本文用ANSYS有限元热分析软件模拟了基于AlN膜钝化层和SiO2膜钝化层的高功率垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)器件内部的热场分布和热矢量分布.目的是证明AlN膜钝化层要比SiO2膜钝化层有具更好的特性，使器件能更稳定的工作，提高器件的特性，经模拟得到基于AlN膜钝化层的VCSEL热阻为3.12 ℃/W，而基于SiO2膜钝化层的VCSEL的热阻为4.77 ℃/W.经实验测得基于AlN膜钝化层的VCSEL热阻为3.59 ℃/W而基于SiO2膜钝化层的VCSEL的热阻为4.82 ℃/W，模拟结果和实验结果吻合较好.说明AlN膜钝化层要比SiO2膜钝化层具有更好的热特性.

为了建立高质量、高分辨率人参蛋白双向电泳图谱来对人参蛋白进行功能分析与研究，提出一种利用双向梯度胶电泳技术.第一向等电聚焦电泳分离后，第二向分别采用12.5%浓度的均一胶和10%~12.5%、12.5%~15%、10%~15%三种不同浓度的SDS-PAGE梯度胶来获取人参蛋白双向电泳图谱，并利用Image Scanner和Image Master 2D Platinum version6.0对图像进行扫描及比较分析.结果表明，采用10%~15%浓度梯度胶获得双向电泳图谱中蛋白点圆滑、形状规则，分离效果好；有效地减少了人参中高丰度蛋白对中低丰度蛋白的掩盖，Mw>75 kDa的可检测到的低丰度和大分子量蛋白点数明显增加.研究结果为高质量人参蛋白表达图谱的建立奠定了良好的实验基础，同时也为其它五加科植物蛋白质组学研究工作的开展提供了方法学上的指导.

提出了基于近红外光电技术的脑水肿无创监测方法，对大鼠脑水肿的程度进行无创监测.阐述了监测设备的测量原理和系统组成，并对大鼠实验数据结果进行了分析.监测系统光源选用760 nm和程序850 nm的双波长发光二极管，通过恒流源电路驱动进行驱动.选用OPT101作为检测器，用锁相放大电路和滤波电路对所测信号进行处理.在LabVIEW环境下通过数据采集卡进行数据采集，并进行后期处理，该系统能够实时测量大鼠脑组织的血氧变化.利用该系统测量脑水肿模型的大鼠，分析了光强、血氧参量的变化与脑水肿变化的关系.研究结果表明近红外光电技术可应用于对大鼠脑水肿程度进行无损监测.

为了在不改变静态傅里叶变换干涉具尺寸的前提下提高光谱分辨率，设计了正交斜楔型静态傅里叶变换干涉具，采用两个正交的等效斜楔形成连续的光程差变化.通过推导传统干涉具与正交斜楔型干涉具的光程差函数，设计了采用正交斜楔型干涉具增加有效探测长度，从而提高光谱分辨率的方法.经仿真计算，正交斜楔型干涉具的最大光程差为0.323 4 mm，比传统干涉具的0.080 8 mm大4倍左右，即光谱分辨率提高了4倍.实验证明，由于正交斜楔的探测原理使干涉具边缘的干涉条纹产生畸变，故要对干涉条纹进行边缘切除及滤波，给出了切除大小的计算公式.采用WQF520型光谱仪进行对比实验，检测800 nm的激光，该干涉具误差小于1 nm.该方法可有效地提高静态傅里叶变换干涉具的光谱分辨率.

提出了一种基于人工神经网络的激光诱导击穿光谱技术实现元素成分高准确度定量分析的方法.采用基于动量和自适应学习速率梯度下降算法的反向传播神经网络,结合激光诱导击穿光谱技术的方法测定土壤中Cr和Ba元素的含量，得到了Cr和Ba的含量以及多次重复预测的相对标准偏差，并与采用传统的内标法得到的检测结果相比较.研究结果表明:基于动量和自适应学习速率梯度下降算法的反向传播神经网络分析方法,与激光诱导击穿光谱技术相结合能更好地实现对土壤样品中Cr和Ba元素的定量检测.相对内标法，神经网络分析方法与激光诱导击穿光谱技术相结合可以很明显地提高检测准确度和精密度，对采用激光诱导击穿光谱技术定量检测土壤重金属污染具有很好的应用价值.

