气溶胶类型在反演光学厚度时非常重要，采用待反演地区最合理的气溶胶类型可以极大地提高反演精度。结合中分辨率成像光谱仪(MODIS)的数据，提出一种确定气溶胶各组分体积百分比的数学模型，利用这种数学模型得到自定义的杭州地区气溶胶类型，结合改进的暗像元法并基于6S大气辐射传输模式可以反演得到气溶胶光学厚度。将反演结果与AERONET 太阳光度计的气溶胶观测值进行对比，结果显示反演的相对误差绝对值在20%以内。采用6S大气辐射传输模式给出的标准气溶胶类型对杭州地区大气进行光学厚度反演，将反演结果和采用自定义气溶胶类型时的反演结果分别与太阳光度计的观测值进行对比，结果表明采用自定义的气溶胶类型时反演值的相对误差绝对值比采用标准气溶胶类型时反演值的相对误差绝对值要低3%以上。

以锂原子的光致漂移过程为例，从分析光致漂移的物理过程和锂原子的跃迁超精细吸收谱出发，结合分子动力学的输运方程和光与原子作用半经典近似下的密度矩阵，在光致漂移过程的动力学理论模型中同时引入了能级简并、超精细结构等因素，并以碰撞弛豫时间近似的方式将碰撞过程作为弛豫量引入微分方程组。在此基础上，在光致漂移过程中考虑了激光线宽的统计场处理方式，并成功推导了混沌场近似下的光致漂移过程中不同速度的锂原子在基态和激发态简并能级上布居分布的微分方程组。

分子激光冷却是实验上产生冷分子的最重要进展之一。要找到适合做激光冷却实验的候选分子，就需要了解这些分子的结构参数和光谱数据，这些参数是选择分子的重要依据。详细计算了分子的X 态和A 态振动能级跃迁的Franck-Condon 因子以及转动超精细能级结构，考虑到分子的核自旋、激发态寿命、跃迁能级波长、暗态等参数，提出了一种新的适合进行激光冷却的候选分子（氟化镁），选择适当的能级跃迁来构建一个准闭合的能级系统。这些参数为光谱数据的实验测量提供了理论依据，为进一步的激光冷却实验奠定了基础。

提出周期极化铌酸锂晶体电控宽带光栅，并利用耦合波理论，推导出电控光栅的衍射光光强分布解析表达式。数值结果表明，该电控光栅的衍射光谱可被外加电场调控。在310 V 的外加电压下，1.21~1.83 mm 波段的1 级光衍射效率达到60%以上，在1.5 mm 的1 级衍射光衍射效率为70%；而在165 V 的外加电压下，0.68~0.92 mm 波段的1 级光衍射效率达到60%以上，在0.8 mm 的1 级衍射效率为81%。该电控光栅响应时间短，故有望在高速光开关、波分复用器或调制器方面有重要应用。

为制作应用于极紫外波段(50~150 nm)的变栅距全息光栅，提出了一种新的应用于球面波曝光系统的优化算法，即改进的局部优化算法。根据仪器使用要求构建了期望刻线密度函数，并以此建立优化目标函数，其特点是使四个目标函数转化为多变量、带约束的一个目标函数，变为非线性优化问题。使用改进的局部算法时，由于对目标函数进行了加权，赋予了初值多样性，限定了记录参数取值，给出了刻线密度系数的约束条件，从而改变了各项系数对目标函数值的贡献，有效地降低了刻线密度函数系数的误差，提高了刻线函数符合程度及光栅分辨率。与常规局部优化算法相比较，使用改进的局部优化算法可使刻线密度函数与期望刻线密度函数绝对误差在0~0.02 line/mm 范围内，提高一个数量级，分辨能力可由4000提高至17000以上。结果表明，只要优化方法选择得当，使用简单的球面波曝光系统可以制作高分辨率的变栅距全息光栅。

以修正Rytov 方法为基础，利用部分相干高斯-谢尔(GSM)光束模型并结合Andrews 的唯像闪烁模型，研究部分相干光在大气湍流中的光强闪烁效应。推导出适用于不同湍流情形的部分相干光对数光强起伏方差表达式，系统分析了部分相干光在大气湍流中的光强起伏方差。结果表明：在同等的湍流环境下，部分相干光比完全相干光的光强起伏方差要小；光束相干性越差，光强起伏越小，抗湍流能力越强。在不同大气湍流情形下，光源相干性、大气折射率常数等参数对光强起伏都有不同程度的影响。

利用迭代部分传输序列（IPTS）限幅算法实现100-Gb/s高速偏振模复用相干光正交频分复用（PDM-CO-OFDM）系统峰值平均功率比（PAPR）抑制，并对其PAPR、误码率（BER）及非线性性能进行了分析。仿真结果表明，与限幅算法相比，IPTS限幅算法不仅可以进一步降低PAPR，还可以减小光纤的非线性效应，从而提高系统BER 性能。当互补累积分布函数（CCDF）等于0.0001时，IPTS限幅算法的门限值比限幅算法的优化了0.62 dB。与原始信号相比，IPTS限幅算法的最大峰值功率降低了2.63 dBm。相同条件下，IPTS限幅算法在光信噪比（OSNR）为12.28 dB时，BER 即可达到10-3，而限幅算法的最小BER 仅为1.55×10-3。当发射功率等于-1 dBm 时，IPTS限幅算法的Q 值与限幅算法相比提高了0.28 dB。

