研究的星载被动大气探测仪搭载于太阳同步轨道卫星，具有扫描型多模式探测功能，主要探测目的是对同一大气目标交替进行天底探测和临边探测。为实现天底/临边交替探测，研究了临边探测与天底观测模式的匹配方法及时间间隔ΔT 。根据载荷运控模式、卫星运行轨道和地球自转等，建立交替探测数学模型，研究天底/临边交替探测方法，采用Matlab 计算和卫星工具包(STK)仿真场景验证分析得出时间间隔分别为429 s和430 s。根据地球扁率和轨道衰减等误差分析，结合两种探测扫描设定，统一天底探测与临边探测目标区域，最终设定天底/临边交替探测匹配间隔为430 s。

在天基紫外探测系统中，定量地估计由地气背景浮动引起的杂波辐射有利于对不同场景探测通道(包括中心波长和光谱范围)的有效选择，提高对空间目标的综合探测性能。从空间信号传输的角度出发，在290~400 nm 的“紫外窗口”区建立了不同场景空间杂波辐射模型，并利用该模型分析了空间背景杂波辐亮度的主要影响因素。在可能的目标辐射特性与地气背景杂波水平下，对杂波影响下的系统探测性能进行了有效估算。结果表明：在晴空探测条件下，探测系统的中心波长和光谱范围应分别选为300 nm 和297~306 nm，而在完全充满卷云的视场，探测系统的中心波长和光谱范围应分别选为299 nm 和296~303 nm。

通过数值计算,仿真研究了高斯激光情况下基片表面不同位置处激光会聚铬原子沉积条纹结构的一致性.研究结果显示高斯激光束构成的光学势阱沿激光中轴线和垂直于激光中轴线两个方向相对于准直高斯激光都有独特的分布结构.这种独特的结构导致铬原子运动轨迹相对于波节位置对称性的破坏,进而导致沉积条纹结构发生变化:在沿激光中轴线方向上, x0 从0 mm 变化到-50 mm 过程中,铬原子的运动轨迹最终的聚集区域相对于波节慢慢失去对称性,并且向x0 绝对值较小的一边偏离波节位置;铬原子沉积条纹的半峰全宽、中心峰值和中心线相对于波节的偏移量都随x0 的变化而趋向线性变化.其中, 半峰全宽约有8 nm 的增宽,中心峰值约有50 个单位的减少量,中心线相对于波节的偏移量约有15 nm 的增大量.

为测量短暂的碱金属原子横向弛豫时间，分析了改进了的自由感应衰减法、磁共振展宽拟合法以及旋转坐标系下的横向磁矩分量比值拟合法三种测量方法。并设计了实验装置，用这三种方法对10 μs 量级的铷原子横向弛豫时间进行了测量。测量结果表明，这三种方法的精度皆可达1 μs 量级。通过对这三种方法的测量环境分析，改进了的自由感应衰减法和比值拟合法的测量值可以直接作为一般的原子磁力仪的参数使用，展宽拟合法可以用于研究无光条件下的碱金属原子弛豫机制。

介绍了一种基于空间冷原子铷钟的激光冷却光学平台设计。该平台是我国以空间工程应用为目标而研制的激光冷却原子光学平台，能够为空间冷原子钟提供5路连续单模稳频激光，用于冷原子的制备、操控、选态和探测。该平台采用分布布拉格反射(DBR)激光器作为87Rb原子激光冷却光源，所有光机组件通过小型化、模块化设计集成在一块300 mm×290 mm×10 mm的铝基碳化硅基板上，通过力学仿真分析优化结构设计、热仿真分析优化基板热设计，使该平台满足航天设备设计要求。经过地面严格的环模实验测试，证明该光学平台同时具备高精度、高稳定性和高可靠性，可长时间稳定工作而无需人工调节，可广泛应用于各种需要激光冷却操控原子技术的科学研究和工程项目。

对处于25P Rydberg 态的锂原子进行了电场电离的理论研究。采用三步共振激发技术，沿2S1/2—2P3/2—3D3/2—25P的激发路径，使锂原子在25P Rydberg态上布居, 再施加脉冲电场使其电离。针对上述光激发+场电离过程所涉及的各个原子态的粒子布居，建立起速率方程组, 再通过拉普拉斯变换方法推导出各个态的粒子布居率和电离效率的解析表达式, 以便对各个阶段的物理机理和特性进行理论分析。通过用Matlab 语言自编的计算软件, 不但定量分析了不同激光参数对光激发过程的影响, 还研究了脉冲电场的参数对原子电离率的影响。研究表明，在本激发路径下，难以显著提高对25P Rydberg态的光激发效率，因而限制了电场电离的总体效率。

提出了一种基于发光二极管(LED)脉冲调制和光纤阵列的多通道光纤法布里-珀罗(F-P)压力传感解调系统。在建立的多通道光程差分布理论模型基础上，通过采用光纤阵列实现了多通道并行光路的复用，并采用LED脉冲调制的方法实现了多个通道的切换，该方法能够有效地抑制耗尽层(PN 结)温度升高，减小因PN 结温度升高对解调的影响。实验研究了LED 脉冲调制的占空比和频率的影响，表明在占空比低于60%、调制频率大于35 Hz时具有最优的解调效果。采用脉冲调制频率为50 Hz、占空比为12.5%的8 通道解调系统实验表明，各通道解调一致性很好，并且在全量程范围(F.S.)所有通道的误差均在0.045%以内。

