通过合理设计，精密调控各元件和温控电流，得到了平均功率为70mW，脉冲宽度为22ns，重复频率为14kHz，峰值功率高达230W的Nd³⁺∶GdVO₄／Cr⁴⁺YAG绿光脉冲激光器．腔外采用望远镜系统聚焦，经KTP晶体倍频后，得到了平均功率为28．8mW，脉冲宽度为19ns，重复频率为14kHz，峰值功率高达108W的绿光激光输出，转换效率高达．指出了小光斑对倍频晶体带来的影响．

为了提高光源抑制噪音的能力，提出一种基于模糊控制和比例控制的模数混合控制器，对中心波长为650nm的半导体激光二极管的输出功率进行高准确度稳恒控制．实验结果表明，施加功率控制后，光源输出功率的静态稳定度达到±0．48‰，动态稳定度优于±1‰．

从理论和试验两个方面，研究了四边形腔环行激光陀螺的锁区特性．利用环行腔中背向散射光束具有相干性，导出了环行谐振腔综合背向散射与反射镜、反射镜之间的相对位置的关系．在有两个位移反射镜的四边形谐振腔中，理论上得到了综合背向散射系数与谐振腔腔长具有双波长周期．利用综合背向光强实验及锁区与陀螺工作模数实验分别验证了理论的正确性．试验证实散射光的强度与谐振腔的工作模数存在双模周期性，综合背向散射系数大，陀螺锁区大，反之亦然．

利用Bathe模型，理论模拟了氩团簇在飞秒强激光中(100fs，10¹⁶W／cm²)的电离和爆炸过程．研究结果显示，在团簇尺寸较小时，离子平均能量与团簇初始半径平方成正比，爆炸机制为典型的库仑爆炸．随着团簇尺寸的增加，能量增加的速度趋缓并在一定团簇尺寸后趋于饱和．模拟结果与实验数据有较好的吻合．

构建了用于高性能并行计算的PC机群环境，将基于此机群环境的三维并行时域有限差分算法用于光子晶体薄板W3波导传输特性研究．性能分析表明：对于大规模问题，机群并行FDTD算法能够获得较理想的加速比．具体计算了W3波导的透射率频谱和光场分布．结果表明：光子晶体薄板W3波导能够实现光的三维约束，其导带中存在着微小禁带(mini－gap)．

考虑到光纤在弯曲后由于内应力的作用会引起的折射率改变，对单模光纤弯曲损耗的理论模型进行了修正，并将修正前后的理论模型的计算结果与实验结果进行比较．结果表明，修正后的理论模型计算结果更加符合实验值，这为分析强弯曲状态下单模光纤的导光特性提供了重要的参考依据．

提出了一种反射镜平动式光栅光调制器，每个像素主要由一个可动反射镜和上面的固定光栅组成，通过控制可动反射镜和固定光栅的距离达到对入射光的调制．依据标量衍射理论对反射镜平动式光栅光调制器工作状态的光学特性进行了详细的理论分析；并仿真了光调制器的结构参量对衍射效率和对比度的影响．发现：当可动平板和光栅的距离为λ₀和5λ₀／4，像素表现为暗态和亮态；这种光调制器的工作原理决定了其有效面积大，具有形成面阵的潜力；固定光栅占空比为1／2时，对比度最优；同时给出了对比度随入射光带宽的关系，即带宽越大，对比度急剧下降．

从Maxwell方程出发，推导出各向同性光波导受到各向同性微扰时严格的非正交矢量耦合模理论，在耦合系数的表达式中发现不包含Wei－Ping Huang的准矢量耦合模理论中的偏振耦合项，但在推导过程中曾出现过偏振耦合项．最后认为这是由于偏振耦合项是二阶小量，而弱导近似忽略了与之相等的二阶小量耦合项．因此，严格的矢量耦合模理论不存在该项而准矢量耦合模理论可把偏振耦合项作为修正项．

