为了解决在平均场近似速率方程中自洽地由激光器腔内平均场来确定输出场的问题，以半导体激光器为例，采用集总形式的端面反射率，通过求解行波速率方程组，得出了半导体激光器腔内平均光子数密度与输出光子数密度的解析关系式.结果表明，半导体激光器输出场与腔内平均场之比是一个与泵浦电流有关的量，把它当成常数是有偏见的.

采用数值分析方法分析了光纤长度、后腔镜反射率等因素对激光器输出阈值泵浦功率、输出功率的影响，为全光纤激光器的优化设计提供了理论基础.在设计过程中采用光纤光栅作为光纤激光器的反馈与选频腔镜，通过锥度光纤实现了泵浦模块与掺镱双包层光纤之间的低损耗连接以及高效率的泵浦激光功率传输，成功研制了具备稳定窄化线宽激光输出的掺镱全光纤激光器.实验得到了波长峰值在1 082.50 nm，谱线宽度0.113 nm，最大输出功率8.5 W，泵浦阈值功率0.8 W，斜率效率为70.8%的稳定激光输出.

针对非共轴三阶自相关法测试中对二倍频光束的要求，采用分步傅里叶变换方法对入射高斯光束，使用KDP晶体I类匹配的二倍频过程时间波形演变规律进行数值模拟，给出二倍频光束波形仍为高斯分布的入射基频光能量范围.不同二倍频效率下基频光与倍频光脉宽比值不同，所得的三阶自相关函数脉宽则不同，导致与脉冲形状有关的半高宽度换算因子不是固定值.分析结果对三阶自相关仪的参数设计和三阶自相关法测试中的误差分析有一定理论指导意义.

基于半导体激光器的光反馈效应，提出了光反馈光腔衰荡技术用于测量腔镜的高反射率。相对于没有光反馈的情况，光腔衰荡信号振幅提高了两个数量级，从而大大提高了高反射率测量精度。在四个衰荡腔长采用光反馈光腔衰荡技术测量得到的腔镜反射率非常一致，统计平均值为99.9356±0.0008%。通过实验比较了光反馈光腔衰荡和脉冲光腔衰荡技术。结果表明，光反馈光腔衰荡技术的测量精度比脉冲光腔衰荡技术高。

研究了利用低功率近红外光辐照In:Fe:LiNbO3晶体时写入光束的偏振方向对光致折射率变化(Δn)的影响.分别采用正常偏振(o光)和非常偏振(e光)的近红外细激光束，在In:Fe:LiNbO3晶体中进行了光折变实验.研究表明，两种偏振方向引起晶体的Δn实测曲线相似，但变化规律恰好相反，o光引起的折射率变化量约是e光的3倍左右.近红外光写入下两种偏振光束引起晶体的Δn分布规律都不同于可见光，尤其是e光辐照区域中心晶体的折射率升高.因此，通过选择不同偏振方向的近红外光可以在光折变晶体中制作不同折射率分布的非线性光学器件.

将主动-被动同步法运用于离散混沌系统，对混沌同步问题进行了研究.根据Lyapunov稳定性理论，对系统进行一般分解，实现了离散系统的混沌同步，以Bragg声光双稳系统为例，验证了这种方法的有效性.仿真模拟结果表明，控制后的两个初始条件不同的Bragg声光双稳系统误差变量很快平稳地趋于零,说明这种同步方法是快速有效的.这种方法可以应用到任意的两个初始条件不同的离散和连续混沌系统，具有一定的普适性.

数值模拟了自相似脉冲的产生与压缩，得到一种产生高能量飞秒光脉冲的新方法.结果表明：利用掺铒光纤对光脉冲进行自相似传输，可得到含线性频率啁啾的高能量自相似光脉冲；自相似光脉冲经过空芯光子带隙光纤的一级线性压缩和高非线性光纤的二级非线性压缩，可获得高峰值功率的飞秒光脉冲；压缩过程中存在最佳光纤长度；喇曼自频移和自陡效应对脉冲压缩产生不利影响.

