基于传热学基本理论，借助有限元分析方法，对LD端面抽运钕玻璃薄片激光放大器激光介质的瞬态热效应进行数值模拟.通过对不同边界条件下钕玻璃薄片内部温度场及应力场的分析，研究了LD端面抽运钕玻璃薄片的热效应特性，并对比了不同热管理方案下钕玻璃薄片的温度分布.结果表明：采用白宝石窗口结合外围热沉TEC制冷的冷却方案最佳.此种冷却方案下钕玻璃薄片内最高温度在非抽运面中心处，约120 ℃.虽然比直接对抽运面水冷方式的冷却效果稍差，但是可以避免抽运面直接水冷所引起的一些问题.相关研究结果也表明，由于钕玻璃热阻较大，即使加强径向散热，抽运区的热量仍然难以从径向疏散，对热管理方案进行优化时应该考虑从尺寸较小的轴向进行散热.

为了改善脉冲激光溅射沉积大面积薄膜的均匀性，发展了基片离轴旋转的扫描技术.根据基片离轴旋转的基本原理和等离子体羽空间余弦分布规律，建立了径向膜厚分布公式.数值模拟了各种因素对基片离轴旋转扫描沉积薄膜均匀性的影响.分析表明，优化粒子束中心与基片中心偏置距离、溅射点与基片的距离是改善基片离轴旋转扫描镀膜均匀性的主要途径.同时也考虑了电机转速、镀膜时间和激光重频的影响.通过参量优化，当均匀度要求在95％时，计算得到薄膜的最大半径超过40 mm.

以钛酸四丁酯为前驱物，采用溶胶-凝胶法制备了四种不同配方Eu3+掺杂的TiO2纳米晶.利用扫描电镜(SEM)、EDS能谱、光致发光光谱对样品的形貌、成份及性能进行了表征.研究了退火温度、稀土Eu3+离子掺杂摩尔分数、溶剂乙醇量等对发光性能的影响，并对其发光机理进行了探讨.结果表明:稀土Eu3+掺杂TiO2纳米晶样品，掺杂均匀、颗粒大约在30~80 nm；从EDS能谱分析可得Ti:O原子个数比并不是按化学计量TiO2满足1:2，这是因为在TiO2中形成的是Ti-O-Ti键，Eu3+离子很可能取代了Ti4+离子，同时又形成了氧空位，表明稀土Eu3+离子进入TiO2晶格中；样品的主发射峰在614 nm(5D0→7F2)处发光最强，且在593 nm(5D0→7F1)处出现了属于磁偶极跃迁的发射峰，制备Eu3+∶TiO2纳米晶的组分、退火温度、溶剂乙醇的量不同，发射光谱的强度也不同.

分别采用液相法和固相法制备的纳米粉，制得透明性良好的Nd∶(Y0.9La0.1)2O3透明陶瓷,并测试了各样品的结构,光谱及光学性能.结果表明:该陶瓷具有相同的光谱性能;但液相法复合纳米粉制备的透明陶瓷光学性能优于固相反应法制备的透明陶瓷;固相反应法制备的透明陶瓷，由于有部分La2O3分布不均，易导致晶粒生长不均匀和残留少量气孔;长时间球磨混料，也不利于样品性能的提高.

提出了一种基于金属纳米结构局域表面等离子体共振光谱的有机气体的传感方法.通过时域有限差分法设计了一种具有较高折射率灵敏度的三角形纳米柱阵列，并利用纳米球光刻法进行了制作.对乙醇蒸汽的传感实验结果证明，所制作的三角形银纳米柱对乙醇分子浓度非常敏感，其探测灵敏度达到24ppm/nm.该金属纳米结构传感有机气体的方法有望应用于环境监测等方面.