基于马尔可夫随机场模型的理论给出了差频瑞利增强极化拍(REPB)的解析解，并且研究了三种马尔可夫随机场模型下场关联效应和瑞利型共振增强效应对拍频信号的影响，指出了振幅涨落和位相涨落在时域和频域的不同作用．差频REPB信号展现出了时域对称特性，信号在三种马尔可夫随机场模型下的差别随着带宽的增大逐渐消失．

基于耦合非线性薛定谔方程，采用分步傅里叶方法分析了在单波长信道和WDM(波分复用)4波长信道中XPM(交叉相位调制)对高速NOLM(非线性光纤环镜)光开关中脉冲传输的影响．数值计算表明：XPM造成NOLM中信号脉冲串扰与畸变，并造成NOLM开关性能的下降．WDM系统NOLM光纤环中的同向传播的各波长之间的XPM串扰比相向脉冲之间的XPM效应的影响更大，并且波长越短输出功率越低，中间信道受XPM的影响所导致的脉座现象和走离效应比两侧波长信道严重．

对带有聚合物涂敷层和缓冲层的光纤应变传感器的力学特性进行了研究，建立了双涂层光纤与基体材料相互作用的线弹性理论模型．理论研究表明：在小半径近似条件下，双涂层光纤的力学传递特性决定于涂覆层和缓冲层的弹性模量的相对值；当缓冲层的弹性模量远大于涂覆层时，其作用可忽略．实验中，将光纤传感器埋入基体材料内部，利用白光干涉应变测量方法，对平均应变传递系数进行了实验研究．实验结果与理论仿真具有较好的一致性．

用理论分析和计算机仿真的方法研究了环境温度变化导致的光源中心波长移动和传感头材料Verdet常量与应力双折射变化对光学电流互感器输出性能的影响．结果表明：环境温度由10℃变化到30℃时，归一化尺度因子降低了1．379%．其中光源中心波长随温度的变化对输出尺度因子的影响大于其他光学参量温度特性的影响．因此，在光学电流互感器设计中，必须采取必要的技术措施减小或补偿传感头温度特性对系统的不利影响．

从三级像差理论出发，分析伽里略(Galilean)和开卜勒(Keplerian)两种类型扩束器的轴外像差没有得到很好校正的原因．通过合理的光路分析，设计出一种轴上和轴外像差都得到很好校正、大口径大相对孔径、视场可增大的、光学性能优于伽里略和开卜勒扩束器的新型扩束器．并给出了物镜通光口径为300mm、物镜焦距为800mm、视场为4mrad、放大倍率为30倍、主工作波长为0．6328μm的非球面扩束器光学系统结构参量，且进行了像质评价．调整此扩束器目镜组中各镜片的间隔以及物镜和目镜的间隔可以使该扩束器在三个波长使用．

利用虚拟仪器开发软件LabVIEW设计了一台光谱仪，使用CCD一次接收整个光谱，同时利用LabVIEW高度集成化的模块进行显示、分析等处理，效率高，开发周期短，仪器使用方便，功能多且易于扩展．

研究了高反射膜在多脉冲激光作用下损伤的累积效应．实验中使用1064nm调Q的Nd∶YAG激光器，脉宽是12ns，频率为10Hz．实验发现：高反射膜的损伤阈值随辐照脉冲数增加而降低，表现出明显的累积效应．通过对损伤阈值和损伤概率以及辐照次数的统计性研究，并结合单脉冲辐照的结果，说明了存在于薄膜中微小的缺陷参与了多脉冲激光对薄膜的损伤过程，得到了制备IBS高反射膜的损伤阈值和照射次数的关系式，用Nomarski偏光显微镜观察了实验过程中样品的损伤形貌，发现是典型的缺陷损伤．