对于高准确度光学系统,光学元件及其支撑机构之间的简单连接很难使光路对准并满足公差要求，本文介绍了一种在光学系统中能够对光路进行折转或分束的45°倾斜镜的精调支撑机构.该倾斜镜支撑结构采用了多自由度精调方式，能够在实现两维倾斜调整的同时，实现相互垂直光路的方向平移.设计中使用的柔性元件使结构的倾斜调整准确度达到角秒级，实现0~10 mm的位移，同时借鉴现有的燕尾槽导轨平移技术节省加工成本和减小周期，并且借助有限元分析软件，对机构中的关键部分进行了详尽的分析和论证.整个研究方法可作为同类光机系统设计时的参考，在光学系统的光路调整中有较大的应用价值.

为了提高大靶面高分辨率光学系统的性能,基于衍射元件独特的温度特性以及热补偿理论，设计了工作波段为8～12 μm、视场角为16°、F/#为1.9、后工作距为133 mm的新型折衍混合消热差系统.系统采用三片式结构，使用锗和硒化锌两种常用的红外材料，仅引入一个二次非球面和一个衍射面，使系统具有结构简单、体积小、重量轻、成本低等优点.实验结果表明：系统在较大视场内成像质量接近衍射极限，且在－30 ℃～70 ℃温度范围内性能稳定，适用于像元尺寸为35 μm，像元数为640×480的现代非制冷型焦平面阵列探测器，从而实现了消热差设计.

为了同时探测混合溶液中多种溶质的浓度，提出一种用光纤法布里-珀罗谐振器作为传感器测量混合溶液中多溶质浓度的测量系统.从理论上分析了光纤法布里-珀罗谐振器干涉透射波长与混合溶液浓度之间的关系，采用光纤法布里-珀罗谐振器干涉透射波长实现了高准确度同时测量混合溶液中多溶质浓度的原理和可行性.构建了由InGaAs发光二极管光源、光纤耦合器、FFPR传感器、光电信号转换和放大器、光谱分析仪等组成的测量系统.对乙醇和甘油的9组标准混合溶液进行测量实验，并用测量结果标定了混合溶液中各溶质浓度与光纤法布里-珀罗谐振器传感器干涉透射波长之间的数学解析关系式.根据数学关系式用Action Script 2.0脚本语言编写程序，计算机实时监控了混合溶液中各溶质浓度的变化过程.

逆合成孔径激光成像雷达受激光调制技术以及回波相位信息易受大气湍流破坏的限制，采用常规的相位相干积累类方法得到目标二维高分辨图像很困难.针对这一情况，提出了一种基于逆Radon变换的实包络成像算法.利用回波距离脉冲压缩后的实包络信息，实现方位向的非相干积累，最终得到二维高分辨图像.通过该算法，成像系统可以使用非相干激光信号，在脉冲重复频率较低且存在大气湍流的情况下，也可以获得高质量的成像结果.仿真实验验证了此算法的有效性和优越性.

采用坐标变换方法自编光线追迹程序模拟了Kirkpatrick-Baez镜在X射线波段的掠入射成像，获得了视场、分辨率等结果.比较了给定参量条件下Kirkpatrick-Baez镜与菲涅耳波带板两种高分辨X射线成像的特性,给出两者各自适用范围.Kirkpatrick-Baez镜成像有比较高的系统效率,在视场中心的空间分辨能力可达0.71 μm，但偏离视场中心±200 μm，空间分辨能力显著下降至6 μm,适用于较小视场的成像.菲涅耳波带板成像不仅在视场中心可以实现0.39 μm的空间分辨能力，偏离视场中心达±13 mm，空间分辨能力也几乎不变，可实现大视场高分辨成像.

在采用二值时空编码结构照明的三维测量中，由于遮挡、阴影及光学系统的低通滤波特性等原因导致被测物体部分区域解码错误或无法解码.为减轻这些因素对测量结果的影响，提出了一种采用冗余编码的二值时空编码照明三维测量方法.该方法在空间相邻区域设置相同编码，以时间坐标进行区别.解码时，根据编码的冗余性对结果进行校验、残缺编码恢复.与原有编码相比，在不增加投影模式数量的情况下，获得了更多的有效点数，提高了解码的可靠性，并为进一步的纠错提供了更多信息.

