为了有效地降低突发包的丢失率和保证OBS网络中不同优先级业务的服务质量，提出了一种基于优先级与突发包分割的偏射路由机制.当冲突发生时，首先基于突发包的优先级进行“竞争突发包头部分割或者原突发包尾部分割”处理; 无冲突部分直接在事先预留的输出数据信道上处理，冲突部分的分割突发包根据参数可调的偏射路由机制被偏射到最佳偏射路径上.仿真结果表明，该机制能够有效地降低整个网络的丢包率和端到端的延时，并且得到高优先级突发包的丢失率和延时低于低优先级突发包.由此可知,基于优先级与突发包分割的偏射路由机制能够有效地解决突发包的冲突问题，从而提高整个OBS网络的性能.

根据超短脉冲在光纤中传输所遵从的高阶非线性薛定谔方程，采用分步傅里叶方法模拟了超高斯型超短脉冲在光纤中的传输演化.在零色散区对损耗、高阶色散、高阶非线性、啁啾等因素对光脉冲传输的影响进行分析并得出了一些结论：损耗对传输脉冲的形状影响比较小基本上可以忽略，对脉冲的幅度影响比较大.一阶孤子传输一段距离后稳定时的幅度和脉宽在传输时基本不变，是进行光孤子通信的理想载体，而高阶孤子在开始传输和传输过程中的幅度和脉宽变化较大.当这些因素共同作用时，对脉冲的传输特性有较大的影响.但通过合理的选择各个影响因素的参量，能得到一个比较适于信息传输的高阶孤子脉冲.这对通过提高入射光脉冲功率使光脉冲在光纤中形成高阶孤子来提高两光中继器之间的中继距离的研究有一定的参考意义.

理论分析了切趾弱双折射光纤布喇格光栅反射偏振相关特性与温度之间的关系.数值模拟了切趾弱双折射光纤光栅的反射谱、偏振相关损耗和差分群时延随波长变化曲线.实验测出了不同温度下反射谱、偏振相关损耗和差分群时延随波长变化曲线.根据实验结果对偏振相关损耗和差分群时延的变化情况作出了分析.反射偏振相关损耗呈现两个峰值，随温度增加两峰漂移程度相同，表明偏振相关损耗无明显差异.差分群时延最大值随温度增加成线性向长波方向漂移，证明了光纤光栅正交模损耗变化的等同性.综合理论分析与实验结果表明：切趾弱双折射光纤布喇格光栅的偏振特性随温度产生明显的变化，其正交模变化呈现等比例特性.

使用衍射光栅的分色分光方式一般以平行光入射情况为讨论基础，对于非平行光入射的情况讨论较少.本文基于菲涅尔衍射理论和角谱理论，将球面波与平面波的衍射波场联系起来，从而在传播函数中引入角度参量，结合分数泰伯效应的理论基础，推导出双波长宽角度入射光线经相位光栅衍射后的波场分布函数，并对推导出的函数进行数值模拟，得到像面不同位置衍射波场分布.与平行光入射时的标准波场分布相比较，得到宽角度入射时的衍射波场的横向展宽量和偏移量.通过调节光栅台阶的宽度，改变衍射场的展宽和偏移，使各个单一波长的衍射波场宽度小于光栅周期的一半，从而减少双波长光衍射波场的混叠.同时本文给出波场宽度与光栅台阶宽度的变化关系，选取光栅面上多个位置作为台阶宽度的计算点，并对整个光栅的台阶宽度进行曲线拟合，得到可以使双波长宽角度入射光实现良好空间分离的光栅参量.该结果可用于各类宽角度入射光线的光谱分离场合，如双波长成像、液晶显示和液晶投影等.

提出并实施了一种实验推定离子交换单模条波导折射率分布的新方法，给出扩散系数可用常量等效的离子交换条件，导出了条波导离子交换制备过程的两维扩散方程的一般解，拟合推定了离子交换条波导的折射率分布.多波长测试的折射率色散通过引入玻璃色散关系解决，样品测试中表征导模吸收损耗的传播常量虚部由KK变换确定.在此基础上，试制了光纤-条波导-光纤一体化传感器结构，验证实测了多种不同浓度的葡萄糖溶液，最低检测限为0.1 μM，实现了低浓度微量测试，验证了条波导传感机制的有效性.