介绍了近红外光上转换发光显示器的结构及其原理，为了进一步提高该显示器的亮度等性能并避免近红外光从屏上泄露，根据多层干涉过滤膜设计原理设计了该显示器所需的两个多层干涉过滤膜：一个为在可见光420～800nm短波段高反射，近红外光800～1000nm长波段高透射特性的LP膜；另一个为特性与之对应相反的SP膜．采用对称膜的设计并用MATLAB语言进行了仿真优化，得到了总层数为21，厚度分别为1586．8nm和2157．8nm的LP膜和SP膜，该膜系在整个波段和较大角度范围内都具有很好的透反特性．考虑多层薄膜制备中存在材料折射率和膜层厚度偏差，该设计膜系具有较大的制造容差．

从理论上分析了利用变截面(等强度)弹性梁实现光纤光栅波长线性、无啁啾调谐的基本原理，给出了实现无啁啾波长调谐的弹性梁截面满足条件及其设计方案，并讨论了矩形等截面和变截面悬臂梁调谐方案的特点．理论分析与实验结果均表明，通过对变截面梁侧向施加载荷，可以实现光纤光栅中心波长的线性无啁啾调谐，且系统结构简单、易于设计．

在分析多波长啁啾叠栅特征的基础上，提出了多波长啁啾叠栅的矩阵分析模型，采用矩阵分析模型对4波长和8波长啁啾叠栅的反射谱特性进行了理论分析，数值分析结果与实验结果非常一致．还首次数值模拟了波长间隔0．8nm的16波长啁啾叠栅．此方法对多波长啁啾叠栅的设计和制作具有参考价值．

用光纤Bragg光栅进行应变(静态、动态)测量时，由于光栅轴向各部分受到的应变不同，因而产生布喇格中心波长漂移量发生变化．实际测量中往往忽略此扰动对光纤光栅反射谱中心波长的影响，则必然带来测量误差．采用耦合模理论，分析并研究了Bragg光栅受轴向线性应变、高次应变和非线性周期应变波等情况下的啁啾特性．根据各自啁啾特性的不同，给出了对光纤光栅反射谱中心的影响，以及测量各种应变时的测量条件和范围．

本文设计了惯性约束聚变(ICF)诊断实验用X射线Kirkpatrick－Baez(KB)显微镜，给出了系统的结构参量．使用ZEMAX光学软件对KB型显微镜进行了性能模拟，结果表明：在8keV能点，放大率为8倍时，轴上点的最佳空间分辨率小于2μm，200微米视场的空间分辨率优于10μm．采用磁控溅射方法制备了W／B₄C非周期多层膜，经X射线衍射仪(XRD，工作能量8keV)测量，其反射率为20%，带宽为0．3°，达到了KB型显微镜成像系统的要求．使用Cu靶X射线管进行了成像实验，得到了放大倍数分别为1倍和2倍的一维X射线像．

利用模糊函数对部分相干源相X射线衬成像进行了详细的理论分析．列举了不同条件下的实验结果．通过与吸收成像相比较，相衬成像无疑对生物样品的内部结构有更高的对比度和可见度．

以减少图像背景和结构纹理对特征提取的干扰为目的，提出了先去除背景和纹理，再进行特征分析的算法．该算法通过最小二乘法则拟合了类抛物线曲面函数提取数字射线图像的背景，减少了背景对图像特征的模糊，在此基础上，针对图像的结构纹理特点确定几何分布参量，定义减法运算公式消隐图像纹理，减少了纹理造成的图像灰度起伏，图像灰度级分布均匀．在平坦的图像背景中，根据数字射线图像信号点服从正态分布规律特点，设定阈值进行特征分割．

根据几何光学中的费马原理和完善成像原理研究了光线经过正负折射率界面时的传播特性，推导了单负折射率完善成像的曲面方程，讨论了单块负折射率透镜成像特性的一些缺陷及改进方案，依此指出了最短时间原理的适用范围的局限性和利用左手性介质制作光学器件的优越性，为进一步研究左手性介质的光学特性和相关光学器件设计提供了理论基础．

