软X射线波段滤光膜材料大都为自支撑金属薄膜，实验室环境下自支撑薄膜长期与空气接触表面易氧化，空气中的杂质原子进入自支撑薄膜内部，致使自支撑膜光学性能大幅下降.5 nm至20 nm软X射线波段Zr具有较低的质量吸收系数和较小的密度，在该波段Zr滤光膜透过率较高.采用脱模剂法制备自支撑Zr膜，在洁净的浮法玻璃上蒸镀一层NaCl做为脱膜剂，直流磁控溅射沉积Zr膜，脱膜后的到自支撑Zr膜.为防止薄膜表面氧化及空气中杂质原子进入薄膜内部，在Zr膜两面各直流磁控溅射沉积一层10 nm厚的C或Si膜作为保护膜，得到C/Zr/C、Si/Zr/Si复合膜，测试结果显示C或Si膜的引入对于自支撑Zr膜光学性能基本无影响.

为了克服衍射效应对光声成像系统分辨率的限制，需要采用逆卷积方法进行图像反演.从理论上分析了声透镜成像原理，模拟仿真了声透镜的点扩展函数对声透镜成像系统分辨率的影响和维纳滤波解卷积方法复原光声成像的过程，并利用自搭建的声透镜光声成像系统进行了深入的实验研究，得到了物平面上相距4 mm和3 mm的两个黑胶带点的直接成像光声图以及经过维纳滤波解卷积方法得到的还原图，并进行了比较.仿真结果与实验结果一致表明：用维纳滤波解卷积方法可以提高光声成像系统的分辨率.

针对图像融合过程中边缘处理和区域一致性的问题，提出一种基于多重调和局部正弦变换的红外与可见光图像融合新算法.多重调和局部正弦变换的多重调和分量u代表了图像缓慢变化的“趋势”，在空域进行加权融合；残差分量v体现了源图像的“波动”，在傅里叶正弦变换域进行融合，以充分提取可见光图像的细节信息.由于不存在边缘效应，同时残差分量的傅里叶正弦系数具有高的消失矩，多重调和局部正弦变换应用于图像融合可取得较好的效果.多次红外与可见光图像融合实验证明所提算法有效提取了源图像有用信息，克服了多分辨率分析算法存在的边缘效应和区域一致性问题.

针对远距离红外探测目标信号的不确定性问题，提出一种稳健的红外信号匹配滤波新算法.定性分析了红外探测目标的有用信号谱畸变来源，基于巴什瓦定理建立了目标信号的不确定谱模型，并分析了信号谱畸变的相关因子.利用极大极小方法构建稳健匹配滤波的信噪比输出鞍点解，并基于内层极大和外层极小的二层遗传优化算法求解鞍点解和最不利信号频谱，采用经典匹配滤波设计方法得到稳健匹配滤波传输函数.仿真结果表明，弱背景噪音下稳健匹配滤波器的信噪比对接收信号畸变表现出不敏感特性，谱能量畸变的信噪比最大损失比例最高，谱相关峰畸变次之，谱相关畸变最少.

提出了一种利用Hough变换在图像中检测模糊直线条纹的有效方法. 将Hough变换对随机噪音不敏感的特性与Fourier变换的性质相结合, 可实现对图形中有相同周期条纹的检测. 该方法不针对单一条纹, 只识别相同周期条纹的总体特征, 能有效避免条纹部分缺失对检测结果的影响, 并能快速检测条纹的准确数量. 将该方法应用于数字全息干涉图的自动判读, 成功实现全息干涉条纹的自动识别和准确计数, 不仅避免了图像中条纹灰度不均匀、严重模糊的影响, 而且提高了数字全息干涉术的测试准确度和效率.

数字全息的再现光场相位一般具有较高的空间变化频率，而目前CCD、CMOS的空间带宽积还很有限，容易产生欠采样并导致包裹相位中有大量不可靠数据点存在，给最小二乘相位解包裹带来困难.本文将剪切干涉原理引入到数字全息再现光场的重构中，通过改变再现光场相位梯度的计算方法减少欠采样的影响,对现有的最小二乘相位解包裹算法进行了改进.模拟计算和实验验证表明:新方法得到的相位更接近实验值，具有比传统方法更强的抗欠采样能力.

在分析现有影像融合评价指标的基础上，根据人眼视觉特性，提出一种基于特征结构相似度的遥感影像融合评价指标.首先从原始影像和融合影像中提取空间特征和光谱特征，然后综合计算空间特征和光谱特征的结构相似度作为评价指标，达到评价影像质量的目的.通过对多种传感器获取的遥感影像进行融合实验，结果表明该客观评价方法与主观评价结果一致，是一种有效的遥感影像融合质量评价方法.