根据谱整形的思想将脉冲预抽运的概念引入布里渊光时域反射系统，提出了一种提高传感性能的方法。该方法利用由预抽运脉冲和传感脉冲组成的阶梯脉冲作调制信号，通过预抽运脉冲和传感脉冲的受激布里渊作用实现布里渊谱的整形和传感信号的放大，可有效地解决系统空间分辨率和测量精度的矛盾，并可提高系统信噪比，增加传感距离。通过受激布里渊稳态方程的瞬态分析对阶梯脉冲调制布里渊光时域反射系统中的受激布里渊散射模型进行了求解，对阶梯脉冲进行了最佳化设计，比较了矩形脉冲、洛伦兹形脉冲和阶梯脉冲调制时的系统性能。结果表明，当预抽运脉冲和传感脉冲参数为50 ns、0.2 W 和2 ns、1 W 时，采用阶梯脉冲时的布里渊谱宽约为44 MHz，10 km 光纤末端信噪比较采用矩形脉冲时提高了7.97 dB。最后，通过实验验证了所提方法的可行性。

给出了一种涉及多光源的多输入多输出(MIMO)可见光无线通信(VLC)系统。通过编程模拟出n 个发射光源，分别发射n 路不同的码流。无线信号接收端用摄像头来采集无线信号，对采集到的信号使用图像处理技术来识别各个传输通道的信息，并进一步恢复出n 路码流。实验结果表明，实验中出现的少量误码均可被正确纠正，发送端发送的信号码流在接收端均可被正确地恢复出来。提出的系统通过更改信号接收机制，规避了基于光电二极管接收信号的现有系统中所存在的光源布局与同步难题及多径干扰问题。提出的多通道信号传输与接收方式，提高了光源利用率，因其可操作性而具有实用价值。

大气分子的吸收、散射和大气湍流等因素引起的光强闪烁严重影响无线光通信系统的性能，导致激光束能量衰减、信噪比下降，而分集接收技术能有效地克服这种影响。采用开关键控(OOK)调制，建立了强湍流模型-K 分布模型下无线光通信空间接收分集系统模型，在不同信道参数和接收天线数下，分别对比分析了最大比合并（MRC）、等增益合并（EGC）和选择合并（SC）的差错性能。仿真结果表明，分集接收能在很大程度上改善大气激光通信的性能，具有较强的抗大气信道衰落能力。三种合并算法中，MRC 性能最优，EGC 次之，SC性能最差。

在高速连续变量量子密钥分发系统中，位帧同步技术是确保准确获取量子信号所携带有效信息的核心技术之一。结合平衡零差探测器测量相干态的正则分量数据，提出了一种简单高效的位帧同步理论方案。基于此理论方案，在重复频率为25MHz的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发系统上进行了实验测试和性能分析。结果表明，所提出的位帧同步方案能有效克服量子信号在密钥分发中受到的环境因素影响，有效实现通信双方同步。

针对现有非下采样轮廓波变换(NSCT)超分辨率重建方法的不足提出了一种改进的重建方法。空间频率大小反映图像细节信息丰富的程度，改进方法将区域窗口内空间频率的大小作为定权的标准对NSCT 分解获得的各对应高频图像进行自适应加权融合。将NSCT 分析与自适应加权融合相结合用以实现影像超分辨率重建，其中利用自适应加权融合方法将各高频图像分别进行融合，同时将低频图像进行取均值处理，分别获得处理后的高低频图像，通过NSCT逆变换获得最终的超分辨图像。通过仿真实验与工程应用验证了改进方法的可行性与有效性。

针对薄雾天气造成的能见度低的问题，提出了一种利用高光谱图像混合像元分解技术去除雾的方法。建立了薄雾天气下的传感器成像物理模型，对含有雾端元的线性光谱混合数学模型进行解混。然后通过丰度反演方法得到雾端元的丰度后加以去除，将剩余地物端元的丰度调整后即获得去雾后的图像。该方法相比于基于单波段或全色图像的去云雾方法，物理意义更明确。从客观评价指标上也可以看出该方法的薄雾去除效果佳，去雾后图像细节更加丰富。

立体匹配技术是计算机视觉领域的研究热点，由于问题本身的病态性，一直没有得到很好地解决。针对现有局部立体匹配算法精度不高以及易受光照失真影响的问题，提出了一种基于改进梯度匹配代价和自适应窗口的匹配算法。在传统梯度向量仅包含幅度信息的基础上，引入相位信息，并对原始匹配代价进行变换，进一步消除异常值；利用图像结构和色彩信息构建自适应窗口进行代价聚合；提出了一种局部视差直方图的视差精化方法，获得了高精度的视差图。实验结果表明，所提算法在Middlebury 测试平台上平均误匹配误差为6.1%，且对光照失真条件具有较高的稳健性。

