所生成的栅格矢量可以补偿表面等离激元的波矢量，从而可将局域化表面等离激元转为辐射性表面等离激元，显著提高LED顶端光提取效率。结果表明，当银纳米圆盘颗粒满足直径为120 nm，厚度为30 nm时，含该结构的GaN基蓝光LED自发辐射率比普通LED增强了3.6倍。在此基础上，当其按照晶格常数为220 nm的三角晶格排列时，顶端光提取效率增强为2.5倍。这些结果为实际的高性能GaN基LED的设计与优化提供了一定的参考。

当用两个微波场作用到Λ型三能级原子的耦合跃迁的基态与另两个超精细能态构成的跃迁时，由微波场诱导产生的两个高对比度共振吸收线将单重电磁诱导透明谱分裂成三个透明窗口。通过调节微波场的强度或失谐量，可实现对原子透明谱进行局域调制。采用缀饰态理论对展示的物理现象进行了解释。这些研究对多通道光通信和原子的可控调制等方面有一定的作用。

基于量子理论和非线性光学，研究了脉冲光场作用啁啾准相位匹配非线性晶体的第II类自发参变下转换过程中，脉冲宽度和啁啾系数对产生的纠缠双光子特性及Hong-Ou-Mandel(HOM)量子干涉结果的影响。结果表明，啁啾系数一定时，随着脉冲宽度的增加，双光子谱的不可区分性降低，HOM量子干涉可见度下降。当脉冲宽度一定时，随着啁啾系数的增加使双光子谱带宽增加，HOM量子干涉陷落变窄，双光子谱的不可区分性增强，从而提高了相干精度和干涉可见度。理论上得到了超宽带的双光子谱和对应超窄的HOM量子干涉图。

合成孔径激光雷达采用激光作为信号载波，通过孔径合成技术实现高分辨率成像。但是平台的振动会对激光雷达图像质量产生影响。针对平台线振动对合成孔径激光雷达影响进行了分析，通过对带有振动的合成孔径激光雷达瞬时斜距展开，可以将线振动的影响分为沿航线振动影响和垂直航线振动影响，其中沿航线振动对图像质量的影响可以忽略，而垂直航线的振动对图像质量影响敏感，会导致方位向散焦而无法成像。最后通过仿真验证了分析结果。

基于分形理论，采用蒙特卡罗方法对随机分布的混合凝聚粒子的空间结构进行了仿真模拟。利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额黑碳的内混合凝聚粒子的等效复折射率。采用离散偶极子近似方法对随机分布混合凝聚粒子在内外混合状态下的吸收、散射和消光效率因子等消光特性参量进行了数值计算，深入探讨了混合方式、容积含量、入射波长以及基本粒子粒径和数量对混合凝聚粒子消光特性的影响规律。通过将所得数值结果与T矩阵方法的数值结果进行比较发现，两种数值方法计算的结果非常相近。结果表明，随机分布混合凝聚粒子的散射效率因子对混合方式非常敏感，消光效率因子对混合方式较敏感，而吸收效率因子对混合方式不敏感。随着凝聚粒子尺度参数的增大，混合方式对散射和消光效率因子的影响逐渐显著。内外混合方式下，随着黑碳体积比的增大随机分布混合凝聚粒子的吸收、散射和消光效率因子均近似线性增大，并且增大的幅度随着粒子尺度参数的增大而增大。

将均匀各向异性介质重构为电学上的无耗各向同性介质，得到了重构目标的散射截面；进而得到了主坐标系中无耗各向异性介质球的散射截面，将介质退化到各向同性介质时，各向异性介质球的散射截面与Mie理论完全一致，验证了所得结果的正确性；仿真结果表明：散射截面正比于目标介电常数张量的元素且随入射方向的变化而变化；所得结果为复杂形体各向异性介质目标的散射评判提供了理论基础。

依据非线性强场效应的基本原理，提出了一种四光束捕获电子的方案，旨在通过延长电子和强场相互作用时间来提高非线性过程发生的总概率，实现观测信号的增强。其基本原理是基于电子在强激光光束上的非弹性散射。数值模拟结果表明，捕获后的电子和中心光场的相互作用时间得到延长。

研制了一种用于Z箍缩等离子体X射线光谱诊断的双通道共轴聚焦型晶体光谱仪。谱仪采用均匀色散（即线色散率为常数）和球面云母晶体作为两个通道的X射线色散元件，位于中轴线上的双胶片盒作为探测器，在大致相同的光谱范围内同时获取Z箍缩等离子体的时间积分光谱。在中国工程物理研究院“阳”加速器上开展了Z箍缩内爆摄谱实验，两通道分别获得了Z箍缩铝丝阵等离子体的类氢和类氦光谱谱线。实验结果表明：均匀色散通道光谱分布遵循均匀色散条件，实验得到的线色散率和设计值吻合很好，最大相对误差仅为3.48%，和球面晶体通道相比，它能更容易、更准确识别和处理光谱，在识别和分析陌生复杂光谱成分时具有优势。