建立了一个精确到匝的光纤环有限元模型，基于此对比分析了交叉绕法与四极对称(QAD)绕法环圈瞬态传热性能，得出交叉绕法能更好地改善光纤陀螺温度性能。此外,重新设计了传统四极对称法绕制光纤环的槽体，并分析了在相同温度激励下新旧槽体内嵌交叉绕法光纤环对抑制陀螺温度漂移的影响。结果表明：采用新型槽体的交叉绕法光纤环圈能充分发挥交叉绕法抑制温漂的性能，能够使热致误差降低一个数量级，与理论分析相符。

在基于布里渊拍频谱功率测量的分布式光纤传感中，提出对多模声波导结构光纤的应变与温度系数进行理论计算的方法。布里渊拍频谱的功率与光纤的有效折射率、杨氏模量、泊松比、声光有效面积等参数有关，这些参数会随光纤中应变和温度改变。通过建立应变和温度与布里渊拍频谱功率之间关系，可在已知光纤的折射率分布的情况下，从理论上推导出多模声波导结构光纤的布里渊拍频功率-应变系数和布里渊拍频功率-温度系数。以大有效面积光纤(LEAF)为例，计算了光纤的应变和温度系数，并与实验测量结果进行比较。结果表明，使用该方法得到的理论计算结果与实验值相吻合，验证了该计算方法的有效性。

载有轨道角动量(OAM)的光可用于提高光通信网络的带宽，而对不同轨道角动量态的区分是有效利用轨道角动量光的核心。利用空间光调制器设置合适的传递函数以实现傅里叶平面间的光学坐标变换。变换后，轨道角动量光随方位角的相位变化变成横向相位变化。相位修正后将不同轨道角动量的光聚焦到不同的横向位置，实现了对轨道角动量光的有效区分。

应用图像法对长焦距高分辨率航空相机实时检调焦过程中，由于外界环境因素的影响使得系统产生像移，调焦精度降低。当前对于由相对运动引起的像移和调焦精度两者的之间关系没有通用性的理论和确切的研究。从理论上分析了高分辨率航空图像线性像移和抖动像移的模型，给出了像移模型对评价函数的影响，得到像移与调焦曲线极大值呈负相关的关系。图像的像移量越大，调焦函数曲线的最大值下降越显著。利用二次函数拟合的方法获得离散评价函数点的拟合曲线，曲线最高点即对应调焦的最优对焦位置。搭建了动基座检调焦实验平台，实验结果表明当平台引起的图像像移量由1 pixel 增加至5 pixel 时，评价函数曲线的最大值由95.95%下降到87.64%。应用拟合曲线的方法得到的最佳对焦位置在系统半焦深范围之内，满足高分辨率航空相机调焦精度的要求，同时证明了像移理论分析的正确性。

利用强度相干方法对高轨目标成像时存在着频谱模值测量信噪比低和相位恢复复杂等问题，严重影响成像质量。为获得高轨目标的清晰图像，根据高轨卫星空间频谱分布先验信息、图像分布先验信息和强度相干测量噪声分布特点，探讨了利用先验信息对强度相干成像的频谱模值估计方法和相位恢复方法进行改进与优化，并设计了室内实验验证了改进算法的有效性。室内实验表明，通过对频谱模值估计方法和相位恢复算法的改进能够显著提高强度相干成像质量，减小恢复结果中的噪声斑点与歧义图像。

提出一种分析线性偏振照明条件下投影物镜偏振像差对交替相移掩模(Alt-PSM)空间像影响的解析方法。基于矢量光刻成像理论，从掩模空间像的光强分布推导出偏振像差引起的空间像图形位置偏移误差(IPE)和最佳焦面偏移(BFS)的解析表达式，实现了各个泡利-泽尼克偏振像差对空间像影响的解析分析。建立了IPE 与奇像差项泡利-泽尼克系数和BFS 与偶像差项泡利-泽尼克系数间的线性关系。通过光刻仿真软件模拟验证了解析分析结果的正确性，并用最小二乘法评估了线性关系的精确度。

建立了基于电吸收调制器(EAM)的深度成像系统数值模型. 为定量描述时序误差对系统精度的影响推导了含尺度因子的测量误差公式, 分析了光调制器参数、系统噪声和时序误差对测量误差的影响. 结果表明, 无时序误差时, 测量值标准偏差与传感器阱中信号电子数的平方根成反比, 与阱中背景电子数和信号电子数之比的平方根成正比; 采用高调制速度和高消光比的EAM 可以提高系统精度; 随着时序偏移误差增加, 系统精度将迅速下降且难以通过增加传感器阱中信号电子数的方式提升; 如要求7 m 处单幅深度图像精度小于1 cm, 则需要传感器阱深大于等于300 Ke, 时序的偏移误差小于等于±200 ps.

