通过扩充激光跟踪仪的现有功能，提出了一种适用于非球面研磨和粗抛光阶段以及中低准确度非球面面形的快速检测方法.分析了测试原理，设计规划了检测流程.利用激光跟踪仪的靶标球对非球面表面进行多点接触测量，并将测量的结果与非球面CAD模型进行分析对比、处理和运算，获得非球面的面形分布信息.结合实例对一口径为420 mm×270 mm的离轴非球面进行了面形检测，并与零位补偿结果进行对比，结果表明,两种方法测试的面形误差分布是一致的，其峰谷值和均方根值的相对偏差分别仅为6.22%和3.37%.该方法无需其它辅助光学元件就能够准确地实现对大口径非球面面形的检测，测试数据处理和数学运算简单，实验操作简单易行.

为了对工业管道排放的污染气体的流速进行连续监测，设计了一种双路平行对射式烟气流速测量系统，并对基于光闪烁法测量烟气流速的相关理论进行了研究.利用相位屏技术对湍流介质中的光闪烁现象进行了理论分析，得到了用于工业管道烟气流速反演的光闪烁互相关的表达式.对烟气流速反演过程中平均流速的路径加权问题进行了探讨，给出了路径加权函数，数值模拟表明路径加权函数具有近似高斯线型的轴对称分布特性，反映出管道中心流速对于平均流速的较大贡献.在此基础上，分析了光源光谱对路径权重函数的影响，实验证明由于光源光谱具有一定的带宽，使得路径加权函数值有一定的变化，但加权函数的分布形状保持不变.对于平均流速的路径加权函数的分析为计算工业管道中烟气流速的空间分布提供了依据.

通过在金属表面刻成浅的垂直凹槽,并在槽内填充不同的介质,对金属表面浅槽周期结构上传播的表面等离子体激元的色散特性与填充介质的关系进行了研究.研究表明通过在周期凹槽内填充介质可以有效降低人工表面等离子体激元的渐近频率，并增强金属表面对电磁场的约束.分析了太赫兹波段金属的吸收损耗对人工表面等离子体激元特性的影响，结果显示基于填充介质的浅槽周期表面结构可以获得长距离传输以及场的亚波长约束.通过对波传输的数值仿真，验证了该表面结构在太赫兹波段良好的导波能力.这种表面结构对太赫兹波段新型集成导波器件的设计具有参考价值.

采用热极化技术对掺锗玻璃条形光波导进行极化，通过光纤连接 (单模) 的Mach Zehnder Interferometer 系统测量条形波导内诱导出的电光效应，系统地研究了大气环境下极化条件（极化温度、极化时间、极化电压）对电光效应的影响.结果表明：在最佳极化条件下（406℃、-2.4 kV、20 min），波导内的电光系数为rTM=0.059±0.001 pm/V, rTE=0.053±0.001 pm/V，且波导结构中存在一个较低的阈值极化电压（100 V）和阈值极化温度（80℃），此时在波导样品内仍能被激发出可观察的电光效应；实验还发现采用负极化诱导方式产生的电光系数较正极化提高15%左右.

针对目前红外焦平面光敏阵列中存在的占空比小、光能利用率低的实际问题，展开了正方形孔径球面微透镜阵列制作及其与红外焦平面阵列集成应用的研究.本文从红外焦平面光敏阵列特点入手，对比分析了正方形孔径相比于传统圆形孔径微透镜阵列在光能利用上的优势.提出正方形孔径微透镜阵列激光直写变剂量曝光制作技术，建立光刻胶曝光数学模型和正方形球面微透镜面型函数，以此为基础，编制直写设备变剂量曝光控制软件；利用长春理工大的学复合坐标激光直写系统和等离子刻蚀机进行相关工艺实验，制作了阵列256×256、单元尺寸40×40 μm2、球面半径60 μm、单元间距1 μm的红外石英微透镜阵列；并将其与相应阵列的碲-镉-汞红外光敏阵列进行集成.结果表明：微透镜的占空比达到95%，红外焦平面光能利用率从原来的60%提高到90% 以上.由此得出结论：变剂量曝光制作微透镜技术是可行的，正方形孔径球面微透镜阵列代替圆形孔径微透镜阵列，对于提高红外探测器的灵敏度、信噪比、分辨率等性能具备明显优势.

