随着大数据时代的到来和“宽带中国”国家发展战略的推出，光纤光学和光通信迎来了一个全新的发展机遇。近年来，随着以视频为主的宽带业务、三网融合、移动互联网、光纤接入、光互连、云计算、传感网络以及物联网业务等多种新业务需求的飞速增长，光纤和光通信产业正在经历新的变革，通信体制、编码格式、网络架构都发生了很大变化。作为新一代光通信的理论基础与技术依托，光纤光学也有了飞速发展，涌现出一批新型的光纤与光电子器件，如新型大有效面积低损耗光纤、多波道光子集成器件、超高速光通信与相干光通信器件、光交换网络器件以及宽带光接入网器件等，呈现出百花齐放、欣欣向荣的局面。值得我们骄傲的是，我国的光纤光学与光通信产业已经走在世界前列，甚至在某些领域成了领跑者。我国有国际知名的华为、中兴、烽火这样的超大型企业集团，为欧洲开通了当今世界最高速率100 Gb/s、1000 km的商用光纤通信线路；我国自己的100 Gb/s、1000 km的商用线路正在加紧建设；实验室已经突破160 Gb/s的水平，正向400 Gb/s的高速通信迈进；10 Pb/s量级的光交换网络正在研制之中。伴随着这些高水平、大容量、超长距离通信网络的建设，相应的配套技术、器件技术、材料加工技术以及光纤光学理论研究水平都有了大幅度的提升。《光学学报》长期致力于报道我国光纤光学与光通信领域的最新研究成果，是本领域科硏人员的重要学术活动阵地。面对当今的大好形势，《光学学报》精心组织了一期专题，较为系统地介绍了我国在光通信领域的最新成果，展现了该领域研究学者的创新劳动和对该领域的突出贡献。专题共有论文25篇，涵盖了光纤与光纤器件、光放大器与激光器等有源器件、光纤传输技术、无线光通信技术、光网络技术以及光纤传感技术等多个方面，将有助于我国光纤光学与光通信技术的交流与发展，启迪读者产生新的创新灵感。最后，在杂志付梓之际，我们向在百忙中挤出时间为本专题撰写高水平论文的各位专家以及认真评阅论文的审稿专家表示衷心的感谢！

根据黄东海及珠江口附近海域17个航次的实测水下光谱剖面数据，建立了基于水体遥感反射比光谱数据与490 nm波段水体漫衰减系数Kd的遥感反演算法。经实测数据检验，经验算法反演结果的平均相对误差为28.27%，均方根误差为0.35，相关系数为0.91；半分析算法反演结果的平均相对误差为31.53%，均方根误差为0.48，相关系数为0.83。通过采用实测数据对新算法和现有算法的比较，发现新建立的算法能取得更好的反演效果，新建立的模型中经验算法能取得比半分析算法更高的精度。考虑到半分析算法建立过程独立于实测的水体漫衰减数据，因此可以认为半分析算法比经验算法有更大的适用性。

空芯光纤已经成功用于红外波段的传能与气体传感。利用金属膜空芯光纤在可见光波段的低损耗特性，进行有色溶液测量。基于可见光光谱吸收法，设计并搭建了稳定实用的溶液浓度传感系统。从理论上对系统进行仿真计算，分析了系统的传感特性。实验测定了氯化钴溶液的浓度，结果表明系统具有响应速度快、操作便捷和灵敏度高的优点。另外,系统具有可小型化及可在线检测的特点，在环境监测、化工过程监控和医药生产等领域都有广阔的应用前景。

光调制格式转换是全光通信中的一个关键技术。基于硅基微环谐振器的交叉相位调制(XPM)效应，可实现非归零(NRZ) 信号到归零(RZ) 信号的光调制格式转换。将探测光NRZ信号与抽运光时钟脉冲序列同步通过硅基微环谐振器，由于硅波导的XPM效应，抽运光上升沿与下降沿的功率改变使得探测光NRZ信号产生光频率的负啁啾与正啁啾，通过适当的光带通滤波器(OBPF)就可获得需要的RZ信号。研究了转换后RZ信号的质量与抽运光功率、脉宽以及OBPF对探测光的波长失谐量之间的关系。研究结果表明，利用硅基微环谐振器的XPM效应可实现芯片级的光调制格式转换。

基于耦合模理论，研究了镀吸收型薄膜长周期光纤光栅（LPFG）的模式转换及其折射率响应特性。讨论了镀膜LPFG包层模有效折射率随薄膜厚度的响应特性，从模场分布和波导传输本质上统一了模式转换与模式跳变两种表述。在此基础上分析了镀吸收型薄膜情形下LPFG包层模有效折射率实部与虚部随膜厚及薄膜折射率的变化，给出并解释了高阶和低阶包层模发生的一步、二步模式转换情况，进一步考察了薄膜消光系数对模式转换区域的影响。结果表明，薄膜消光系数对模式转换区域变化的影响很小。最后研究了转换区及其附近区域的镀吸收型膜LPFG透射谱的折射率响应特性，发现靠近模式转换区相较于模式转换区，LPFG对薄膜折射率分辨率高出近一个数量级，而模式转换区域采用简易的透射率相对变化进行检测，对薄膜折射率的分辨率也高达10-5以上。

