Ring效应是指大气分子对太阳光的转动拉曼散射致使太阳光中夫琅禾费线变浅的现象。气溶胶能够改变光子在大气中的路径和大气散射性质，最终影响夫琅禾费线的填充程度，因此可以通过观测Ring效应强度获取气溶胶信息。分析了Ring效应对气溶胶光学参量(气溶胶光学厚度、单次散射反照率、非对称因子等)的敏感性，发展了一种结合大气辐射传输模型并利用地基多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)仪器观测的Ring效应获取气溶胶光学特性的新方法。将MAX-DOAS 反演结果和太阳光度计的观测结果进行了对比，两者一致性较好。研究表明，基于地基MAX-DOAS观测的Ring 效应可以实现气溶胶光学特性的探测。

基于微脉冲激光雷达测量数据，提出了利用气溶胶标高计算整层大气气溶胶光学厚度(AOD)的算法。首先利用激光雷达垂直和水平测量数据分别反演得到气溶胶垂直消光系数廓线和近地面水平方向的消光系数；然后将气溶胶垂直消光系数廓线分为4种类型，分别按照不同的方法拟合得到气溶胶标高；最后将气溶胶标高与近地面消光系数相结合，可得到整层大气AOD。将计算结果与同一地区相同时刻太阳光度计的测量结果相比较，发现二者具有较好的一致性，平均相对误差不超过6.7%。所提方法为白天少云和夜晚时段大气AOD的反演提供了一种新的技术手段。

以厄米-高斯混合模形式描述激光二极管光束的分布，利用光束二阶项矩阵进行计算，研究了光束束宽与光束传输因子之间的关系，并对各向异性大气湍流中广义指数和各向异性系数对光束传输因子的影响进行了分析。结果表明，对于不同的湍流强度，均存在不同的束宽使得光束传输因子最小。此外，大气湍流模型中各向异性系数的增大使得大气湍流对光束传输因子的影响相应减小。通过二维光束质量轨迹图的仿真，证实了各向异性系数对光束传输因子轨迹的影响将随着传输距离的增大变得更加明显。所得结果将有利于大气光传输理论的发展，并对大气光通信、激光雷达探测等应用有着重要意义。

在基于Ramsey作用的原子钟里，受限于原子的相干时间及晶振的相位噪声，自由演化时间不能太长。提出了大失谐光无破坏测量方法，利用该方法获取了原子相位数据，并将其反馈到微波相位上，从而实现了原子相位反馈，有效地延长了自由演化时间。分别从理论和实验上验证了这种周期性反馈作用的可行性。

利用Kogelnik耦合波方程和传输矩阵法，推导了飞秒脉冲通过透射型多层体光栅(SVHG)衍射的耦合波方程，得到时、频域的衍射场和衍射光强表达式。时域衍射光强的数值模拟结果表明，每一个VHG层提供一个时域衍射脉冲，脉冲波形由该VHG参数决定，如厚度、折射率调制度等，与其他VHG和穿插层的参数无关。穿插层会对置于其左侧的VHG层衍射脉冲产生负时间轴方向的平移，对置于其右侧的VHG层衍射脉冲无影响，因此可以通过改变VHG层和穿插层参数实现可调控的飞秒脉冲串。最后，通过衍射效率和衍射谱表达式解释了产生脉冲串的原因。

传统基于照明的光源布局方式在室内难免会存在光照度不均匀现象，造成通信盲区效应，从而影响通信系统的可靠性。为了解决此问题，以4 m×4 m×3 m房间为模型，在常用的室内光源布局模式下，采用光照度补偿技术，对其进行合理的布局优化，得出了一种由5个发光二极管阵列组成的光源布局方式，这种布局方式可同时降低系统功耗并提高光照度均匀性。为了兼顾可见光通信(VLC)系统的可靠性，采用室内接收平面的光照度标准差与通信中接收平面的平均误码率(BER)构建系统优化模型函数f(L，i)，当f(L，i)达到最小值时可同时满足接收平面的照度要求和通信BER要求。仿真结果表明，当L=0.35 m、i=0.025 m时，f(L,i)取最小值，此时接收平面光照度的最小值为301.26 lx，最大值为389.90 lx，均匀度为93.24%，系统照度标准差为20.1，功耗为140.5 W，BER为6.39×10-7。所提系统可同时兼顾室内接收平面光照度分布的均匀性和通信的可靠性，为室内VLC光源布局提供了一种优化方法。