当光束束腰(或衍射孔孔径)可与波长相比拟或光束具有较大的发散角时，傍轴近似不再成立．在标量瑞利－索末菲衍射积分的基础上，进一步研究了衍射场的非傍轴近似解，并详细分析了解的有效性．以平面波圆孔衍射为例，对衍射场的精确解、非傍轴近似解以及菲涅耳近似解进行了详细的数值计算和比较研究．结果表明，非傍轴近似对微小孔衍射非常精确、有效．

利用Order－N算法及超晶格技术讨论了位置无序及尺寸无序对石墨点阵柱状光子晶体光子带隙的影响．计算结果表明，对于电场偏振模，光子带隙对尺寸无序更加敏感．在此基础上，利用三维时域有限差分方法进一步讨论了无序光子晶体对石墨点阵柱状中心柱光子晶体GaN发光二极管模型光输出效率的影响．计算结果表明，无序对这种光子晶体发光二极管模型光输出效率的影响较小，且这种影响也是随机的

介绍了在高于253K的温度下，实现红外单光子探测的实验．选用拉通电压较高的雪崩光电二极管(APD)，设计制作了非线性限流技术保护高温工作的APD，利用半导体热电制冷器，在256．8K的温度下，实现了1550nm波段的单光子探测实验．单光子探测的暗记数率为3．13×10^－5ns，在220kHz／s的单光子脉冲速率下，探测效率为2．08%．

研制了一套实验系统用于测量混浊介质的后向漫散射穆勒矩阵．在系统中，激光被调制成所需偏振态，聚焦于混浊介质表面．利用CCD相机配合相应的偏振元件，测量入射点周围区域的后向散射光中特定偏振态的能量空间分布，并由测量值计算出介质的后向漫散射穆勒矩阵．描述了系统的组成、测量原理以及方法，分别测量了消偏振分光棱镜的反射穆勒矩阵和浓度1．5%的脂肪乳溶液的后向漫散射穆勒矩阵．实验证明：该系统能够完全消除样品表面镜面反射光的干扰，精确的测量混浊介质的后向漫散射穆勒矩阵；并可望用于生物组织的研究中．

设计了一套具有高灵敏度的利用光后向散射法测烟尘浓度的装置，不仅具有实时、在线、连续测量等优点，而且价格低廉、便于安装．通过理论分析获得散射光强与烟尘浓度的关系，并通过自行设计的测量装置测量了不同烟尘浓度下的散射光强，验证了理论的正确性并获得了描述后向散射光强的电信号强度与烟尘质量浓度关系的曲线．实验结果证明在烟尘浓度较低时，后向散射光强与烟尘浓度有很好的线性关系．

以压电陶瓷(PZT)微位移器为主要研究对象，引入一种处理静态干涉图的新方法——虚光栅移相叠栅条纹法，设计实验对一台实际使用的移相器微位移旋转误差进行测试研究，对其引起的波面旋转情况进行了定量的计算分析，并给出测试结果．用虚光栅移相叠栅条纹法处理实验中加有载频的干涉图时，不需要使用任何移相器件，可以进行动态位相的检测，整个移相过程用计算机进行控制，避免了引入额外的移相误差．

通过分析天空背景下红外运动小目标、噪音以及背景的特征，提出一种检测方法．首先利用向量小波变换对运动图像进行预处理；其次采用图像差分进行目标的粗检测，提取出候选目标；最后可根据运动目标和噪音的特征对候选目标进行识别，检测出真实的运动小目标．实验证明，该方法可有效检测天空背景下红外运动小目标．

提出了一种基于图像灰度相关算法的红外隐身效果评价方法．通过对采用红外隐身措施前后目标图像的相关处理，提取相关峰的峰显著系数、峰－相关能量比和峰－背景比这三个特征参量来定义红外隐身概率作为衡量红外隐身效果的客观评价指标．采用人眼对红外热图进行判识的统计结果来确定红外隐身概率中各参量的统计权重，从而使计算机图像处理方法所得结果与实际人眼的主观判识结果一致．实验结果表明：此方法适用于对地面典型**目标的红外隐身效果进行客观评价．

