准确模拟大气湍流相位屏是建立大气湍流数值模型的核心问题。从大气湍流的统计学特性入手，利用大气湍流波前相位结构函数建立了一种新的大气湍流相位屏数值模拟方法，通过随机数据元扩张对大气湍流波前畸变相位分布的尺度随机性和高频分量随机性进行了模拟，并以此为基础通过相位屏近似构建了满足Kolmogorov统计规律的大气湍流数值模型。计算结果表明，随机数据元扩张法生成的相位屏在统计特性上与理论值基本吻合，在低频部分相对于功率谱反演法有明显的提升。同时，随着相位屏网格数的增加，计算结果的高频特性逐渐呈现并逼近理论值。对于由相位屏构建的大气湍流数值模型，在此通过光强闪烁率作为判据进行了验证，结果表明对于弱湍流和中等强度的湍流，模拟结果与理论计算基本相同；对于强湍流则误差较为明显，相对误差最大可达40%。

均匀路径中图像退化光学模型广泛应用于大气中退化图像的复原，而对于斜程观测情况，视线路径中的光照和光学性质是非均匀的, 即使在水平路径中也会面临不均匀的状况。从平面平行大气辐射传输理论出发，建立了非均匀路径中图像退化光学模型，并在典型大气、观测条件下对模型进行了仿真分析。结果表明，对于近水平观测，非均匀路径退化模型简化为均匀路径中的退化模型；当观测距离较小时，两个模型在表达形式上是一致的，并且相对于长波段，短波段更满足此结论；不同观测方向和太阳的方位角差对退化模型的影响只在于观测处背景光的不同；此外，退化模型依赖于近地面水平能见度。

由于天文观测领域大部分自适应光学系统只能在夜晚工作，提出了采用偏振滤波技术抑制天光背景的办法以达到白天探测微弱星体目标的目的。介绍了偏振滤波的原理并估算了抑制天光背景的效果，通过观测角度关系得到了偏振方位角的计算公式，并在丽江观测站1.8 m望远镜自适应光学系统平台上进行实验，给出了消像旋模型。实验结果表明，偏振滤波技术能有效抑制天光背景，提高星体目标探测能力，一定程度上提高了自适应光学系统在白天探测弱小星体目标的可能性。

强度关联成像在近几年取得很大的突破，其应用价值越来越明显。以随机涨落的热光作为光源是强度关联成像的前提。目前常使用激光穿过旋转的毛玻璃产生赝热光。鉴于使用毛玻璃产生赝热光的局限性，提出了使用稀疏阵独立子光源产生赝热光，并在这种光源结构下讨论了基于线性关联算法的强度关联成像和基于稀疏约束非线性算法的强度关联成像的异同。

提出了一种基于数字图像处理技术的用于降低相位突变点的改进型Gerchbery-Saxton(G-S)衍射光学元件设计方法。与普通的G-S衍射光学元件设计算法相比，这种改进型的G-S算法能够使得衍射光学元件的相位分布曲线更加光滑，并且在迭代计算过程中具有更强的收敛能力。利用该种算法获得了由高斯光束变换成空心光束时所需要的衍射光学元件的相位分布，在同样参数条件下，均方根误差为8.31%，优于普通G-S算法的9.46%；并且约有33.2%的像素的相位值得到了改进，从而平滑了衍射光学元件的相位分布曲线，便于实际的微加工。

研究了采用侧面压迫式增敏和端面拉伸式增敏的无源光纤光栅水声传感器。采用灌注和弹性片端面增敏两种方案分别对光纤光栅传感器进行增敏。研究结果表明灌注方案谐振频率过低（300 Hz），高频灵敏度过低（小于-205 dB），且制作工艺要求比较复杂；弹性片端面增敏方案采用铍铜片进行增敏，在100~1000 Hz频率范围内灵敏度为(-175±2) dB。对端面增敏传感器进行了封装，并应用于水声的检测实验。实验表明，该传感器在灵敏度及灵敏度频响指标上已经可以满足应用要求。

研究了镀膜相移长周期光纤光栅(PS-LPFG)工作于相位匹配转折点(PMTP)时的大间隔双峰滤波特性。LPFG工作于PMTP时，纤芯模与高次包层模耦合产生的损耗峰3 dB带宽可达288 nm以上，在此LPFG中点引入单个π相移时在中心波长两侧出现的两个阻带峰间隔达388 nm，远大于低次包层模耦合π相移LPFG的双峰间隔。在LPFG中均匀地引入M（M>1）个π相移时，双峰间隔随M的增大而增大，M为奇数时，中心波长损耗为0；M为偶数时，中心波长损耗随M的增大而减小。薄膜折射率与厚度的增加都将使两个阻带峰向短波长方向移动并增大双峰间隔。光栅长度的增大在改变双峰峰值损耗的同时使双峰间隔逐渐减小。

