选用兰州大学半干旱气候与环境观测站2006年9月1日至2007年8月31日的光度计观测资料，以及同期的地面常规观测资料、卫星资料和探空资料，结合冗长绝对法对太阳光度计进行Langley定标。结果表明：选用某一天认为符合条件的观测日定标，其结果误差可能会较大；对各波段的多日定标值直接取平均，计算结果与真值的差别仍会较大；采用期望平均法和拟合平均法检验筛选后，日定标值的离散程度会显著减小，标准差减小了70％～90％；拟合平均法剔除偏离较大的散点后定标值的平均值更接近于真值。

太阳光度计是地基探测整层大气光学参数的重要仪器，而在一些研究与工程应用中更需要了解低层大气光学参数。基于均匀平行球面大气分层的假定，提出了利用太阳光度计测量的数据确定分层大气平均消光系数的算法。应用该算法处理POM-02太阳光度计的实际测量数据，研究表明这种分层算法得到的大气总光学厚度与整层算法得到的大气总光学厚度的相对误差小于3%。利用该分层算法求得的低层大气平均消光系数与激光雷达测量的消光系数进行比较，两者具有较好的一致性。因此，这种利用太阳光度计测量数据确定分层大气平均消光系数的算法是可行的，该算法拓展了太阳光度计的应用。

针对保偏光纤陀螺静态参数受光路偏振串扰误差的影响而使陀螺精度受到制约的问题，从实际应用的角度，研究了保偏光纤陀螺光路中由于各光学器件不理想和熔接点对轴角度误差等因素引起偏振串扰误差的机制。基于琼斯矩阵和相干矩阵，并引入随温度变化的保偏光纤双折射变量，建立了变温环境下保偏光纤陀螺的光路传输模型，对变温环境下偏振串扰误差对保偏光纤陀螺零漂和随机游走的影响进行了理论分析和估算。同时开展了变温环境下光纤环偏振串扰对其静态参数影响的相关实验。实验结果与模型分析结果基本一致，表明该模型是合理的。

针对多主体协作健康监测系统中光纤传感网络链路故障，提出了一种基于光开关和图论的光纤传感网络自修复方法。研究采用图论相关理论表述含光开关光纤传感器网络链路的连通情况，据此研究了光纤传感网络出现链路故障时光开关的切换策略，实现对失效光纤布拉格光栅（FBG）传感器信号的自修复。以航空铝板结构试验件为实验对象，针对光纤传感网络典型链路故障，对基于光开关和多主体协作的光纤传感网络自修复效果进行了对比实验。实验结果表明：在光开关和主体协作下，识别精度较没有修复时识别精度提高10.02 mm，仅比网络结构完好时识别精度降低3.61 mm，有效提高了载荷识别精度以及光纤传感网络的可靠性。

为满足临床诊断对生化传感器灵敏度和特异性的要求，研究了纳米磁珠对纳米光纤光传输特性的影响，以及纳米磁珠作为标记物同时完成目标待测物提纯和高灵敏度检测的可能性。详细介绍了锥形纳米光纤传感器的制备过程、表面处理方法和纳米磁珠的处理方法，设计实验检测到了直径200~300 nm的单个纳米磁珠，验证了纳米磁珠的强信号放大作用，并通过实验验证了磁珠同时用作分离提纯和灵敏度增强的方案在纳米光纤传感器上的可行性。

针对强度调制/直接探测（IM/DD）系统，采用一种改进型光分路器结合数字信号处理（DSP）算法，实现了一种简单有效的偏振解复用方法。仿真结果表明，在2×40 Gb/s的偏振复用强度调制/直接探测(PDM-IM/DD)系统中，该方法能够较好地分离两路偏振复用信号，并且算法收敛迅速，与传统IM/DD系统相比，误码率为10-4时对应的功率灵敏度仅为-2.3 dBm。

在偏振复用(PDM)高速光通信系统的相干检测中，需要实现信号偏振态和载波相位的快速跟踪。将扩展卡尔曼滤波器用在偏振复用16进制正交振幅调制(PDM-16QAM)光调制信号相干接收机中，成功实现了偏振态和载波相位的快速精确跟踪。在单信道112 Gb/s PDM-16QAM传输系统中，数值仿真发现，扩展卡尔曼滤波器所能跟踪的最大偏振态旋转速率可达级联多模算法的100倍，而且具有很好的收敛精度，其收敛速度和精度可以通过调优参量控制。使用扩展卡尔曼滤波器跟踪100 kHz线宽18 Mrad/s偏振态旋转信号时，10-3误码率(BER)对应的接收机灵敏度代价仅为0.2 dB。研究了应用于长距离传输光通信系统的扩展卡尔曼相干接收的性能。