对硅狭缝光波导色散特性进行了数值研究.研究结果表明，在1.55 μm工作波长附近，硅狭缝光波导色散随结构参量的改变而改变，一般在-1 000 ps/(nm·km)以下，最大可达到-6 700 ps/(nm·km)左右，同时其相对色散斜率可小于0.009 nm-1.因此，选取合适的结构参量，硅狭缝光波导可被用于补偿高速宽带光通信链路的残余色散，且比现有的色散补偿光纤具有一定的优势.

基于描述脉冲放大过程的时间相关非线性辐射迁移方程,对不同形状脉冲经掺镱光纤放大器传输后的功率特性进行了分析，该方程同时考虑了光与介质的相互作用.数值结果表明，在相同的脉冲能量下，不同形状脉冲经放大器放大后的功率增益随入射脉冲形状不同而不同，并且功率增益的差异在脉冲前沿比较大.这使得放大器输出脉冲峰值向前沿的偏移量以及峰值功率的放大倍数都与脉冲形状有关.尤其是当入射脉冲的能量较大时，不同形状脉冲的峰值功率的放大倍数明显不同，以超高斯脉冲为最大，高斯脉冲、双曲正割脉冲次之，洛伦兹脉冲最小.

应用量子微扰理论和多光子非线性Compton散射模型，对Compton散射下多信道平面光波导的空间光孤子开关进行了研究.结果表明：在横向具有正弦形周期折射率调制的非线性平面光波导的多信道系统中，原先束缚在一个信道中的孤子可以靠由入射和散射光形成的耦合控制光点，通过交叉相位调制横向吸引孤子波束，使孤子从原信道切换到邻近信道，从而实现光孤子开关的功能.控制光点可由耦合光在势谷之间的横向聚焦来实现.散射既能使控制光点的有效强度的阈值和孤子的辐射损耗增大，势垒增高，幅度下降较小，有利于孤子开关的形成；又能使波束展宽较宽，并存在开关被破坏的危险.由此可见，Compton散射下恰当控制入射激光强度是实现孤子开关的关键.

设计了一款基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪监测溶液浓度微小变化量的传感装置.利用光纤传输激光并用分体CCD采集图像，实现对溶液浓度的高精度微变化量的实时监控和测量.从理论上分析了F-P干涉仪干涉条纹的改变数目Δk与溶液浓度微变化量Δc(Δk)之间的关系，采用平面F-P干涉仪实现高精度测量溶液浓度微变化量的原理和可行性.在实验上构建了由He-Ne激光器、石英光纤、平面F-P干涉容器腔、面阵分体CCD、计算机等组成的实验监控与测量装置，对三组不同浓度的甘油溶液进行测量，通过观察干涉条纹的改变数目测定溶液浓度的改变量，用实验结果标定溶液浓度微变化量Δc(Δk)与干涉条纹改变数目Δk之间的数学解析式.实验结果表明：采用该系统可以监测到10-4量级的溶液浓度的变化值.

针对传统驱动电路一旦做出修改，则需对硬件或程序进行改变的缺点，以型号为TCD1707D的线阵CCD为例，介绍了一种工作模式可调的驱动方法.该方法是利用复杂可编程逻辑器件和控制外端结合，通过分别设置内外触发来实现的.在外触发模式下，利用外触发脉冲，可由用户控制CCD的曝光和信号输出时间；内触发时，可以调节CCD的积分时间和驱动频率.为提高信号输出质量，针对EMC问题给出了线阵CCD的外围驱动电路.实验结果表明，该方法调试方便、电路结构简单、集成度较高、输出信号可靠稳定、受干扰小，可配合多种用户需要，对高速精确测量及线阵推扫模式具有一定参考价值.

针对爆炸时刻光谱信息量大、存在时间短的特点，设计了一款基于线阵CCD高速光谱信息采集系统.系统以FPGA作为主控芯片不仅为CCD 提供工作时序,同时还控制着信号调理、模数转换和光谱信息的存储与传输.最后，通过USB串行总线将采集到的光谱信息传输至上位机进行后续处理.结果表明，利用该系统可在一次爆炸过程的100ns时间内完成四个时刻爆轰温度的测量，具有较高的测量精度和速度，可实现爆轰过程中高速动态光谱信息的采集与存储，并可应用于其它瞬态信息的获取领域.