基于两镜反射式望远镜系统，以主镜为基准，分析了当非球面次镜由于偏心、倾斜、主次镜间距产生变化时对望远镜系统波前像差的影响。根据理论分析，提出了一种望远镜系统误差校正的方法。该方法先后以轴上视场光斑的半径和全视场光斑的平均半径作为成像质量的评价指标，利用随机并行梯度下降算法对次镜的位置进行调整，最终使全视场光斑半径的平均值收敛到极值，即认为成像质量达到最佳。针对里奇-克列基昂(R-C)结构望远镜系统进行了仿真分析。结果表明，次镜位置调整后能够使视场内所探测的光斑半径的平均值收敛到极值。该方法使望远镜系统误差的校正具有外在标准，能够使望远镜在观测过程中进行校正。

针对扇束计算机层析成像(CT)不闭合的扫描数据，提出一种基于非线性优化模型的CT 几何伪影校正方法。该方法对标志物细丝与被测物体同时扫描，通过求解基于细丝断层投影数据的非线性优化模型，精确估计CT 系统的所有几何参数，进而校正包括扫描数据不闭合等几何参数误差引起的CT 图像伪影。仿真和实测数据验证结果表明，利用本方法可有效消除不闭合扫描数据引起的CT图像几何伪影。

基于微分差相关分析和旋转中心定位，提出了用于空间滤波转速遥测中旋转方向的辨识方法。该旋转方向辨识法是将差分空间滤波器中相邻两个光电池的输出信号经微分、相减、取绝对值后再积分计算得到微分差相关值，用其最小值处延时量的符号确定旋转体像在该两光电池处的线速度方向，再依据该线速度方向和旋转中心位置来判定旋转方向。其中的旋转中心位置是利用双差分空间滤波传感器输出信号的两个中心频率及其变化计算系数k，再由k 值和较大中心频率对应的差分空间滤波器所在的位置来确定的。仿真分析实验验证了所提出的旋转方向辨识方法简单易实现。该方法对随机相位不敏感，有效地解决了空间滤波转速遥测中的旋转方向辨识难题。

在迈克耳孙式干涉光路的基础上结合高速摄像和采集系统，利用时域散斑干涉测量技术，实现了瞬态三维形变场的实时测量。物体发生形变时会产生一个时变的散斑干涉场，通过连续采集的散斑干涉图序列便可得到各个像素点的一维时域干涉信号，即光强随时间的变化关系。在利用经验模态分解对干涉信号进行降噪处理之后，借助于希尔伯特变换的相移作用完成信号相位的解调，并在时域中进行相位展开，最终通过逐点分析获得全场的相位分布。为了验证该方法的有效性，对由压电陶瓷驱动的瞬态离面形变进行了测量。结果表明，该方法可在1000 frame/s 的采集速度下实现动态形变的实时测量。与传统相移法相比，该方法结构简单，易于实现，在时间和空间上都具有较高的分辨率。

时域展宽是脉冲激光在水下传输时的重要特性，直接影响蓝绿激光对潜通信和水下激光成像等水下光电应用的性能。推导了选通深度曲线的特征参数与脉冲激光回波波形参数和增强型电荷耦合器件(ICCD)选通波形参数的关系，从而提出了基于选通深度曲线的脉冲激光水下传输时域展宽测量方法。利用所搭建的高重频脉冲激光水下成像系统，在大型室内船池中进行实验测量。结果表明，所提方法能够有效完成脉冲激光在水下传输时的时域展宽测量，尤其适用于远距离传输的情况。

在分析Ronchi 相移剪切干涉仪典型系统参数的基础上，系统研究了该干涉仪相位提取精度的主要影响因素。结合传统的五步相移算法，采用所提出的八步与十步相移算法，对Ronchi相移剪切干涉仪的相位提取误差进行理论分析和仿真计算。仿真结果说明，八步和十步相移算法可以有效地消除多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响，且十步相移算法比八步相移算法具有更高的相位提取精度；为了提高测量精度，要求相移误差优于2%；探测器位数大于10位；光栅周期误差小于1%；光源空间相干性低于0.1。通过采用不同的相移算法、剪切率和光源空间相干性的三组对比实验，对理论分析的正确性进行了验证。

近年来，由于传统的电互连技术暴露其固有的瓶颈问题，光互连技术成为研究的热点。而有机物光波导以其独有的优势，在光互连中占据了主要地位。聚硅氧烷光波导是最适合850 nm 波段的有机物光波导之一。研究波导的过程中，一直存在着难题：如何实现波导的高精度无损测量。而电荷耦合器件(CCD)无损测量法具有操作简单等优势成为研究的热点。针对CCD 测量法中存在的如何保证测量图像中光的传输方向，保持较高精度水平以及如何较高精度地确定CCD 视场内的波导通光长度问题，提出了聚硅氧烷光波导损耗无损测量图像的消旋理论和方法，以及估计CCD 视场内波导通光长度的理论和方法，并和传统的截断法结果进行了对比，验证了方法的正确性和有效性。