光纤陀螺为典型的光纤干涉仪，非互易误差主要是由各类寄生干涉引起，零偏误差具有明显的周期性特征。结合Allan方差分析方法，发现由寄生干涉引入的正弦噪声为其零偏误差的主要来源。通过加入正弦噪声进行仿真计算和分析，发现光纤陀螺Allan方差曲线中“速率斜坡和速率随机游走”部分实际是由正弦噪声引起。基于小波分析和傅里叶变换实现了陀螺中正弦噪声的辨识，并在此基础上，提出了结合小波分析法和Allan方差法计算零偏不稳定性、随机游走和量化噪声的方法，并进行了实际计算验证。

提出了一种基于偏芯熔接结构的光纤振动传感器，该传感器具有较好的梳状滤波特性和较高的消光比。通过对该结构的传感器的弯曲响应特性进行分析，实验结果表明该传感器对弯曲变化表现出了近似线性响应的特性。在此基础上进一步研究了传感器的振动响应特性，对传感器工作在线性响应区域和非线性响应区域的振动响应特性进行了分析和对比。实验结果表明，该传感器在线性工作区域表现出了极好的振动响应特性，其振动响应谱线与马赫曾德尔型光纤干涉仪相类似。此外，该传感器在无振动情况下的噪声极低，具有较好的实际应用价值。

提出了一种可工作于可见光波段的波长可调的超透镜。该超透镜由一层等离子体金属薄膜和两侧等厚介质薄膜的平面波导构成。通过分析介质薄膜对波导表面等离子体模式的调制作用，给出了超透镜的成像规律。结果表明，通过调节透镜介质薄膜的厚度可实现从365~515 nm、分辨率为λ/6、高能量透射率的亚波长成像。该三层膜超透镜结构简单，可有效地减小制备误差及表面粗糙度对成像的不利影响，降低了制造难度。此结构以其简单的结构、出色的成像性能在亚波长光刻、生物显微镜、高密度数据存储等方面具有潜在的应用价值。

研究了一种基于快速物理光学法（FPO）计算太赫兹（THz）波段目标雷达散射截面（RCS）的方法。将目标散射体分解成若干个子区域，经相位补偿后计算出每个子区域的散射特性，经过插值、相位恢复和聚合得到整个散射体的散射特性，并对FPO在THz波段的应用进行了讨论。仿真结果表明：利用FPO法计算THz目标的RCS，能够在保证准确性的前提下，大大提高计算效率，节省计算时间。该研究对于THz波段的快速目标识别和成像有着重要的意义。

脉冲噪声是导致图像退化的主要原因之一，低密度脉冲噪声去除比较容易，但高密度比较困难。为了有效去除高密度的脉冲噪声，提高边缘和细节纹理的保持能力，提出了一种基于莫罗(Moreau)包络平滑l1/全变差范数(l1/TV)模型的脉冲噪声去除方法。此方法具有修复前后图像对比度和形态不变，不易产生局部模糊等优点。由于l1/TV模型中的两个目标函数均为不可微凸函数，无法直接求解，提出了利用解耦形式的Moreau包络对全变差范数进行平滑化处理，平滑后的函数是原函数的可微紧下界，具有迭代形式的解析解，证明了它也是原函数的解。仿真表明该算法具有很强的去噪能力，并能较好地保持边缘和细节信息。此外，还提出了该算法的加速策略，可以大大提高收敛速度。

基于地基大口径自适应望远镜构建成像偏振探测系统，可以同时获取空间目标的光强和偏振图像，将光强信息和偏振信息相结合，能为空间目标的探测和识别提供更多依据。现有的1.23 m自适应望远镜在设计时并未采用保偏设计，在开展观测研究前需得到光学系统的偏振传输特性。但目前难以直接对大口径望远镜进行偏振标定，为了分析1.23 m自适应望远镜光学系统的偏振传输特性，基于相干矩阵和光线追迹法建立了望远镜系统偏振传输特性分析模型。仿真得出了1.23 m自适应望远镜光学系统的偏振传输特性，发现光学系统会引入较大的偏振探测偏差。为减小偏振探测偏差，给出了一个可行的保偏改进方案，并通过已建立的模型验证了该方案的有效性。