通过平面波展开法研究了三角孔状光子晶体晶格的能带结构，并考虑了该过程的辐射损耗.用时域有限差分的方法模拟计算了对应六边形环行腔结构的光谱透射特性，得出优化的晶格周期和占空比.在C波段上，优化的结构达到了98.8%的光学选择比和32.9 nm的半高全宽.用光刻和反应离子刻蚀的方法对样片的加工过程进行了尝试并给出加工参量.搭建相应的系统测试了样片的光谱性能,结果表明:实际样片孔状的样片较之柱状样片更为稳定，而基于环行谐振腔的结构在未来有应用于滤波器、波分复用系统、微陀螺等领域.

亚波长微纳米结构表面具有优良的抗反射特性，本文以硅基太阳能电池响应光谱的300~1 200 nm为应用基础，利用时域有限差分法计算了表面面形、结构参量的占空比、高度和周期以及光波入射角等对二维微纳米结构表面反射特性的影响，并结合等效介质理论进行了进一步理论分析，结果表明：等截面光栅结构的反射率较大，结构参量影响也较小; 锥形渐变截面光栅结构的抗反射性能较好，且反射率随着占空比、结构高度的增大而显著下降; 同时，光波在光栅法线的±40°范围内入射时，反射率均较小.通过对亚波长微纳米光栅结构的反射特性的模拟和分析，为抗反射表面的设计和制作提供了基础.

利用新合成的复合纳米结构银/二氧化钛核壳纳米颗粒，研究了金属银纳米颗粒对碲化镉纳米晶层荧光的增强情况.结果表明，这种新型复合金属纳米结构能极大地增强发光纳米晶层的荧光强度.银/二氧化钛核壳纳米颗粒是以水合肼、硝酸银和四异丙氧基钛为原材料，利用胶体化学法在水溶液中合成.透射电子显微镜图片表明这种新合成的银/二氧化钛纳米材料基本上呈球形，有较为明显的核壳结构，中间黑色的核是银纳米颗粒，外层颜色较浅部分是二氧化钛壳层.另外，包裹二氧化钛壳层后，银纳米颗粒的表面等离子吸收带从409 nm红移至430 nm，也证实了这种新型核壳纳米材料的形成.将此合成方法得到的银/二氧化钛纳米颗粒和碲化镉纳米晶用旋转涂覆方法进行直接组合后，得到了银纳米颗粒对碲化镉纳米晶荧光的明显增强，并对其增强的物理过程进行了讨论.这种能够增强荧光团发光的新型复合银纳米结构将在发光器件、荧光成像、生物探测等方面具有一定的应用价值.

一氧化硅(SiO)薄膜是中短波红外区最常用的光学薄膜之一，高的聚集密度对于提升光谱稳定性和光学薄膜元件的品质非常重要.选用纯度为99.99%的SiO块状材料，在5×10-4 Pa背景真空中用钼舟蒸发沉积，石英晶振仪将沉积速率控制在1.2~1.5 nm/s范围，硅基片上的膜层厚度约为2.2~2.4 μm，在不同沉积温度下制备样品.用傅里叶红外光谱仪分别测试新鲜薄膜和充分浸湿薄膜的光谱曲线，根据波长漂移理论，计算出薄膜的聚集密度.结果表明：聚集密度随沉积温度的升高而增加，从常温沉积的约0.91上升到250 ℃沉积的0.99以上.