从理论和实验上介绍了一种基于相关光子的多模式空间纠缠特性新型定标方法，实现了光电倍增管的量子效率绝对定标。该方法利用355 nm 连续紫外激光器抽运BBO 非线性晶体，不仅制备了一对710 nm/710 nm 的简并相关光子和一对700 nm/720 nm 的非简并相关光子，并且定标了光电倍增管的量子效率。同时介绍了实验原理和定标装置，并且对定标结果进行了不确定度分析。结果表明，利用相关光子的多模式相关性光辐射定标方法的相对合成不确定度小于4.7%。基于相关光子多模式空间相关性获得光电倍增管的量子效率，修正后并与出厂检测结果进行了比对，信号光通道的相对差异分别为10.3%、10.2%，空闲光通道的相对差异分别为12.9%、8.95%。初步验证不依赖时间符合测量的方法，只需对两路的光子计数进行统计，即可实现探测器量子效率的绝对定标。

在基于夏克-哈特曼波前传感器的深紫外物镜系统波像差检测中，均匀高亮度的照明光束是实现纳米精度波像差检测的关键。采用时域有限差分法和部分相干性理论对随机排列微孔阵列衍射波前的强度对比度进行了优化。与周期排列微孔阵列相比，采用随机排列微孔阵列，可获得更加光滑的衍射波前强度分布；对单个微孔衍射波前的分析表明，微孔直径越大衍射波前强度对比度越大；衍射波前强度对比度在双孔间为74 nm 时达到最大值。分析计算得出，为获得满足纳米精度波像差检测强度对比度要求的波前，随机排列微孔阵列中宜采用直径170 nm 的微孔，且微孔间距大于等于306 nm，此时，微孔阵列中微孔个数为428，衍射波前强度对比度为11.70。

针对多色、多频光谱角色散束匀滑方案，数值模拟和分析了多色波长差、多频波长差、带宽和色循环数等主要参数对远场光场均匀性的影响，进而对相关参数进行了优化。结果表明，随着多色波长差的增加，远场焦斑均匀性呈先变好后降低的趋势，即存在最佳波长差；当多频波长差和带宽增加时，远场光场均匀性均得到改善，但考虑高效三倍频的影响，多频波长差和带宽均不宜取太大。当光栅色散系数不变时，远场光强对比度随色循环数的增大呈先减小后增大的趋势，即存在最佳色循环数的选择问题，但最佳色循环数并不为1，而是随着光源参数和光栅参数的变化而有所变化。

利用有机共轭聚合物MEH-PPV 优良的发光特性和光子晶体对光的调制特性，设计制备了有机半导体二维平板的准晶光子晶体激光器。该激光器是以MEH-PPV 为增益介质，利用二维平板准晶光子晶体点缺陷和上下电极表面作为反射膜共同构建激光器的微腔，获得了具有激射效应的电抽运8 重准晶垂直腔面发射激光器。该激光器的阈值电流为8 mA，激射波长为606 nm，谱线半峰全宽为0.5 nm，接近光纤光谱仪的分辨率极限。

提出了一种基于压电陶瓷闭环控制的线性可调谐环形腔光纤激光器。光纤激光器环形腔结构中光纤光栅固定在压电陶瓷上，通过控制压电陶瓷改变光纤光栅波长，从而改变环形腔光纤激光器的波长，构成基于压电陶瓷的可调谐环形腔光纤激光器。应变传感器贴附在压电陶瓷上，实时监测压电陶瓷的步长变化，通过惠斯顿桥式电路反馈给驱动控制系统，并补偿和修正压电陶瓷固有的磁滞和蠕变特性，形成压电陶瓷闭环控制系统。实验结果表明基于压电陶瓷闭环控制的可调谐环形腔光纤激光器调谐线性度好，波长调谐范围可达0.9 nm，线宽为4 kHz，波长稳定性为±0.01 nm，功率稳定性为±0.3 dB。

在多视域广角成像系统中，为了保证后续图像拼接的质量，必须对从广角镜头所获得的畸变图像进行校正。利用图像中直线特征的畸变标定方法，并且提出一种带权重因子的弯曲测度指标函数，离图像中心不同距离的曲线给予不同的权重值，作为求取最终畸变参数的目标函数。在最小化目标函数过程中，求解出最优畸变系数。并基于工程实例，分别利用传统基于直线特征的畸变校正方法与本文方法对目标图像进行畸变校正。实验结果表明，本文方法仅仅利用单幅图像就能获得高精度的畸变标定，在噪声水平小于2 pixel时，对应坐标的均方根误差能控制在0.3 pixel以内。同时该方法操作简单、方便、易于实现。

为了解决机器人同时定位，地图构建与目标跟踪(SLAMOT)过程中的多源，异构传感器空间一致性观测问题，提出了基于信息融合的摄像机与激光测距传感器联合标定优化方法。完成基于误差传播公式的激光扫描点图像平面投影不确定范围判定，并利用协方差交集算法实现基于运动物体检验方法和基于Camshift方法的图像坐标系下目标状态融合。在此基础上，利用目标图像平面投影方向误差构造目标函数，通过非线性优化方法实现摄像机与激光测距仪标定参数优化。实验验证了设计方法能有效提高目标跟踪以及多传感器参数标定的准确性。相关成果能够为基于多传感器信息融合的机器人同时定位，地图构建与目标跟踪滤波方法研究提供观测值支持。