以砷化镓圆形介质柱在空气中构成二维六边形排列结构的光子晶体为例，利用时域有限差分法模拟研究了光子晶体表面结构改变对负折射透射光强的影响.模拟结果表明：针对同一结构光子晶体，在可产生负折射现象的入射光频率范围，改变光子晶体表面两侧圆形介质柱的半径和顺向侧移两侧表面最外层圆形介质柱都会均对负折射透射光强产生影响.

为了研究外加偏压双光子光折变晶体中的矢量空间孤子，建立了矢量空间孤子的动态演化方程，给出了矢量空间孤子数值解.采用数值模拟的方法，求解矢量空间孤子的数值表达式，理论预言了稳态条件下亮-亮、暗-暗自耦合矢量空间孤子的存在；同时，数值求解演化方程，分析了亮-亮自耦合矢量空间孤子的演化特性.数值结果表明，无论两孤子分量的强度近似相等还是有较大差别，这些自耦合矢量空间孤子都可以由数值积分程序给出.亮-亮、暗-暗自耦合矢量空间孤子在双光子光折变晶体中稳定存在.

采用在等温近似的条件下，以等离子体的上升时间、温度和密度为可调谐参量，用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积时域有限差分算法研究了含单一缺陷层的一维磁化等离子体光子晶体的滤波特性.以高斯脉冲为激励源，用算法公式得到的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间、温度、等离子体层密度对其滤波特性的影响.结果表明，改变等离子体上升时间和等离子体层密度可以实现对滤波通道的调整.谐振频率不能通过改变温度进行调整.

为了提高光学系统的成像质量,对离轴抛物面反射镜的面形准确度要求越来越高,这大大增加了反射镜的加工难度.本文基于波像差理论,分析了在离轴抛物面反射镜中调整量引入的波像差,提出通过适当调整离轴抛物面反射镜的位置补偿反射镜的面形误差,可以降低离轴反射镜的加工难度、缩短其加工周期、减少加工成本.并借助于ZEMAX软件对一块面形准确度低于λ/40 RMS (λ=632.8 nm)离轴抛物面反射镜进行仿真实验,根据理论计算的调整量调整反射镜的位置,得到了补偿后的离轴抛物面反射镜的面形误差小于λ/60 RMS,仿真结果表明在离轴抛物面反射镜中引入适当的调整量可以有效地补偿反射镜的面形误差.

为探讨增强的紫外线-B (280~315 nm)辐射对光合作用原初光能传递的光物理过程的影响，对菠菜类囊体膜及光系统II的吸收光谱、稳态荧光发射谱进行了分析.结果显示在实验条件下(温室，紫外线-B施加于植物成熟期，紫外线-B剂量1.152 kJ·m－2·d－1)，增强紫外线-B辐射并没有抑制原初光能传递过程，植物通过一系列调节机制(增强吸收短波光色素的吸收强度，调节两个光系统间能量分配，变化光合系统中色素蛋白构象、位置)保证了原初光能传递的光物理过程，将能量传递到反应中心用于光合作用.

基于经典3D Shepp-Logan模型，应用射线追踪和射线衰减定律得到锥束CT的模拟仿真数据.利用FDK三维重建算法实现锥束CT图像重建,采用仿真图像对重建算法进行了验证,通过搭建的锥束CT系统和自制仿体进行了层析成像和图像重建.结果表明:算法可较为准确地重建出原物体的空间分布和密度关系，针对仿真数据的中心断层重建图像的空间分辨率可达到8 lp/mm.

针对扩散光学层析在小动物成像中的应用问题并基于混浊介质空间光子三维散射的实际物理效应，提出的二维稳态辐射传输方程的有限差分数值求解新方法.在此基础上，研究了不同的空间剖分网格和角度离散密度对求解准确度的影响，并通过将所提方法与蒙特卡洛模拟进行比对，验证方法的正确性.研究表明：在均匀组织体内，当离散角度达到一定数量时，由辐射传输方程的有限差分解获得的透射面和侧面的光子密度对空间网格大小并不敏感，而在反射面上光子密度计算则需要较密的空间网格才能够达到一定准确度.本研究为发展基于辐射传输方程的扩散光学层析理论奠定了基础.