提出了一种新型的基于非线性光纤环镜(NOLM)的可重构全光逻辑门实现方案。传统的基于NOLM的全光逻辑利用自相位调制效应或交叉相位调制效应，透射传输函数重构的自由度低，可实现的逻辑门种类较少。该方案在传统的结构基础上，分析了NOLM中探测光的偏振态的演化，以及输入光偏振态和环内偏振控制器对NOLM的传输特性的影响。理论分析和数值仿真结果表明在考虑NOLM中的非线性偏振旋转效应的情况下，可以更加自由地构建不同透射传输函数，从而利用单一NOLM结构，仅通过调节偏振控制器，即能够可重构地实现绝大部分基础组合逻辑。实验中，完成了两路40 Gb/s的数据信号之间的“非”、“与”、“或”、“或非”、“同或”、“异或”等各种基础组合逻辑，验证了方案的可行性。

利用光纤进行相位稳定的微波频率参考的远距离分配，在深空科学研究、基础物理测量以及多基地雷达技术方面有着广泛的应用需求。研究了基于往返相位校正的光纤稳相传输理论，建立了稳相传输的理论模型，搭建了基于光电延迟锁相环的光纤稳相传输实验系统，理论分析并实验研究了相干瑞利散射噪声对系统传输相位稳定性的影响。研究发现相干瑞利散射噪声不仅直接造成远端信号信噪比恶化，并且通过锁相环路转化为系统残余相位噪声，进一步恶化远端信号的稳定性，成为影响稳相传输系统性能的主要因素。针对该问题，提出了双波长的稳相传输技术，有效地克服了相干瑞利散射噪声的影响，实现了10 GHz微波频率参考、100 km光纤稳相分发，传输至远端的相位均方根抖动（RMS-jitter）低于730 fs。

在弹光调制傅里叶变换光谱仪（PEM-FTS）中，由于调制光程差的非线性，不能直接采用快速傅里叶变换(FFT)进行反演光谱，且直接计算开销过大。首先在Matlab软件中用非均匀快速傅里叶变换算法（NUFFT）对PEM非等相位干涉信号进行了软件仿真，其次设计了以TMS320C6713高性能浮点数字信号处理器(DSP)芯片为核心的光谱信息处理系统，实现了硬件上的光谱实时处理。研究表明，算法对光谱反演具有速度快、精度高等优点，1024点光谱反演的速度较直接运算的速度提高20多倍，反演精度可达0.78%。

激光二极管自混频技术可用于纳米颗粒的测量，采用多通道带通滤波技术分别测量了180，100，60 nm三种纳米颗粒，获得自混频信号的频带功率谱(PS-BPF)。作为比较，对实时提取的自混频信号进行傅里叶变换得到功率谱密度(PSD)函数。分别对PSD函数和PS-BPF反演计算得到颗粒粒径分布。结果显示：两种方法得到的颗粒粒径分布基本一致，并与商用仪器测试结果吻合。对两种处理方式的模式矩阵分析表明，多通道带通滤波技术明显优于PSD函数处理方式。

在深入分析二维高斯分布公式的基础上，通过将光斑中心整像素坐标和亚像素坐标进行分离，推导出一种无需求解广义逆矩阵的高斯曲面解析算法，该方法综合利用窗口内的所有像素灰度信息，通过解析表达式直接计算高斯分布光斑的亚像素中心位置；并且对传统高斯曲面拟合法求解过程进行了优化，提出一种更加高效的定参高斯拟合法。与传统高斯曲面拟合法相比，提出的两种方法具有基本相同的稳定性和定位精度，但运行效率分别提高了278倍和78倍以上。

在条纹反射摄影测量中，由于产生条纹图形的液晶显示器不直接出现在摄像机的视场范围内，摄像机与液晶显示器之间的位姿标定是条纹反射摄影测量的主要难点。为了简化标定过程，提出了采用平面镜直接对液晶显示器上的条纹反射3次并利用固定摄像机接收反射条纹，通过对摄像机与条纹虚像之间的3次位姿评估，完成摄像机与液晶显示器的位姿标定的方法。在镜面面形测量中，利用两者之间的位姿关系可以将待测点的反射光线和入射光线统一在摄像机坐标系下，完成光线的三角交会，实现镜面面形测量。数值模拟和实验结果表明，此方法简单易行，且精度较高。