为了实现高精度的基于直线段对应的相机位姿估计，提出一种直接最小二乘法。通过提出并利用一种直线段之间的距离测度，将原问题转化为最小化一个姿态旋转矩阵的二次目标函数，该距离测度综合考虑了线段的端点距离、中点距离、夹角和线段的长度，通过旋转矩阵的CGR 参数表达获得一个修正的目标函数，此修正目标函数的最优解条件组成了一个三元三次方程组，利用代数多项式方法在不需要迭代的情况下直接求解这个方程组，从而得到了旋转矩阵的全局最优解。该算法的计算复杂度为O(n)。仿真和真实实验验证了该方法的有效性和高精度。

为了研究微米量级微生物凝聚粒子群所构成的复杂介质环境对入射激光透射率的影响，采用团簇-团簇凝聚模型模拟了微生物凝聚粒子的空间结构；利用离散偶极子近似方法计算其单次散射参量；通过蒙特卡罗仿真研究了10.6 μm 激光在微生物凝聚粒子群中的透射率。结果表明：当每个微生物凝聚粒子包含20~50 个半径为1.5 μm的原始微粒，凝聚粒子数密度大于800 /cm3 ，测量区厚度为4 m 时，将孔隙率的值控制在0.9 以下，可使10.6 μm 激光在微生物凝聚粒子群中的透射率小于10%。

相比透射型组合滤波器件，提出了只需要由一种反射元件构成的反射型组合滤波器件的光路。在保证角谱选择性的前提下，降低了设计和制备的难度。另外，通过膜系设计和电场强度比较，发现此反射型组合器件具有比透射型组合器件更高的抗激光损伤阈值(LIDT)。因此，为反射型介质膜组合滤波器件的制备和应用奠下了基础，具有重要的指导意义。

叠层结构是提高硅基薄膜太阳电池效率和稳定性的有效方法，其中子电池的电流匹配是提高叠层电池效率的关键，而中间层技术能有效地改善子电池电流的匹配情况。介绍了非晶硅/微晶硅叠层电池的中间反射层和隧道结的结构、特性及材料种类，结合两者的理论基础提出隧穿反射层的概念，分析其工作原理并给出了薄膜材料的选择原则和范围。隧穿反射层在叠层结构中不仅起到常规中间反射层的作用，解决电池内部的陷光问题，还可优化叠层太阳电池的隧道结，解决子电池对光生载流子的有效收集问题。

为了验证离子束修正超高陡度镜面的能力，对采用五轴离子束加工超高陡度镜面的问题进行了分析研究和加工实验。根据现有检测条件制定了实验方案并对面形数据进行了处理；对超过机床五轴加工摆轴行程区域的驻留时间进行了补偿；建立了离子束五轴加工后置处理算法，根据该算法编制了数控程序生成软件，并通过实验验证了生成的数控程序的正确性；最后进行了超高陡度镜面的五轴离轴加工实验，经过5 轮迭代加工后，元件面形由初始的峰谷(PV)值为57.983 nm、均方根(RMS)值为9.406 nm，收敛PV 值为11.616 nm、RMS 值为1.306 nm，总收敛比达到7.20。实验结果表明：采用五轴离子束加工超高陡度镜面的方案可行，并且获得了较高的收敛效率和加工精度，同时验证了离子束离轴镜加工的可行性。

针对硫系玻璃材料热稳定性高、光谱透射率好、适合模压成型等特点，提出一种采用硫系玻璃的长波红外光学系统设计方法。理论分析了被动式光学补偿和机械补偿的设计过程。根据被动光学补偿原理求解系统初始光焦度分配，借助被动机械补偿方法设计了一种大相对孔径红外消热差光机系统。系统焦距为90 mm，F 数为0.9，适配长波(8~14 μm)非制冷红外焦平面探测器，其像素为640 pixel×512 pixel，像素大小为17 μm。在-40 ℃~50 ℃温度范围内工作时，系统各视场调制传递函数(MTF)均接近衍射极限。设计结果表明，利用硫系玻璃相互匹配并结合机械补偿方法可以实现系统被动无热化，能够得到性价比较高的红外成像光学系统。

零位补偿检验是现代光学用于检测非球面的主流方法。根据实际检测需要，提出既可进行补偿检验，又可进行干涉检验的一种新型干涉零位补偿检验方法。干涉零位补偿检验的原理是：在零位补偿检验的基础上，将零位补偿系统的第一面改为与激光点光源同心的参考面，从同心参考面反射回来的参考波面与通过零位补偿检验系统的待检非球面反射回来的待检波面相干涉实现干涉零位补偿检验的目的。依据三级像差理论，设计了零位补偿检验的光学系统，给出像差理论分析和实际设计评价结果，当待检非球面镜的孔径角2u 小于1 4.5 时，系统的剩余波像差优于λ/170 。通过对该方法进行原理性实验，充分证实，干涉零位补偿检验是行之有效的。