研究了一种基于还原氧化石墨烯(rGO)的全光纤温度传感器。此传感器利用侧边抛磨光纤(SPF)作为基底，采用改进氧化还原法得到的石墨烯作为敏感材料。通过自然蒸发沉积方法，将rGO沉积于SPF的抛磨区，使rGO与光纤光场发生相互作用。实验结果表明温度变化可明显改变rGO对传输光场的作用，使通过传感器的光功率发生显著的变化。当温度从-7.8 ℃~77 ℃变化时，通过传感器的光功率发生11.3 dB的变化，光功率随温度变化的线性相关系数高达99.4%。测温精度可达0.03 ℃，灵敏度为0.134 dB/℃, 响应速度大于0.0228 ℃/s。

提出了一种基于双光束干涉的分布式光纤振动传感器，利用双路瑞利散射信号的干涉效应探测振动信号并利用传统的光时域反射计定位原理进行定位。基于该原理提出一种新的信号处理方案，在传统移动平均算法的基础上引入间隔参数并对信号进行标准化处理，不仅可以降低系统运算量，而且能去除因干涉灵敏度升高造成的本底噪声影响，提高振动信号的信噪比。实验结果表明，该系统可以有效探测到外界扰动信号并进行精确定位,而且探测灵敏度较高。当传感光纤长度为5 km时，系统空间分辨率可以达到20 m，信噪比约为8.5 dB。该系统可以用于管道安全预警和周界安防以及结构健康监测等领域。

分析了全通型波导微环的滤波响应特性，该波导微环在耦合系数与微环周损耗满足临界耦合条件时可以实现陷波滤波功能。设计并制备了跑道形聚合物液态聚倍半硅氧烷(PSQ-L)波导微环谐振器。基于其陷波滤波功能，实现了14.35 GHz准单边带微波信号在长为25 km的光纤中传输，有效抑制了光纤色散导致的微波功率衰减问题。为进一步提高陷波滤波的灵活性，采用马赫曾德尔干涉(MZI)结构代替传统定向耦合器。通过改变干涉臂和环波导上加热电极的功率实现了微环耦合状态（过耦合、临界耦合、欠耦合）与谐振波长的灵活调谐，最大陷波深度为12 dB，波长调谐效率为8.2 pm/mW。

报道了一种低损耗小型化高纯度高稳定性的光纤型空芯光子晶体光纤（HC-PCF)低压CO2气体腔。通过采用高压待充气体对HC-PCF进行气体置换、利用高压填充的HC-PCF进行尾纤耦合，确保了腔内填充气体的纯度；通过熔接单模光纤(SMF)作为输入端、经陶瓷插芯套管准直对接多模光纤(MMF)作为输出端，有效降低了插入损耗；通过对HC-PCF的实时监控降压与胶封，制备出压强低至10 kPa的光纤型HC-PCF低压CO2气体腔。该HC-PCF低压腔的插入损耗约为3.5dB，且具有长期气密性与稳定性。这种HC-PCF低压气体腔在光纤气体传感、激光稳频、高分辨光谱等方面具有广泛应用前景。

提出了一种基于长周期光纤光栅(LPFG)载边比(CSR)连续可调的单边带调制光载无线通信(RoF)系统。其核心单元是由偏振控制器(PC)、偏振分束器(PBS)、两个平行的长周期光纤光栅和偏振合束器(PBC)构成的载边比调节单元。通过调节偏振控制器输出的偏振角度，就可以实现载边比的连续可调。进一步分析了调制指数、长周期光纤光栅透射率峰值和马赫曾德尔调制器消光比对载边比的影响。仿真结果与理论分析结果具有很好的一致性。经40 km标准单模光纤(SMF)传输后的仿真实验表明，当载边比由13.22 dB调节到5.4 dB后，系统灵敏度提高了5.7 dB。

介绍了在相位掩模板法制作光纤光栅的过程中，通过测量和调节光纤在拉直状态下所承受的拉力，从而精确控制光栅布拉格波长的光纤光栅制作方法。利用此方法，可使光纤光栅的波长制作误差控制在±0.05 nm以内，并利用一定周期的相位掩模板制作5 nm波长范围内的任意波长的光纤光栅，极大地提高了相位掩模板法制作技术的效率和灵活性。同时，提出了利用扫描曝光技术，在光纤光栅刻写过程中持续改变光纤拉力，制作啁啾光纤光栅的新方法。