利用孔径大小为2.32 mm的16阵元换能器，搭建了一套16通道的内镜超声相控阵成像实验系统。在此基础上提出了一种适用于内镜成像的相控阵成像算法(PAI)，该算法利用延时和叠加算法(DAS)取得扫描线数据，再利用合成孔径技术中的相干样点叠加，得到高分辨率图像。该相控阵成像算法实现了发射和接收的动态聚焦。经FieldII仿真和内镜探头超声成像实验验证，与延时和叠加算法以及动态接收聚焦算法（DRF）相比，图像的理论横向分辨率分别提高了93.68%和17.5%，实验获得的实际横向分辨率分别提高了92.78%和14.69%，验证了相控阵成像算法和实验系统的可行性。

对空间复用的光场成像技术进行了建模，从光学器件对光场变换的角度阐释了光场复用的机制，建立了标准光场和像素光场的关系，并提出了基于多频相移的光场标定方法。在Lytro光场相机的标定实验中，确定了微透镜中心位置，像素与微透镜的所属关系，恢复了光场信息，并将光场信息应用于重聚焦和全聚焦。实验结果验证了光场模型的正确性和标定方法的可行性。

由于航空相机拍照时存在像移，会导致成像质量下降，因此在航空相机中必须有像移补偿机构。目前一般采用主观判据，即通过人眼判别是否存在像移以及像移量的大小，来评价像移补偿系统的性能是否达到设计要求。主观判据受人的主观性影响较大，而且只能定性评价。为了建立航空相机成像质量与像移补偿系统其他指标之间的直接关系，提出使用倾斜刃边法测量航空相机像移的调制传递函数(MTF)。设计了相应的实验，实验中通过转台的转动模拟航空相机的扫描像移，分别通过倾斜刃边法测量像移的MTF和通过理论模型计算像移的MTF。实验结果表明，在空间频率为0.10 cycle/pixel时，转台以3、5、8°/s转动时，两种方法得到的MTF之间的误差百分比分别为0.77%、1.15%、4.91%，进而证明了该方法的有效性。

针对基于时间延迟积分(TDI)传感器重叠区图像的像移测量方法的多解性问题，提出了以光滑性评价函数最小值为像移解的多解去除方法。根据像移测量原理，探析了像移测量方法的多解性；新增了光滑性评价函数，评价像移曲线的光滑性；以共轭梯度法求解的光滑性评价函数的最小解为像移解，实现从多个伪解中提取真实解；实验结果表明像移测量结果唯一，且测量误差为0.13 pixel，证明了以光滑性评价函数最小值为像移解的多解去除法的有效性。

提出了一种基于两平板绝对检验的迭代面形恢复算法。算法基于两平板互检方法，通过分别翻转和旋转其中一块平板，获得4次两两测量结果。对测量得到的4个结果数据进行翻转和旋转逆操作，直接推导出三个面形与测量结果及相互之间的关系公式。设置初始面形，逐次迭代逼近4次测量结果。实验表明，该方法仅需要50次以内迭代，即可得到偏差小于0.1 nm均方根值的绝对面形。详细分析了实验过程中的各项误差来源，并对每项误差进行了定量计算，获得总的测量误差为1.417 nm。

通过结合电磁波在周期性纳米材料中的传播特性以及阿贝完备成像理论中的阿贝正弦条件，提出了一种快速测试光子等频图和能带结构的测试技术和光学检测系统。将无限筒长显微物镜作为一种把波矢空间直接转换到实空间的变换器件,并通过配备二维面阵CCD的光栅光谱仪实现了对周期性纳米材料的等频图和能带结构的一次性拍照，真正实现了方便、快速和无损的探测技术。利用自行搭建的测试系统对用自组装方法制备的二维周期性纳米材料进行了相关光学测试，通过实验测试结果和相关理论计算的对比验证了系统的可行性和可靠性，从而说明该光学系统在研究周期性纳米材料的光学特性方面具有一定的优势。

子窗口尺寸选择是数字散斑相关计算中的一个重要问题，对计算结果的精确度有重要的影响，研究了子窗口内各像素对计算结果的影响，并提出了一种新的方法用于处理该问题。该方法不再像传统数字散斑相关方法中那样平等对待所有的像素，而是根据它们从目标图像中识别出子窗口的能力分别处理，各像素的权系数由分布函数根据它们与参考图像子窗口中心的距离计算得到。与传统的选择子窗口尺寸的方法相比，该方法不仅具有根据不同测试条件选择合适数量的像素包含进子窗口的功能，而且缓解了子窗口边缘像素对计算结果的影响，提高了相关计算的精度。