针对传统方法在提取城市不透水层中的许多局限性，采用两种非线性光谱混合分解模型，包括混合调谐匹配滤波和多层感知器神经网络，通过混合像元分解获取城市不透水层.混合调谐匹配滤波利用用户选择的端元，通过最大化端元响应并减少未知背景信息的影响，进行局部分解端元.多层感知器由多个感知器组成，能够很好的进行非线性学习.对Landsat TM遥感影像进行最大噪声分离，使其转换到另外一个特征空间.利用新生成数据集的前三个成分(占90%以上信息量)进行纯净像元提取，并利用N维可视化分析器寻找出四个进行分解的端元：植被、高反射率地物、低反射率地物和土壤。不透水层则由高反射率和低反射率两个分量估算而成。对不同模型提取的结果，利用QuickBird多光谱图像评价其准确性.实验结果表明人工神经网络的精度最高，即非线性光谱混合模型同样可以有效地提取不透水层，精度甚至优于线性模型.

鉴于偏振图像能够增强目标特性识别的特点，提出了可见光下景物偏振信息采集的偏振系统及偏振图像的小波融合算法.在小波系数的低通子带选用基于窗口能量的融合规则，高通子带选用窗口空间频率的自适应加权融合规则.其中自相关函数的设定、模拟退火优化算法的应用提高了融合算法的鲁棒性和自适应性，融合后的图像具有良好的主观视觉效果及客观评价性能，目标与背景的对比度得到显著增强.

除了采用距离选通等特殊机制来消除后向散射之外，水下激光成像系统作用距离的进一步提升依赖于对图像中噪音的有效抑制.在分析水下激光距离选通图像噪音特性的基础上，引入软形态学，设计了多方向结构元和极化软形态变换，组成开-闭级联滤波器.对于其中的重复度参量，以散斑指数和边缘能量为目标，采用离散差分算法优化.实验结果表明，该算法兼顾了对平滑能力和边缘保护的要求，具有更高的鲁棒性，性能优于Lee算法和基于非线性加权的多方向广义形态滤波算法，且具有一定的普适性.

由于现有的抵抗打印-扫描攻击的鲁棒数字水印算法缺乏抵抗二次打印-扫描的能力.本文利用子块的离散余弦变换域直流系数与所有子块直流系数的均值之间的大小关系稳定性，提出一种抗二次打印-扫描鲁棒零水印算法.通过对图像进行分块离散余弦变换，计算所有子块直流系数的均值;通过比较各个子块的直流系数与所有子块直流系数的均值之间的大小关系产生零水印.算法分别对抵抗一次打印-扫描攻击的鲁棒性、抵抗一次打印-扫描和常规信号处理混合攻击的鲁棒性、抵抗二次打印-扫描攻击的鲁棒性、抵抗二次打印-扫描和常规信号处理混合攻击的鲁棒性进行了测试.实验结果表明,该算法在测试中表现出很强的鲁棒性.

为克服当前偏振图像融合方法存在的不足,提出了一种基于颜色迁移和聚类分割的偏振图像近自然彩色融合方法.该方法首先将偏振参量图像映射到HSI颜色空间,再得到初步的融合图像后将它变换到YIQ颜色空间,并采用颜色迁移技术对其进行颜色修正.通过将修正后的图像变换到HSI颜色空间,并利用对线偏振度图像进行模糊C-均值聚类分割的结果调整融合图像的色调和色饱和度.最后,将处理结果变换回RGB颜色空间,得到最终的图像融合结果.实验结果表明,利用该方法得到的融合图像不仅与人眼视觉感知习惯一致,而且显著增强了目标与背景的对比度.

针对均值漂移跟踪算法框架不足以对目标帧间运动过大及快速尺度变化进行有效地处理，且单个图像特征对环境适应性较差.提出了一种特征自适应选择方法，通过分析目标与背景的特征区分度来选择出最有效的特征.将金字塔自适应分解和均值漂移跟踪结合，提出了金字塔均值漂移跟踪方法.采用背景加权直方图描述目标模板模型，核函数加权直方图描述候选目标模型，由粗到精定位目标，并给出了目标尺度自适应更新方法.多个视频序列的实验结果表明：本文方法能够有效处理目标快速运动、尺度变化、摄像机运动、局部遮挡等情况，实现复杂场景下的目标跟踪.