提出了一种基于三芯光子晶体光纤的定向耦合器。通过增大纤芯两侧空气孔直径来引入非对称纤芯，该方法有效地实现了1×3分束的目的。数值分析表明，该三芯光子晶体光纤定向耦合器的工作带宽可达113.9 nm（具体为波长从1530.9~1644.8 nm）且均匀性小于0.4 dB、偏振相关损耗低于0.2 dB。此外，这种结构能够有较大的制作容差，具体表现为器件长度在光纤长度（20.9 mm）的±4%范围内变化都能保证工作带宽不小于80 nm。

研究了一种基于线性啁啾光纤布拉格光栅(LCFBG)和热光相移技术的可编程带宽波长独立可调光纤光栅滤波器，透射峰数目、带宽、中心波长及波长间隔独立可调。由于热光效应，对LCFBG局部区域进行加热便可在加热处引入相移，使LCFBG透射禁带上产生透射峰。采用可编程的热打印头作为数字化加热单元，精确加热光纤光栅的特定位置，通过控制加热区域的数目和加热区域的间隔来分别确定透射波长的数目和透射波长的间隔；通过改变LCFBG被加热区域的宽度，实现可变带宽滤波。此可编程带宽波长独立可调光纤光栅滤波器的透射峰带宽调谐范围为0.07~1.55 nm，透射峰中心波长调谐范围为1547.44~1558.64 nm，两透射峰间距最小为0.95 nm。

采用一种简单的双光栅级联结构，通过不同波长的两束控制激光进行增益控制；同时采用两级放大结构，实现全光增益控制光纤放大器高增益和高功率输出。当可调光衰减器功率衰减量分别为33.2 dB和3.8 dB，输入光功率在-5.1 dBm~2.0 dBm范围变化时，增益控制光纤放大器的最大输出功率为1.55 W，平均增益和噪声系数分别约为30.3 dB和6.4 dB，增益漂移小于0.27 dB。同时，改变环形腔损耗得到不同的增益，在增益漂移允许范围内（小于0.3 dB），增益钳制范围为24.5 dB~31.3 dB。另外，在双信道情况下，当剩余信道功率为0.74 mW和1.57 mW时，其增益漂移范围分别小于0.08 dB和0.16 dB。

报道了一种工作于1 μm波段、正常色散区、基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)的被动锁模光纤激光器。激光器以高掺杂Yb光纤为增益物质，结合可调谐滤波器，形成环形腔结构。采用976 nm半导体激光器抽运，当抽运功率大于16 dBm时，激光器可实现1033~1069 nm波长范围内重复频率为25.4 MHz的宽带可调谐输出，性能稳定，在调谐范围内均可观测到非常规则的矩形输出光谱。在固定抽运功率下，对调谐范围内输出功率、光谱带宽、时域脉宽进行了实验测量和分析。在波长为1064 nm时，用单通道光栅对将谱宽为1.745 nm、时域脉宽为34.85 ps的脉冲压缩至15.45 ps。

实现了一种快速简单有效的测量基于压电陶瓷(PZT)的光相位调制器相位调制系数的方法。利用光纤马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪输出光强度与两臂相位差的函数关系，通过3×3解调算法可以计算基于PZT的光相位调制器的相位调制系数。实验中在M-Z干涉仪另一臂加上一个基于PZT的相位调制器以减小系统噪声的影响，并在相位生成载波(PGC)解调实验中作为干扰源。最后通过PGC解调方案解调出了3×3耦合器的第一路输出信号中的干扰信号，实验验证了所测量的结果,表明该方法是行之有效的。

建立了双包层光纤光学放电现象的理论模型，并对其进行了数值模拟。结果表明双包层光纤放电传输速度随功率密度增加而非线性增加。当功率密度较大时，速度增加较为缓慢。光学放电的功率密度阈值与初始加热温度有关，当加热温度一定时，功率密度阈值随芯径增大而减小。从实验上比较了不同芯径双包层光纤的光学放电阈值，实验结果与模型结论符合较好。比较了芯径相同、内包层直径不同的光纤的放电传输速度与功率密度的关系。结果表明内包层直径较大的光纤放电传输阈值略高，但传输速度与功率密度的关系基本一致，说明芯径是影响放电传输速度的主要因素。

研究了一种由多个长光纤环构建的频率可调光电振荡器，多个组合的长光纤环能够降低光电振荡器的相位噪声和提高边模抑制比，保证了高性能微波信号的产生，通过高速的微波开关切换带通滤波器组能够产生不同的信号频率输出。在构建的工作于X波段的光电振荡器实验中，实现了频率为8、9、10、12 GHz的微波信号输出。对于产生的每个频率信号，输出功率均大于10 dBm，边模抑制比均大于60 dBc。在频率偏移10 kHz处，相位噪声达到了-130 dBc/Hz。实验结果与理论分析变化趋势一致，证明了该方法的正确性。