日冕仪是在像面人工制造日全食影像的日冕观测仪器，其具备的杂光遮拦结构可使得日冕仪像面具有黑暗的背景。其中Lyot光阑可遮拦日冕仪入射口径边缘衍射光所形成的衍射环。其结构参数根据衍射光波长的不同而有区别。为完全遮拦衍射环并保证到达像面的日冕辐射能量，需确定Lyot光阑合理参数，结合内掩式透射日冕仪，建模分析衍射环的成因,确定Lyot光阑的设计方法及对应参数，通过实验确认衍射环的实际尺寸和Lyot光阑设计参数的正确匹配关系， 且其具有较好的杂光遮拦效果，进而提高了日冕仪设计中杂散光的抑制能力。

介绍了一种光强正交调制式新型线性位移检测方法。该方法采用基于光强正交变化的两路电驻波合成电行波信号，将空间位移的变化调制到电行波信号相位差的变化上，用鉴相的方法实现空间位移的测量。为了优化传感参数并提高测量精度，对传感器不同参数条件下光场分布情况与误差特性进行了研究。根据其结构特征，对光场分布引起的测量误差进行分析，并利用Tracepro软件建立三维光场仿真模型，对不同参数条件下光场分布进行分析；再通过实验验证，得到不同参数与误差特性之间的关系；根据仿真和实验结果，对传感器参数进行优化设计。初步实验表明：在108 mm测量范围内，传感器精度达到±0.5 μm。为此新型传感器优化设计和精度提高提供了可靠的理论依据和技术支持。

输出波长在560~590 nm的全固态拉曼黄光激光器是近几年兴起的激光器之一。目前，此类激光器内部多模振荡引起的黄光输出谱线单色性较差的问题还没有得到解决。针对这一情况，提出将扭转模腔与拉曼复合腔相结合的新型解决方案，从根本上消除增益介质中空间烧孔效应引起的基频光多模振荡，实现单纵模黄光输出。拉曼复合腔由L型基频光谐振腔与直线型拉曼谐振腔耦合而成，既保证各个非线性变换过程可充分利用腔内的高功率密度，又可相对独立地对不同波长的光路进行优化调节，从而使整个系统实现最佳输出。该设计有助于在全固态拉曼激光器中实现毫瓦量级的单纵模黄光输出，为基于黄激光的生物医疗、钠导星、空间目标识别等系统提供理想的固体黄光光源。

利用分步傅里叶算法结合坐标变换理论，建立了在光致折射率改变介质中任意形状光束的传输、聚焦模拟方法，能够用于计算任意光束形状、任意介质厚度的Z扫描开孔和闭孔拟合曲线。在薄介质和高斯光束条件下，该方法的拟合曲线与经典算法相吻合。在平顶光束情况下，该方法的拟合结果与实验数据基本一致。利用此方法测量了LiTaO3晶体的非线性吸收和非线性折射率系数，并对高斯光束和涡旋光束在厚介质中的Z扫描过程进行了分析。

为获得均匀光照，提高视觉测量系统图像的品质，对前置对称安装的矩形发光二极管(LED)光源布置问题进行了研究。考虑到解析法要求光轴与辐照面法线平行，提出采用优化的方法布置光源。根据光源的结构特征，以方差作为主要指标，建立优化目标函数。考虑到目标函数的非凸性，采用模拟退火算法（SA）对问题进行求解。搭建实验平台对照度分布进行了测量，考察均匀度在95%以上的区域，优化方法的结果与实验结果基本一致，误差在4%以内。结果表明，确定的优化目标合理，提出的光源优化布置方法有效。

提出一种基于人体轮廓表达的姿势学习框架来进行人体行为识别。通过一种基于Procrustes形状分析和局部保持投影的姿势特征表示方法，从人体运动视频中提取具有平移、旋转和放缩不变性的姿势特征，在保留人体姿势的局部流形结构的同时尽量提取子空间上的判别信息。针对该特征还提出了一种基于姿势字典学习的人体行为识别框架，对每类行为分别学习一个对应于该类的字典，通过串联所有类的字典来得到整个姿势字典；并通过最小重构误差准则来分类测试视频。在Weizmann和MuHAVi-MAS14数据集上的实验结果证实了该方法的识别率高于大部分经典方法。特别是在MuHAVi-MAS14数据集上的识别率对比已有的结果上有巨大的提升。