为了模拟红外制导时目标和干扰的等效辐射环境，并比较单色测温和比色测温两种方法在复杂环境下目标测温效果的差异，利用红外双色复合仿真系统对空间6 km处目标和干扰弹进行了实物模拟.通过准确标定的热像仪，采用单色和比色测温两种方法对不同温度的目标和干扰进行测试.利用经标定的中波热像仪和长波热像仪对黑体测温，黑体温度为(20~60)℃时，长波热像仪的绝对误差限为0.5 ℃; 黑体温度为(50~120) ℃时，中波热像仪的绝对误差限为0.2 ℃.当目标温度为500 ℃、干扰温度为1 000 ℃时，用长波红外、中波红外、比色方法测得的目标温度分别为28.5 ℃、148.3 ℃、322.4 ℃，干扰温度分别为56.7 ℃、223.2 ℃、660.1 ℃.实验结果表明，在复杂环境下采用比色测温方法更能真实反映目标的温度特性.

介绍了一种基于线结构光的机器视觉测量系统的光平面计算方法.该方法采用图像减影来获取光条图像，利用Steger算法提取图像中的亚像素光条中心点，再用正交直线拟合法计算图像坐标系下的光条直线方程.通过靶标特征点的世界坐标和交比不变性,计算线结构光在靶标平面上的世界坐标点,并将这些坐标点用正交平面拟合法计算得到光平面方程.为了提高整体准确度，本文对算法进行了细节优化，给出了标定系统的设计方案和实验过程.实验结果表明，该方法具有较好的鲁棒性和较高的准确度.

扫描镜的运动准确度直接影响成像光谱仪对地运动补偿效果，为此研制了一套扫描镜运动准确度测试设备对其进行测量.首先分析了扫描镜的运动补偿原理，从理论上给出了运动补偿曲线; 随后以15 m地面像元分辨率和系统调制传递函数下降2%作为依据分别确定了扫描镜的位置和速度准确度要求，列出了扫描镜运动补偿倍数与相对转速误差的关系.基于检定设备1/3法则提出了扫描镜运动准确度测试设备技术指标要求，接着以0.8″绝对式光电编码器为核心建立了一套扫描镜运动准确度测试装置，并从测试方法误差和编码器测角误差两方面对测试装置测角和测速准确度进行了详细分析; 最后采用研制的测试装置对扫描镜的运动准确度进行了测量试验.试验结果表明扫描镜位置准确度优于3″±1.2″，4倍补偿时速度准确度为5.6%±1.29%，6倍补偿时速度准确度为3.85%±1.29%，满足成像光谱仪对扫描镜运动准确度要求.外场成像图像证明本文提出的扫描镜运动准确度测量方法及设备可用于成像光谱仪扫描镜的性能检测与验收.

为了探索和发展瞬态激光干涉测量技术，本文从理论上对激光差频干涉测速度技术进行了分析，并对该技术的应用基础和发展前景进行了剖析.基于对该技术中关键技术的分析、讨论，提出了时分复用激光干涉测速技术的概念.充分利用了激光差频干涉测速技术中的延迟时间τ，在时间段0~τ和τ之后，激光干涉分别体现的是测位移技术和测速度技术，从而可较好地确定冲击与爆轰等物理过程中的第一冲击前沿的速度值(解决条纹丢失的不确定性); 同时在硬件要求不太高(降低对记录用示波器等的带宽和采样率的要求)的情况下，保证有较高的速度测量上限.结合爆轰与冲击物理过程特性的考虑，通过选择合适的干涉测试技术参量，设计并建立了光纤时分复用激光干涉测速系统，进行了时分复用激光干涉测速技术的初步应用研究，获得了较好的应用结果，从而验证了该技术的有效性.

当舰船目标距离红外/可见光复合导引头较远的时候，红外与可见光图像中的目标信息微弱，可供提取的特征较少且差异较大，传统的图像配准算法很难适用.针对该问题，本文提出一种基于传感器参量的图像配准算法，首先根据红外与可见光传感器的成像模型将图像配准分解简化为视场配准与平移配准两个相对分离的步骤; 然后利用传感器参量进行图像的视场配准; 最后基于海天线和水平高通能量分布确定匹配点完成平移配准.仿真实验结果表明，该算法具有较高的配准准确度，可以应用于实际远距离海上舰船的红外和可见光图像配准.