在星地激光通信中，大气湍流影响光接收波面，增加通信误码率。采用差分相移键控（DPSK）体制，通过当前码元信号光与延时1 bit的码元信号光干涉得到数据信息。在高码率通信的情况下，由于大气扰动对前后码元信号光的波面影响基本相同，可以通过干涉时波面相位相减得到差分信息。在此基础上，用菲涅耳衍射理论，分析入射光信号在自由空间差分干涉结构中的衍射传输过程。数值模拟仿真过程中，模拟探测波前像差对干涉系统性能的影响，通过对探测端零差效率的分析，验证了自由空间差分干涉结构解调光信号可以在一定程度上克服大气湍流效应对光信号相位信息的扰动。从理论上给出了自由空间差分干涉结构解调光信号的使用条件和结论。

为了有效抑制正交频分复用(OFDM)系统中信号的峰均比(PAPR)，提出了一种基于平方根Better-Than奈奎斯特脉冲的改进预编码方案，通过仿真在60 GHz光载无线通信(RoF)系统中实现5 Gb/s四阶正交振幅调制(4QAM)OFDM预编码信号的发射、传输与接收。仿真结果显示，与基于平方根升余弦脉冲的预编码算法相比，改进算法将进一步获得0.3 dB左右的PAPR抑制增益。从平衡传输效率与PAPR抑制性能的角度考虑，由预编码引入的冗余度上限取20%为宜。采用改进的预编码算法，信号的峰均比最大值具有不随OFDM系统子载波数增加而明显增加的特性。无论是在背对背或传输情况下，系统的接收灵敏度均随改进型预编码算法的引入获得约0.4 dBm的改善。如需进一步改进系统误码率特性，可考虑采用高阶调制格式。综合考虑，改进型预编码方案将有效改善传统OFDM-RoF系统的性能并适用于未来的实际应用。

提出一种以基于平行排列3×3耦合器的双环耦合全光缓存器为缓存主体、以非线性光纤环路镜或马赫-曾德尔干涉仪为选择开关的可动态配置延迟的全光缓存器阵列方案。理论与实验证明,该缓存器阵列可实现不同延迟时间的配置,输出信号能满足进一步传输的要求,并可有效降低网络拥塞,减少丢包率。

光正交频分复用（O-OFDM）是一种有效降低符号间干扰的高速数据调制技术。在技术实现过程中若峰值平均功率比（PAPR）过高，发射机和接收机内部放大器线性要求就会很高，从而限制了O-OFDM调制技术的实际应用。总结了目前国内外降低PAPR的多种技术，在此基础上，给出了PAPR的定义和分布，并提出了一种新的基于虚拟子载波来降低光OFDM系统PAPR的方法，该方法在发送端不需要传输OFDM信号的边带信息，接收端不需增加额外处理。实验和仿真结果证明，经200 km标准单模光纤（SSMF）传输后，该方法既能更加有效地抑制O-OFDM的PAPR，又能改善系统的误码率(BER)性能和降低传统虚拟子载波技术计算的复杂度。

相干光正交频分复用系统（CO-OFDM）是未来高速光传输的重要解决方案，而偏振模色散（PMD）与偏振相关损耗（PDL）相互作用严重影响传输性能。分析了CO-OFDM系统中的偏振效应和数学模型，并通过仿真加以验证。结果表明，一阶PMD效应对正交频分复用(OFDM)信号子载波幅度附加余弦因子；二阶PMD效应中，去偏振项（DR）占主要因素，且一定程度上可缓解色度色散带来的相位噪声；另外，由于PMD带来OFDM子载波偏振度随频率变化加强，也对PDL带来的系统损伤有一定抑制作用，在不考虑色度色散，相对损耗因子α=0.5，单模光纤传输距离为720 km条件下，系统Q值约有2 dB提高。

现有波分复用网络选播研究假设网络节点都具备分光能力或都不具备分光能力。综合网络性能和成本，稀疏分光网络更符合现实。研究了稀疏分光网络中多目标函数的选播路由问题。提出了光迹的概念，设计了禁忌搜索算法(TTS)。大量仿真实验表明,相对于最优多播路由算法基础上的选播成员优先算法(MOM)，TTS算法明显优于MOM算法,更加适合稀疏分光网络。

针对无线紫外光散射通信的特点，介绍了无线紫外光通信中三种方式的链路间干扰，建立了基于蒙特卡罗的无线紫外光非视距(NLOS)单次散射通信仿真模型，并用理论公式验证了该模型的正确性。利用该模型仿真了无线紫外光通信非共面情况下的链路间干扰，结果表明：合理地调整工作链路接收端的接收仰角和视场角能更好地减小链路间干扰，提高通信系统的性能。