针对大气湍流引起的系统频带利用率下降的问题，研究了一种离散速率条件下的大气激光通信自适应调制编码系统。从信号层角度建立了湍流信道模型，给出了湍流信道下的瞬时信噪比概率密度函数，并采用外场实验验证了该信道模型。理论推导了系统频带利用率和误码率表达式，仿真结果表明大气激光通信自适应调制编码系统较传统单一传输模式系统具有优越性。研究了其频带利用率和误码率曲线特性，分析了误码率要求和湍流强度对系统性能的影响。结果表明降低误码率要求可大幅提高系统的频带利用率，且误码率要求越低，湍流强度越弱，频带利用率越高。

研究了基于光梳状波的正交频分复用-无源光网(OFDM-PON)下行相干检测实验系统的结构和数字信号处理算法，采用多波长的光梳状波发生器作为光线路终端光源，其中一个波长作为传输OFDM信号的信号光，相邻的光波长作为本振光。基于该系统，光网络单元端的相干接收可以实现光相位噪声抵消。由于没有载波偏移和光相位噪声，数字信号处理过程被简化。比较了导频辅助(PA)算法、最大似然(ML)算法和PA+ML算法3种相位估计算法的性能。研究结果表明，PA+ML算法能获得更好的性能，可以将导频子载波的数目减少至2，并且接收机灵敏度可提高至-30 dBm。该OFDM-PON系统的硬件和软件设计有望成为下一代光接入网络的解决方案。

利用西安和咸阳之间的电信省级骨干光纤网构建了210 km的光学频率信号传递测试链路，链路损耗为0.23 dB/km。实验中采用可搬运、基于光纤干涉仪、线宽约为200 Hz的激光器作为光源，利用两台低噪声双向掺铒光纤放大器(EDFA)补偿光纤链路损耗和增加光信号的传输距离，放大器平均增益控制在15 dB左右，以防止激射。通过测量和分析不同情况下光纤链路的附加相位噪声，可观测到铁路震动引起的规律性干扰。当噪声抑制系统在锁定状态时，链路的相位噪声被抑制了23 dB，在剔除铁路干扰时段数据后，获得的210 km实地通信链路的秒级频率稳定度达到了1.51×10-14，万秒频率稳定度达到了5×10-17。利用210 km通信链路进行了光学频率信号的远程传递测试，分析了限制频率稳定度的主要影响因素，并针对现行光纤布设方式提出了补充要求。该研究为基于通信链路的高精度光学频率信号的传递与比对提供理论支撑。

针对三维物体计算机产生全息图信息的相似性和冗余性问题，提出了一种基于三维总变分稀疏模型复杂三维场景的菲涅耳全息图频域压缩重建方法。首先通过计算获得了三维物体的菲涅耳全息图，然后利用概率密度函数服从指数分布的非相干变密度频域下采样模式对菲涅耳全息图的频域进行频域下采样操作，最后利用压缩感知重构算法对下采样后的全息图频域信息进行频域压缩重建。模拟实验验证了该方法的可行性，相比于传统的利用高斯随机测量矩阵对全息图空域的下采样模式，所提方法能够显著提高重构图像的峰值信噪比，这方法尤其适用于低采样率情况下。

针对探测器奈奎斯特频率不足和光学系统点扩展效应造成的成像系统像质下降问题，在频域框架下提出一种改进的多帧图像超分辨率增强方法。在图像序列配准方面，考虑了频谱混叠和插值变换等因素对图像频谱相位差的影响，建立了更准确的亚像元位移提取模型；在图像复原方面，基于同步纹理自回归先验，建立了图像的联合高斯分布模型，并结合贝叶斯方法对插值重建结果进行复原。实验表明，该方法较为全面地考虑了像质下降因素，具有较好的超分辨率增强效果，且计算复杂度较低。