研究了亚纳秒脉冲抽运光子晶体光纤产生高功率超连续谱的机理.采用掺镱锁模光纤激光器产生的脉宽570 ps光脉冲，抽运1.8 m光子晶体光纤，得到了平均功率为1.15 W、光谱覆盖范围为750 nm的超连续谱.通过实验和模拟结果的对比和分析，证实了亚纳秒脉冲抽运1.8 mPCF产生超连续谱时，调制不稳定性效应起了重要作用.在研究了不同抽运功率下输出的超连续谱变化后，发现随着抽运功率的提高，输出功率也更高且超连续谱覆盖波段也更宽，在瓦级输出功率下依然未达到饱和展宽状态，还有进一步提高功率和展宽光谱的空间.

将两个二维空气孔光子晶体波导平行放置，两波导之间由三排空气孔相隔，构成一个定向耦合器.数值分析了TE(磁场平行于空气孔)和TM(电场平行于空气孔)偏振态光波在该定向耦合器中的传播行为.结果表明，减小耦合区两波导间的一排介质柱的半径，TE模的耦合长度减小，而TM模的耦合长度不变.基于此结构，设计了超微偏振光分束器，整个器件的尺寸为10.1 μm，与已报道的24.2 μm的结果相比，该器件具有更小的器件尺寸和更高的输出效率.

根据机载飞行头盔特点及人机工程要求，设计了护目镜型头盔显示器光学系统.分析了该光学系统的光学性能和畸变特点，研究了该光学系统畸变的算法软件校正方法，设计了预畸变校正算法软件，并对护目镜型头盔显示器光学系统进行了畸变校正.结果显示：校正后光学系统具有很高的成像质量，空间频率为50 lp/mm时，全视场调制传递函数接近0.2；同时畸变小于0.5％，系统满足机载护目镜型头盔显示器性能指标要求.

用传统熔融淬冷法制备了新型硫卤玻璃(100-x)(80GeS2-20Ga2S3)-xKI(x=0,10,20 mol%).利用差热分析、可见/近红外吸收光谱、红外透射光谱等技术对准三元硫卤玻璃体系GeS2-Ga2S3-KI的组成、结构和性能关系进行了研究.分析结果表明：GeS2-Ga2S3-KI三元系统玻璃具有较宽的玻璃形成区;当KI的含量为10 mol%时，玻璃热稳定性最好;随着KI的加入，玻璃的红外截止波长无明显变化，皆为12.5 μm；然而随着局域电位场的增大，玻璃的短波吸收限向短波方向发生了移动，光学带隙存在增大趋势.

用高温熔融法制备了Er3+/Ce3+共掺新型碲酸盐玻璃(TeO2-Bi2O3-TiO2).采用差热分析方法研究了玻璃的热稳定性，测试并分析了不同Ce3+离子掺杂浓度下Er3+离子的吸收光谱、上转换光谱和荧光光谱特性.研究结果表明，制备的碲酸盐玻璃具有很好的热稳定性，玻璃析晶温度Tx与玻璃转变温度Tg之差(ΔT=Tx-Tg)达到了185 ℃，高于其它文献的报道；同时，Ce3+离子共掺引入的能量转移(Ce3+∶2F5/2+Er3+∶4I11/2→Ce3+∶2F7/2+Er3+∶4I13/2)有效地抑制了Er3+离子上转换发光并显著增强了1.53 μm波段荧光强度，而发射截面随着Ce3+离子掺杂浓度相应增大.优异的热稳定性以及光谱性能揭示Er3+/Ce3+共掺碲酸盐玻璃是一种潜在的制备宽带掺铒光纤放大器的理想增益介质.

用密度泛函理论的B3LYP方法在6-31G*的水平上，对GanN3(n=1~8)团簇的结构进行优化，并对体系的成键特性、光电子能谱及稳定性进行了计算与分析，得到了GanN3(n=1~8)团簇的最稳定结构.结果表明，当n≤5时，其基态几何结构为平面结构，N-N键在这些团簇的形成过程中起着决定性的作用；当n≥6时，其基态几何结构为立体结构，Ga-N键起主导作用；在所研究的团簇中，Ga4N3、Ga7N3的基态结构最稳定；随着n值的增大，平均极化率逐渐增强；通过对光电子能谱的分析，得到Ga-N键的振动频率与六方晶系纤锌矿结构GaN的光学声子峰值相近.