构建了基于彩色相机和光学混合探测(PMD)相机的多源视觉系统，旨在建立具有真彩色信息的果树冠层三维点云模型，为果树的剪枝、疏花疏果和采摘等果园管理提供技术支持。针对PMD相机获取的目标场景三维点云，结合PMD相机的幅度图像和密度聚类算法提取有效点，利用前期研究的图像配准方法得到多源图像之间的坐标转换关系，完成了果树冠层多源信息融合。通过主成分分析法得到较好的初始位置，再采用最近点迭代算法，实现两组三维点云之间的拼接。对自然场景下的开花期和坐果期的果树冠层三维点云拼接方法进行了实验验证，结果表明多视角三维点云拼接误差为2.62 cm，可以较好地弥补单个角度下拍摄造成的数据缺失，实现了果树冠层完整的三维显示。

由于近景摄影测量具有测量范围广、精度高和效率高等优点，其在大尺寸精密测量任务中承担越来越重要的角色。其中，基于平差优化的自标定测量模型是保证该方法实现高精度测量的重要原因。然而，随着越来越多的商业级单反相机应用到三维空间测量，发现其测量精度与专业相机相比有一定差距。经过大量分析发现，除了相机本身原因外，自标定模型过多地依赖相机内部参数，尤其是畸变参数，是导致测量精度降低的重要原因。为了降低参数化模型对测量结果的影响，提出一种不依赖相机内部参数的摄影测量方法。结合垂线法和Zeiss实验室标定方法，设计了一种针对大视场相机的非参数标定方法。经过不同图像间同名点匹配和平差初值确定后，便可建立基于角度信息的非参数测量模型。结合平差优化算法，完成对空间被测点三维坐标的精确解算。经过与传统摄影测量结果比对，证明该方法可以有效提高大视场单反相机的摄影测量精度。

装载有视频采集设备的巡检列车已被应用于铁路环境监测中。提出了一种从前向运动的列车车载视频中生成铁路环境立体全景图的方法，该方法仅使用一个摄像设备即可获取整个场景的立体全景信息。基于场景的几何先验和标定的相机参数从视频序列中连续地抽取一组梯形窄带作为完全采样拼接区域，窄带的宽度根据车速自动调节，将所有窄带经单应性变换修正后拼接得到全景图像，并据此构建准确的几何模型来生成全景立体像对。实验结果表明，该方法能够快速有效地生成具有立体感的全景图。与原始的视频格式相比，生成的全景图所需存储空间小，具有更广阔的视野和更强的真实感，可实现铁路场景的快速访问和沉浸式浏览。

为了提高水下摄像机标定精度，建立了综合考虑径向畸变和切向畸变的水下摄像机非线性数学模型，以张氏标定方法为基础，并结合Jean-Yves Bouguet 灭点标定方法提出了一种改进张氏标定方法，为验证所提改进张氏标定方法的可靠性，与张氏标定方法进行了水下标定对比实验。实验结果表明，该方法精确可靠，较张氏标定方法具有参数求取精度更高、重投影平均误差更小等优势，所求取的结果与实际情况更接近。

在无啁啾激光脉冲的非线性压缩过程中，基于级联倍频机制，对影响脉冲压缩的敏感因素——晶体位相失配量进行了理论分析和实验验证。当入射基频激光（即1ω光，波长为800 nm，脉宽为278 fs）进入I类二倍频β-BaB2O4(BBO)晶体后，随着晶体位相失配量的增加，基频光的输出脉宽先降后升，这种趋势可总结为“U”字形非线性变化；当位相失配量为40 mm-1时，脉宽缩至最小，此时脉宽压缩比最大。

提出了一种非球面鱼眼镜头的设计方法，根据全景摄像系统镜头使用要求，设计得到一款仅由三片非球面塑胶镜片和一片球面玻璃镜片组成的超广角鱼眼镜头。镜头最大成像光圈直径为15.3 mm，后工作距离为2.158 mm，系统总长为11.44 mm，焦距为0.97 mm，视场角为210°，在60 lp/mm处调制传递函数(MTF)曲线达到0.35。还构建出一种高效简单的鱼眼镜头畸变校正算法，根据镜头设计中得到的畸变曲线，应用畸变模型运用实际像点计算出理想像点位置，将鱼眼镜头拍摄的畸变图像校正为适合于人眼观看的无畸变图像。通过车载全景显示应用中实际拍摄图像及校正图像的对比，验证出该算法精准可行。

针对长焦距测量中被测透镜像差引入的焦距测量误差提出了一种校正方法。传统长焦距测量中使用高斯公式来计算被测透镜的焦距值，未考虑被测透镜像差引入的误差。在采用发散光作为测量光束的大口径光学元件焦距测量中，该误差成为了影响测量精度的重要因素。详细分析了基于发散光和泰伯效应的长焦距测量法，利用数值方法获得了误差修正值，并与Zemax的仿真结果进行了对比。利用Visual C++编程，实现了测量结果的自动校正功能。对名义焦距值为13500 mm和31251 mm透镜的测量数据分别进行校正后，其相对于名义焦距值的测量精度分别优于0.007%和0.022%。将校正后的测量精度与干涉仪法的测量精度进行了对比，结果充分说明了该方法是可靠和有效的。