利用电子束直写系统和反应离子束刻蚀的方法制作了周期性排列H-形空气槽.样品的参量：金膜的厚度为120 nm,石英基底的厚度0.8 mm(其中有5 nm厚的铬层),样品是由30×30个单个H-形周期排列形成的,总体尺寸为40×40 μm2.每个H-形之间的周期为1.1 μm,H-形的臂长均为500 nm,空气槽的宽度为120 nm.然后用实验的方法测量了在近红外波段的透过曲线,在近红外波段1.6 μm处的透过率约为16.3%,用传输矩阵的方法对H-形空气槽结构进行了理论模拟,实验与理论模拟结果吻合较好.随后研究了当入射光的偏振方向与H-形结构的长轴之间的夹角分别为0°、30°、45°、60°和90°时透过曲线的变化情况.通过实验和理论表明,表面等离子体在这种特殊的结构中仍然存在,并且在光的增强透过起着决定性的作用.

为了克服水下探测中后向散射光背景噪音的影响，提出了非均匀光场水下探测方法，推导得出非均匀光场的照度分布函数与接收口径、目标与接收器的距离以及海水的体积衰减系数几个因素有关.通过搭建集束光水下图像系统，对其产生的非均匀光场的分布特性和水下探测特性进行了水池实验.观测结果为,在0.6倍能见度下,可分辨1 mm细节,在1倍能见度时,可分辨目标轮廓,在1.5倍能见度时,可探测到目标.结果证明,该系统具有宽视角、全景深、图像清晰度高等特点.

采用了一个闭合的Y型四能级原子系统，在多模光场的作用下，利用量子相干技术使其实现介质的左手效应，使介质具备左手材料特性. 在相互作用表象下，考虑偶极近似和旋转波近似,利用密度矩阵方程并结合相关条件下的有关公式进行理论计算. 数值模拟结果显示：在合适的参量条件下，介质的相对介电常量和相对磁导率可以同时出现负值，产生了左手效应,相应的介质转化为左手材料.在弱探测场条件下，当探测光的拉比频率增加时，介质实现左手效应的频率范围减小并且与之相对应的折射率和吸收系数也发生变化. 通过讨论在左手效应成立的条件下介质对光场的吸收和增益问题，结果表明：在弱探测场条件下，利用电磁诱导的方法也可以实现介质的左手效应,使得左手材料在实验上的实现也得到了进一步的扩展,同时也扩展了电磁诱导的应用领域.

利用量子隐形传态原理和量子纠缠交换技术，提出了基于W态的跨中心量子网络身份认证方案，实现了分布式量子通信网络中对客户的身份认证.该方案分为注册阶段和身份认证阶段，认证系统包括主服务器和客户端服务器.客户所有的操作都在客户端服务器上进行，不直接与主服务器进行通信.身份认证全部由服务器根据量子力学原理进行，保证了认证方案的安全性.最后，对该方案进行了安全性分析.

在非旋波近似下，利用相干态正交化展开方法，对相干态光场与Λ型三能级原子相互作用的量子场熵进行了精确求解.利用量子熵理论讨论了耦合强度、平均光子数以及初始时刻原子处于不同的能级对量子纠缠的影响.数值计算的结果表明：当初始时刻原子处于激发态时，量子纠缠在较短的时间内就能演化到最大值，随着平均光子数的增大，纠缠演化的周期性逐渐明显；原子初始时刻处于三个能级的叠加态会使初始阶段量子纠缠显著降低；与旋波近似下的结果不同的是，随着耦合强度以及平均光子数的增加，非旋波项的贡献显著增强，使得量子纠缠演化曲线出现小锯齿状的振荡.