卫星平台振动和反射镜震颤会引起遥感图像中的振荡畸变。这类畸变难以通过常用的几何校正方法消除。对此，提出了一种使用压缩感知的几何校正方法。该方法基于有理函数模型（RFM）进行几何校正。在校正过程中，利用初始的RFM 计算出地面控制点(GCPs)在图像中的投影坐标与实际成像坐标之间的偏差（称为投影偏差），以地面控制点处的投影偏差作为采样值，使用压缩感知技术重构出所有像元处的投影偏差，并据此对RFM 进行像方补偿；利用经过补偿的RFM 进行遥感图像纠正。通过补偿，消除了振荡畸变引起的RFM 模型误差，进而提高校正性能。利用实测数据验证了该方法的有效性，并通过仿真数据分析了地标点的数量与分布对该几何校正方法性能的影响。

为了更为客观、准确地评价立体显示的运动图像质量，基于平面运动模糊评价模型和立体运动视觉感知实验建立了立体显示运动模糊评价方法。通过对双目视差图像分别进行平面运动模糊模拟，然后再三维重现，再进行实际感知和模拟效果对比的视觉感知实验，结果表明，“视差”因素对模糊程度感知没有显著性影响，据此利用双目视差图像模糊程度平均的方法建立了立体显示运动模糊的客观评价方法。该评价方法的建立使立体运动图像质量的评价更加客观、准确，同时为立体显示运动图像质量的提升提供参考。

为测量光学系统出射波前以及动态波前，提出一种基于圆载频干涉图相位解调技术的点衍射干涉术。在传统点衍射干涉仪中调整点衍射板轴向离焦量引入圆载频，通过二阶极坐标变换可以将圆载频干涉图转换为具有准线性载频特征的干涉图，从而在频域中将连续频谱转换为准离散谱，采用傅里叶变换法即可提取相位。仿真波面为利用36 项Zernike 多项式随机生成，在离焦17λ条件下相位恢复误差的均方根值为0.002λ。实验测量了F/10 标准镜头岀射波面，测量结果与SID-4波前探测器一致；实验还实现了有机玻璃材料吸收特性的动态检测。因此采用该技术能够实现光学系统的检测以及动态波面实时测量。

Gamma畸变是影响条纹投影三维测量精度的重要因素，为提高条纹投影系统的测量精度，通过分析Gamma值与谐波系数的定量关系研究了一种准确、简便的Gamma 系数预标定技术。在仿真实验中，通过该方法将Gamma校正前后的相位平面与标准相位平面之间的误差降低了一个数量级，提高了测量精度。搭建了条纹投影实验系统，对人嘴雕像进行三维重建，并对Gamma畸变校正前后的测量结果进行了对比分析，验证了该方法的有效性。

提出了一种新型的基于间接测量原理的塔式太阳能热发电系统聚焦光斑能流密度的检测方法。该方法不需要使用量热计或能流密度探测器,使测量过程得以简化。利用同一部相机，在完全相同的相机参数设置下，拍摄太阳和聚焦光斑的图像，根据当前的太阳直射辐射值，标定相机的像素灰度值与聚焦光斑能流密度值的比例因子，进而得出聚焦光斑的能流密度分布。详细阐述了该方法的测量原理，搭建了实验平台，并测量了一面小定日镜聚焦光斑的能流密度分布，验证了该方法的正确性和可行性。实验结果表明，该方法测得的峰值能流的相对误差小于5%,而系统的重复性误差约为1%。

现有的线结构光传感器标定方法中，结构光平面上标定点的计算精度将会直接影响到传感器最终的标定精度。提出了一种基于共面靶标的线结构光传感器标定新方法，该方法无需计算光平面上的标定点，也无需反复计算摄像机的外参数。多次移动共面靶标计算不同方向激光条纹直线的消隐点，并对其拟合直线得到光平面的消隐线，完成光平面法向的标定。根据交比不变原理计算共面靶标上标定点间的距离，并以其为约束来标定剩余参数。考虑到误差传递的影响，定义了优化目标函数，以已求得参数为初值进行非线性优化。对比实验表明了该方法具有较高的标定精度，测量误差均方根为0.0306mm，且标定过程简单，计算复杂度低，适合现场标定。

为同时对多个目标实施实时或准实时定位，建立了机载光电成像平台多目标自主定位系统，针对该系统提出一种基于像元视线向量的多目标自主定位模型。通过目标检测算法得到视场中各目标的像素坐标，根据单面阵电荷耦合器件(CCD)传感器的成像原理，构造各目标的视线向量并计算其与图像中心主目标的像元视线角，结合已测得的主目标相对光电平台的方位角、高低角和距离，计算出各目标与机载光电平台的角度与距离关系，应用全球定位系统(GPS)、航姿测量技术获取载机的位置姿态信息，通过齐次坐标变换方法计算出单幅图像中多个目标的大地坐标。针对镜头畸变引起的定位误差，提出基于畸变率的方法进行畸变修正。在1100 m 高空对地面目标定位时，多目标定位的圆概率误差(CEP)约为28.74 m，大地高定位误差约为18 m，能同时对50 个目标进行实时地理定位。当镜头畸变率为2%时，畸变修正后圆概率误差减小了7%。该多目标自主定位方法具有效率高，便于工程应用的优点。