双三步相移算法证明可以较大地减少数字光栅投影测量轮廓术的测量误差，基于理论分析与实验验证，针对常用的四步、五步相移算法，提出了相应的双四步、双五步相移算法。通过两次传统相移算法得到两幅主值相位图，直接融合两幅主值相位图即可获得测量所需的相位信息，与已有的针对两幅展开相位进行相位融合方法相比，此方法实现简单且更加有效。相较于双三步相移算法，双四步和双五步相移算法实现简单且能够极大地减少测量误差，仅需通过投影2倍数目传统相移算法所需的投影光栅，且可保持常用三步、四步及五步相移算法固有的优点。

提出了一种基于斯托克斯参量测量的实时光弹性应力测量及其成像的新方法，对该方法的原理及参量测量方法进行了深入研究。根据分振幅斯托克斯参量测量原理设计一个实验系统，利用Equator-Poles（E-P）法定标系统，采用4个性能一致的光电探测器实现光束斯托克斯参量的快速实时测量。用实验系统测量单色平面偏振光通过光弹性样品后的斯托克斯参量，求得出射与入射偏振光的相位延迟量，再求得样品的应力值。运用该方法对有应力分布的平板玻璃和轴向受压有机玻璃进行测量并扫描成像，得到它们的应力分布图像。结果表明，该方法能够准确、快速和无损地测量光弹性样品任意位置的应力，实现对应力的实时测量。

相移阴影叠栅干涉场的相位（高度）存在非线性关系，而传统的相移阴影叠栅技术往往忽略了相位与高度的非线性关系，从而在测量系统中引入测量误差。对此提出了一种基于迭代相位解调自调算法相移阴影叠栅技术，该方法利用最小二乘技术获得相移量估算值，利用该估算值通过迭代算法消除相移阴影叠栅的全场相位误差，从而得到正确的相位分布。模拟计算表明该方法可以有效解决相移不均产生的相位测量误差问题，且可实现光栅移动量的精确估算，其误差不超过3.4%。对比实验进一步说明了所提出方法的正确性和优越性。

针对成像测量系统中镜头径向畸变影响测量精度的问题，提出了一种基于物面移动同心圆特征靶标的径向畸变标定方法。该方法先将固定在二维精密平台上的同心圆靶标置于垂直物面的特定位置，然后采集靶标图像，同时用最小二乘法以拟合得到的圆直径为条件，按一定方式移动特征靶标，直到拟合值达到极值或者在一定误差范围内。记录该幅图像，则其拟合得到的圆心坐标便是畸变中心，同时利用该幅图像，根据等差值半径和摄像机成像模型的半径的成像关系求出其畸变多项式系数。为提高特征靶标的移动效率，提出了坐标轮换最优化移动的方案。实验结果表明，该方法对畸变中心的标定精度可达0.6 pixel,畸变多项式系数有效数字重复误差小于0.02,并可实现两者的一靶标定,且利用该法获得的参数能实现对畸变图像的准确校正。

讨论了一维S变换在处理条纹图中的应用，推导了S变换表达式，提出一种基于S变换脊的自适应窗口傅里叶三维测量法。利用S变换对于频率的敏感性以及S变换脊思想，求得任意点的瞬时频率。推导了在相位跳变剧烈区域相位二阶导φ″(b)对S变换脊的影响，并求得去除此影响后更为准确的瞬时频率。然后将瞬时频率倒数作为经典窗口傅里叶变换(WFT)的窗口大小，解出条纹图的精确相位。最后对去除相位二阶导影响前后基于S脊的WFT进行对比仿真；实验验证其与传统基于小波脊的WFT在抗噪声、解相位精度上的优势。

生物气溶胶与环境质量和人类健康密切相关。基于光学测量的气溶胶检测技术具有快速、无损和灵敏的优点，是目前的研究主流。而对检测系统的标定技术及其评价方法尚无国家标准可依。基于本征荧光测量技术，研制完成了一套针对包括病毒气溶胶在内的生物气溶胶检测装置。并在此基础上，以色氨酸气溶胶作为被检物，提出了一种生物气溶胶检测与标定方法。实验结果表明，研制的检测装置对色氨酸气溶胶具良好的线性响应特性，线性相关系数R2≥0.99，灵敏度达到4000 L-1。证明了通过测量气溶胶中色氨酸含量检测生物气溶胶技术的可行性与可靠性。还探讨了利用多通道本征荧光检测技术实现对生物粒子种类进行预判别的可行性。