为了减少量子隐形传态中的测量次数和运算量，提出了一个利用两个EPR对作为量子信道, 实现四粒子W纠缠态的隐形传输的方案.发送者Alice只需利用16个正交完备测量基对要传送的未知四粒子纠缠W态和两个EPR对中属于自己的粒子做一次正交完备基测量, 然后将测量所产生的16种塌陷态结果通过经典信道告知接收者，接收者Bob根据这些信息，通过引入两个辅助粒子B3B4, 并对手中拥有的粒子做适当的Toffoli门、C-Not门、Pauli-X门、Pauli-Z门变换, 就能将16种畸变态全部恢复到发送者Alice欲传送的未知四粒子原始量子态，从而以100%的概率实现四粒子纠缠W态的隐形传输.利用量子力学波函数的叠加原理和变换算符的思想，很容易得出正交完备基测量后的16种塌陷态表达式和接收者Bob所做的由量子门组成的幺正变换的表达式.该方案中由于采用了正交完备基测量的方法，大大减少了发送者所需要做的测量计算，而且整个方案只需要一次正交完备基测量和由各种量子逻辑门组成的简单幺正变换，实现更为容易.

考虑两个初始处于纠缠态的Λ型三能级原子，将其中一原子注入双模腔中与光场发生共振相互作用的情况.采用数值计算方法，研究了对腔外原子的选择测量对双模光场的压缩效应和反聚束效应的影响.研究结果表明：采用选择原子测量方法，可实现光场压缩效应和反聚束效应的明显增强.

采用了相干态正交化法研究了耦合强度以及偶极相互作用对Tavis-Cummings模型中两原子的纠缠的影响.与旋波近似比较发现，在弱耦合强度下，非旋波近似下两原子间的纠缠与旋波近似下的结果符合得很好，在强耦合区，原子之间的纠缠出现了突然死亡现象.研究同时发现耦合强度越大，原子间处于可分离态的时间越长，表明了原子间处于退纠缠的时间的长短是依赖于原子-光场的耦合强度的.而考虑了偶极相互作用时，随着偶极-偶极相互作用的加强，原子间的纠缠也将被加强.

为了实时处理恶劣光照条件下的人脸图像，在自商图像的基础上，提出了一种新的人脸光照补偿的方法.该方法首先在人脸三维光照简化模型的基础上，利用方向滤波削弱附着阴影.然后结合高斯低通滤波器，进一步削弱投射阴影.两者非线性结合，显著改善光照图像的质量.利用Yale B数据库提供的光照图像，在10万人脸数据库系统中进行测试，结果表明在光照条件恶劣的情况下能显著提高识别率.

提出了基于混沌粒子群优化的图像Contourlet阈值去噪方法.该方法在Contourlet变换域内利用混沌粒子群算法来确定最优阈值，再通过软阈值函数去噪，且不需要噪音方差等先验信息.实验结果表明：该方法与小波Bayeshrink阈值、基于粒子群的小波阈值、Contourlet自适应阈值等去噪方法相比，能有效地去除高斯白噪音和椒盐噪音的混合噪音，提高峰值信噪比，并较好地保留图像的细节和纹理，从而明显地改善了图像的视觉效果.

分析了高速实时人脸检测系统中的光学衍射、离焦和采样效应.通过理论分析，构造了表征光学成像系统空间和频率特性的近似点扩展函数和光学传输函数.在假设这些近似点传输函数已知的基础上，提出了两个盲解卷积滤波器，并且和拉普拉斯算子以及最优聚焦算子的光学传输函数作了对比研究.该系统采用一个马达推动光学镜头来获得高清晰度图像，并在预处理级进行了内插滤波.演示系统在较高的准确率时检测帧率达到15.6 fps，实验结果验证了理论分析.