为提高数字全息再现像视角，提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术，通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器，使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图，并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时，首先对子全息图进行数字傅里叶变换，重构对应频谱段，并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱；而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面(光滑的缝纫针)的三维形貌，并取得了较好的实验结果.

针对传统方法难以制作结构光三维投影测量设备的灰度正弦光栅元件，并以Ronchi光栅代替从而影响测量准确度，提出了一种制作灰度按正弦分布的光栅模板的新方法.通过对银盐全息干板透过率特性曲线的理论分析，指出在对比度为一的正弦干涉条纹下曝光不能得到线性记录和变换的原因，并提出了采用均匀非相干光预曝光提供偏置点来实现线性记录的新方法.实验表明，采用空间滤波法能够获得对称双光束正弦干涉条纹记录，并准确控制正弦干涉条纹曝光在干板的线性区域，可以达到线性记录并获得尽可能高的反衬度.

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上，利用圆形扫描获得少量投影，采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中，在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下，通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息，提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.

应用晶体场理论和不可约张量算符方法构造了3d2/3d8态离子在C3v对称晶场中包含自旋-轨道相互作用、自旋-自旋相互作用、自旋-其它轨道相互作用和其它轨道-其它轨道相互作用四种微观磁效应的45阶可完全对角化的能量哈密顿矩阵.利用该矩阵，计算了Ni2+∶α-Al2O3晶体的光谱精细结构和晶体局域结构，深入研究了Ni2+∶α-Al2O3晶体的自旋-轨道相互作用、自旋-自旋相互作用、自旋-其它轨道相互作用和其它轨道-其它轨道相互作用和它们对光谱精细结构的影响及Jahn-Teller效应.理论计算值和实验值相符合.研究发现，掺杂没有改变晶体的对称性、同时发现并合理解释了Ni2+对α-Al2O3晶体基态精细光谱中Jahn-Teller效应的存在机理.

优化设计和研制了一种旨在获得大的动态范围的皮秒时间分辨软X射线扫描相机系统.该相机阴极有效面积Φ30 mm，聚焦电压8 kV，有效防止了打火对动态范围的影响；摒弃了微通道板内增强器，引入了后加速系统，以保证足够高的荧光屏量子效率；采用了大动态范围的像增强器进行图像外增强.借助于皮秒激光器动态测试和标定系统对其性能进行了实验评价，获得了动态范围大于2 000的结果.

为了提高复合式光电编码器的轴系准确度，运用一个径向密珠轴承与两个轴向止推密排轴承相结合的结构设计了大空心轴精密轴系，并对轴系误差进行分析.通过该方法设计的精密轴系径向跳动δ＜3 μm，解决了大空心轴轴系准确度差的问题，提高复合式编码器的测角准确度，应用该轴系研制的复合式光电编码器准确度σ＜2″.

针对封装胶中掺杂纳米颗粒以及采用梯度折射率的LED封装模式, 用蒙特卡罗方法模拟光在胶体中的传播, 分析散射系数对透光率的影响. 结果表明, 透光率随散射系数增大而减小. 对于固定的封装层数, 各层均采取最佳折射率值时, 透光率可以达到最大. 梯度折射率值逐渐减小的多层纳米掺杂封装结构, 透光率高于传统的封装模式, 能够提高LED的出光效率.

为了分析反射面形状对单模光纤照射的光纤位移传感器光强调制特性的影响，建立了反射面不为平面时的光强调制特性函数模型. 该模型基于单模光纤出射光场为修正近似高斯分布假设，通过引入反射面形状因子，分析了反射面形状因子对光强调制特性的影响规律. 仿真结果表明，随着凹形反射面曲率半径值的增大，传感器特性曲线的前坡无显著变化，而后坡灵敏度增大，线性范围减小；随着凸形反射面曲率半径值的增大，传感器特性曲线的前坡仍无显著变化，而后坡灵敏度减小，线性范围增大；当曲率半径增大的一定值时，反射面的非平面性影响较小，其作用趋近于平面.