采用相位混合算法（PMA）与平滑修正法相结合的混合算法，对激光发出的高斯光束进行整形，得到了均方误差和顶部不均匀度均明显降低的等光强分布。利用液晶空间光调制器（LCSLM）的相位调制特性，实现了对高斯光束的光束整形，获得了光强均匀分布的圆光束和矩形光束输出。得到的输出光束顶部不均匀度和均方误差都低于5%，能量集中度在90%以上。表明此方法是一种实时、可控和高效的激光束整形方法。

理论分析了激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增大的变化特点及规律。从复合谐振腔干涉函数出发，推导出激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增加指数衰减，衰减系数与光频虚部成正比，并给出光频虚部和实部满足的超越方程组。求解该超越方程组得到，当外腔长度超过一个临界值时，光频虚部随外腔长度近似反比衰减，则激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增加衰减很缓慢；当外腔长度小于该临界值时，外腔反馈会使光频虚部增大，而且光频虚部随外腔长度变化而振荡，激光二极管自混合干涉信号出现复杂的状态。外腔反馈强度越大，或激光单模线宽越大，这一外腔长度的临界值则越小。分析激光二极管自混合干涉还需要考虑外腔反馈对光频虚部的影响。

设计并实现了一种基于广角相机和平面镜的单目多视点立体图像摄像系统，给出了硬件装置的设计指标和优化方法；同时，在研究了硬件系统的标定方法基础上，实现了其在三维测距方面的应用。多枚平面镜构成的对称斗型腔体被放置在广角相机前面，物体光线经过不同平面镜反射后，投影到相机图像平面的不同区域，在相机投影平面上生成物体多个影像，形成单目多视点投影图像。该类图像等价于视点不同的多幅图像，可以使用多视点立体视觉算法实现三维测量。

提出一种融合时间及目标之间空间语义信息的视频运动目标交互行为识别方法，即基于目标之间空间语义的变化规律识别其交互行为类别。不同于传统的语义事件建模方法，首先根据运动目标跟踪结果，基于其运动方向以及建立目标之间的空间关系（拓扑关系和方向关系）模型，提出一种提取人目标之间空间语义（前面、后面、背对、面对以及左右）的方法；然后基于空间语义的变化规律建立随机文法规则；最后采用随机文法器识别九种常见的两人交互行为。该方法无需训练样本，实验结果验证了方法的有效性及优越性。

制备了一种新型多孔聚丙烯酸/十六烷基三甲基溴化铵聚吡咯凝胶电解质，并将其应用于柔性基染料敏化太阳电池(DSSC)。通过扫描电镜表征、热重分析测试、电化学性能测试和柔性电池光电性能测试等手段，分析了凝胶电解质对柔性基DSSC的光电性能影响。研究结果表明：随着聚吡咯的引入，提高凝胶电解质导电性以及催化电解质中的I-/I-3离子电对等性能，最终在100 mW/cm2[大气质量(AM)1.5]光照条件下，测得基于该准固态凝胶电解质的柔性基DSSC光电转换效率达1.28%。

将由两个一维介质层光子晶体组成的异质结拓展为超晶格结构，分析了该结构的能带和透射谱。该超晶格结构可以产生多个界面隧穿态，它们之间的耦合可产生新的通带。研究结果表明，该通带的宽度随光子晶体的周期数变化，而通带的中心位置保持不变。当光子晶体周期数取特定值时, 这个通带将发生分裂，在带间产生零相位带隙或π相位带隙。

采用基于第一性原理的赝势平面波方法，对不同Al掺杂浓度CrSi2的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行了计算和比较。几何结构和电子结构的计算表明：Al掺杂使得CrSi2的晶格常数a和b增大，c变化不大，晶格体积增大；Cr(Si1-xAlx)2仍然是间接带隙半导体，掺杂使得费米面向价带移动，且随着掺杂量的增大而更深地嵌入价带中，费米能级附近的电子态密度主要由Cr的3d态电子贡献。光学性质计算表明，随着掺杂量的增大，Cr(Si1-xAlx)2的静态介电常数、第一介电峰、折射率n0逐渐增大，平均反射效应减弱，表明Al掺杂有效增强了CrSi2对光的吸收，能够提高其光电转换效率。计算结果为CrSi2光电材料的应用和设计提供了理论指导。