针对散乱点云数据密度大、重建时间长、效率低等问题，提出了一种散乱点云的均匀精简算法。该算法基于开源C++编程库点云库(PCL)，利用PCL的体素化栅格类创建一个K邻域三维体素栅格，结合包围盒法对输入的点云数据进行K邻域距离计算和法线估计，确定每个小立方栅格的重心，并以其来近似显示这个小立方栅格内所有的数据点，达到精简点云的目的，最后利用贪婪三角投影类对精简后的点云实现三角网格面重建并显示其效果。实验结果表明，该算法在充分保留点云数据几何特征的前提下，能有效滤除部分点云数据冗余量，且精简结果比较均匀，避免了大规模精简所出现的空白区域，提高了重建效率。

为了克服传统图像融合结果存在对比度不足和细节缺失的缺点，提出基于非下采样剪切波-对比度变换(NSSCT)的图像融合算法。分析了图像经非下采样剪切波变换(NSST)后高频系数间的关联性与差异性，构造了高频系数方向性基本一致的NSSCT变换，保留了融合图像的高频系数细节，并提升了对比度。基于图像的低频特点，采用显著性增强方法对低频系数进行融合，通过NSSCT逆变换得到对比度提升和细节增强的融合图像。实验结果表明，在图像对比度提升与细节保留方面，本文算法比基于小波、NSST和显著性等算法具有明显优势。

基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统，不仅可同时获取目标正交偏振分量的干涉图和二维空间图，而且可以通过调整Savart偏光镜的厚度，得到不同光程差下正交偏振分量的干涉图像。该系统的显著特点是正交图像的同时获取和光程的实时改变。描述了可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统结构、理论原理，推导出了干涉强度表达式。详细分析了可调光程的Savart偏光镜(MSP)和可调光程的宽视场型Savart偏光镜(MWSP)的光程差及横向剪切量的变化范围。通过两种偏光镜之间的对比可得光程差差别甚微但MWSP剪切量较大，且变化量比MSP高50%。这为以后选择Savart偏光镜类型提供了重要依据。

为实现高分面阵相机对垂直轨道方向的长条带区域一定重叠率的凝视搜索成像，设计了凝视姿态与地速运动互补偿的垂轨凝视搜索模型。通过划分垂轨长条带区域与构建目标三维运动速度，设计成像实时姿态变化与地球自转互补偿的引导策略，计算垂轨自适应搜索成像参数与实时变化指向姿态，并对卫星姿控精度对成像的影响进行了分析。最后，利用姿控三轴气浮仿真系统与CMOS相机对曲面LED目标模拟系统进行等比缩放物理仿真实验。结果表明：垂轨凝视自适应搜索成像参数为0.95时，可实现垂轨方向边缘帧间重叠率为85%、中心帧间重叠率为100%的渐变垂轨长条带成像区域，比全凝视成像区域扩大近4倍，姿控精度和姿态稳定性优于0.05°与0.003(°) s-1时，像移失配量小于0.9 pixel，对应的调制传递函数值为0.1559。

太阳强热辐射导致太阳望远镜光机系统热形变，引发较明显的时变焦点位置漂移。离焦像差影响高分辨观测，降低观测图像的空间分辨率，因此需要探测并补偿望远镜的离焦像差。由于大气湍流的影响，一般的基于图像处理的焦点探测方法不能有效地运用于地基太阳望远镜。而天文望远镜常用的基于Shack-Hartman波前探测的方法，在观测太阳边缘和低对比度的太阳米粒结构时无法工作。因此，提出一种基于图像能谱分析的焦点探测方法，该方法以图像能谱比的低频分量平均值作为焦点探测评价函数，能够消除目标信息的影响和平滑大气湍流的影响。实验证明，该方法的探测精度和探测时间分辨率能满足地基太阳望远镜不同观测目标的高分辨观测的需要。

生物发光断层成像(BLT)是一种高灵敏度、高特异性的光学分子影像技术，可根据探测到的生物体表光强来重建发光光源在生物体内的三维分布。由于生物体表面测得的光强信息有限，光源重建面临巨大的挑战。为了在有限的测量条件下获得更精确的重建光源，结合BLT中光源稀疏分布的特征，将重建问题转化为L1范数优化问题，并采用迭代支撑检测(ISD)算法实现快速重建，该算法交替执行支撑集检测和信号重构两个模块，直至重建精度达到要求。为了评估ISD算法的光源定位能力，设计数字鼠仿真实验，并与三种典型的稀疏重建算法比较。仿真结果表明ISD算法对于单光源和双光源目标均可以实现准确的重建。