薄主镜支撑系统分为轴向和侧向支撑两部分，侧向支撑承担主镜垂直于光轴方向的重力分量。介绍了pushpull-shear侧支撑及能动校正原理，并针对一块8 m 口径薄主镜进行了侧支撑设计。设计了5种备选侧支撑方案，并考虑到主镜对面形的能动校正能力，借助有限元计算对它们进行了分析和比较，选出了一种最佳方案作为8 m 薄主镜的侧支撑方案。该侧支撑方案共有64 个侧支撑点，每个侧支撑点仅施加沿主镜切向的支撑力。当主镜竖直放置时，主镜能动校正后的镜面均方根值为19.2 nm，校正力范围为-318.9~301.4 N。相比传统push-pull-shear侧支撑方式，该侧支撑方案结构简单，易于实现，同时支撑效果良好。

建立了一个基于等效膜层法的极紫外光刻含缺陷掩模多层膜仿真模型。通过等效膜层法求解含缺陷多层膜无缺陷区域和含缺陷区域不同位置的反射系数，准确快速地仿真含缺陷多层膜的衍射谱。与波导法严格仿真相比，200 nm 尺寸时仿真速度提高9倍左右。与改进单平面近似模型和基于单平面近似的简化模型相比，该模型对衍射谱和空间像的仿真精度有了较大提高，并且仿真精度随缺陷尺寸和入射角的变化很小。以+1 级衍射光为例，6°入射时，与改进单平面近似模型和简化模型相比，该模型对衍射谱振幅的仿真误差分别减小了77%和63%。

设计了一种基于表面等离极化激元金属-介质-金属的L形谐振腔波导结构，并应用有限元方法研究了该结构的传输特性。数值计算结果表明，透射光谱中出现了明显的阻带，其滤波特性强烈地依赖于L形谐振腔结构的尺寸。相比于同尺度的水平放置的矩形谐振腔，L形谐振腔结构具有更高的品质因子，滤波效果更佳。随着L形谐振腔结构尺寸的增大，透射光谱发生红移；在L形谐振腔中充入折射率不同的介质，根据表面等离极化激元共振对L形谐振腔内折射率变化敏感特性，通过探测透射光谱中共振波长来探测介质折射率，该结构可广泛用于传感器方面。

使用典型绿色磷光材料Ir(ppy)3作为发光层，DBR 和金属Al作为微腔的一对反射镜，制备了结构为Glass/DBR/ITO/MoO3(1 nm)/TcTa(40 nm)/CBP:Ir(ppy)3(40 nm,6%)/TPBI(47 nm)/LiF(1 nm)/Al(80 nm)的绿色磷光微腔有机电致发光器件(MOLED)，同时制作了无腔对比OLED 器件，研究微腔结构对器件发光性能的影响。发现OLED 的电致发光谱(EL)的峰值是510 nm,半峰全宽(FWHM)为70 nm,MOLED 的峰值是514 nm,FWHM 为35 nm，比OLED 窄化了1/2，MOLED的最大亮度、最大电流效率分别为143000 cd/m2和64.4 cd/A，OLED 的最大亮度、最大电流效率分别为103000 cd/m2和41.6 cd/A；测试并计算了器件的外量子效率(EQE)，MOLED 和OLED 的最大EQE 分别为18.6%和14.3%。结果表明，微腔器件发光性能比无腔器件得到了很大的改善。

提出了一种在矩形金属沟槽中插入两块相同的矩形硅核的新型杂化波导结构，基于有限元方法，在波长为1550 nm 时,系统地研究了两块介质核间的距离、介质核的高度、宽度以及介质核与金属间的距离对有效模面积和传播距离的影响。计算结果表明，通过左右狭缝或者中间狭缝的场增强效应，能得到低损耗超小模面积的杂化模，当介质核与金属间的距离比较大时，相对于中间无狭缝的情况，当缝隙为5 nm 时，该结构的有效模面积急剧减小，约减到原来的七分之一，而传播距离略有增长，在50 个波长左右，而且中间缝隙越窄(不等于0 nm)，模面积越小,传播距离越大，介质核越高，传播距离越远而模面积几乎不变。当介质核与金属间的距离比较小时，中间缝隙越小，介质核的宽度越小，模面积越小。

基于衍射光学元件的相位延迟和衍射效率表达式，推导出了含有偏心误差的多层衍射光学元件衍射效率表达式。建立了含有偏心误差的多层衍射光学元件衍射效率的数学模型，分析了偏心误差对多层衍射光学元件衍射效率及多色光积分衍射效率的影响。以在8~12 μm 波段内的硫化锌(ZnS)和锗(Ge)为基底材料构成的多层衍射光学元件为例，其设计波长对为8.79 μm、11.11 μm，构成多层衍射光学元件的两层谐衍射元件微结构高度为78.3391 μm 、34.6076 μm，当多层衍射光学元件的环带宽度分别为500 μm 和1000 μm 时，其衍射效率达到95%以上时，偏心误差须分别控制在5.8 μm 和11.17 μm 以内。该含有偏心误差的多层衍射光学元件的衍射效率分析模型对于多层衍射光学元件的设计与加工具有重要意义。