以天基监视为背景，主要研究了一种基于双星双目跟踪方式的空间目标定轨技术，其物理思想为：利用星载光学测量系统获得目标的相对方位指向与角度传感器测量系统获得卫星的姿态角变化和光电跟踪架的随动角信息，通过坐标变换和数据处理解算出目标在地心惯性坐标系中的绝对运动信息。依次从物理模型、坐标体系、定轨原理方面进行了描述和推导，获得了目标在地球坐标系下的测量方程，并且通过对天基监视卫星轨道模型、星载光电跟踪控制模型、光学成像模型分析后，进行了数学建模仿真，计算结果表明该定轨方法的可行性。

Czerny-Turner 结构成像光谱仪像散校正会改变系统焦距，导致图像子午方向和弧矢方向放大率存在差异。分析了两种Czerny-Turner结构成像光谱仪像散校正光路（柱面镜和超环面）像散校正原理，由此提出并推导出两类光谱图像变形校正公式和方法，并总结二者的共同特征。通过理论计算、光线追迹仿真和实际光谱成像测量验证了图像变形校正方法的正确性。同时，该图像校正方法对其他准直光工作条件下离轴结构色散型成像光谱仪图像变形校正研究有借鉴意义。

为了提高绝对式光栅尺的细分精度，提出了一种细分误差补偿方法。对绝对式光栅尺A、B两路叠栅条纹信号进行傅里叶分析，建立叠栅条纹信号模型；对信号模型中的相位、振幅、谐波、直流分量进行校正，得到理想叠栅条纹信号的模型；对比实际信号模型和理想信号模型的细分位置，得到绝对式光栅尺的细分误差；根据该误差对细分值进行补偿，提高细分精度。通过使用JC09型绝对式光栅尺对该方法进行验证，可使其细分相对误差从2.70%降低到1.05%。实验结果表明，该方法能够有效地提高绝对式光栅尺细分精度，且该方法具有原理简单、易于实现的优点。

为了减小激光辐照下反射镜镜面的热变形问题，建立了反射镜热变形的有限元分析模型。对不同制冷功率时的镜面热变形进行分析，然后针对吸收功率为50 W、光斑半径为镜体半径1/3时的TEM00模高斯光束对镜体结构进行优化，对优化后的反射镜在不同参数的TEM00模高斯光束和TEM10、TEM11模厄米特-高斯光束辐照下的热变形进行了分析。仿真结果表明，当施加滞后于激光辐照且与吸收功率近似大小的制冷时，有利于减小镜面热变形，且镜体最终会趋于相对稳定的热平衡状态。此外，当镜体背部切去一厚度为1.4 mm、内径为25 mm 的环状区域时，热变形峰谷（PV）值仅为0.005 μm；同时，优化后的镜体也可在一定程度上减小其他参数激光辐照下的镜面热变形的PV 值。对于TEM00模高斯光束和TEM10、TEM11模厄米特-高斯光束，均满足光学系统对热变形的要求。

5点相对定向是摄影测量与机器视觉的经典问题，传统的5 点相对定向方法采用多项式求解技术，导致了解的多样性。为此，研究了基于前方交会约束的5 点相对定向方法，建立包含前方交会约束的同名像点共面条件方程，推导求解5点相对定向问题的最优化目标函数，并采用最小二乘广义逆法求解。非量测相机Nikon D80的8组5点相对定向实验结果表明，该方法仅利用5个同名像点即可获得两张像片的相对位置（相对定向）立体模型，在测量长度为0.92 m 的标尺三维(3D)长度时，其误差的标准不确定度为0.28±0.24 mm，与现有的5点算法相比，该方法无需排解即可确保5对同名射线对对相交，并且求解精度高，稳健性好，有实用价值。

针对交通标志出现互连现象导致检测率下降的问题，提出了一种基于曲率尺度空间(CSS)角点检测的交通标志分离算法。使用基于红绿蓝(RGB)归一化的彩色分割算法和区域特征判决准则自动识别多标志互连候选区域，并对提取的目标区域进行边缘平滑和轮廓跟踪。利用基于全局和局部曲率特性的CSS角点检测器对提取的轮廓进行角点检测，并依据角点凸凹性判定准则及分离点对匹配条件，从角点中提取标志间的分离点对。利用Bresenham算法寻求分离点对间的分离线，实现标志的最终分离。实验结果验证了算法的有效性，与现有基于分水岭变换的标志分离算法以及改进的自适应分离算法相比，克服了标志过度分离问题，提高了标志检测整体性能。

为了实现复杂环境下已知模型目标姿态的快速跟踪和估计，提出了一种结合三维(3D)粒子滤波跟踪和M-估计优化的位姿跟踪估计算法。基于直线的多级向量表示构造了新颖的模型直线和图像直线相似性度量函数；基于粒子滤波跟踪的姿态设计了模型直线和图像直线快速对应方法；利用M-估计实现了目标姿态的优化估计；利用重要性采样方法将优化姿态有效地融合到了粒子滤波框架。另外根据预测的目标位姿定义了图像动态感兴趣区域(ROI)，极大地减少了特征检测和搜索的时间。实验表明，所提方法能够实现复杂环境下自由移动目标的快速跟踪和位姿的高精度解算，相比已有方法，所提方法在跟踪精度，计算效率以及稳健性上均有优势。