传统印刷业中用于固化的光源多采用高压水银灯和金属卤素灯等，传统光源的紫外固化技术已经趋于成熟，不过由于光源本身和光学系统的局限,它们会聚出来的线形光线辐照度较低，且光场均匀度不够高，因此固化效率不够高。提出一种自由曲面透镜的设计方法，将发光二极管灯源和自由曲面透镜结合，可以有效实现光线聚焦的效果，提高光效和均匀性。使用三维机械设计软件SolidWorks设计透镜的初始结构，将透镜模型导入光学优化软件LightTools中对透镜进行光线追迹模拟。通过建立目标函数，执行优化方案，对出射光的均匀度、辐照度不断进行优化，实现出射光为高亮度、高均匀度的线形光。

针对高分辨率、宽覆盖面积、全天时海洋目标的红外侦察与搜索需求，设计了一种大口径、长焦距的同轴折反射式中波红外光学系统。其工作轨道高度为1200 km，波段为3.7~4.8 μm，星下点地面像元分辨率优于10 m。通过分析计算确定系统焦距为3000 mm，相对孔径为14。采用镜头前组摆扫方式实现了视场角14.203°，地面覆盖宽度为300 km。利用调焦机构在10 ℃~30 ℃温度范围内主动消热差，在奈奎斯特频率21 lp/mm处全视场调制传递函数(MTF)大于0.39，接近衍射极限。实现了100%冷光阑匹配以抑制系统自身的杂散辐射。设计结果表明，该系统各项性能指标和结构的可实现性均满足要求。

变形光学系统在X方向和Y方向有不同的焦距，物方视场的横纵比不再受探测器光接收面形状限制，可以在一个方向上扩大视场或提高目标分辨率而不影响另外一个方向。研究了无遮拦三反射镜变形光学系统的设计方法，利用Zernike像差分析方法分析变形系统的像差特点，使用具有双曲率的Biconic Zernike曲面作为反射面校正系统像差。设计了一个X方向焦距fx为100 mm，Y方向焦距fy为150 mm，F数为2，视场为3.3°×1.65°的致冷型中波红外光学系统。探测器的横纵比为43，物方视场横纵比为21。该系统全视场范围内的调制传递函数在奈奎斯特频率处(33 lp/mm)高于0.61。三个反射面及整个光学系统均关于YZ平面对称。设计结果表明，该系统能够改变物方视场的横纵比，增大了X方向的视场，结构紧凑，成像质量良好。

椭球形整流罩产生较大的空气阻力，限制了精确制导**的作战性能。以减小空气阻力为主要目标，针对二次曲面共形光学整流罩进行研究，设计综合性能较为完善的整流罩面型。应用计算流体力学方法，计算了共形整流罩的空气阻力系数，建立了共形整流罩空气阻力评价函数。基于光线追迹理论，以不同目标视场下的平均波前误差作为像质评价指标，构建了共形整流罩像质评价函数。以雷达散射理论为基础，计算了整流罩的雷达散射截面积，给出了共形整流罩雷达散射特性评价函数。结合空气阻力、光学成像质量和雷达散射特性，建立了二次曲面共形整流罩综合性能评价函数，确立了长径比为1.5的抛物线型整流罩具有较好的综合性能。相比椭球形整流罩，该抛物线形整流罩减少了约1/3的空气阻力。

用三维时域有限差分法对光镊装置中介质球微粒所受光阱力情况进行模拟。根据Richards-Wolf矢量场衍射积分公式对消球差会聚透镜像空间中电磁场分布的表示，在总场空间中实现了对聚焦光脉冲的模拟。聚焦光脉冲与介质球微粒的相互作用，通过离散傅里叶变换提取出单频成分，利用计算光阱力的麦克斯韦应力张量公式，计算单频激光对介质球的光阱力。聚焦光脉冲的引入可以使一次计算得到多个频率下的计算结果。对相同的聚焦装置下介质球受不同频率入射光的光阱力情况进行了计算。计算结果表明使用线偏振光作光源时，大数值孔径聚焦透镜和短入射波长有利于介质球的横向操纵；沿光轴方向对介质球进行纵向操纵，需要大数值孔径的物镜和与之相适应的入射波长。