研究光诱发和静息两种状态下的脑功能网络的信息传输枢纽、网络聚合能力和信息传输的最小路径的差异性。采用小世界网络理论对脑功能网络进行建模，通过对脑功能网络连接度、簇系数和最小路径进行分析，得出光诱发状态下的信息传输重要枢纽为岛叶、后扣带回功能区；丘脑、海马两处功能网络有较大聚合能力。光诱发过程从额上回经颞中回传输到枕中回。静息状态下的信息传输重要枢纽为楔叶、舌回；中央旁小叶、颞上回脑功能网络有较大聚合能力。静息状态下的左半区最佳信息传输路径为左额上回、左颞中回、右楔叶最后到左枕中回；右脑半区的为右额上回、右前扣带回、左枕下回最后到右枕中回。光诱发状态与静息状态的最佳传输路径有明显的区别。

在高分辨光声显微成像系统中，只有在有限焦深范围内的吸收体可以获得高分辨率高信噪比的成像，而实际的生物组织往往具有不规则的轮廓，导致成像结果分辨率和信噪比不均匀。提出了一种基于稀疏扫描轮廓的滑动焦点光声显微成像方法，首先在固定的焦点上稀疏扫描轮廓，人工选择轮廓点获取轮廓的稀疏矩阵，然后通过双调和(Biharmonic)插值获取完整的轮廓矩阵，并将轮廓矩阵转化为焦点位置移动矩阵，最后进行二次扫描，根据焦点位置移动矩阵在每次扫描之前调整焦点位置，使得在整个扫描过程中，样品始终处于焦深的范围，从而获得分辨率和信噪比均匀的光声显微图像。通过模型实验和在体皮下血管成像、颅下血管成像，证明了该方法可以有效地提高光声成像的质量。

激光带宽有利于抑制光束的小尺度自聚焦效应，从而突破非线性效应的限制提高高能固体激光器的输出功率。研究表明，带宽抑制小尺度自聚焦效应的程度与带宽和脉宽之比密切相关，相同脉宽条件下带宽越大对空间小尺度自聚焦的抑制作用越明显，而带宽一定时随着脉冲宽度的增大，带宽的抑制作用则逐渐变弱。在实际的钕玻璃激光放大系统中，由有限的增益带宽以及增益窄化等因素所限制的带宽量，决定了在这类固体激光系统中需要脉冲宽度短至皮秒量级才能有效利用激光带宽抑制小尺度自聚焦效应，而对于长至数十皮秒，甚至纳秒量级的长脉冲而言，如此有限的带宽量对小尺度自聚焦的抑制几乎不起作用。

提出并设计了一种消色差的相位型超分辨光瞳滤波器。详细分析了滤波器的设计参数对成像系统的光斑压缩比和斯特雷尔比影响。分别以方解石晶体和石英玻璃材料为例进行了设计，当光斑压缩比为0.83时，得到两种材料的消色差超分辨光瞳滤波器，可以分别在380~555 nm和300~600 nm的波长范围内实现消色差，同时可以有较高的斯特雷尔比。

为了满足全景三维立体头盔显示器(HMD)对大视场(FOV)、小畸变、高分辨率以及轻量化的要求，设计了全景三维立体HMD的目视光学系统。采用4×3阵列式排列的12组相同的FOV角为33°×24°的高质量成像的目镜光学系统拼接成单眼目视光学系统，实现系统的大FOV设计。利用二元衍射面和非球面校正目镜光学系统的初、高级单色像差以及色差；使用有机光发射二极管(OLED)微显示器作为图像源，设计结果表明：单眼目视光学系统水平FOV达到120°，垂直FOV为60°，角分辨率为43 pixel/(°)；传递函数在45 lp/mm处轴上FOV高于0.68，周边FOV高于0.45，系统畸变小于0.2%；系统的双目FOV为160°×60°，双目FOV重叠为80°×60°，系统重量约为91.2 g。系统设计满足头盔显示光学系统的成像要求,并且实现了系统的轻量化以及低成本。