在增强压缩图像过程中，采用传统图像增强方法存在细节恢复困难，易产生块状效应等局限性，针对此问题，本文将Retinex理论引入JPEG2000压缩框架中，提出一种新的JPEG2000压缩图像增强方法.它将小波变换后的低频系数看作入射光分量，高频系数看作反射光分量，通过对低频系数进行两次非线性映射，来调整场景光照的动态范围; 通过调整高频系数，提高对比度，实现图像细节的整体拉升; 通过判断各子块的活动性，自适应来修改亮度量化表，达到可以保留更多的细节，抑制块状效应的目的.实验结果表明，该算法在增强效果、压缩质量等方面都有着较好的优势.

针对传统直线段检测算法计算量大、鲁棒性差的不足，本文提出了一种在数字图像中检测直线段的算法.图像梯度对于检测图像中的边缘结构具有重要意义，算法首先求取图像梯度的模值和方向; 然后根据梯度模值伪排序结果采用梯度区域增长方法扩张方向一致的邻域像素，得到的连通像素区域作为直线段候选区域; 最后用外接矩形描述候选区域，其长轴和短轴可作为直线段判定标准，满足判定标准的长轴就是所求的直线段，并用MATLAB对图像进行仿真实验.结果表明：本文算法耗时8.87 s检测出了108条直线段，与传统算法相比,不但耗时降低了17%,而且检测出的直线段增加了16%.

针对数字图像传输时经常面临JPEG压缩和几何攻击，提出一种抗JPEG压缩和几何攻击的鲁棒零水印算法.将原始图像分割成互不重叠的子块，对每个子块进行奇异值分解，对奇异值矩阵进行harr小波变换，通过比较相邻两个子块奇异值矩阵小波低频逼近子带对角线元素的均值大小关系产生零水印序列.数学理论分析表明:通过比较相邻两个子块奇异值矩阵所有奇异值的均值大小关系产生零水印序列,算法实质上没有对原始图像做任何改动，具有非常好的不可见性.实验结果表明,该算法在抵抗JPEG压缩和旋转、尺寸缩放、随机删除行列、偏移行列、打印-扫描几种几何攻击表现出比较强的鲁棒性.

基于制作全息灯箱背光源的需要，从色度上分析研究了发光二极管用于彩色全息图照明的可行性，对使用发光二极管和定向照明卤钨灯照明再现的彩色全息图进行了色度测量与评价.实验测量并计算了发光二极管与卤钨灯光谱功率分布RGB成分比，给出了在CIE1976均匀颜色空间中两种光源再现图像与原图像之间的色差.结果表明， 发光二极管用作彩色全息图照明光源是可行的，可以作为全息灯箱背光源.

针对大多数自动调焦函数不能克服对比度变化引起的调焦曲线失去理想特性、陷入局部极小值甚至失去单峰性等问题,介绍了Zernike正交矩，分析了各阶Zernike矩的调焦函数曲线并且提出了一种新的基于Zernike正交矩的自动调焦算法，定义了此算法的公式.与几种常用自动调焦函数在不同对比度条件下进行了调焦效果的比较分析，验证了通过调整各阶Zernike矩的权重系数、可以灵活变换调焦公式，能够适应不同对比度下的调焦过程.实验比较了基于Zernike正交矩的自动调焦算法应用于完全对称型物体和非对称型物体时焦效果的差别，证明了该算法应用于圆形或球状等完全对称型的物体时调焦效果较好.

利用光辅助电化学刻蚀方法，在厚度为425μm的5英寸硅片上，制作成深宽比达50以上的微通道板阵列结构.理论分析了影响微孔阵列形貌形成的关键因素，并结合实验条件，通过调整刻蚀电压值和根据莱曼模型修正实验电流值得到理想的孔壁形貌.结果表明，相比于目前在硅基上制作高深宽微结构的几种技术，光辅助电化学刻蚀方法能够实现孔壁光滑、面积大和深宽比高的微通道板阵列结构的低成本制作.