为了提高二次谐波产生转换效率，本文提出将一维周期光学超晶格两端贴上未被极化的厚度可以改变的非线性介质层，通过调整附加介质层的厚度来调制基频波的场，从而观察二次谐波产生转换效率的变化情况.结果表明:基频波场可以很大程度地调制二次谐波产生;随着能量的增加，二次谐波产生转换效率增加，随着能量的减小，二次谐波产生转换效率减小;当达到透射共振(透射率等于1)时，转换效率最大，此时相对于传统样品(将光学超晶格置于无限大的非线性背景中)，二次谐波产生转换效率最多可以提高到1.5倍左右；而相对于实际样品(将光学超晶格置于空气中)，二次谐波产生转换效率最多可以提高到3.3倍.因此可以得到结论：透射共振对二次谐波产生有增强的作用，可以很大程度上提高其转换效率.

利用由预估校正法和时域有限差分法求解全波Maxwell—Bloch方程得到的数值解，研究了超短脉冲激光在稠密的三能级原子系统中的频谱演化规律.研究发现：不管是在稀疏介质中还是在稠密介质中，由于自相位调制作用，频谱均被展宽，而在稠密介质中频谱的宽度要远大于稀疏介质中的情况，这主要是由于近偶极—偶极作用导致的.在稠密介质中，由于近偶极—偶极作用和自相位调制作用，频谱出现高频连续波，可以得到覆盖频率范围为10 ωp的超连续谱.

对快速数值差分递推公式进行了改进，使之能够求解带有脉冲自陡峭项和脉冲内喇曼散射项的非线性薛定谔方程.通过与传统孤子解析结果及分步傅里叶方法数值结果的对比分析表明,快速数值差分递推改进算法是一种快速而准确的数值计算方法，它不仅能够同步考虑光学媒质中的群速色散作用和非线性克尔作用，而且将所有高阶非线性项对光脉冲传输的影响也考虑了进去.运用该算法模拟了由于光纤非线性效应和群速色散效应共同作用所产生的超宽连续谱现象，为光学媒质中一系列非线性现象的模拟提供了新的研究思路.

将一种新的正交频分复用调制技术运用到大气激光通信系统中，分析了采用这种非对称限幅光正交频分复用调制技术的大气激光通信系统在大气湍流信道下的性能.在此基础上，把非对称限幅光正交频分复用调制方案与传统的开关键控及直流偏置光正交频分复用调制方案进行了比较，并在大气湍流信道中进行了仿真.仿真结果表明：非对称限幅光正交频分复用调制技术增强了系统对大气湍流的抗干扰能力，该方案可以满足大气激光通信系统的需要.

根据半导体光放大器中四波混频效应产生的等效折射率光栅理论，利用调制折射率和载流子寿命的物理现象模型推导并分析了信号光延时量与半导体光放大器注入电流、泵浦光入射功率、泵浦光与信号光的频率失谐量之间的定量关系，并采用半导体光放大器分段模型的方法进行了数值模拟.相比于目前从降速因子的角度定性分析频率失谐量对延时效果影响的方法而言，本文可以将延时量同实际实验中可控参量直接联系起来，对于指导实验更具有可操作性，并且分段模型的方法具有更高的精确性，通过与现有实验结果对比证明该计算结果与实验结论一致.

为实现毫米波信号的光学倍频法产生，利用相位调制器和光纤梳状滤波器，构建了光学倍频系统.其中光纤梳状滤波器由起偏器、双折射光纤和检偏器组成.理论分析表明，在该倍频系统中，通过对梳状滤波器双折射延迟量的选择，可有效地抑制非期望的奇次(偶次)谐波成分；通过对调相指数的优化，可进一步提高期望谐波分量的比例.仿真结果说明，利用该系统可有效地产生60 GHz的毫米波信号，并实现2.5 Gbps基带信号的传输.理论分析和仿真验证也表明，基于相位调制的光学倍频系统属于谐波倍频，而非扫频倍频.

针对光学系统中可见/红外宽光谱分色片的偏振特性, 采用诱导透射法设计了满足偏振遥感光学系统能量要求的可见/红外宽光谱分色片, 并对其偏振特性进行了分析. 通过计算获得了透射带400~900 nm可见/红外宽光谱分色片的偏振情况, 采用等效层理论在其基底背面设计了偏振调控膜系, 对分色片透射带的偏振度加以调控. 使用needle优化算法, 设定了不同优化目标, 得到了三种不同的设计结果, 在可见光波段的偏振度范围分别为0.013~0.0376、0.068~0.108和0.098~0.147. 设计结果显示分色片透射带偏振特性在一定程度上可调, 调控后可以满足系统对透射光在不同偏振度下的要求.