面对需要实时计算的相机位姿估计问题，针对经典的广泛应用的正交迭代算法，提出了一种加速正交迭代算法。其关键思想是将每一次迭代过程规整化，从而提炼出每一次迭代的重复计算，若将此重复计算在迭代开始前提前计算，则可以大幅度的减少迭代过程中的计算量，使得每一次迭代的计算复杂度从O(n)降低为O(1)。因此，可以在更短的时间内迭代更多的次数，从而获得更高的精度。进行了对比实验，结果显示本加速算法计算精度更高，速度更快。并通过实验提出了选择稳健n 点透视(RPnP)计算初值，再使用加速正交迭代算法进行迭代运算的方法，在控制点不多的情况下，是一种精度接近最大似然估计，计算速度最快的算法。

针对现有手掌静脉认证系统误拒率较高以及不支持大数据集匹配的问题，设计了基于透射式光源的双目视觉静脉三维点云重建装置，提出了基于三维点云匹配的手掌静脉认证算法。系统使用850 nm 透射式发光二极管(LED)光源作为照明装置，由双目摄像机拍摄静脉视差图像进行三维重建。选择手掌静脉作为特征点描述其空间三维结构，提出了一种改进的内核相关性分析方法匹配三维点云。针对200 组点云数据的实验结果验证了该方法的可行性和有效性，识别率达到了98%，误拒率2%，误识率0%，总特征维数约8000 至12000 维，高于尺度不变特征变换(SIFT)，支持对大数据集的认证识别。

基于第一性原理赝势平面波方法，对稀土(Y、Ce)掺杂β-FeSi2的几何结构、电子结构和光学性质进行了计算与分析。几何结构的计算表明，Y 或Ce掺杂后β-FeSi2的晶格常数改变，晶胞体积减小。电子结构的计算表明，掺入稀土后β-FeSi2 费米面附近的能带结构变得复杂，带隙变窄；总电子态密度发生了变化，Y 的4d 轨道电子态密度和Ce的4f轨道电子态密度主要贡献给费米面附近。光学性质的计算结果表明，Y 或Ce 掺杂后β-FeSi2 的静态介电常数明显提高，介电函数虚部ε2 的峰值均向低能方向移动并且减弱，折射率n0 明显提高，消光系数k 的峰值减弱，计算结果为β-FeSi2材料掺杂稀土改性的实验研究提供了理论依据。

用毛细管聚焦的微束X 射线荧光研究了北京龙泉务窑烧制的辽代早期、辽代中期、辽代晚期和金代4个不同历史时期白瓷的化学组成，并用因子分析的方法对实验数据进行了分析。分析结果表明，北京龙泉务窑不同历史时期烧制的白瓷，按其制瓷原料的化学成分划分为两类，一类以辽代早期白瓷为中心，另一类是以辽代中期白瓷为中心；辽代晚期和金代烧制的白瓷化学成分分别与辽代早期和辽代中期接近；精细白瓷的化学组成和粗白瓷的化学组成基本近似，无显著性差别。实验数据不支持北京龙泉务窑存在官窑的推测。北京龙泉务窑白瓷中高含量的微量元素Sr，可认为是北京龙泉务窑白瓷的产地特征。

设计了一个一维金属（M1）-光子晶体（PC）-金属(M2)结构，利用传输矩阵理论，通过M1-PC-M2结构反射谱中的dip（凹处）来确定光学Tamm态（OTS），数值计算表明在金属与光子晶体界面处存在两个OTSs，当45 nm≤dM1≤52 nm时，M1-PC-M2结构可同时实现对两个OTSs的横向电场(TE)偏振完美吸收，吸收峰的峰值波长约为743.1 nm 与745.7 nm，吸收率均在95%以上。当入射角从0°增大到60°，该结构对两个OTSs的吸收率均在95%以上，同时实现对两个OTSs的TE偏振完美吸收，并且两个吸收峰的峰值波长发生蓝移。当光子晶体周期数在7到15之间变化时，均可实现双波TE偏振完美吸收。

采用基于密度泛函理论的B3LYP 方法计算了Mgn(2≤n≤15)团簇的键长、能量、二阶能量差分、配位数、能隙、光谱等性质,找到了Mgn(2≤n≤15)团簇的较稳定结构并确定幻数团簇，然后对这些稳定结构进行光谱分析。采用3-21g 和lanl2dz 一大一小两种基组分别进行计算，结果表明,两种基组计算结果在基态结构上相差不大，只有二阶能量差分有较小的区别，lanl2dz基组计算的键长偏长；Mg4、Mg10、Mg15为较稳定结构，其中Mg4、Mg10为幻数团簇；除Mg2之外，其他团簇都有红外、拉曼活性；对稳定结构的光谱分析发现，Mg10的红外谱峰最多，Mg15的光谱强度最大。