为满足高精度光学导航敏感器地面标定要求，针对传统标定用目标标准源技术特点，给出了一种基于有机电致发光器件(OLED)光源与光纤光导技术相结合的高精度目标标准源设计方法。分析设计方案并给出了目标标准源的整体结构；同时为提高OLED与光纤耦合效率，详细设计了标准目标源的光纤光源耦合机构以及光纤入/出射板的结构；为满足5～10等星的精确控制，对光耦合机构的自聚焦透镜和星等输出模拟系统中的滤光片进行了详细设计，并对自聚焦透镜进行了参数优化。对目标标准源的主要参数星等和星点间距精度进行的理论分析和实际测试表明所设计目标标准源达到了高精度星敏感器标定需要。

法拉第反常色散原子滤光器作为一种精密光谱仪器，具有光谱分辨力高、光谱稳定性好等优点。探讨了利用双透射峰钠原子滤光器进行高分辨力太阳多普勒观测的方法，在此基础之上开发了原子滤光器透射谱型理论模拟软件，研制出双透射峰钠原子滤光器样机并对其进行了透射谱型测试。测试结果表明，理论模拟的透射谱型与实验测试结果符合良好，在双峰间距、透射带宽等参数方面基本满足太阳多普勒观测的要求，为太阳观测提供另一种有效手段。

研制了一种基于微光机电系统(MOEMS)技术的新型谐振式扫描镜，该扫描镜采用绝缘体上硅(SOI)加工工艺，静电梳齿驱动，利用工艺中残余应力的释放产生垂直梳齿偏差，作为启动电极。针对该器件的机电性能，设计并搭建了一套光学系统测试其性能。结果表明，该器件具有加工工艺简单、低成本、低电压和大的扫描角度等优点。此外，将所制造的两个扫描镜进行合理组合，搭建了利萨如图形的显示装置，显示图案与Matlab软件仿真结果基本一致。

将具有蜂窝内壁结构的遮光罩内的杂散光传播分解为蜂窝结构的散射、内壁等效面传播两个层次的行为。通过建立蜂窝结构的等效面各向异性反射模型，采用蒙特卡罗法模拟获得内壁等效面的双向反射分布函数(BRDF)。以此为基础，再次采用蒙特卡罗法模拟遮光罩内壁等效面的杂散光传播过程，分析了该类遮光罩的杂散光抑制特性，并讨论了蜂窝高度和涂层反射率的影响。结果表明，遮光罩内壁蜂窝结构有很好的杂散光抑制作用；蜂窝高度与边长之比δ≥1时，遮光罩的抑制能力不再变化，降低涂层反射率能够有效地增强抑制效果。

提出一种可产生大焦深无衍射线结构光的新型光学元件变折射率组合三角棱镜，由正、负等腰三角棱镜胶合在一起设计而成，其变换光束特性与单个正等腰三角棱镜相同，等效折射率由正、负等腰三角棱镜折射率之差决定，因此可通过两个折射率接近的正、负等腰三角棱镜组合得到一个更加接近1的等效折射率，以获得更大焦深的无衍射线结构光，解决了单个正等腰三角棱镜小角度加工困难的技术问题。采用几何光学理论分析了产生无衍射线结构光的原理，计算了无衍射线结构光的相关参数。由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的光强分布特性。研究表明，平面波正面入射新型光学元件可以产生具有大焦深的无衍射线结构光。

在分析大模场双包层光纤的模式特性和测试光路中光功率分配的基础上，根据耦合波理论和传输矩阵法，对不同情况下大模场双包层光纤光栅的透射谱和反射谱进行数值分析，结果表明光谱形状取决于模式间的功率分配，通过基模的透射谱可以测量双包层光纤光栅的真实反射率。采用相位掩模法制作了基模反射率不低于99.7%的20/400 μm大模场双包层光纤光栅，测试了不同情况下的反射谱和透射谱，实验结果和理论分析的结论一致。

利用衍射积分公式数值模拟了不同阶次的空间变化偏振矢量贝塞尔高斯(BG)光束经过强聚焦系统后在焦点附近的强度分布。数值结果显示空间变化偏振矢量BG光束聚焦后在光束传播轴负方向存在焦斑移位现象，其焦斑移位的大小与光束的模阶次、光束宽度、波长以及局部偏振状态密切相关。矢量光束偏振态的变化依靠液晶相位延迟器(LCVR)的相位延迟角度来控制，由于LCVR的相位延迟角度可以在0~π之间连续变化，从而改变光束的局部偏振状态，间接实现了对矢量光束焦斑移位大小的实时控制，在光学微操纵领域具有潜在的应用价值。