为了获得更高精度的目标光谱偏振特性，结合现有的标准探测器技术与偏振探测技术原理，研制了一种光谱偏振分析仪。采用连续等角度间隔旋转检偏器对目标信号进行强度调制，通过傅里叶级数算法能够显著降低检偏器定位误差引起的偏振度测量不确定度。利用优化设计的测量主光路和大动态范围线性优良的标准陷阱探测器，保证了偏振度测量精度。利用可更换窄带滤光片实现了光谱偏振度测量。经实验验证，在0.1~0.99偏振度的范围内，光谱偏振分析仪的测量不确定度为0.15%。

为研究卫星目标姿态变化对星载光电成像系统探测能力的影响，对0.38~0.78 μm谱段内的可见光辐射目标进行了数值模拟研究。以基本辐射理论为基础，建立了卫星目标光学观测的可见光反射特性模型。根据目标的几何结构和材料特性，分析了姿态变化与目标有效入射截面积的关系，推导了探测能力与信噪比(SNR)的计算公式，数值模拟研究了姿态变化对探测能力的影响。研究结果表明，信噪比与探测距离均表现出很强的方向性，呈周期性变化，2.2 m×2.7 m的太阳帆板的信噪比与探测距离最大差值达到101及105 km量级，高12 m、直径4 m的卫星本体的最大差值达到102及106 km量级，目标姿态变化对探测能力具有显著影响。

为实现光束控制系统的无机械化、快速化和微小化，研制基于介电润湿效应的液体光学棱镜。分析界面形状随电压的变化，推导接触角与两侧工作电压的关系，测量系统对光束的偏转角，讨论接触角饱和及液体折射率对系统控光能力的影响。采用COMSOL软件仿真研究液体粘性对棱镜性能的影响。结果表明，在不同电压组合下，双液体界面从初始弯曲界面变为与水平方向呈不同倾斜角的平界面，从而实现对入射光束方向的控制和偏转。受电润湿饱和现象的影响，该液体棱镜的偏转范围为-10°~+10°。若选用的液体组合可降低甚至消除接触角饱和，且具有大的折射率比，则系统的控光能力将得到大幅提高。当动力粘度取0.03 Pa·s时，系统的响应速度和稳定性能最佳。

借助马赫曾德尔干涉仪光路，用简单的π相位板把线偏振光转换为径向和角向矢量空心光束，应用Richards-Wolf经典矢量衍射模型, 计算了高数值孔径透镜聚焦条件下光波电磁场的分布, 结果表明：用10-3 W量级的激光功率照明, 产生轴对称矢量空心光束的最大光强达到1011 W·m-2量级，最大光强梯度达到1017 W·m-3量级, 暗斑半径仅有0.24λ, 同时出现了很强的纵向电场和磁场分布; 调节干涉仪光路的光程差可调节局域光子轨道角动量密度的分布, 这种光束在原子光学中有很好的应用前景。

提出采用基于变形镜(DM)本征模式的自适应光学波前误差校正方法校正高分辨率空间光学遥感器的在轨波前误差。该方法利用变形镜各致动器的影响函数得到一组符合导数正交关系的变形镜本征模式，以图像功率谱密度在低频区域的积分和为评价函数，根据本征模式系数与评价函数之间的关系直接求解出各阶模式所需的校正量。利用实测的37单元变形镜的影响函数得到变形镜本征模式，基于该模式对泽尼克像差进行了开环和闭环仿真校正，定量分析了相位偏置和图像频率范围对算法精度的影响。针对遥感器主镜镜面热变形误差给出了仿真校正结果，分析了图像噪声和不同遥感图像对算法校正精度的影响。仿真结果表明基于变形镜本征模式的自适应光学校正方法可以有效校正波前误差，算法收敛速度快，对图像噪声和内容不敏感，适合用于空间光学遥感器的波前误差校正。

给出了一种三角形形变量的定义，并提出了基于不规则三角网(TIN)的LiDAR数据边缘检测新方法。将点LiDAR数据进行三角剖分，生成不规则三角网，计算TIN中每个三角形的形变量，根据三角形形变量的不同来确定处于地物目标边缘的三角形，对这些边缘三角形进行处理得到边缘点。针对LiDAR数据中可能由于河流等导致的数据空白区域，仅利用三角形形变量无法检测到所有边缘点的问题，提出了顶点到重心距离的平方和作为测度来确定狭长三角形，从而提取到河流等数据空白区域的边缘点。实验结果表明，该算法能够较好地提取LiDAR 数据的边缘点，得到LiDAR数据的边缘信息。