针对交联聚乙烯电缆绝缘料纯净度检测的问题，研制了基于线阵CCD技术的高速扫描测量系统.该系统在平行光的照射下，通过线阵CCD控制电路获得电缆材料缺陷信号，使用虚拟示波器DSO-2902对缺陷信号进行采集、传输，借助于计算机进行分析处理，从而精准地检测出缺陷.由数据采集系统对计算机内的信号数据进行处理，在保留杂质信息的前提下大幅度减少了待处理数据，从而实现对缺陷具体尺寸和所处位置的检测.结果表明，该系统能够准确地测出交联聚乙烯的杂质颗粒的横向与纵向尺寸，并能够确定该杂质颗粒所处的准确位置与杂质颗粒的个数等特性，其分辨力可达到20 μm，误差小于5%，杂质的检出率达100%.

对光纤环形腔技术的传感原理进行了理论推导，并设计了一种双环路一氧化碳浓度测量系统.分析了掺铒光纤放大器在系统中的作用及其增益波动对系统的影响，通过对掺铒光纤放大器的增益进行反馈控制，进一步了提高了测量系统的稳定性和精确性.通过实验，得出了不同浓度的一氧化碳所对应的衰荡曲线.分析了不同浓度的气体对光的吸收特性及衰荡时间与浓度的关系，为实现气体浓度的高准确度在线测量提供了重要的依据.

为消除干涉仪标准参考面的误差，保证其测量准确度，本文采用液面基准法建立光学平面基准对仪器的系统误差进行标定.首先建立弯曲静液面动力学方程从理论上分析润湿效应对液面平面度的影响，并结合实验分析气流、温度、震动等环境因素对液面稳定性的影响，讨论波面稳定性评价指标，给予实验验证.最后用建立的大液面基准对干涉仪系统误差进行标定，给出标定结果.

针对玻璃材料内应力的测量，提出了一种采用磁光调制技术，进行高准确度的应力双折射检测的新方案.该方法原理简单、测量准确度高.采用琼斯矩阵法分析了该方案的理论推导，并提出了当被测量样品较大时，提高测试效率的两种可行方法.

讨论了基于纵向莫尔条纹检测的光栅自准直仪测量原理.运用光学傅里叶原理推导出，利用线阵CCD取代指示光栅可以在自准直仪中产生莫尔条纹.实验验证了当标尺光栅在CCD投影光栅常量d2与其光栅常量d1之比为s=1.01时，纵向莫尔条纹的放大作用能达到14.14倍.该方法消除了因指示光栅衍射作用影响试验结果的问题，显著提高了系统的角分辨力，并简化了自准直仪光学系统.

采用移位算子方法把时域有限差分法推广应用于二维磁各向异性色散介质—磁化铁氧体中.证明了电磁波横向入射二维轴向磁化铁氧体目标情形下，电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波)，且TE波的散射特性与铁氧体介质无关，而TM波的散射特性与介质电磁参量密切相关，同时对其物理原因进行了分析.通过采用移位算子方法处理磁化铁氧体频域本构关系，得到该情形下目标电磁散射的移位算子时域有限差的迭代计算公式，同时解决了电磁波在各向异性和频率色散介质中传播的问题.计算了轴向磁化铁氧体涂敷Von Karman型导体柱的TM波双站雷达散射截面，分析了铁氧体参量对目标双站雷达散射截面的影响.结果表明：恰当地选择铁氧体参量能有效地减少目标的雷达散射截面，本文时谐因子取exp jωt.

基于电磁场的多尺度理论，研究了各向异性介质球内、外电场的规律，导出了各向异性目标散射场的表达式，得到了各向异性介质目标散射振幅、散射截面等的解析表达式，并对其正确性进行了检验.仿真结果表明：各向异性介质球的散射具有偶极辐射的特点，介电常量越大，产生的偶极矩也愈大，散射也越强.其结果可为各向异性目标监测、各向异性光散射研究等提供理论支持.