从自由空间相干激光通信接收机的核心部件空间光混频器的光学原理出发，基于其在相干接收系统中所起的作用，建立了一套利用介质膜偏振分光棱镜(PBS)交叉分光构成方式的结构模型。研究结构模型中各光学元件对信号光与本振光作用的数学关系式，最终建立出空间光混频器的数学模型。该数学模型向具体结构演化，通过实验佐证了空间光混频器数学模型的正确性及其合理性。空间光混频器数学模型具体指出了各种光学元件相对摆放位置及其相对角度和相位补偿晶体的补偿范围及其调整方式，对未来高性能空间光混频的研制与改进有重大的指导意义。

提出了一种在光突发交换(OBS)网络核心节点中，基于突发包分片并考虑路径关联的可控重传方案。与以往研究相比改进之处在于，所提方法研究了在设定不同重传概率情况下，相同重传概率重传多次以及不同重传概率重传多次的情况，并对重传次数进行了限制，从而实现了对重传概率和重传次数的可控性；同时，还考虑到了路径关联因素对基于分片的可控重传方法的影响，从而克服了以往研究只涉及单路径而不能获取网络拓扑对分片技术影响的局限。利用路径阻塞率和字节丢失率对所提方法进行性能分析，并进行了仿真验证。从仿真结果可以看出，相比于传统方案，重传概率从1开始每减小0.2，突发包的阻塞率就将分别减小13%，24%，16%，6%。

摆扫式航空遥感器采用线阵时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)作为成像探测器，对运动的目标成像时，在积分时间内，飞行与时间延迟积分扫描二维空间上都存在拖影现象，降低了遥感系统的调制传递函数，导致图像的分辨率下降。针对上述现象，分析了像拖影产生的原因并建立了数学模型，定量分析了像拖影对调制传递函数的影响，通过调制传递函数与图像分辨率之间的关系，建立了像拖影与图像分辨率之间的映射，并采用主动补偿的方法进行像拖影补偿。利用动态目标发生器、平行光管以及三轴摇摆台模拟飞行环境，对理论分析结果进行实验验证。实验结果表明，当控制精度在理论允许的误差范围内时，图像拖影现象得到了明显改善，提高了图像的分辨率。

相位检索利用直接测量得到的强度分布恢复相位信息，从而重建波函数，是光学和图像处理中的重要研究方向。提出衍射成像中新的利用相位掩模的结构光照明设置，在这种新的设置中，物体和掩模紧贴在一起，并且相互之间的位置可以互换，采用多结构光照明，收集多个不同的衍射图样，在没有信号额外信息情况下求解相位。模拟实验结果表明，这种新的设置形式简单，可以成功地实现相位检索。此外，提出应用托普利兹掩模和循环掩模收集衍射图样以检索相位，它们比二进制掩模需要收集更少的衍射图样；与高斯掩模需要收集的衍射图样数目相当，但是物理上比高斯掩模更易于实现。

以某型大面阵彩色电荷耦合器件(CCD)航测相机为研究对象，通过分析其成像过程的各个环节，提出引起相机成像非均匀性的各个因素，并根据分析结果提出光学系统引起的照度差异是导致相机成像非均匀性的主要原因。通过实验室内辐射定标的方法，完成相机暗电流噪声、成像非均匀程度及像元响应度的检测。非均匀性度量结果表明，图像中各彩色像元成像非均匀性均比较严重，尤其是红色像元达到17%，必须予以校正。响应度检测结果显示，相机R、G、B颜色通道各个像元的响应度在工作谱段范围内均呈线性变化趋势，但中心区域像元响应度明显高于边缘区域。通过分析各像元点响应特性的分布规律，提出基于辐射响应特性的非均匀性校正方法，获取各像素点的反演辐射亮度并依据反演辐射亮度的变化，分区域选取进行校正曲线拟合的像素集合。利用最小二乘法获得拟合校正曲线，并对大面阵彩色CCD航测相机的地面成像图像进行了非均匀性校正，其校正效果优于传统的两点校正法。非均匀性度量结果表明，校正后积分球图像的非均匀性降低到4.3%以下，其中红色通道像元非均匀性降低到1.79%，可满足工程实践要求。