提出了一种合成孔径激光成像雷达（SAIL）的二维匹配滤波成像算法，对利用单频本振激光与线性调频信号光外差接收得到的SAIL目标回波信号同时在距离向、方位向进行相位二次项匹配滤波以实现目标成像。给出了单频本振信号外差接收情况下的单一分辨单元的二维数据收集方程，并对SAIL二维匹配滤波成像算法进行了数学描述，具体分析了矩形和圆形天线孔径下的成像分辨率，给出了此算法对模拟SAIL回波信号的成像处理结果。

采用径向基神经网络(RBFNN)结合近红外光谱(NIRS)技术建立一种分析安络小皮伞发酵菌丝体中甘露醇、多糖和腺苷三种组分的定量分析模型。收集164个安络小皮伞液体发酵菌丝体样本的近红外光谱数据，采用常规方法分别测定样本中甘露醇、多糖和腺苷的含量。在应用蒙特卡罗偏最小二乘法（MCPLS）识别异常样本、确定校正集样本数量的基础上，以逼近度（Da）为评价指标，采用可移动窗口径向基神经网络(MWRBFNN)筛选特征波长变量，筛选最佳光谱预处理方法、隐含层节点数(NH)等模型参数。建立甘露醇、多糖和腺苷组分定量分析模型，最佳RBFNN-NIRS模型中校正集和预测集样本实验测定值与预测值间相关系数分别为0.9274、0.9009、0.9440和0.9354、0.9018、0.8847，表明模型具有很好的拟合度和预测性能。

通过密度泛函理论（DFT）MPW3PBE泛函，对甲基、甲氧基、氰基、氟原子、氨基及硝基取代的萤火虫生物发光底物酮式氧化荧光素进行了全优化。计算了它们的电离能（IP）、电子亲和势（EA）、空穴抽取能（HEP）、电子抽取能（EEP）、空穴和电子重组能（λ），评估了它们的空穴和电子传输能力。用含时密度泛函理论(TDDFT) MPW3PBE/6-31+G(d)方法计算了吸收光谱，优化了最低单重激发态S1, 最终研究了它们的荧光光谱。理论计算结果表明，KNH2可以作为空穴传输材料，KNO2、KCN、KF、KOCH3、KNH2和KCH3可以作为电子传输材料。此外，通过空穴和电子重组能及发射光谱的计算发现，所有化合物的发射跃迁都是禁阻的，因此这些化合物不能作为发光层材料。

中红外为分子的基频吸收波段，可被用于痕量气体的高灵敏度检测。介绍了基于中红外室温连续量子级联激光器（CW-QCL）结合波长调制技术（WMS）的光谱检测方法，研究了消除气体间交叉干扰的方法，并进行了相关的验证实验。利用中心波长在1274 cm-1波段附近的量子级联激光器搭建了一套开放光路温室气体探测实验系统，进行101 m开放式测量实验，实现了对大气中CH4、N2O的同步在线测量，检测限分别为3.87×10-9和1.28×10-9，验证了实验系统和实验方法的可行性，为实现区域高灵敏温室气体监测奠定了基础。

针对飞秒激光加工镍基单晶高温合金材料，在能量密度为0~12.8 J/cm2和脉冲个数为0~8000范围内，对表面损伤和加工侧壁区域进行了显微形貌分析，研究了不同能量密度和脉冲个数情况下的损伤机制，不同损伤机制的损伤阈值和热效应。镍基单晶高温合金经飞秒激光加工后，呈现两种损伤机制，分别为非热熔性损伤和热熔性损伤，单脉冲损伤阈值分别为0.23 J/cm2和1.21 J/cm2，孕育系数分别为0.90和0.92。在此基础上，建立了损伤机制和损伤阈值与能量密度和脉冲个数的定量关系，实验结果对加工无微裂纹和无再铸层的高质量镍基航空器件的工艺选择有实际指导意义。

研究了使用钛宝石放大器输出的重复频率为50 kHz、中心波长为775 nm、脉冲宽度为160 fs的超快激光在掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)中刻写双线型光波导的过程。发现了波导具有偏振导光现象，偏振态平行于双线方向的激光可以导通，偏振态垂直于双线方向的激光不能导通。详细分析了双线间距、刻写速度和激光脉冲能量对波导形成的影响，在双线间距为30 μm、刻写速度为400 μm/s、脉冲能量为5.0 μJ的条件下写入的光波导导光特性良好。利用近场模重建了该波导折射率二维分布，波导区域折射率相对于基质改变量的最大值为1.8×10-4，且该波导在940 nm半导体激光抽运激励下，获得了1030.5 nm的连续激光输出，激光功率为4.7 mW。