为研究Yb3+离子浓度变化对Tm3+离子在蓝色波段荧光强度的影响，以NaF和La(NO3)3为原料，采用水热法制备了Tm3+和Yb3+共掺的Tm3+/ Yb3+∶LaF3纳米颗粒.用X射线衍射对LaF3纳米颗粒进行表征的结果显示，纳米晶体结构呈六方相.透射电镜的观测结果显示，纳米颗粒样品大小均匀、分散性良好.在波长为800 nm的激光激发下，观测到了上转换蓝光发射，其中包括波长为474 nm和479 nm的较强的荧光辐射(相应的跃迁为1G4→3H6)和波长位于450 nm的强度较弱的荧光发射(相应的跃迁为1D2→3F4).通过观测不同Yb3+离子浓度条件下共掺Tm3+/Yb3+∶LaF3样品的荧光光谱，研究了Yb3+离子掺杂浓度对于Tm3+离子的荧光发射的影响，并探讨了产生这种现象的原因.研究结果显示，对于1G4→3H6跃迁产生的荧光发射(474 nm)，当Yb3+离子浓度增大时，反向能量传递速率的增加导致了荧光强度的增大.然而，当Yb3+离子浓度增大到一定程度时，Yb3+离子激发态能级寿命的减少将引发荧光强度的下降.相比较而言，Yb3+离子的浓度的变化对于1D2→3F4跃迁产生的位于450 nm处荧光强度的影响较弱.

采用数值模拟方法研究了不同种类参考光波面质量对再现图像质量的影响.针对全息实验实际情况，对二值图像建立了傅里叶变换全息图记录和读出的物理模型，分别考察采用一般平面波参考光、高斯光束球面波参考光和散斑参考光时的读出图像质量，并以信噪比损失作为衡量图像质量的定量工具.模拟结果表明，在理想平面波参考光和球面波参考光的情形，全息读出图像质量非常好，与输入图像相比信噪比损失在0.6 dB以下.但是对于散斑参考光，尽管其极优的位移选择性提供了高密度存储的可能性，但再现图像质量明显变差，信噪比损失在5 dB以上，实现有效的数据存储位密度将是十分困难的.为了兼顾存储密度和再现质量，应该考虑优化参考光的途径.

为了实现可白光下再现的全视差拼接合成全息图，结合图像处理技术、合成全息图的原理，提出一种激光直写拍摄技术.实验得到了具有57°的较大观察视场的数字合成全息图，并实现了1×1 m2大面积拼接.

传统的时间平均全息术通过对再现像光强分布的测量来实现振幅分布的检测，由于噪音影响往往得不到满意的结果.第一类零阶贝塞尔函数相位只有0和π两个取值，所以利用再现光场的相位可以确定振幅分布.理论分析发现，以往的讨论忽略了照明光之间位移引起的相位变化，研究通过叠加一个相位因子对此进行了修正，并利用贝塞尔函数平方的相位特点提出了消除该相位因子的办法.实验结果表明，该相位因子确实存在并影响测量，用本文所提出的方法可以很好地消除该相位因子的影响，使利用时间平均数字全息再现光场的相位检测振动物体的振幅分布变得方便和准确.

通过分析菲涅尔全息图计算模型，发现大量的平方运算和三角函数运算是计算速度的瓶颈，提出了一种菲涅尔全息图的快速计算方法.根据菲涅尔全息图的数学模型，利用三角函数的和差化积公式，将全息图的数学模型变换为由仅与水平或垂直方向有关的独立分量，通过四则运算来表示.在菲涅尔全息图的计算中，用少量的三角函数、平方运算和大量的四则运算代替原来大量的三角函数和平方运算,减少了全息图的运算量.实验表明，采用该算法后全息图的计算速度提高了9倍以上.

提出了一种多光束数字全息技术来解决当利用菲涅耳数字全息对全息图进行再现时，物体的多个表面无法同时再现得明亮、清晰.该方法是记录时采用多光束照明同一物体的多个表面，增强CCD上接收到的物体侧表面散射光的强度.实验成功地同时再现了物体的多个表面.同时，为了减弱再现像的散斑噪声，采用双线性插值和中值滤波处理图像，获得了质量高的三维物体的再现图像.