利用CO2激光烧蚀锡靶产生等离子体，当入射到靶面的单个脉冲能量为400 mJ，半峰全宽(FWHM)为75 ns时，使用光谱仪和增强型电荷耦合器件(ICCD)采集了等离子体的时间分辨光谱。在局域热平衡假设下，利用谱线的斯塔克展宽和五条Sn II谱线的相对强度计算并得到了等离子体电子密度、电子温度和辐射谱线强度随时间的变化规律；利用掠入射极端紫外平场光栅光谱仪，结合X射线CCD同时探测了光源在6.5~16.8 nm波段的时间积分极端紫外辐射光谱。实验结果表明：激光点燃等离子体早期的100 ns内有很强的连续谱，此后才能分辨出明显的原子和离子线状谱。在延时0.1~2.0 μs的时间区间内，等离子体中的电子温度和密度分别在2.3~0.5 eV和7.6×1017~1.2×1016 cm-3范围内，均随时间经历了快速下降，然后再较缓慢下降的过程。激光锡等离子体极端紫外不可分辨辐射跃迁光谱峰值中心位于13.5 nm，FWHM为1.1 nm。

利用近红外血流容积光谱相减方法无创伤定量分析人体血液生化成分时，获得的在体血液光谱对应的样品光程是不确定的。为研究样品间的光程差异对定标模型预测精度的影响，配制了30份模拟血清样品，利用可变光程样品池，采用傅里叶光谱仪分别测量了相同光程和不定光程两组样品的近红外光谱。以分析血清白蛋白成分为例，对两组样品的定标模型精度进行比较，结果显示不定光程组的模型精度与相同光程组的模型精度相比明显下降, 交叉检验标准差（RMSECV）由110.0 mg/dL增大至156.0 mg/dL。采用多元散射校正算法对上述光谱数据校正后，RMSECV降低至98.1 mg/dL。对比分析处理前后两组模型的精度，证实了采用适当的预处理方法能够有效校正不定光程引起的光谱误差，提高模型预测精度。

二极管激光吸收光谱以温度扫描实现快速宽谱调谐，其原始数据不便于传统的处理及运算，适当的预处理是进行后续数据处理的基础。在分析了温度调谐数据特征的基础上，利用Savitzky-Golay滤波器去除了波长序列中温度检测噪声的干扰，选择单调的波长区间对信号幅值进行三次样条插值，以固定的波长点对应采样点，得到一组位置固定的幅值序列用于后期处理。此方法将两列检测数据合并为一列，相同的起始点和固定的波长位置不仅将多周期平均后的信噪比提升为原始数据的6倍，也使多组数据的比较及评价成为可能，一致的波长分辨率保证了线形检测的精确度，减小了吸收峰的频带宽度，有助于后续的处理、运算以及评价。

实验获得了激光照射红细胞悬液的荧光光谱，并分别监测不同荧光峰值波长处强度随时间的衰变过程，测试了其相应的荧光寿命。结果表明，在波长为407 nm的激光照射下，红细胞悬液向外发射中心波长分别位于596，628,692 nm的荧光光谱，各荧光峰对应衰变过程的平均荧光寿命分别为1.97，13.31,14.58 ns。利用荧光强度和吸收率的加和性表示了混合物的总吸收率和总荧光发射强度，通过理论计算获得了红细胞悬液中锌卟啉、原卟啉和其他游离物参与荧光发射的相对含量和相对强度在不同荧光峰位的变化关系，进一步解释了不同峰位处荧光发射强度和平均荧光寿命的变化原因。

搭建了基于波前像差的神经对比敏感度(NCSF)测试系统。该系统在测试人眼空间对比敏感度(CSF)的同时，利用Hartmann-Shack波前传感器测量人眼波前像差，通过计算进而得到人眼的NCSF。与通过两种设备分别测量全视觉CSF和波前像差获得NCSF相比，该方法避免了不同测试状态下像差波动的影响，简化了测试过程；和传统激光干涉方法测量NCSF相比, 该方法避免了激光干涉产生的相干噪音和激光散斑等不利因素, 并且通过改变不同亮度不同颜色视标，可以得到不同亮度，不同波长下的NCSF。选用绿光视标对四例正常人眼的NCSF进行了测量，结果表明：该系统可以同时获得人眼的全视觉CSF、屈光系统调制传递函数和NCSF；在同等亮度下,不同人眼的NCSF存在个体差异；对同一个体，NCSF曲线的最大值对应的空间频率比全眼空间CSF曲线的最大值对应的空间频率高一些。

有机复合样品如大多数由低原子序数物质构成的多聚物组合材料、生物软组织等具有混合相位和振幅特性，采用传统吸收计算机层析(CT)或纯相位重构算法难以达到较高密度分辨的目的。采用基于吸收修正的Bronnikov相位恢复算法的X射线同轴相衬CT技术对高分子混合组份材料和药物医学样品进行了实验研究。结果表明该相位恢复算法可以实现多聚物组合材料的无损分辨和精确测量，能够清晰辨别各组份材料的电子密度分布；验证了药物样品多孔性结构三维测量的可行性，能够有效提供孔隙测量的阈值选择。该方法在材料科学尤其是聚合物组合材料、泡沫多孔材料都会发挥很好的作用；单距的低辐射优势，尤其适用于生物医学样品三维无损成像。