报道了采用两级级联双后向抽运的光源结构，实现高效率和线宽拓展的L波段掺铒光纤超荧光光源.通过数值模拟，研究了两级光纤长度分配和抽运功率比例对光源输出特性的影响.模拟表明，该结构可获得线宽拓展的平坦L波段光谱，相比常规L波段光谱线宽拓展了15 nm，达近60 nm.此外，抽运功率比例为1∶1时该结构的抽运转换效率最高.利用980 nm半导体激光器作抽运源，在抽动总功率206 mW时，实验上获得了输出功率62 mW，线宽56.6 nm的L波段光谱，抽运转换效率为30.1%.

提出了一种基于电光调制器的非线性光电延时反馈超混沌复用通信系统.与传统混沌通信系统不同，其混沌波形不是由激光器产生，而是由电光调制器产生，该系统具有非线性维数高、易于再生和精确控制的优势.介绍了信号调制反馈延时的编码方法和相关检测解码方法，数值仿真了三条支路的高速复用与解复用，分析了误码产生的主要原因，并进一步研究了光纤传输特性对该混沌复用通信系统的影响.结果表明:只要采用相应的增益补偿方案，光纤信道对混沌同步的影响会大大减小，系统能够成功解码原始信号.

利用光谱分析手段研究了熔融淬火法制备的Tm和Yb共掺杂的重金属氟化物玻璃ZrF4-BaF2-LaF3-A1F3-NaF的上转换发光性质.在980 nm连续激光的激发下，观察到了较强的363 nm(1D2→3H6)，347nm(1I6→3F4)和291 nm(1I6→3H6)的紫外上转换发光，以及中心位于454 nm，475 nm，643 nm，687 nm和 804 nm的上转换荧光.这些上转换发射所对应的f－f跃迁为1D2→3F4，1G4→3H6，1G4→3F4，3F3→3H6和 3H4→3H6.根据上转换发光强度随泵浦光功率的双对数变化关系得到，347 nm和363 nm的发光分别属于5光子和4光子上转换过程.结果表明：Tm和Yb共掺杂的ZrF4-BaF2-LaF3-A1F3-NaF玻璃可以有效地把近红外波段的激光转化成紫外波段的光.

采用溶胶-凝胶法制备了8 mol% Er3+掺杂单一Yb2Ti2O7相粉末.976 nm半导体激光器激发Er3+掺杂Yb2Ti2O7粉末获得中心波长524、548 nm的绿色和660 nm的红色上转换发光，绿色和红色上转换发光强度(Igreen、Ired)随激光泵浦功率的增大而增强，且绿色和红色上转换发光均为双光子吸收过程.随着Er3+掺杂Yb2Ti2O7粉末温度的升高，Igreen和Ired逐渐减弱但强度比Igreen/Ired逐渐增大，中心波长524和548 nm的绿色上转换发光强度比I524/I548也逐渐增大.绿色上转换发光与温度的依赖关系使得Er3+掺杂Yb2Ti2O7粉末在光学高温传感器方面具有潜在应用.

以输运理论的P3近似为基础，推导了空间分辨漫反射的一阶散射参量灵敏度的解析表示，并进行了数值分析，比较了散射参量对P3近似和漫射近似漫反射的影响.结果表明：在距光源两个输运平均自由程以内，该灵敏度与相应于漫射近似的灵敏度差别较为明显；距离光源约四个输运平均自由程附近，该灵敏度等于零，并且与光源之距与相应于漫射近似情况也不同；该灵敏度等于零的源-探测器之距随组织散射参量增大而减小，且组织吸收越弱这种变化越明显.本研究对于在一阶散射参量灵敏度等于零处，利用漫反射获取组织吸收信息具有重要的理论意义.

针对水下光脉冲后向检测装置中偏振检测系统的检偏角对激光脉冲后向散射特征的影响，首先运用光波在散射面的反射和折射理论，定性分析了偏振光在水中传输时，由于散射引起的退偏效应；然后采用线偏振激光脉冲作为光源，实验探测不同检偏角时的光脉冲后向散射信号；最后通过对比不同检偏角时，激光脉冲后向散射信号前沿位置、后沿位置、脉宽、峰值、形状和面积等特征的统计平均值，分析检偏角对激光脉冲后向散射特性的影响.实验结果表明:随着检偏角的增大，光脉冲后向散射信号脉宽变窄，形状变得平缓，峰值和面积减小；信号前沿和后沿位置向后移动，前沿的移动幅度远大于后沿；并且偏振检测系统对近处水域后向散射信号的滤除越明显.