针对大部分已有的遥感图像去噪算法在去噪的同时不能有效的保留细节和增强边缘,提出了一种基于Cycle Spinning Contourlet变换和总变分最小化的图像去噪新算法.该算法依据了Cycle Spinning Contourlet变换能够很好的保留原始图像的细节和纹理信息,而总变分最小化方法具有在去噪的同时增强图像边缘的特性,因此使用所提出的融合规则对两种算法去噪后的图像进行融合能够取得更好的增强效果.通过对比,实验结果表明该算法不仅能在很大程度上削弱分别由平移不变Contourlet变换和总变分最小化的图像去噪方法产生的伪吉布斯现象和阶梯效应,而且视觉效果和PSNR值均优于其它方法,同时该算法能够保留更多的光谱信息,因此该算法是一种有效的遥感图像去噪算法.

针对复杂背景下钢索图像难以准确分割的问题，提出一种基于纹理分析的钢索图像分割与边界识别方法.采用基于模糊Hough变换的纹理方向检测方法确定钢索走向，利用边缘方向密度直方图作为纹理特征，对与钢索纹理方向相应的边缘方向赋予不同权重，抑制纹理分割中背景的干扰，对钢丝绳图像进行聚类分割，采用检测平行直线的方法确定其边界，并根据算法参量对边界进行修正.在实验中，对比了边缘方向密度直方图特征与灰度共生矩阵、局部二值模式在钢索图像纹理分割中的结果与计算时间，结果表明边缘方向密度直方图特征计算速度快、受背景干扰小，分割准确率高.本文方法无须预先训练，受背景干扰小，可以准确地识别出钢索并确定其边界，能满足钢丝绳视觉检测的要求.

为解决结构化背景的抑制，利用对偶树复小波良好的方向选择性、平移不变性和可精确重构的特点，提出了一种基于对偶树复小波变换的红外弱小目标背景抑制方法.首先利用对偶树复小波变换对图像进行分解提取多尺度细节特征，然后采用最大中值滤波对各分解层的小波系数进行非线性地调整来改变目标特征的强度，重构获得估计的背景图像，最终从原图中减去所估计的背景图像实现背景抑制.基于真实的红外图像序列进行实验.结果表明：与二维最小均方误差法相比，该方法从主观视觉和数值指标都具有良好的抑制效果.

提出了一种新的应用希尔伯特变换解调干涉条纹相位的算法，可以从单幅干涉条纹图中解调出全场相位分布.在实际应用中，常借助傅里叶变换实现希尔伯特变换算法，但是会忽略负频率成分，造成相位信息的丢失.对于相位分布非单调变化的干涉条纹，提出了一种判断函数，用来计算相位信息零频率点的分布.利用相位的零频率点分布构造了一个二元模板，使用该模板对本文提出的两次希尔伯特变换法产生的包裹相位图进行修正.对修正后的包裹相位图进行解包裹处理，可以得到连续的全场相位分布.对该方法用计算机模拟进行了验证.

针对传统偏振图像伪彩色融合方法存在的不足，提出了一种基于非负矩阵分解和IHS(Intensity Hue Saturation)颜色模型的图像融合方法.首先将偏振信息解析得到的各偏振参量图像作为原始数据集进行非负矩阵分解，得到三幅特征基图像，这些特征基图像包含了场景的大部分偏振信息；然后将三幅特征基图像经直方图匹配之后，分别映射到IHS颜色模型的三个颜色通道，最后变换到RGB颜色空间，得到融合后的图像.实验结果表明，该方法不仅具有较好的色彩表达能力，而且有效地突出了目标的细节信息，提高了图像的可判读性.

针对现有融合方法不易根据后续处理目的对融合规则进行自适应调整，不同方法的优点不易综合的问题，提出一个基于数据同化和差分进化算法的图像融合框架.在该框架下，将基于非采样下的Contourlet变换作为模型算子，离散小波变换作为观测算子，可根据后续处理对图像各个属性指标值的依赖程度确定各个属性指标的权重，构造由图像各个属性评价指标的加权和所组成的目标函数，再利用差分进化算法来优化目标函数，从而获取更合适的图像.二组实验从视觉效果和量化指标(标准方差、平均梯度、熵、空间频率及均方根交叉熵)两方面验证了该框架的有效性.