分别以4 种芳香羧酸— 对甲基苯甲酸(PMBA)、对氯苯甲酸(PCBA)、对溴苯甲酸(PBrBA)、对氨基苯甲酸(PABA)—作为第一配体，邻菲罗啉(phen)为第二配体，采用溶剂热法合成了4 种稀土铕离子（Eu3+）的三元有机配合物。通过元素分析、红外光谱、热重分析等手段确定配合物的化学结构，结果表明，4 种配合物的组成可表示为EuL3phen·H2O(L=PMBA、PCBA、PBrBA、PABA)，芳香羧酸配体和邻菲罗啉均与稀土Eu3+配位；铕配合物在318 ℃以上才开始出现明显失重，表明其具有良好的热稳定性。研究了4 种芳香羧酸配体对紫外光的吸收性能。通过荧光光谱研究了配合物的发光性能，4 种配合物均发出Eu3+的特征荧光，5 D0→7F2 电偶极跃迁发射峰强度顺序为：Eu(PBrBA)3phen·H2O＞Eu(PMBA)3phen·H2O＞Eu(PCBA)3phen·H2O＞Eu(PABA)3phen·H2O；其国际照明委员会(CIE)色坐标均落在红光区域，能发出纯正的红光。

人体过多的脂肪严重影响形体美和健康。为了提高消脂效率可选择高吸收系数的激光，但其不易穿透表皮和真皮到达脂肪表面进行消脂。基于消融性微小光热解效应和选择性光热解效应的基本原理，采用聚焦、调Q 的2.75 mm 波长中红外脉冲激光消融皮肤表皮和真皮，形成微小的通道，便于后续聚焦、调Q 的2.3 mm 波长红外脉冲激光能量无损地穿过通道选择性光热解脂肪组织，光热解产物通过新陈代谢排出体外，微小消融区在周围正常组织作用下快速愈合，实现消脂治疗安全性和有效性的和谐统一。该研究可为皮肤科手术治疗提供一种新方法。

针对某一种光学设计指标要求的高分辨力空间相机，在计算分析光学系统参数的基础上，利用Zemax光学设计软件设计了同轴三反射镜(TMC)系统，二次成像离轴三反射镜(Cook TMA)系统和一次成像离轴三反射镜(Wetherell TMA)系统3 种光学系统，均满足了指标要求。对比分析了三种光学系统的优缺点，在综合考虑光学系统的加工、检测和装调能力以及空间相机技术发展先进性的基础上选定了将Wetherell TMA 系统作为最终方案，相机外形尺寸为1600 mm×1230 mm×545 mm，系统焦距为4375 mm，相对孔径为1：9.94，视场角为2°。对该光学系统的性能进行了模拟和验证，计算分析了光学系统的传递函数、像差、畸变等，各项指标性能优异，最后对该系统的光阑和杂光消除进行了分析并对光学系统的公差进行了合理的分配。

研究星载宽视场差分吸收成像光谱仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求，根据宽覆盖轻小型星载大气痕量气体差分吸收成像光谱仪的研究目标，采用偏轴两镜系统和中继系统匹配的结构型式设计出无遮拦宽视场望远系统，将宽视场望远系统和Offner光谱成像系统匹配，设计了一个视场60°×0.24°、相对孔径1/3、工作波段280~450 nm 的星载宽视场差分吸收成像光谱仪光学系统，利用光学设计软件Zemax-EE进行了光线追迹和优化设计，光谱成像系统不同波长的点列图半径的均方根(RMS)值均小于5 mm，光谱分辨率0.692 nm，满足不大于1 nm 的指标要求，差分吸收成像光谱仪全系统在空间方向各波长在特征频率处的光学传递函数均达到0.67以上，完全满足成像质量要求，适合空间大气遥感应用。

为了实现高成像要求，投影光刻物镜在设计时需要考虑膜层偏振效应的影响，并进行相应的分析和评价。首先介绍了基于琼斯矩阵的偏振像差理论，然后以一个数值孔径（NA）为0.75的投影光刻物镜为例，设计了相应膜系，系统分析了膜层引入的偏振像差，并在设计时对膜层引入的离焦项和球差项进行了间隔优化补偿，补偿前后标量波像差和质心畸变分别从68.92 nm 和3.76 nm 改善为1.08 nm 和0.38 nm，偶极照明模式下90 nm 密集线条对比度从0.082 提高为0.876，在此基础上，提出在设计时根据不同表面的入射角分布情况，采用组合膜系，同时控制P光和S光的振幅和相位分离，减小膜系引入的延迟和二次衰减等偏振像差，使得线条对比度提高了1.1%。

为提高凝视型共形光学系统的成像质量，提出了采用共形整流罩内表面设计与Zernike Fringe Sag 面固定校正板设计相结合的固定校正方法。根据建立的入射光线与出射光线方向的偏离角与整流罩参数的关系，设计整流罩内表面参数，减小共形整流罩引入的部分像差。在此基础上，利用Zernike Fringe 多项式各项与像差的对应关系，构建Zernike Fringe Sag 面固定校正板。基于该设计方法设计了一个凝视型共形光学系统，其F 数为1，焦距f 为30 mm，观察视场为±35°。分析了校正前后系统的像差特性。设计结果表明，该方法有效地减小了共形光学系统存在的主要像差，整个观察视场范围内调制传递函数(MTF)曲线在17 lp/mm 处均达到0.748以上，成像质量良好。