设计并搭建了一套反射镜损耗增量的实时测量系统，实验得到反射镜损耗变化曲线。结果表明,该系统能有效地监测反射镜损耗在等离子体环境中变化的过程，并揭示损耗变化规律，并发现实际损耗增量和与等离子体作用后的自然放置时间密切相关；改变放电电流和腔体气压，损耗增量幅度明显不同。测量结果为等离子体作用下反射镜损耗变化机理的研究提供了实验依据。

内部杂散辐射抑制水平是评价红外成像系统的一项重要指标。由于内部杂散辐射与环境温度有关，其测量过程必须在多个环境温度下进行，存在成本高、时间长且实验设备要求高等缺点。针对上述问题，通过建立多积分时间定标模型，研究环境温度对内部杂散辐射的影响，提出一种采用环境温度测量制冷型红外成像系统内部杂散辐射的方法。该方法通过对制冷型红外探测器定标，获取探测器内部因素对系统输出的影响，结合系统在某一环境温度下的定标结果解算系统内部杂散辐射与环境温度的定量关系，进而计算系统在任意环境温度和积分时间下的内部杂散辐射。通过辐射定标实验验证该方法的有效性，实验结果表明该方法可以实现对制冷型红外成像系统内部杂散辐射的高精度测量。

光束合成是突破单路激光功率限制、获得高功率激光输出的重要手段。以亮度为判据，对不同光束合成方法的合成效果进行理论研究，给出了激光光束合成效果的预评价方法。分析了亮度、光束质量因子和Strehl比3个描述光束质量的重要参量之间的关系，给出了亮度与Strehl比的关系式，据此得出了相干合成系统与光谱合成系统亮度的定标放大公式，并对两种系统的功率与亮度定标放大能力进行了比较。

由兰姆半经典激光理论可知，固体激光器中两个模式能否同时振荡取决于两个模式之间的耦合程度，其定义为增益竞争引起的互饱和系数与自饱和系数之比。实验中，利用两个四分之一波片搭建了双频Nd∶YAG固体激光器，实现了频差从30 MHz到1.3 GHz连续可调的双频激光输出，在此基础上，测量了两正交偏振模式在不同频差输出条件下的噪声功率谱密度，计算出表征两个模式间增益竞争程度的耦合系数。理论上，根据兰姆半经典理论推导出耦合系数的表达式，验证了实验中耦合系数随着频差增加而减小的变化趋势，分析了影响耦合系数的因素，为进一步优化双频固体激光器提供理论基础。

从惯性约束聚变系统高功率固体激光驱动器中具有典型意义的大口径激光传输反射镜的装配结构及其面形精度特点出发，对其波前误差进行了精细化建模分析，分别研究了粗糙度、纹波度和轮廓度的波前误差模型。在此基础上，进一步针对如何在装校过程中将装配应力产生的波前误差控制在合理范围内的问题，提出了方均根梯度与峰谷值相结合的波前误差评价和控制方法，并通过实验验证了其可行性，以期为我国神光-III主机装置大口径反射镜装校过程中波前误差控制提供科学指导方法。

针对经典视觉背景提取算法长时间存在鬼影、动态背景导致的高频噪声以及背景模型误更新等问题,提出一种改进的视觉背景提取算法。该算法将原始图像分割为若干个超像素区域，在超像素分割区域，对视觉背景提取算法检测结果进行像素点再分类，在目标检测的初始阶段实现鬼影信息的准确检测，并更新鬼影区域像素点的背景模型，从根本上解决了全局范围内鬼影检测的难题。根据运动目标的超像素对前景目标内的空洞进行快速纠正，实现前景目标的小范围填补，同时完成对背景超像素内高频噪声的检测和滤波，并增强检测结果的稳健性。利用数据集进行的测试实验结果表明，与传统算法相比较，该算法的精确率和识别率等指标均显著提高。

增加测量信息可以有效降低荧光分子断层成像(FMT)重建的病态性，但随着数据增多，重建耗时也会显著增加。为了降低FMT重建的病态性和提升大规模数据集下的重建效率，结合对偶坐标下降法(DCA)和交替方向乘子法(ADMM)提出了一种改进的随机变量的交替方向乘子法重建优化方法。在原始ADMM方法的基础上，增加了一个随机更新规则，在每次迭代中只需要一个或者几个样本，就可加速收敛，使目标函数快速得到最优解，从而达到快速重建的效果。设计了数字鼠仿真实验和真实鼠实验，实验结果表明，所提方法在保证FMT重建图像精度的同时，显著提高了重建效率。