为了提高光电轴角编码器的细分精度，提出一种光栅条纹光电信号正弦性偏差的自动补偿方法，依据编码器精码转换的方波信息实现精码信号的自适应采样，完成光电编码器精码时域信号向等间隔空域信号的转换；通过实际采集24位光电编码器周期光栅条纹光电信号，并对其离散幅值序列做频谱分析，揭示了高精度光电编码器信号正弦性偏差的主要谐波成分并建立波形方程；根据光栅条纹光电信号的数学模型及幅值细分原理，建立了信号细分误差的补偿模型；采用粒子群优化算法辨识波形方程中的7个待定参量，并对信号进行修正。应用细分误差补偿模型对补偿前后的细分误差进行分析，结果表明，编码器光电信号的细分误差峰值由0.923″降低到0.316″。该方法可实际应用于编码器系统，能够提高编码器的环境适应性和测角可靠性。

辐亮度探测器由陷阱探测器、滤光片和精密光阑等构成，其辐亮度响应度可溯源于低温绝对辐射计。通过精确测量陷阱探测器绝对光谱响应度、滤光片光谱透射率、精密放大电路增益、光阑尺寸及间距等参数获取了辐亮度探测器的绝对光谱辐亮度响应度，并对其进行了整机性能测试，评估了绝对光谱辐亮度定标过程中的不确定度，定标联合标准不确定度优于1.26%(置信概率系数k=1)，满足光学遥感器高精度定标应用需求。

点衍射干涉仪是现代超高精度面形测量中常用干涉仪，其参考波由一定尺寸针孔衍射产生，因此摆脱了参考元件面形误差对测量精度的限制，使纳米及纳米级以下精度测量成为可能。点衍射干涉仪由于其结构特点，主要的系统误差来源于针孔衍射波与理想球面波的偏差。设计了一种新的点衍射干涉仪系统误差标定结构，降低了对准难度。同时提出了利用干涉图信息计算CCD位置，去除几何结构慧差的方法。搭建了基于双孔干涉的系统误差标定系统，在针孔直径为3 μm时，系统误差为0.009λ。

为了实现大口径、宽视场光学遥感器的辐射定标，研制了新型的直径3 m、出光口直径1 m的可变光谱积分球光源。采用多种波长的发光二极管密集阵列发光单元, 结合卤钨灯发光单元，在400~2500 nm波段实现了绝对辐亮度和光谱分布的动态可调, 开发了光谱自动匹配算法，能够模拟阳光、海水、植被、沙漠等典型目标光谱。参考光源采用循环水冷温控和高精度可编程直流电源驱动技术，保障了光源的稳定性。检测结果表明：光源角度均匀性在±60°以内优于99.4%，面均匀性优于99.5%，2 h内稳定性优于99.8%。

使用数字锁相环ADF4107芯片，设计了锁频带宽为1~7 GHz的光学锁相环(OPLL)。通过光学探测器得到两台外腔半导体激光器的拍频信号，经过OPLL，产生两种误差信号，它们分别被加载到半导体激光器的光栅压电陶瓷和反馈电流上，从而将拍频信号的噪声由兆赫兹降低到赫兹量级。将该系统应用到电磁诱导透明光谱实验中，成功地观察到电磁诱导透明现象。该方法还可应用到超冷原子拉曼光谱实验中。

由1018 nm光纤激光器组成的同带抽运结构激光器是实现单根掺镱光纤达到输出极限的方法之一。由于Yb3+在发射光谱短波长处有相对较大的吸收截面，掺镱激光器一般很难工作于波长1030 nm以下。为获得高效率1018 nm光纤激光器，最根本的方法是调整掺镱光纤的光谱性质，使光纤发射次峰尽量靠近1018 nm。对Yb3+在石英光纤中光谱性质的改变机理进行了研究，通过共掺杂的方法获得了高性能1018 nm掺镱光纤，其预制棒发射次峰位于1008 nm，光纤发射次峰位于1021 nm。相较普通掺镱光纤,光纤发射次峰蓝移了18 nm，1018 nm处截面差值大。1018 nm激光的光光转换效率达到68%。

提出了一种畸变中心未知的非量测摄像机畸变标定新方法，该方法无须求解摄像机内外线性参数即可标定摄像机二阶多项式径向畸变校正模型。该方法分两步实现：将直线畸变成像的曲线的两个端点用直线段连接以形成闭合曲线，得到其面积值及端点与畸变参数及中心的近似关系，以此完成近似标定；依据该闭合曲线端点和当前畸变标定值，由畸变模型生成参考值对近似关系进行修正，准确逼近实际的畸变参数与中心。另外，设计了一种畸变校正指标函数，利用局部非线性优化方法进一步抑制了噪声对标定结果的影响。仿真和实际图像实验均表明该方法收敛快速，标定精度高。