激光振荡器和激光放大器中激光晶体的热效应对光束特性有着重要的影响，不仅改变了光束的波前，还影响了光束的偏振态。基于激光晶体内的弹光效应，通过对光率体的主轴化，研究了自然双折射晶体中的热致双折射效应。结果表明，弹光效应对自然双折射晶体光率体的影响主要表现为横截面内椭圆主轴的偏转，主轴偏转角度小于0.01°。在激光振荡器和放大器中，一束线偏振激光经过具有热效应的自然双折射晶体之后退偏率小于1.8×10-8，这种条件下热致双折射效应的影响可以忽略，这与光学各项同性晶体完全不同。

通过将罗丹明6G 掺入用光引发剂2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮和季戊四醇三丙烯酸酯混合而成的光刻胶中，基于飞秒激光双光子微加工技术制备出高为39 μm，底面边长为20 μm，周期为60 μm的3×3正六棱锥微阵列。用波长为532 nm 的半导体抽运激光照射样品，发现掺有罗丹明6G 的微阵列样品与纯光刻胶制备的微阵列样品相比，在550 nm波长处多出一个明显的发射峰。与罗丹明6G的吸收光谱相比，可知该发射峰为微结构中掺入罗丹明6G 而产生的发射峰。测试了该样品的衍射图案，由衍射光斑间距推算出来的周期与实际值相差2.3%。

在水体重金属激光诱导击穿光谱(LIBS)检测中，湖库水体组分的复杂性以及不同水域水质的差异加剧了基体效应对定量分析精密度和准确度的影响。为减小系统参数波动以及基体效应的影响，针对湖库水体不同采样点的水样，通过背景、内标元素校正待测元素的特征谱线，研究峰值强度、积分强度、信背比和内标校正强度组成的不同输入向量对支持向量机回归模型的影响，结果表明信背比和内标校正强度组成的二元输入向量回归效果最好，训练集均方根误差和相关系数分别为0.367 和0.981，测试集的相对标准偏差和相对误差平均值分别为4.5%和12.1%。经过校正的多元输入向量，可以有效减小参数波动和基体差异的影响，为自然水体重金属LIBS定量分析提供数据输入方面的参考。

为了解决传统成像光谱仪难以实现光谱和图像信息实时获取的问题，设计一款可见/近红外宽谱段视频型成像光谱仪系统。系统利用多狭缝分光成像技术，将目标光谱图像进行区域划分，代替传统的推帚型成像光谱仪，实现光谱维的大视场成像。采用低色散光学玻璃和双胶合透镜实现宽谱段光学系统的像差校正。前置望远物镜系统采用复杂的双高斯结构，实现小畸变设计和不同视场狭缝处能量的均匀分布。为了同时获取高空间分辨率的实时视频监控和高光谱分辨率，利用分光棱镜将前置望远物镜的像分为两路，一路直接由高分辨率全色相机接收，另一路进入分光系统由灰度相机接收。采用三块棱镜作为分光元件，通过优化材料组合和实际光线控制，获得了萤石-熔石英-萤石理想棱镜组合，实现了光路同轴性和良好色散线性度。设计结果为光学系统的光谱范围为400~1000 nm，F 数为3.5，前置望远物镜奈奎斯特频率处设计调制传递函数(MTF)大于0.5，畸变小于0.1%，像面照度均匀性高于98%。整个系统奈奎斯特频率处设计MTF大于0.44，平均光谱分辨率为10 nm。

介绍了一种测量烟羽污染气体二维分布的方法——成像差分吸收光谱(IDOAS)技术。该技术基于成像光谱仪，结合旋转平台实现对目标区域的二维扫描测量，获取目标区域的高光谱数据；采用差分吸收光谱(DOAS)算法对光谱进行处理，获取扫描区域内污染气体的二维分布图，进而对污染气体的分布及扩散趋势进行分析。对地基IDOAS 系统及其测量原理进行了介绍，并开展外场实验，成功获取了电厂烟羽中的SO2 二维分布图，实现电厂污染排放的可视化；对SO2排放率及平均浓度估算方法进行了分析，结合风速，利用获得的二维数据计算得到电厂SO2排放率及平均浓度分别为210 kg/h、6.7 mg/m3。

随着大口径光谱仪的发展，传统光谱仪中并不明显的狭缝弯曲越来越成为制约光谱仪分辨率的一大因素。根据由离轴光线光栅方程获得的偏移量公式对狭缝弯曲进行矫正。为消除公式与实际图像不契合的问题，详细分析了各装配误差对公式的影响，总结出相关矫正参数，并利用光谱线丰富的光源拟合出相关预矫正参数来消除装配误差造成的影响，再结合偏移量公式对待处理光谱图像进行矫正。利用氖光谱灯拟合预矫正参数，对氪光谱灯与汞蒸汽荧光灯进行了光谱测试，经矫正后光谱分辨率有很大改善，接近于光谱仪点源照射时的分辨率。