理论研究了基于级联四波混频系统的信噪比(SNR)优化。级联四波混频过程包括相敏和非相敏级联两种方式，其中非相敏级联系统的探测光强度始终被放大，同时SNR始终被降低；而相敏级联系统的探测光强度可以被放大或减小，这取决于两个铷池内光场的总相位调控。在相同增益条件下，相敏级联四波混频系统的有效增益比非相敏级联系统的高。另外，当两个铷池内光场的总相位等于0或者2π时，相敏级联四波混频系统中探测光的强度可以呈最大倍数放大，且SNR也被提高到最大。

采用腔透射谱法测量了Λ型三能级系统的五阶克尔非线性系数。对二能级和Λ型三能级系统的五阶非线性系数进行数值模拟，比较发现，原子相干对非线性系数具有增强作用。同时将三阶和五阶极化率的模拟结果与测量结果进行对比，发现两者具有很好的一致性。

空间目标光学横截面积(OCSA)的准确计算是空间目标特性分析及识别的重要基础和前提之一。针对面元网格法计算OCSA实时性差，计算机图形学方法对材质的双向反射分布函数(BRDF)描述能力弱等问题，提出了一种基于OpenGL拾取技术的复杂空间目标OCSA计算方法。通过OpenGL拾取技术实现面元的一次遮挡判断，再基于改进Z缓冲技术实现面元的二次遮挡判断，在实现计算实时性的基础上保留了面元的详细信息，使高精度BRDF模型应用及OCSA精确计算得以开展。设计了嵌套式圆柱体和实际卫星模型并计算了其OCSA值，其中嵌套圆柱体OCSA的计算误差小于0.08%，在普通计算机上运行的平均耗时小于0.01 s，对卫星OCSA的计算平均耗时小于0.1 s，验证了本文方法的正确性和实时性。

为了实现对空间目标的探测定位，对设计的仿生复眼系统的标定进行研究。介绍了复眼装置结构，根据复眼成像特点设计搭建了可以构建全视场靶标的标定平台，提出一种基于双球面虚拟靶标的标定方法。建立了复眼标定和定位过程中可以统一众多子眼坐标系的数学模型，详细描述了多通道同时标定或定位的具体步骤，其中包括系统的合理调节、靶点分布均匀性优化以及非线性映射方法选取等过程，同时通过计算机控制可以实现标定过程的自动化运行。在两个球面位置上建立了各子眼通道图像光斑点坐标和靶点角度之间的非线性映射关系。针对提出的标定方法进行了验证实验。实验结果显示，标定后的复眼系统在60°视场内目标定位相对误差优于0.5%，定位角度均方根误差为1.96 mrad。提出的方法能够满足设计复眼的标定要求，且标定后的复眼能够很好地完成对空间目标的测量。

为研究灰尘对槽式太阳能聚光器光学效率和金属管能流分布的影响，从理论上分析了积尘对聚光器光学效率的影响，对槽式太阳能聚光镜积尘工况进行了模拟，应用蒙特卡罗光线追迹法和有限元体积对抛物槽式集热系统传热进行了分析，得到了金属管周向温差(CTD)和能流密度分布。结果表明，积尘对反射光线方向和金属管壁面能流影响较大，由积尘改变壁面能流密度的分布对CTD有一定影响。针对CTD对抛物槽式集热系统的影响，提出了在常规抛物槽式集热器基础上添加一个二次均光反射镜的方法，二次反射镜的添加使金属管周向能流分布趋于均匀，并使金属管的CTD显著降低，减小了积尘工况对聚光集热系统的影响，这一方法为抛物槽式太阳能聚光系统的优化提供了参考。