随着机器视觉技术的发展，彩色线扫描系统在工业在线检测中的应用日趋广泛。在彩色线扫描视觉系统中，由于照明光源的照度非均匀性、光学镜头的渐晕和电荷耦合器件(CCD)相机的非均匀性响应等因素，导致系统采集图像出现灰度不均匀且颜色失真的情况，为后端图像处理带来困难，以致对系统稳定性造成影响。基于上述问题，提出了具有针对性的彩色线扫描系统图像校正方法，使该方法与多项式拟合方法对均匀目标进行对比实验，获取的校正后灰度均值与方差等统计结果更优，更接近目标真实灰度，并已将其应用于印刷电路板(PCB)外观缺陷自动光学检测系统，取得了较好的实际应用效果。

采用第一性原理赝势平面波方法对应力调制下β-FeSi2的电子结构及光学性质进行了计算，全面分析了应力对β-FeSi2能带结构、电子态密度和光学性质的影响。在各向同性应力的作用下，压缩晶格使β-FeSi2的导带向高能区漂移，带隙变宽，拉伸晶格使导带向低能区漂移，带隙变窄，且当拉伸应力增加到-25 GPa时，费米能级穿过了价带和导带，β-FeSi2由半导体变成了导体；压缩晶格会使各光学参数发生蓝移，增大β-FeSi2的吸收系数和光电导率，降低反射率，而拉伸晶格会导致红移，增大静态介电常数，折射率n0和反射率，降低吸收系数。 施加应力可以调节β-FeSi2的电子结构和光学性质，是改变和控制β-FeSi2的光电传输性能的有效手段。

合成了绿色发光稀土有机配合物1,10邻菲啰啉三乙酰丙酮合铽(Ⅲ) [Tb(aca)3phen]，通过紫外可见吸收光谱测试材料的吸收特性，其吸收范围主要集中在250~355 nm之间，在296 nm和345 nm处有两个较强的吸收峰。利用345 nm的紫外光激发得到了材料的光致发光光谱，观察到明显的绿色发光, 发光峰位于487，545，585，621 nm，分别对应5D4→7F6，5D4→7F5 ，5D4→7F4，5D4→7F3能级间的电子跃迁。制备了结构为ITO/PEDOTPSS/Tb(aca)3phenPVK/Bphen(x nm)/Al有机电致发光器件。研究了不同厚度的Bphen修饰层对器件性能的影响，当Bphen厚度为5 nm时器件发光特性最优，说明5 nm Bphen层可有效地阻挡空穴，提高了载流子的复合几率。当器件外加驱动电压为20 V时，发光强度是没有Bphen修饰层的器件的2.4倍。

利用飞秒激光抽运探测和Z扫描技术研究了氧化石墨烯和在不同还原时间下的氧化石墨烯的超快动力学过程及非线性吸收性质。将氧化石墨烯用肼蒸汽还原，通过控制还原时间，得到不同的还原氧化石墨烯材料。通过X射线光电子光谱实验测试了材料的含氧量和不同官能团含量。抽运探测实验结果显示还原后石墨烯载流子衰减速度明显加快，各官能团的含量也会影响载流子的衰减过程。Z扫描实验结果显示还原后样品的饱和吸收明显增强。对氧化石墨烯还原后，再延长还原时间并不能明显改变还原氧化石墨烯的饱和吸收性质，这种变化同还原氧化石墨烯的结构变化相关。

为了满足地平仪系统轻小、廉价、性能可靠的要求，设计了折/衍混合无热化凝视型红外地平仪系统。利用衍射元件特殊的像差特性和热差特性，采用折/衍混合广角f-θ镜头结构对地平仪系统进行大视场像差、色差和热差校正，采用反远距结构，保证系统具有足够的后工作距。设计结果表明，在温度为20 ℃时，140°广角f-θ镜头的线性特性小于0.5%；在-20 ℃~40 ℃温度变化范围内，空间频率20 lp/mm处光学系统的调制传递函数均大于0.52，光学系统的波像差均小于λ/4，系统设计接近衍射极限满足成像要求，优化设计后光学系统的后工作距离为15 mm，满足红外光学系统的装配需求。

通过对离轴三反光学系统结构特点和像差特性的研究，在光学系统适当的位置引入了自由曲面，设计了焦距为1000 mm，F数为7，视场为20°×10°的宽幅离轴三反光学系统。该系统在空间频率为50 lp/mm处的调制传递函数值均大于0.49。与以往采用推扫成像的模式相比，该系统实现了画幅成像模式，使得探测器的选择更加广泛。该系统与其他三反射光学系统相比，主要优点是可以获得更宽的成像视场，可提升遥感器的成像质量。

在偏振光学中系统地引入四元数方法。分别给出了在Poincare球和斯托克斯参数基础上建立的偏振光四元数表示，并证明这两种表示是等价的。讨论了偏振光四元数表示的多样性。导出了偏振器件和系统的四元数表示。利用四元数表示证明了偏振系统的等效定理，导出了等价简化系统的组成和四元数表示。提出了偏振系统的四元数矩阵计算方法，得到了四元数表示和Mueller矩阵之间的变换关系。讨论了根据四元数矩阵乘法有条件的交换性优化偏振系统的四元数矩阵算法的途径，并指出了这种算法的应用前景。