为打击山茶油掺假，保障消费者的合法利益，利用近红外光谱和子窗口重排分析(SPA)对山茶油的复杂掺假(掺入大豆油、菜籽油、花生油及混合油)进行检测。采集85 个纯山茶油和315 个掺假山茶油样本的近红外光谱，利用SPA 变量选择方法对样本光谱的波长变量进行筛选，再由偏最小二乘-线性判别分析(PLS-LDA)建立山茶油掺假检测模型，并与竞争性自适应重加权算法(CARS)和无信息变量消除(UVE)变量选择方法的结果进行比较。研究结果表明，近红外光谱联合SPA 方法可以用于山茶油的复杂掺假检测，预测集样本的分类错误率、灵敏度及特异性分别为0、1和1。SPA 方法优于UVE 方法，与CARS方法相当，是一种有效的变量选择方法，能简化模型并提高模型的预测精度和稳定性。

亚硝酸是大气清道夫OH 自由基的主要来源之一，其对大气氧化潜力的影响是近年来大气光物理化学研究的热点。但是亚硝酸在大气中的浓度非常低，且具有易反应性、可溶性和光解性，实时准确测量大气中的亚硝酸一直是一个难点。采用中红外1255 cm-1室温连续量子级联激光器开展对痕量亚硝酸气体的探测方法研究, 利用波长调制和谐波探测技术，将系统由原来在1 s积分时间内采用直接吸收方法的测量灵敏度6.95 μg/m3提高到0.84 μg/m3。通过艾伦方差分析系统的噪声特性，得到系统的最佳积分时间为100 s，相应的探测限为0.34 μg/m3。利用该系统对实验室空气中的亚硝酸气体含量进行检测，证明该系统可以满足实际大气观测对检测限的要求。

提出并实验演示了一种新型的超高分辨率光谱测量技术，通过将二维分光的高分辨率面阵光谱仪和可调谐法布里-珀罗(F-P)干涉仪相结合来实现超高分辨率的光谱测量，其中高分辨率面阵光谱仪的分辨率优于可调谐F-P干涉仪的自由光谱范围(FSR)。所采用的可调谐F-P干涉仪光谱范围为780~840 nm，FSR为3.75 GHz，精细度大于100。利用虚拟成像阵列和平面衍射光栅构建了二维分光面阵光谱仪，实现了17.4 nm(792~809.4 nm)光谱范围内0.7 GHz的光谱分辨率，分辨率值高于可调谐F-P的FSR。二者的结合实现了优于37.5 MHz的超高光谱分辨率。利用所构建的光谱仪实际测量了锁模钛宝石激光器的激光光谱，证实可以较为清晰地分辨其间隔为76.3 MHz的各个纵模。

在极地环境(如南极Dome A)中的光学系统，氧化铟锡(ITO)薄膜加热除霜有突出的优势。简述了ITO 薄膜除霜原理，指出了目前采用的直流电、点状电极的加热设计存在局部过冷、电极过热、整体加热不均的情况，影响成像质量与除霜效果。给出了加热除霜效果的评估指标，提出了多相交流电、线状电极的新设计，并采用“主路径”分析法进行论证。然后以南极巡天望远镜(AST)为背景，对500 mm 口径镜面进行有限元模拟，在等功率条件下，对各加热设计进行评估。使用红外热像仪测量实际镜面：采用新设计后，镜面温度均方差降低了81.65%，峰谷值降低了76.31%。实验结果表明：新设计大幅提高了加热除霜的均匀性和效率，改善了视宁度，有望应用于南极光学望远镜工程中。

采用分光椭偏（SE）测试技术研究晶体硅（c-Si）异质结太阳电池用氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜钝化层的性能。采用有效媒介理论为基础进行分层多相拟合，研究了a-Si:H/c-Si界面层内部的缺陷散射周期（St）、a-Si:H 体内孔隙率以及薄膜介电函数峰值随基底温度的变化规律。通过与傅里叶红外转换光谱计算得到的微结构数据对比，发现界面层的St与薄膜内部SiH 和SiH2含量相关。依据高分辨率透射电镜(TEM)下呈现的形貌特征、有效少子寿命和异质结的implied 开路电压等参数的辅助证明，确定SE 技术作为一种有效的光学表征手段，能准确快速地判断a-Si:H对c-Si表面的钝化性能，继而定量给出适合晶体硅异质结太阳电池高质量a-Si:H 钝化层生长的最优参数。

针对跨媒体光谱颜色复制过程中出现的设备光谱域不一致问题，在加权人眼视觉特性的主成分分析(PCA)光谱降维空间内构建了一种光谱域映射模型。利用标准色度观察者匹配函数构造权重系数，对高维光谱进行加权，采用PCA 提取加权光谱的前三个主元，以构造低维加权PCA 空间，在加权PCA 空间内引入分区最大化色域边界描述算法描述设备光谱域，对超设备光谱域的颜色光谱进行裁切以映射到设备光谱域内。实验证明，新模型相比于常用的PCA空间内的光谱域映射模型而言，更能达到视觉感受的匹配，可以更为有效地解决设备光谱域不一致的问题。