为了提升扫描干涉场曝光光束对准精度，保证制作的光栅掩模槽形的质量，建立了曝光光束对准误差模型，利用模型对光束对准误差进行了分析。同时为了满足系统对光束重叠精度的要求，设计研制了光束自动对准系统，并对曝光光束进行了对准实验。分析结果表明，当光束存在较大对准误差时，光栅基底表面曝光对比度大幅下降，而且由于采用步进扫描的曝光方式，光刻胶表面出现了各处曝光不均匀的现象，影响光栅掩模槽形的质量。设计的对准系统可以对光束角度与位置进行对准调节，系统整体表现出良好的收敛性能，多步调节后可使光束位置对准精度优于10 μm，光束角度对准精度优于9 μrad。这样的曝光光束对准精度可以满足系统要求，达到了预期的设计目的。

传统透镜由于其体积大、性能差等因素的制约，使其在微纳光学系统中的应用遇到挑战。金属纳米结构能够耦合自由光波产生表面等离子体激元，通过控制表面等离子体激元来实现对入射光波的调控。V形等离子体纳米天线凭借其双共振效应以及 0~2π的全相位调谐范围，使其在可以实现光束调控的金属纳米结构中脱颖而出。首先基于V形纳米天线设计了可以在34 μm处高效聚焦的超透镜；接着利用聚焦电子束和光刻工艺制备样品；最后对样品进行表征分析与光学检测。这些工作将促进V形纳米天线在激光直写、光学集成方面的应用。

稀土离子掺杂上转换纳米晶在生物成像和光伏领域具有广泛的应用前景，但其较低的上转换效率限制了其应用。利用原子力显微镜探针在纳米尺度下操控单个金纳米棒与单个上转换纳米晶耦合，通过单颗粒光谱学研究了金纳米棒局域表面等离子体共振对纳米晶上转换发光的影响。结果表明纳米晶上转换发光强度对激发光的偏振方向具有强烈的依赖性。当激发光偏振方向平行于金纳米棒长轴时，纳米晶的绿色和红色上转换发光可以分别获得最大增强倍数为18和40的发光增强。

利用数值仿真方法研究了H2O和CO2高温混合气体喷流的红外辐射特性。根据H2O和CO2两种气体的吸收特性，将红外波段划分为1.32~1.69 μm、1.56~2.27 μm、2.27~3.8 μm、3.8~8.3 μm和8.3~20 μm五个波段。建立了基于某型发动机喷嘴的尾流红外辐射特性模型，并利用此模型分别研究了H2O和CO2高温混合气体喷流在这五个波段的辐射特性分布。仿真结果表明，喷流中H2O含量越高，越有助于能量的扩散，因此喷流温度和辐射能量也越低；在高温喷流的辐射特性中，中波红外波段辐射能量最强，长波红外波段的最弱。

铁电液晶偏振态分析器(PSA)是宽波段偏振成像的核心组件，其抑制噪声的能力对偏振测量结果具有重要影响，因此解决宽波段铁电液晶PSA优化设计问题具有重要意义。根据宽波段偏振成像测量的基本原理推导出铁电液晶PSA的斯托克斯测量矩阵，采用遗传算法和条件数 (CN)、同样加权方差(EWV) 评价准则对偏振器件的方位角参数进行优化设计，得到铁电液晶PSA的最佳器件组合方式和方位角参数。最后，根据优化设计结果搭建多波段实验装置，对3D眼镜和偏振片进行成像测量实验。实验结果表明利用所设计方法实现的偏振测量装置能够有效测量出目标的偏振特性。

为实现非互易光传输的主动控制，提出了一种基于石墨烯光子晶体和磁光半导体材料的结构，通过对磁光半导体外加磁场，打破时间反转对称，获得了非互易的磁Tamm态等离子体激元(MTPP)。通过分析不同条件下的透射谱，研究了结构参数、外加磁场，以及石墨烯化学势对MTPP的影响。结果表明，通过调控外加磁场和石墨烯化学势，可以实现单向光传输的主动控制以及正、反双向光传输的灵活转换。该结构及其调控方法在光二极管和光开关等应用领域具有潜在的应用价值。

采用负本征值描述两个子系统间的纠缠，研究了光纤耦合腔模型中每个腔囚禁原子系综的情况下，两腔场间和腔场与原子系综间的纠缠特性。讨论了原子系综所含的原子数以及光纤模与腔模间耦合系数对纠缠特性的影响。研究结果表明，随着原子数的增大，两腔场间纠缠以及腔场与原子系综间纠缠的拉比振荡频率都增大；随着光纤模与腔模间耦合系数的增大，两腔场间纠缠和腔场与原子系综间的纠缠都增强。