针对某型高分辨率空间遥感相机的性能特点，设计了一种调焦机构以补偿相机的离焦量。从传动机构、光电编码器和调焦控制系统等部分对调焦机构的精度进行了分析，论述了误差大小及产生的原因，计算了调焦机构总误差的理论值。采用闭环控制方式对机构的调焦精度进行测试，运用比对方法——分别处理调焦镜的直线位置变化数据和与之对应的光电编码器角度位置变化数据——得到调焦机构的精度为±3.1127 μm，与理论分析一致，验证了调焦机构设计的有效性。最后对测试方法及结果进行了分析，论述了两者产生差异的原因。实验数据表明，调焦机构的精度满足相机对调焦机构±10 μm的精度要求。

将4阶回音壁谐振模式(WGM)应用于折射率传感器的检测中。实验中以壁厚为4.8 μm的微毛细管构建折射率传感器，验证了不同WGM的传感器灵敏度有显著差异。实验获得的最高灵敏度达到48.74 nm/RIU(折射率单位)，对应的探测极限达6.2×10-6 RIU。通过与模拟结果对比，清晰地识别出4阶WGM共振峰，并且4阶WGM在传感灵敏度方面有明显的优势。此外，分析了环境温度的扰动对不同径向阶数WGM共振波长的影响，发现与其他低阶模相比4阶WGM表现出低温度响应的优势。为实现实用的高灵敏度、抗热噪声折射率传感器提供了理论和实验基础。

传统的合成孔径激光成像雷达外差接收天线结构，系统的视场角和有效孔径面积总是服从反相关关系，单方面提高其中一项并不能改善最终信噪比。从接收视场角、信号光可探测能力及系统的信噪比3个方面分析讨论了传统的望远镜接收、透镜接收及望远镜自差接收3种典型外差接收结构的优劣。结果表明，透镜单探测器接收结构能增大系统的接收视场，降低发射信号功率，但无法改善最终信噪比；透镜N阵列元的阵列探测器接收结构能保证较大接收视场和较强的探测能力，相对单探测器接收结构发射功率可降低为1/N，信噪比可提高N倍，比传统的望远镜及透镜接收结构有明显的视场大、口径大的探测优势。实验结果与Siegman光学外差接收天线理论吻合，研究结论也为其他光子极限外差探测系统相关参数的选定提供了参考。

根据一级波恩近似和非稳态场的散射理论，研究分析了部分相干光脉冲经各向异性介质散射的光谱和相干特性。通过数值计算给出了介质参数和脉冲参数对各向异性介质散射场光谱密度和光谱相干度的影响。结果表明，与各向同性介质散射场的光谱密度和光谱相干度分布都具有轴对称性分布相比，各向异性介质散射场的光谱密度和光谱相干度分布都不对称。最后对所得主要结果进行了物理解释。

利用光脉冲在非线性光纤中传播时所满足的波动方程，导出了在拉曼效应和参量放大共同作用下，激光脉冲在低双折射光纤中传输时所满足的耦合模方程。给出了沿光纤的快轴输入线偏振光抽运时，在拉曼效应和参量放大共同作用下的增益。结果表明，拉曼效应可导致参量放大下的斯托克斯波与反斯托克斯波的增益谱由对称变为不对称。输入不同的功率或传输常数差，增益谱的峰值和位置均会随之发生变化。

利用同轴介质阻挡放电装置，在大气压流动气体（氩气和痕量的空气）中放电从而在气流上行区产生了稳定的长达几十厘米的等离子体。利用光学方法研究发现该上行区等离子体以发光子弹模式传播，其传播运行速度约为0.8×105 m/s，表明介质阻挡放电上行区的放电机制为流光放电。利用斯塔克展宽计算上行区等离子体电子密度为1015 cm-3量级。利用玻尔兹曼斜线方法计算了上行区的电子激发温度，发现上行区电子激发温度随外加电压峰值的增加而增加。

基于统计光学理论，建立了适用于同步辐射软X射线的部分相干光的传播模型。利用互强度描述部分相干光，并采取分割波前叠加的方法，引入合理的近似，可以定量分析部分相干光传播一定距离后相干性能的变化。利用该模型分析了传播距离、光源相干长度、光源尺寸等因素对相干性能的影响。另外在上海光源软X射线干涉光刻分支线站BL08U1B进行了相干衍射实验，并利用该模型对实验结果进行了模拟。模拟结果表明，该模型能够准确地模拟BL08U1B的相干衍射图样，计算结果和实验数据符合较好，为设计同步辐射高相干性光束线站提供了理论依据和参考。