根据光整流效应辐射太赫兹理论，计算了〈331〉晶向ZnTe单晶的太赫兹辐射性能.通过与〈110〉、〈111〉晶向对比，当晶体方位角为0°或180°时，利用〈331〉晶向ZnTe单晶辐射太赫兹信号可以与〈111〉晶向相当，强于〈110〉晶向.利用电光取样原理，计算了〈331〉晶向ZnTe单晶的太赫兹探测性能，通过理论计算为〈331〉晶向ZnTe 晶体有效辐射太赫兹波提供理论依据.

针对登月过程严酷的力学条件、月球表面复杂的环境特征以及严格的重量要求，设计了一种可适用于月基观测的跟踪转台.该转台主要由水平轴系及驱动机构和竖直轴系及驱动机构组成，采用霍耳元件作为位置检测元件，其综合指向准确度≤0.1°.基于有限元分析方法确定转台结构方案、优化主要支撑件结构及合理选材，并对驱动机构与轴系对转台刚度、温度适应性和指向准确度的影响做了深入分析与计算.同时进行了整机的力学模拟试验和运动机构的高低温试验，一阶谐振频率为49 Hz，在－40 ℃ ～+80 ℃温度范围内工作正常.结果表明转台各项性能指标满足工程任务要求, 具有结构紧凑、可靠性高、重量轻的特点.

利用零补偿器实施离轴非球面元件面形的干涉检测中，为了实现反射镜的高准确度检测，对其干涉结果中的误差信息进行了分析.根据零补偿器的补偿原理，提出一种新的调整误差分离方法，建立了离轴非球面补偿检验的调整误差分离模型，并利用该模型对一块离轴非球面反射镜进行了仿真实验.调整前由调整误差引入的波像差为0.2332λRMS(λ=632.8 nm)，根据仿真结果调整后的波像差为0.0026λRMS,表明该方法具有较高的准确度，可有效提高检测效率.

在RX算法中，局部背景协方差矩阵估计会由于背景受到异常像元的“污染”而不能准确反映背景分布，从而导致检测性能下降.针对这一问题，提出一种基于稳健背景子空间的异常检测算法.利用空间秩深度度量背景中每个样本相对于整个背景样本分布空间的位置，将“游离”于背景分布空间之外的样本看作是潜在的异常样本，并将其映射到背景分布空间之内.在此基础上，通过估计背景的协方差矩阵，利用主成分分析构造能更精确地刻画背景的子空间，在该子空间进行了基于马氏距离的检测异常.模拟和真实数据验证了该算法的有效性.

针对双线阵立体测绘相机光学系统设计指标的要求，设计了一种三反离轴光学系统，并针对该光学系统的特点，对像质进行了分析.光学系统设计传递函数在0.6左右(在50 lp/mm处)，相对畸变小于3×10－4，校正绝对畸变小于20 μm,相机在成像质量方面达到立体测绘的要求.同时，为了使相机在体积尺寸小、结构紧凑及轻量化等方面满足卫星平台的要求，采用了一种新型的光学系统布局，在减小双线阵立体测绘相机的体积、材料及减轻重量等方面，具有独特的优势；光学系统可以安装在同一机械结构体内，以利于采取有效的热控措施，将主镜以一定的交会角在同一基准上支撑、装调，所以它具有尺寸稳定性好，温度敏感度低等优点.

究了由左手材料、负介电材料、常规介电材料所构成的几种五层对称结构表面等离子体激元的特性.讨论了表面等离子体激元的存在区域、色散关系、以及p和s偏振的表面色散曲线枝，发现表面模的性质强烈依赖于系统的组成材料及其组合方式；层数越多，表面色散曲线枝也越多，处在频率通带的表面极化模态也越多；在五层结构中有p和s两种偏振的表面等离子体激元，在共振时，可导致p波和s波强透射.此外，通过使用衰减全反射方法，探讨了激发并观察表面等离子体激元的可能性.

介绍了红外杜瓦组件的总体封装形式并回顾了国内外的发展情况，对7通道长波光导线列器件在杜瓦瓶中的基板封装形式进行了研究，提出了三种基于厚膜工艺和薄膜工艺的陶瓷基板封装形式.其中，第一种“直接引线式封装”体积过大，第二种“陶瓷针型栅格阵列封装”形式缺少合适接插件，而第三种”分时分组封装”形式使用了薄膜和厚膜基板相键合分时读出的方式，不仅很好地解决了布线问题，而且能方便地使用柔性电缆将信号引出，系统性能要求得到满足.