建立了原子在单色辐射作用下的模型，用微扰理论方法求解出原子处于两能级的几率．讨论了原子在单色辐射作用下长时间内的行为，得到了原子因辐射场的影响而变化的速率比能级的衰减速率大的情况下，原子在两能级间振荡，原子和辐射场相互作用越强，辐射场能够与原子发生作用的频率区间越宽，而且原子在单色光长时间辐射作用下高、低能级跃迁的速率不随时间而改变的结论．

通过分析光学相干层析成像系统中的噪音源以及不同噪音对成像质量的影响，利用小波变换的方法，结合软阈值滤波对图像去噪，消除噪音对图像的干扰，处理后图像变得清晰了，图像质量得以改善，表明该方法能达到减小图像噪音的目的．

在近场光学扫描显微镜及其它一些以扫描方式成像的系统中，由于图像是逐行扫描而成，因此扫描图像行与行之间存在较大的噪音．针对这种情况及相应的含噪近场光学图像模型，并结合对近场光学扫描图像及其行噪音特点的分析，提出了根据图像行间相关性寻找行噪音补偿因子．同时考虑图像背景波动性选择噪音补偿因子，以此进行行噪音的消除．在此基础上，利用小波变换进一步处理，消除随机起伏噪音．实验结果表明，本方法可以快速有效地去除扫描图像行噪音，且适用于各类扫描图像的处理．

基于小波变换的星载图像压缩中，感兴趣区域编码实现面临主要问题之一是如何确定小波域系数提升的幅度．提出了一种比特平面熵估计值计算模型及计算算法，能够有效逼近比特平面编码实际输出码率，同时提出了系数提升幅度的算法，从而解决了基于比特平面提升的感兴趣区域编码中系数提升幅度确定问题，可以保证感兴趣区域重建质量要求的前提下，背景和总体重建质量更好．该算法是根据图像内容和用户要求计算系数提升幅度，不需要进行人工干预，图像的复杂度不同，提升幅度也会不同．该算法适合感兴趣区域确定如干涉高光谱图像这类图像的编码．仿真结果表明，尽管不同图像具有不同的复杂度，本文算法都能够准确确定感兴趣区域系数的提升幅度，从而有效保证了总体编码效果更好．

为了实现大视场运动点目标的实时检测和识别，设计了一种基于TMS320C6203为核心处理器件，FPGA为辅助控制处理器的硬件处理系统．在对点目标检测识别算法仿真实验分析的基础上，开发了实时运动点目标检测处理的软件系统．实验测试结果表明，该系统能够对信噪比不小于3dB，帧频为10fps的1024×1024运动点目标图像序列进行实时检测和识别，准确检测概率达到96%，满足实际工程要求．

星载雷电探测定位系统是利用光学探测器探测闪电事件的地理位置和光脉冲波形，系统采用CPLD+DSP的数字图像处理方案，利用了CPLD复杂逻辑可编程特性将系统的部分或全部功能集成在一片CPLD上，减小了系统硬件复杂程度，节省了印制版空间．利用DSP高速数字信号处理特性完成实时处理图像数据的功能．系统用CPLD完成图像信号的采集、编码和存储控制，缩小了星载设备体积，简化了电路结构；用DSP完成大量图像数据处理工作，提高了系统工作的实时性．

非线性放大能在保持图像上下文关联的情况下对目标进行放大．利用球面几何模型得到了一种非线性的映射关系，并通过分析得到了该映射关系在图像变换中可以得到非线性放大的效果．为了进行有效的观察，避免感兴趣区域的中心出现变形，采用结合线性和非线性变换的方法对图像进行放大．实际应用的结果表明，该算法不仅可以放大感兴趣区域，而且能有效的保持上下文的关联关系，是一种有效的图像放大算法．