通过使用场正交算符，而不是传统的玻色算符，研究了非阿贝尔腔量子电动力学(QED)模型中原子和偏振光场的相互作用。讨论了初始双模偏振光场对于原子布居数反转以及偏振光场的压缩特性的影响。结果表明，原子布居数反转的演化不仅与偏振椭圆的相位角有关，也与偏振椭圆的椭率角有关；只有当偏振椭圆是右旋圆偏振光时，原子布居数反转随时间的演化基本不变，趋近于初始值0，而当偏振椭圆是左旋圆偏振光时，原子布居数反转随时间的演化呈现周期性的崩塌复苏变化。另外，当初始光场是左旋圆偏振光时，光场可以出现周期性的压缩；而当初始光场是右旋圆偏振光时，光场的压缩不会持续出现。

考虑一个运动的二能级原子与单模热光场强度相关耦合，采用量子约化熵研究原子和场的约化熵变化规律、原子与场的熵交换，用共生纠缠度研究原子与场的纠缠。并借助于数值计算方法，详细分析了在强度相关耦合J-C模型中，原子初态、热光场的平均光子数以及场模结构参数对熵交换和纠缠的影响。结果表明原子与光场的熵交换和纠缠均周期性地演化。选择适当的原子初态，可以使得原子的约化熵和光场的约化熵完全交换，这意味着原子与光场反相关。此外，场模结构参数增加导致熵交换的幅度减小，周期缩短。原子与热光场的纠缠随平均光子数的增加而减弱。

为了研究温度对成像光谱仪谱线漂移的影响，分析了谱线漂移与光谱成像系统各镜面刚体位移之间的关系，建立了温度对成像光谱仪谱线漂移影响的理论模型，通过软件仿真和热光学试验对理论模型进行了验证和修正。基于线性光学理论建立了镜面刚体位移对谱线漂移影响的数学模型，使用蒙特卡罗法对理论模型进行了数值仿真验证；采用有限元法求解了温度载荷下各镜面的刚体位移，在Matlab软件环境下利用Code V的API函数对变形后的光学系统进行了光线追迹，求解了镜面刚体位移导致的谱线位置变化，研究了成像光谱仪的谱线漂移特性，得到了温度载荷作用下的谱线漂移模型；通过热光学试验对理论模型进行了验证和修正。结果表明，在8 ℃～28 ℃范围内，谱线在光谱方向仅发生整体平移，没拉伸或压缩效应；基于线弹性理论和线性光学模型建立的理论模型与试验结果吻合较好，最大偏差不超过12%，修正后的谱线漂移模型相对误差小于5%，绝对精度优于0.2 pixel。

针对综合光栅衍射与空间干涉与一体的新型空间外差光谱（SHS）技术开展了光谱定标技术研究。从SHS干涉机理入手，列举了SHS与传统超光谱仪器光谱定标的差异，开展了仪器线性函数、光谱分辨率和光谱范围等光谱特性数据的定标原理研究，设计可调谐激光积分球光谱定标法，并且针对超光谱数据特点探讨了谱峰定位等数据处理算法。利用上述光谱定标方法对CO2空间外差光谱仪样机开展了光谱定标实验，并利用镁元素灯进行了定标精度验证，结果表明该光谱定标方法能够满足SHS光谱定标要求，样机实测光谱定标数据与理论设计值吻合。

对菲涅耳望远镜合成孔径激光成像雷达进行了实验室尺度条件下的原理验证实验。实验中利用不同曲率半径、垂直正交偏振的两个球面波通过二维(2D)扫描方式照明远距离处的目标，接收望远镜接收到的目标回波经过偏振分光镜分成两束作为信号光和本振光进入2×4 90°桥接器，桥接器输出的四路光信号被两个平衡探测器接收，平衡探测器输出电信号经模数转换后经过复数化、两维相位二次项匹配滤波算法处理后可以重构出目标图像。对4.3 m处点目标和2D面目标进行了成像实验，取得了具有良好成像分辨率和对比度且带有散斑效应的预期成像结果，证明了该合成成像激光雷达概念的正确性。

为了解决雷达高分辨距离像识别系统对训练样本需求量过大的问题，提出了一种有限样本条件下的目标识别新方法。分析了距离像频谱幅度的统计特性，从其广义平稳性和多模态分布特性出发，定义一种线性混合高斯状态空间模型对其统计建模，利用期望最大化算法进行了模型参数估计。实验结果表明：即使在很少的训练样本条件下，该方法仍能获得较高的正确识别率和良好的拒判性能。