深紫外(DUV)光刻机照明系统普遍采用衍射光学元件(DOE)实现光瞳整形。根据光刻机的指标要求，衍射光学元件应具有高衍射效率和高均匀性的特点。传统的相位恢复算法如Gerchberg-Saxton (GS)及其改进算法，一般只能通过降低均匀性来提高衍射效率，无法得到最优的解。而全局优化算法如模拟退火法、遗传基因法等需要大量的计算时间，难以实现像素数目多的深紫外DOE 的设计。为了克服上述困难，提出了一种基于GS的混合梯度下降算法，在迭代过程中对每次迭代的振幅进行加权反馈修正，在加快收敛速度的同时，减少误差，同时实现高效率和高信噪比。利用该算法对光刻需要的传统、四极照明光瞳、定制照明光瞳的DOE 进行了设计，结果表明，实现传统和四极照明光瞳的16阶量化相位DOE 的衍射效率均超过92%, 而非均匀性分别为3.98%和2.3%。实现定制照明光瞳的DOE 的衍射效率为91%，图形恢复误差为5.8%。该方法为获得高性能深紫外DOE 提供一条可行的途径。

通过推导两个波段间由于色散特性差异导致的波段间色差，得到了描述波段间色散能力的波段间色差系数P，并结合光学系统光焦度方程、消色差方程和消热差方程，讨论了考虑材料波段间色散能力的消热差色差系统设计方法，完成了一个共光路红外双波段双视场光学系统的无热化设计。该系统F 数为2、焦距为150 mm/50 mm、波长范围为3.7~4.8 μm 和7.7~10.3 μm，共含有8 片透镜，3 个非球面，在-40 ℃~60 ℃温度范围内，各视场均具有较好的成像质量和冷反射特性。

航空遥感器在高速飞行时，由于光学窗口玻璃与大气间的摩擦会产生大量热，致使光学窗口玻璃在热载荷作用下发生变形，光束通过时会发生偏折、产生光程差等问题，导致航空遥感器的光学系统成像受到影响。为了更好地抑制这种影响，介绍了双层光学窗口的结构，并结合实例验证，对比分析了同等厚度下单、双层光学窗口的光学性能。根据窗口结构给出了在满足外界作业环境下，圆形和矩形窗口厚度的确定方法及不同窗口安装方式对厚度的影响；分析了在压力和温度的影响下，窗口玻璃的变形情况，并结合载机飞行工况对双层窗口进行了热变形分析；结合实际光学系统，验证了双层窗口的光学性能，并和同等厚度的单层窗口进行对比。分析结果表明，在航空遥感器高速飞行条件下，与同等厚度的单层窗口相比，双层窗口玻璃的径向温差和轴向温差更小；针对所研究的光学系统，双层光学窗口玻璃热变形后引起的光学系统离焦量更小，并且对光学系统调制传递函数（MTF）的影响更小，空间频率在0~65 cycle/mm 范围内不低于0.3，且在65 cycle/mm 时MTF 的相对下降量不超过10%，即双层光学窗口的引入使光学系统在不用调焦的情况下就可以满足使用要求。对双层光学窗口的分析研究也可以为其他航空光学窗口设计提供参考。

为了减小光伏发电聚光系统的轴向尺寸，使聚光系统的厚度更薄、质量更轻，讨论设计了一种透射式双面菲涅耳聚光镜。通过设计，使光线在通过双面菲涅耳聚光镜的前表面环带后进入相应的后表面环带，减少了光能损失，使太阳能电池获得的能量密度更高。推导并给出了双面菲涅耳透镜的后表面环带设计公式。用光学设计软件LightTools模拟了双面菲涅耳聚光镜的光学能力，并对模拟结果进行了分析评价。给出了一个口径为200 mm，焦距为120 mm，F 数为0.6 的双面菲涅耳聚光镜设计实例，在波段为380~760 nm，太阳张角为0.55°时，聚光系统的聚光效率达到85%，与相同口径相同焦距的传统菲涅耳透镜相比，聚光效率提高了21.1%。

基于菲涅耳衍射理论，硬边孔径的复高斯函数展开法及稳相法研究了椭圆孔径与轴棱锥系统的光束传输特性，推导出了高斯平面波经轴棱锥衍射后产生的无衍射光场的表达式，数值模拟了不同传播距离处的截面光强分布，并设计了实验进行验证。用电荷耦合器件(CCD)拍摄得到不同传播距离处的光强分布。实验和模拟结果均表明平面波经椭圆孔径和轴棱锥系统后可获得具有马丢光束特征的带状无衍射光束。研究结果对无衍射光束在光学无损检测、条码扫描等应用上具有重要的指导作用。