提出一种基于马尔可夫随机场改进的Metropolis模拟退火算法.该算法中阈值α的选取优化了Metropolis算法.根据Beyes理论将图像分割问题转化为最大后验概率求取问题，并给出了参量预测算法.在实验中，将本文提出的算法与ICM、传统的Metropolis和Gibbs采样模拟退火算法进行比较.结果表明改进的Metropolis算法在图像分割效率和分割准确度上都有明显的提高.通过混凝土CT图像分割实验，改进Metropolis的应用能够较完整地反映出混凝土材料的内部结构和缺陷.

一般的轮廓波变换只对信号的低频部分进行分解，却忽略了信号的高频部分，因而丢失了丰富的细节和纹理信息，为了克服这种缺陷，本文利用解析的双树复小波包变换和非抽样方向滤波器组，构造了复轮廓波包变换，并提出一种基于相邻系数阈值分类的复轮廓波包图像去噪算法.新的变换除了具有多分辨率、局部性、多方向性和各向异性的特点外，还具有平移不变性和更丰富的方向分量.仿真试验结果表明，构造的复轮廓波包变换能够有效地抑制伪Gibbs现象，并且保护更多的边缘和纹理等细节，其PSNR值和视觉质量均优于一般的去噪方法.

针对大孔径静态干涉成像光谱仪的成像特点，提出了一种基于三维小波变换的3DSPIHT算法结合ROI的图像压缩方案.对干涉高光谱图像序列进行了三维非对称离散小波变换.采用ROI方法对主要的光谱系数进行提升，以保护光谱信息.最后，对3DSPIHT算法进行改进，以有效编码干涉高光谱图像的小波变换系数.实验结果表明，该方法在8:1压缩比下可获得大于40 dB的峰值信噪比，同时有效地保护了光谱信息.

针对票据水印多目标检测过程中误检率和漏检率高的难题，提出了一种基于先验信息和多模板匹配的票据水印检测算法.该算法采用分级匹配的思想，首先选取初始水印模板进行单模板、粗匹配运算；然后利用票据水印的先验信息计算水印散布区间；接着在水印散布区间内进行多模板、细匹配运算；最后利用先验信息校验已检测到的水印位置，并估算未检测到的水印位置，降低水印检测的漏检率和误检率.仿真实验证明本算法误检率和漏检率低，可以有效地检测票据水印.

提出了基于空域双边滤波和双树复小波变换的图像去噪算法.该算法使用双树复小波变换对含噪图像进行多尺度和多方向的分解,对各个高频方向子带使用带有方向窗的局部维纳滤波算法进行去噪.在重构过程中,对每一个尺度上重构得到的低通图像使用空域的双边滤波算法进一步的去除噪声.实验结果表明本文提出的图像去噪算法获得了明显的去噪性能改善.

使用自行开发出的基于Web的gamma估计程序，分别通过Internet对CRT和LCD显示器在暗、微暗和办公环境三种观察环境下，进行了视觉估计显示器gamma精确度研究实验.实验得出：不同实验者估计偏差范围，对CRT和LCD显示器分别是0.13和0.20；估计与测量结果的平均误差范围，对CRT和LCD显示器分别是0.07和0.17；gamma估计基本与观察环境无关；观察视角对LCD显示器gamma值影响很大；显示器的“亮度”和“对比度”设置，不影响视觉估计结果.

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量了长焦透镜焦距，并根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.为获得条纹斜率，用CCD采集莫尔条纹图像后，利用数学形态学滤波方法进行图像滤波平滑等预处理，有效地增强了图像的对比度.通过二值化、细化获得单像素宽连通的条纹，通过对条纹进行标记, 为条纹斜率的直线拟合计算提供了可靠的数据，采用这些数据计算的焦距的误差为0.10%.