提出一个量子概率克隆机的物理实现方案，该方案首先将高Q腔中的两个超导量子干涉仪分别作为初始比特和目标比特，腔模作为测量比特，通过腔模和经典微波脉冲与超导量子干涉仪的多种相互作用实现量子概率克隆机的幺正演化；然后将腔模态映射到另一个超导量子干涉仪上，通过对该超导量子干涉仪磁通量的测量完成状态坍缩，从而以最优的成功概率实现量子态的精确克隆.本方案采用双光子拉曼共振过程加快单比特门的操作速率，并且总操作时间远小于自发辐射和腔模衰变时间，因而在实验上是可行的.

用量子统计方法，讨论了原子相干对超冷两态原子经光缔合形成超冷分子的影响.结果表明，在原子相干的作用下，光缔合形成的分子数随时间做近周期减幅振荡.原子相干对光缔合过程的暂态阶段影响强烈，而分子始终保持sub-Poisson统计分布.

针对传统实时相关跟踪方法对照度变化敏感的问题，提出了一种基于相位一致性图像的相关跟踪方法.利用相位一致性函数值在［0，1］区间内且无量纲、对图像的亮度和对比度具有不变性等特点，首先对原始图像进行相位一致性检测,得到相位一致性图像，再利用MAD(Minimum Absolute Difference)等相关跟踪算法在相位一致性图像中对目标进行跟踪运算.对可见光和红外图像的实验表明，在图像的亮度和对比度发生剧烈变化的情况下，算法仍能保持对目标的稳定跟踪.该方法可用于解决传统实时相关跟踪方法普遍存在的因照度变化导致跟踪点漂移甚至跟踪失败的问题.

为了获得符合人眼感知的彩色夜视图像,帮助观察者获取丰富的场景信息和舒适的观察效果,提出了一种基于多分辨率色彩传递的彩色夜视处理方法.结合微光与红外图像特点,对二者进行YUV空间拮抗视觉特性的彩色融合之后,采用控向金字塔对彩色融合图像(源图像)和参考图像各颜色通道进行多分辨率分解,计算子带图像的均值和标准方差,通过参考图像与源图像在各子带的方差比调整源图像的子带系数值,再经金字塔重构,最终使微光与红外彩色夜视图像获得类似参考图像的自然感色彩.分析了lαβ、YUV和RGB颜色空间对色彩传递的影响,并确定YUV颜色空间更适于多分辨率分解的色彩传递.相比传统的线性色彩传递方法,本方法不仅使彩色夜视图像拥有更符合真实场景的色彩,还可以提高其细节信息,改善场景感知,提升融合图像目标探测能力.

讨论了灰度世界算法,提出了两种改进的灰度世界算法——基于标准差加权的算法和基于图像熵约束的算法,从而避免了当给定图像仅有少量几种颜色或大块单一颜色时的冥法失效问题.通过对算法颜色校正结果进行主观(视觉上)评价,并对算法性能通过使用色差数据进行了客观评价.实验结果表明：改进算法对实际采集的图像和下载的图像都有较好的校正效果.

针对目标检测与跟踪领域中的运动目标自动提取问题，提出了一种新的运动目标自动提取方法.利用已有的图像帧滤波后初始化背景，并在运动目标检测过程中，利用检测结果，不断地自动更新背景.使用背景差法检测运动区域，并对差分图像进行动态阈值分割，以及边缘链接，使其边缘处于基本连续状态.在得到的二值图上，提取轮廓，并根据目标大小选择面积阈值，剔除由于噪音或者背景提取不干净造成的虚假轮廓，将得到的轮廓掩模图像与原图像做逻辑与运算，提取出目标.实验结果表明，该方法可以有效地提取出刚体或非刚体运动目标.

以视频目标跟踪中粒子滤波的粒子采样优化设计为研究内容,提出一种自适应分层采样辅助粒子滤波算法,以实现保证跟踪准确度和兼顾跟踪鲁棒性的要求.以Bhattacharyya系数为参量设计了粒子数调节函数,能够根据跟踪质量在粒子集中自适应分配用于保证准确度的粒子数和维持鲁棒性的粒子数.以最小二乘法对目标运动的预测点作为产生新粒子集的均值偏移操作起点,使新粒子集更准确的描述目标似然分布并提高算法效率.不同场景下的跟踪实验表明,算法能很好的应用于遮挡和运动方向渐变等情况下的跟踪,处理时间满足实时性要求.