调制传递函数(MTF)可用来评估高分辨率光学卫星传感器像质，在轨MTF检测对于高分辨率卫星遥感数据的应用和未来卫星遥感器的发展具有重要意义。提出一种基于反射点源的直接检测方法，利用遥感影像数据计算得到成像系统的点扩展函数(PSF)，进而获取系统的MTF值。根据成像关系和点光源图像数据，并利用非线性方程优化求解的方式得到被测光学卫星传感器成像系统的一维线扩展函数值，进而验证了可近似用高斯模型来表征高分辨率光学卫星传感器的PSF。实验结果表明，基于反射点源的光学卫星传感器在轨MTF检测结果与基于刃边靶标的在轨MTF检测结果的差异小于5%，能够实现高分辨率光学卫星传感器的在轨MTF检测。

针对传统的基于特征提取的高光谱图像分类算法大多只考虑光谱信息而忽略空间信息的问题，提出了一种基于空谱半监督局部判别分析(S3ELD)和空谱最近邻 (SSNN) 分类器的高光谱图像分类算法。该算法结合高光谱图像的空间一致性，在利用标记样本的判别信息保持数据集可分性的基础上，定义空间近邻像元散度矩阵来保存像元的空间近邻结构，提出基于空谱距离的相似性度量并将其应用于局部流形结构的发现和SSNN的构建。S3ELD算法不仅能揭示数据集的局部几何关系，而且增强了光谱域同类像元和空间域近邻像元在低维嵌入空间的聚集性。结合SSNN进行分类，进一步提升了分类精度。利用PaviaU和Salinas数据集进行的实验结果表明，S3ELD算法的总体分类精度分别达到了92.51%和96.29%；与现有几种算法相比，该算法能更有效地提取出判别特征信息，并达到更高的分类精度。

为了验证高精度传感器量测下某种扩展目标跟踪算法的有效性，往往需要与其它算法进行对比，并评估其估计性能。与传统的点目标不同，扩展目标跟踪的主要任务不仅仅是要估计出目标的运动状态，更重要的是要对其扩展形态进行精确估计。因此，对扩展目标的形态估计性能评估有着迫切的需求。针对基于星凸形和支撑函数这两种具有代表性的扩展目标模型，考虑到其所具有的不同的形态参数描述方式，提出了一种具有不同数学形式的改进豪斯多夫距离来解决此问题。仿真实验表明，提出的改进豪斯多夫距离能够作为一种有效的度量准则来对扩展目标的形态估计性能进行有效评估。

将修正的TTHG(two term Henyey-Greenstein)散射相位函数运用到电子散射理论中，并利用小角度近似条件推导出沙尘天气下激光信号脉冲时延和展宽的表达式。研究了脉冲时延、展宽与沙尘能见度之间的关系，以及散射反照率、散射系数和不对称因子等因素对脉冲时延和展宽的影响；分析了不同波长条件下脉冲时延和展宽随传输距离的变化规律。结果表明，在能见度较低的沙尘天气下，脉冲的时延量和展宽量均随传输距离、反照率和散射系数的增大而增大，随大气能见度的增大而减小。尤其是当大气能见度增加至3.5 km时，脉冲时延和展宽逐渐趋于一个与激光波长有关的稳定值。随着激光信号波长和沙粒不对称因子的增大，脉冲的时延和展宽呈负指数趋势减小。

提出一种光谱信号噪声的乘性加性混合分析模型，并采用维纳滤波和同态滤波相结合的算法对光谱信号进行去噪处理。仿真结果表明，该算法比移动平均算法、最小均方算法和递归最小均方算法具有更好的去噪性能。实验结果表明，氙灯光谱信号中的噪声符合乘性加性混合模型。与移动平均算法、最小均方算法和递归最小均方算法相比，从该算法处理后的汞灯光谱信号中能够提取更加稳定的谱峰谷位置、谱峰幅度、谱峰半峰全宽等特征值，定量分析时能获得更好的结果。