为克服传统相关匹配算法计算复杂度过大的缺点,基于快速傅里叶变换和积分图提出了一种快速相关匹配算法.在不改变传统相关匹配计算结果的前提下,该算法通过对相关系数公式的分析和化简,用快速傅里叶变换计算模板图像和基准图像的相关,并采用积分图计算基准图像灰度值及其能量的窗口积分,使相关匹配计算量与模板图像大小近似无关,从而大大降低了计算复杂度.不同光照条件下图像匹配实验和复杂环境下目标跟踪实验结果表明,该算法具有很强的抗干扰能力,其执行效率比传统相关匹配提高1~2个数量级.

提出了一种无乘法整型可逆时域交叠变换方法，并以此为核心变换技术设计了一种新的有损到无损渐进的图像压缩系统. 利用所提出的压缩系统从一个单一的码流文件中既可以恢复出完全无损的图像，也可以在高压缩比下得到高质量的有损重构图像. 算法通过前后向滤波器改进离散余弦变换性能，并在矩阵分解基础上通过多阶提升实现完全可逆整型变换.光学遥感图像的实验结果显示，该算法在绝大多数情况下可以达到优于图像压缩国际标准JPEG、JPEG2000以及新一代压缩算法HD-Photo的率失真性能以及高质量的主观视觉效果.

在二维魏格纳分布的框架内，针对魏格纳变换的交叉项问题和计算量大的问题,提出了合成孔径雷达图像局部伪魏格纳变换的目标和目标阴影的分割方法.首先，将合成孔径雷达图像进行二维伪魏格纳变换，得到各像素点的二维能量谱图；然后提取各像素点的二维能量谱图对应位置值形成多个不同频段的与原图像同大小的能量谱图；最后，对不同频段的能量谱图采用不同的处理方法后，将各能量谱图相加处理后形成区域标识图像，最终得到原图像的目标和目标阴影分割图像.本文利用该方法对MSTAR切片图像进行了分割试验，并对分割图像与频谱最大值距离或方位分割算法和基于双参量CFAR与隐马尔科夫联合分割算法进行了分割图像对比度对比.实验结果表明，采用本文算法的合成孔径雷达分割图像，对比度明显提高，且保留了目标图像细节.

采用压电陶瓷水听器对液体中激光等离子体声波进行了实验研究.利用小波变换对不同激光能量、不同作用金属物质、不同激光波长下检测的声波信号进行了频谱特性分析.结果表明：液体中激光等离子体声波的频率分布范围为0~150 kHz，激光能量、金属物质与激光波长的改变对声波频率范围并没有太大的影响；小波分解后，低频a6级信号的能量占总能量的绝大部分，所占比例随着金属离化能的增加而减少；信号的主要频率成分为0~10 kHz，集中在a6级，峰值频率为5 kHz.

提出了一种基于局部描述符的三维点云物体识别算法.算法首先得到点云的邻域、法线矢量等相关信息，通过邻域进一步得到形状索引值.特征点的提取以形状索引值为依据，以每个特征点为基点对曲面根据欧式距离和矢量夹角分割.分割的曲面片进行等间距划分为多个欧氏距离同心圆，以特征点切平面为基平面投影，并进行等角度抽样，通过抽样点相对特征点的法线矢量及测地距离变化曲线，建立曲面片的二维描述，从而把三维识别转化为二维.根据算法建立模型数据库，给定一个物体，通过和模型数据库中的曲面描述进行比对，得到潜在的识别结果，再通过迭代最近点算法，得到最终的识别结果.最后，通过大量具体实验验证了算法的有效性，并给出了算法的计算复杂度及耗时对比分析，说明了算法的高效性.

介绍了尾流图像数字化处理工作原理及方法.用MATLAB软件对船舶时速分别为30 km/h和40 km/h的两幅尾流图像进行了灰度变换、滤波、Canny边缘化、二值变换、直方图变换等，并对实验结果进行了初步分析，得到了船舶航速影响尾流边缘夹角、边缘弯曲度及直方图峰值变化.研究结果为尾流图像进入信息化系统提供了基础.