基于对LD端面泵浦Yb∶KGW激光晶体工作特点的分析，建立了符合条件的激光晶体热模型.考虑晶体侧面的热对流，运用MATLAB和FORTRAN软件，通过有限差分法求解各向异性介质热传导方程，得到了该晶体的温度场分布、端面热形变分布和不同泵浦功率下的热焦距.结果表明：在泵浦功率为14 W时，泵浦面最高温度达272.8 ℃﹑最大形变为0.48 μm，光斑附近的热焦距为4.8 cm.

为了进一步研究Nd∶YAG陶瓷激光器的红光波段，研制了一台重复频率为1 000 Hz的670 nm电光调Q Nd∶YAG陶瓷激光器.采用三个激光二极管列阵侧面抽运掺杂浓度为1.1at%、尺寸为Φ3×50 mm2的Nd∶YAG陶瓷晶体，根据实验测量的陶瓷晶体热透镜焦距，优化设计了折叠腔的各个参量，并对陶瓷晶体及倍频晶体热焦距对晶体内光斑半径的影响进行了分析.采用LN晶体电光调Q、KTP晶体Ⅱ类匹配腔内倍频， 实现了670 nm的激光输出.当单脉冲抽运能量为144 mJ时，获得了能量为1.48 mJ，脉冲宽度为35 ns的红光输出，总的光-光转换效率为1.03%.

提出了傅里叶望远镜外场实验系统拼接主镜支撑结构，详细介绍了各组件施工及安装过程.该主镜由61块六边形球面子镜拼接而成，高6 m，宽5.5 m，是我国目前用于望远镜系统中能量接收面积最大的拼接主镜.子镜采用模块化设计，互换性好且均可实现3个自由度的精密调整.支撑桁架采用分体结构设计，便于拆装和运输；地基采用混凝土浇筑预埋型钢构件，各分体组件由螺栓与地基联接为一个整体，保证结构整体刚度的同时，也满足系统对温度的适应性.通过实验验证：该主镜支撑结构稳定性优于0.075 mrad，子镜指向调整准确度优于0.05 mrad，对已安装的8块子镜进行共焦试验，光斑质心重合准确度小于20 mm，满足外场实验对拼接主镜的技术要求.

采用直流磁控反应溅射法，在Si(111) 基底上成功制备了多晶六方相AlN薄膜.研究了溅射过程中溅射气压对薄膜结构和表面粗糙度的影响.结果表明：当溅射气压低于0.6 Pa时，薄膜为非晶态，在傅里叶变换红外光谱中，没有明显的吸收峰； 当溅射气压不低于0.6 Pa时，薄膜的X射线衍射图中均出现了六方相的AlN(100)、(110)和弱的(002)衍射峰，说明所制备的AlN薄膜为多晶态，在傅里叶变换红外光谱中，在波数为677 cm-1处有明显的吸收峰；随着溅射气压的增大，薄膜表面粗糙度先减小后增大，而薄膜的沉积速率先增大后减少，且沉积速率较大有利于减小薄膜的表面粗糙度；在溅射气压为0.6 Pa时，薄膜具有最小的表面粗糙度和最大的沉积速率.

将子孔径拼接技术与干涉技术相结合提出了一种新的检测离轴非球面的方法，该方法无需其他辅助光学元件就可以实现对大口径、离轴非球面的测量.对其基本原理进行了分析和研究；并基于齐次坐标变换、最小二乘拟合建立了综合优化和误差均化的拼接数学模型；开发了子孔径拼接检测非球面的算法软件，并设计和搭建了子孔径拼接干涉检测装置；利用综合优化的拼接模型对一口径为376×188 mm2的离轴非球面进行了拼接干涉测量，通过子孔径拼接算法得到了精确的全口径面形分布；且对该非球面进行零位补偿测量，其全口径面形与拼接全口径面形是一致的，面形分布的PV值和RMS值的偏差仅为0.047λ和 0.006λ.从而提供了除零位补偿检测外另一种定量测试大口径非球面以及离轴非球面的手段.

利用光学相干层析成像技术对强散射介质的光学特性进行了测量研究.通过理论模拟分析了镜面反射条件下散射系数及各向异性因子对外差效应因子的影响.提出镜面反射情况下利用广义惠更斯菲涅尔模型提取材料光学特性的算法.通过对不同浓度的IntralipidTM溶液的测量，获得了可靠的光学散射特性实验结果，并研究了散射系数与其浓度之间的关系，拟合结果显示散射系数与IntralipidTM溶液浓度近似呈线性关系.