探测器光子响应非均匀性噪音会降低低照度情况下遥感成像系统的成像质量.针对这一现象，本文首先结合探测器的物理性质，对各种噪音源进行了研究; 建立了TDI CCD不同级数下的光子响应非均匀性噪音模型，随着曝光量的增加，光子响应非均匀性噪音也线性增加.其次根据曝光级数越多TDI CCD对非均匀性噪音的平滑效应越明显这一现象，提出一种光子响应非均匀性系数与曝光级数之间的关系式，并给出了利用TDI CCD输出图像提取光子响应非均匀性噪音的方法.最后建立了试验系统，通过试验对测试获得的光子响应非均匀性噪音与理论分析计算得出的结果进行了分析.

多晶硅表面制绒技术是太阳能光伏产业亟待突破的一个关键技术.本文根据多晶硅强酸制绒的基本原理，提出了表面活性剂钝化多晶硅表面以降低硅原子与酸反应速度从而改善多晶硅绒面形貌的方法.实验研究了不同含量的添加剂对酸液刻蚀多晶硅绒面形貌的影响，用扫描电镜观察对应的绒面结构，用积分反射仪测量其绒面的表面反射率.实验结果表明：加入活性剂后酸液能使多晶硅表面陷阱坑分布更加均匀，并且能有效消除产生漏电流的缺陷性深沟槽，样品表面反射率比较低，其表面反射率降低到21.5%.与传统酸液腐蚀的多晶硅绒面结构相比，陷阱坑密度明显增加，这种方法在多晶硅太阳电池的生产中是有价值的.

基于频率响应理论模型，分析了同轴封装的雪崩光电探测器的高频特性.包含芯片、键合金丝、跨阻放大器和同轴管座等各部分的高频特性及对器件高频特性的影响.通过调节封装过程中不同键合金丝引入的电感参量，可以得到不同现象的频率响应.最后考虑实际工程条件，优化得到了10 GHz的－3 dB带宽的同轴封装雪崩光电探测器件.

块匹配电子稳像算法是一种稳定性好、准确度高的电子稳像算法.块匹配算法在目标区域中从起始点到匹配点进行搜索时，需要对图像块进行反复匹配，计算量大、实时性差成为限制其应用的主要问题.本文从缩小块匹配算法搜索范围的思想出发，提出了一种利用时间序列预测来确定最优搜索起始点的电子稳像算法.根据图像序列全局运动矢量的内部统计特性，选择合适的时间序列模型; 采用AIC准则和Durbin-Levinson递推算法估计模型的阶次和参量，并通过残差检验对模型进行检验和更新.利用建立的时间序列模型和历史数据对当前时刻全局运动矢量进行最优预测，并将其作为搜索起点来进行下一步精确搜索.实验结果证明，时间序列预测方法有效缩小了块匹配算法的搜索范围，使计算速度得到较大幅度的提高，并可直接推广到其它电子稳像算法中.

研究了980 nm的垂直腔面发射激光器(VCSEL)欧姆接触技术.降低VCSEL的欧姆接触电阻，可有效地提高VCSEL的输出功率和延长其可靠性.P面采用高掺杂的P-GaAs/Ti/Pt/Au系统，N面采用N-GaAs/Ge/Au/Ni/Au系统，通过优化合金温度，得到了最佳优化合金温度为440 ℃，最低欧姆接触电阻值为0.04 Ω，同时对比了440 ℃和450 ℃器件的输出功率和转换效率之间的对比关系.测试结果表明，440 ℃器件的欧姆接触电阻0.04 Ω，峰值波长980.1 nm，光谱的半高宽0.8 nm，平行发散角θ‖ 15.2°，垂直发散角θ⊥ 13.5°，输出功率1.4 W，转换效率最大值为14.4%，而450℃的器件欧姆接触电阻为0.049 Ω，输出功率为1.3 W，转换效率为12.8%.通过优化合金温度能有效地降低980 nm的VCSEL欧姆接触电阻.