根据生物膜能流理论和电子传递模型，结合快相与弛豫两种激发条件，对复杂的光合作用过程进行分析并简化计算，提出植物光合作用参数反演方法。利用滑动窗口斜率判定法确定最大荧光产率；利用线性最小二乘算法解析快相荧光过程获得光化学量子效率和功能吸收截面；利用离散迭代算法解析弛豫荧光过程获得质体醌平均还原时间常数。对对数生长期以及铜离子胁迫条件下的平裂藻和斜生栅藻进行实验测量，结果表明该方法反演结果具有良好的稳定性和重复性，光化学量子效率、功能吸收截面和质体醌平均还原时间常数的测量结果相对标准偏差分别为1.25%、1.50%和1.83%，其中光化学量子效率与脉冲振幅调制技术的测量结果线性相关系数达到0.9714。该方法为研究植物生理研究提供一种光学分析手段。

利用三维荧光技术进行水质监测对干旱区绿洲河流水质的有效管理具有重要的意义。以三维荧光技术为手段，以艾比湖流域地表水为研究对象，结合平行因子(PARAFAC)法和自组织特征映射神经网络(SOM)方法，探讨了艾比湖流域地表水溶解性有机质的三维荧光特征及其与地表水水质指标之间的关系。通过PARAFAC法，有效提取了艾比湖流域地表水样中的4种荧光组分，C1荧光峰对应物质为紫外区类富里酸，C2荧光峰对应物质为类富里酸，C3包括2个峰C3(T1)和C3(T2)，其中C3(T1) 荧光峰对应物质为类蛋白，C3(T2)荧光峰对应物质为类腐殖酸，C4荧光峰对应物质为类腐殖质。经SOM训练，在不同聚类层中探讨水质参数分布情况，水质状况由差到好的顺序依次为博河上游、精河绿洲、乌苏周边农田、艾比湖周边。在艾比湖流域丰水期，酸碱度(pH)、电导率(EC)、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)和五日生化需氧量(BOD5)与水样的三维荧光峰具有较为显著的相关性，而总磷(TP)、总氮(TN)及氨氮(NH+3-N)与各荧光峰相关性较弱。分别建立pH、EC、DO、COD及BOD5与各荧光组分间的多元线性回归方程，求得相关系数R分别为0.579、0.632、0.502、0.762和0.785，可以在一定程度上利用各荧光组分模拟水质参数的变化情况。在利用PARAFAC探讨地表水荧光特征的基础上，SOM网络作为一种有效的水体荧光光谱分析工具，可为干旱区水质监测和河流水质污染治理提供科学依据。

光学脉冲的时域微分技术在时空测量领域有着重要应用，利用微分脉冲可使时空测量的精度达到或超越标准量子极限。分别利用双折射晶体和傅里叶脉冲整形系统两种方法对中心波长为813 nm、脉宽为130 fs的脉冲电场包络进行了一阶微分实验研究。利用双折射晶体得到的脉冲电场包络一阶微分能量转换效率为0.36%，电场强度的频谱分布只在中心频率附近的光谱半峰全宽范围内可与理论值较好地吻合，重合度达到91.36%，距离中心频率越远，与理论值差距越大。利用傅里叶脉冲整形系统得到的脉冲电场包络一阶微分能量转换效率达到11.10%，在空间光调制器的有效调制范围内，电场强度与理论值的重合度超过98.37%。与基于双折射晶体的脉冲微分方法相比，基于傅里叶脉冲整形系统的脉冲微分方法具有更高的能量转换效率，与理论值吻合的光谱范围更大，且能方便地产生任意阶数的微分脉冲，能更好地满足高精度时间同步领域的应用需求。

为了验证小尺寸光源的不舒适眩光评估模型对LED的适用性，使用两种色温的白光LED产生不舒适眩光，在4种眩光源亮度和4种观察角度下进行实验，并在每种条件下进行deBoer评分。实验结果表明，白光LED的偏心角增大，会增加亮度对比度；白光LED的亮度越大，偏心角越小，则deBoer评分越高，即产生更多的不舒适眩光。对小尺寸光源模型UGRsmall以及位置系数修正模型UGRS1和UGRS2进行实验验证，结果表明模型计算值与主观实验不舒适眩光评分的相关性较高。将UGRS2模型增加优化系数并进行优化得到模型UGRSa，将偏心角加入模型UGRsmall并修正后得到UGRSk，UGRSa和UGRSk均具有更好的性能。