为了去除直接采集的近红外(NIR)光谱中含有的噪声，将归一化最小均方（NLMS）自适应滤波方法引入到NIR光谱去噪领域中。以51份土壤样品的NIR光谱为研究对象，探讨NLMS自适应滤波方法在NIR光谱预处理中的应用，并将处理后的结果与土壤中有机质的含量相关联，建立模型。结果表明，通过NLMS自适应滤波去噪后的光谱，预测集的相关系数r由处理前的0.8284提高至0.9654，预测均方根误差(RMSEP)由处理前的0.3385降至0.1606。由此可见，NLMS自适应滤波对NIR光谱的去噪有显著效果，可以有效地提高光谱的分析精度和模型的稳健性，为NIR光谱的预处理提供了一种新方法。

使用相对聚(3乙基噻吩）(P3HT)具有更低能带结构的聚{［9-(1辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-2基］-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5噻吩二基}(PCDTBT)作为电子给体材料和较C60衍生物(PC60BM)具有更广光谱吸收能力的C70衍生物(PC70BM)作为电子受体材料构建共混体系活性层，制备有机聚合物太阳能电池。通过控制活性层薄膜生长速度、环境得出在N2环境中静置10 min时聚合物电池达到了5.65%的高光电转换效率(PCE)。然后，通过进一步优化活性层薄膜厚度短路电流密度大幅提升至14.2 mA/cm2，PCE达到5.84%。结果表明，在不使用TiOx等光学间隔层的情况下，通过控制活性层薄膜生长过程和优化活性层薄膜厚度也可以大幅增加短路电流密度，获得高的PCE。

提出了一种制备氧化钒热敏电阻薄膜的新方法。采用紫外光和过氧化氢相结合的方法，对多壁碳纳米管进行功能化处理，然后通过溶胶凝胶法，使功能化碳纳米管与V2O5相复合，制备氧化钒碳纳米管复合薄膜。与单纯的氧化钒薄膜相比，氧化钒碳纳米管复合膜的薄膜方阻和光学带隙发生减小，而电阻温度系数(TCR)和光吸收率相应增大。复合膜还具有更高的载流子迁移速率，更加适合应用到红外探测器当中。

采用含氢聚硅氧烷(HPSO)和二乙烯基苯(DVB)的交联体掺入聚二甲基硅氧烷（PDMS）中，使改性的聚二甲基硅氧烷（M-PDMS）折射率发生1%~1.8%的改变。M-PDMS及PDMS薄膜具有良好的光透射率和低的传输损耗，是低成本制备用于高速芯片间光互连聚合物光波导的理想材料。采用软成型和图案转移法，用M-PDMS及PDMS分别作波导的芯层和包层制备了截面为50 μm×50 μm，长度大于20 cm的聚硅氧烷多模光波导。用数字化散射法测量了所制备波导的传输损耗，测得输入光波长为633 nm时平均传输损耗为0.137 dB/cm。

色貌预测是现代颜色科学领域的基本理论和技术。为了评价低光泽度彩色印刷色谱的色貌，以丽印胶版纸印制的彩色印刷色谱为研究对象，根据颜色科学和心理物理学相关实验，建立其色貌参数样本数据组。采用相对系数R2和差异系数CV等数理统计方法，评价这种印刷色谱中Y-M内页在三种不同的照明光源下色貌的视觉评估结果。实验数据分析表明，在D65、A和TL84 三种光源中，人眼在A光源下对颜色的识别能力明显不同于D65和TL84光源；同样在这三种光源中人眼对明度和色调的评估准确度最高，彩度最差。

探测器像元响应的不一致、光源能不稳定等因素使得计算机层析(CT)图像中含有较多的环形伪影，严重降低了图像质量，影响了图像的三维重建和量化分析，为此提出了基于极坐标变换与傅里叶变换后低通滤波的算法去除环形伪影。通过极坐标变换将直角坐标下的环形伪影转化为极坐标下的线性伪影，然后对线性伪影图像进行傅里叶变换获得频谱图像，进而设计二维低通滤波器进行滤波处理，最后通过傅里叶逆变换与坐标逆变换获得校正后的图像。利用Matlab软件，编写程序对算法进行验证，结果表明，该算法能够有效地去除环形伪影，使图像内部细节清晰可见，并且保护了图像边缘信息，提高了图像的信噪比；另外，使用该方法处理100张切片图像只需3.5 min，可满足批量处理的需求。