为了研究非线性和叠加效应对量子态的影响，采用理论分析和数值计算相结合的方法，研究了一种新的量子态, 即非线性圆态。分析了该态的平均光子数分布、亚泊松分布、压缩效应等非经典性质，同时计算了它的维格纳(Wigner)函数。数值模拟结果表明：随着Lamb-Dicke 参数和叠加态数目的增大，非线性圆态的平均光子数增加，而由该态描述的光场的亚泊松分布和压缩效应受到减弱。表征非线性效应的Lamb-Dicke 参数和叠加态数目对该态的非经典特性有明显的影响。

提出了一种双曲波前差自扫描直视合成孔径激光成像雷达系统，结构上采用正交偏振同轴双光束发射和偏振干涉自差探测结构，原理上应用波面变换产生双曲波前差照射光斑，因此通过目标的相对运动在交轨向自动扫描产生目标面横向距离有关的线性相位调制，同时在顺轨向产生目标顺轨向距离有关的二次项相位历程，采用补偿二次多普勒频移的傅里叶变换和补偿交叉耦合的共轭二次项匹配滤波算法实现图像重构。本系统主要特点是结构简单，无需使用任何光调制器，没有交轨向信号的初始相位同步问题，不存在目标时间延时影响，同时也保留了直视合成孔径激光成像雷达的固有优点，如有效地降低了大气等相位干扰，照明光斑可以很大，接收口径可以很大。本雷达适用于航空航天的各种相对运动速度和作用距离的对地观察成像和基于逆合成孔径原理的激光成像雷达。

基于极化面电荷密度和瑞利散射理论，通过数值计算与仿真讨论了风沙静电场对沙粒光学性质的影响。数值结果表明：在考虑风沙静电场作用的情况下，沙粒对电磁波的散射效率随着电荷分布角的增加先增加后减小，而其对电磁波的吸收效率保持恒定，但其值远大于不考虑环境电场作用时的对应值。另外，随着沙尘浓度及其含水量的增加，沙尘暴对电磁波的衰减率增强。结果说明在沙尘暴遥感的研究中必须考虑到沙尘暴中的静电场作用。

自然环境中存在大量各种各样的悬浮颗粒，有关粒子散射特性的研究具有广泛的应用价值。现有的理论计算较为复杂，且研究对象多为均匀球体模型，忽略了粒子内部组成结构的差异。通过分析双层均匀球体模型消光效率和吸收效率的计算过程，将异常衍射近似方法扩展到多层均匀粒子，并给出相应的误差比较，说明该方法的实用性。以海洋浮游微生物为例，着重讨论了双层均匀粒子具有不同内外球体参数以及内球和外球中心偏离情况的散射特性。仿真结果表明除了尺寸、折射率等参数，粒子的不均匀结构对前向散射也有作用，当内外球体参数相差较大时，有必要考虑结构因素对散射特性的影响。

根据苯并(a)芘在特定光的照射下能够发出荧光的特性，采用紫外荧光法检测苯并(a)芘的浓度，构建了检测苯并(a)芘浓度的实验系统。为了精确地检测出苯并(a)芘的浓度，需要将实验中所得数据中所包含的噪声滤除掉，得到有效的荧光信号。将归一化最小均方自适应滤波(NLMS)的原理应用到光谱数据的噪声处理中，并将其与小波去噪的效果相比较，用Matlab 仿真出去噪效果图，从不同的角度分析去噪效果。经过对比得出，用归一化最小自适应滤波能够继续保持信号的非平稳特性，达到更加理想的去噪效果，去噪性能更优，此种方法适用于荧光法检测物质浓度的信号处理中。

研究了光谱带宽表征GaN 蓝色发光二极管(LED)结温的最优方式。测量了10只GaN 蓝色LED 在不同驱动电流和不同热沉温度下的归一化光谱功率分布和结温，采用最小二乘法分析得到不同n 值的光谱带宽Δλn 表征结温的公式，比较了该公式和电压法得到的结温之间的差别以及差别最小时的最优n 值。研究表明采用不同n 值的Δλn均能够表征结温。随着n 值减小，Δλn 表征结温的误差先减小后增大。最优n 值与光谱仪的测量误差有关。采用Hass2000型光谱仪时最优n 值为0.2或0.3。该研究对提高GaN 基LED 结温的测量准确度具有重要意义。

利用激光显微拉曼光谱仪，对市场上俗称“鸡血石”的6块产地不同的样品进行测试分析。测试得到6块样品的特征拉曼光谱，可为无损鉴定提供一定参考。临安市昌化镇玉岩山的3块鸡血石样品的“血”为同一种矿物，均为辰砂（HgS）；“地”包括地开石、高岭石、明矾石或石英等不同的矿物成分。临安市潜川镇紫溪村的鸡血石样品“血”为赤铁矿（α-Fe2O3），“地”为纯度较高的地开石。桂林鸡血石样品“血”为赤铁矿，而“地”是硬度较高的石英。贵州鸡血石样品的“血”是辰砂，“地”是黑色、灰色的碳酸盐矿物。各样品测得的X 射线粉晶衍射数据结果与激光显微拉曼光谱数据一致。