背向瑞利散射是光纤中一种重要的物理过程，利用该物理现象实现的光时域反射计是一种重要且常见的光纤测量设备.本文理论研究了任意波形的输入脉冲在光纤中的背向瑞利散射过程，导出了将瑞利散射看作为一种线性系统的冲激响应函数，讨论了方波与有振荡拖尾的注入脉冲的背向散射输出波形.对于方波注入，利用商用光时域反射仪表对理论进行了验证；对于有拖尾的脉冲，进行了实验研究，结果表明仿真与实验结果一致.

由于分布式光纤喇曼测温系统带宽不足，导致系统的空间分辨率低；当光纤的感温区域长度接近空间分辨率的时候，系统温度响应幅值不够，导致测温不准.为解决此问题，本文提出了一种线性修正算法；在分析温度与喇曼比值关系及系统的频率响应特性的基础上，建立了该算法的数学模型，搭建了基于单模光纤的10 km分布式测温系统，并利用该算法进行了相关测温实验.实验结果与理论分析一致，该算法能有效修正3~6 m光纤的温度响应幅值，使系统测温准确度达1℃，测量时间为40 s.本算法在不增加效系统成本的同时，克服了系统带宽不足，优化了空间分辨率、温度分辨率及测量时间.

基于倾斜光纤光栅耦合模理论，采用数值分析法研究了前后向导模耦合时倾斜角度和调制深度对倾斜光纤光栅反射谱的影响，以及导模和辐射模耦合时针对不同的入射光偏振态在倾斜角度、调制深度、光栅长度等不同时倾斜光纤光栅透射谱(或反射谱)的特性.研究结果表明，在前后向导模耦合时，不同偏振态入射光的光谱几乎相同；而对于辐射模耦合，由于反射谱的包络受消光系数的调制，而不同偏振态入射光的消光系数不同，并且倾斜角度越大不同偏振态的入射光的消光系数差别越大，故在研究辐射模耦合时需要将偏振态予以考虑.

基于边光原理和椭流线理论提出了均分配焦椭流线的非成像光学设计方法，通过对LED光源的能量均分、椭流线虚实焦点的配对和光学仿真优化三个规范步骤实现了应用于LED匀光管均匀配光的菲涅尔反射器的光学设计.分析了光源、反射器和投射目标面三者之间的复杂关系，为LED照明设计的优化提供了方便.仿真结果表明,LED匀光管管壁照度的均匀度超过0.93，有效降低了LED光源的眩光性.

为了准确、全面地揭示相机几何指标在立体测绘中的误差传播规律，研究了两线阵CCD相机几何指标差异与定位准确度之间的关系.针对两线阵立体测绘特点，分析了影响测绘定位的几何指标差异参量.在前方空间交会地面点计算公式的基础上，推导并建立了两线阵相机定位准确度模型，据此研究了内方位元素标定误差间的几何指标差异对定位准确度的影响规律.结果表明：主点位置x方向误差间的差异对定位准确度影响显著，当其值从1 μm增至2.5 μm时，定位准确度明显下降了60%，焦距f误差间的差异对定位准确度的影响几乎可忽略.本文所建立的模型与相关研究结论对两线阵CCD相机指标的量化与优化设计具有重要指导意义.

采用平面波展开法研究了四种二维光子晶体结构（圆柱介质柱四方晶格、圆柱介质柱三角晶格、正方介质柱四方晶格、正方介质柱三角晶格）的带隙宽度随介质柱尺寸变化的关系.使用平面波展开法计算常规晶格和表面缺陷晶格的模式并进行结果叠加，研究了各结构的二维光子晶体在带隙宽度最大时的表面模式.结果表明，同种晶格的光子晶体带隙宽度随着介质柱的尺寸增大呈先增后减趋势，存在最大值.随着表面介质柱尺寸的增加，四种晶格表面模式曲线均呈下降趋势.四方晶格光子晶体与三角晶格相比，表面介质柱尺寸的变化范围更大，但能获取表面模式频率范围较小.

对波包的任意傅里叶分量进行坐标变换后,利用转移矩阵法推导出波包斜入射情形下一维光子晶体的色散关系表达式，利用色散关系曲线分析得出波包斜入射的第一带隙结构，与以往平面波的第一带隙结构不同,波包的带隙宽度小于平面波的带隙宽度,并且在位置上前者带隙包含在后者内部.比较了一维光子晶体分别在波包入射与平面波入射情形下带隙位置和宽度,分析了波包中心入射角的变化以及波包的角分布范围的变化对带隙结构的影响，得到了一维光子晶体对波包斜入射的带隙结构的基本特征,确定了计算波包带隙能够近似当作平面波处理的条件.研究表明,波包的带隙结构受入射角大小和波包角分布范围的影响.入射角越小,波包入射的带隙结构越接近平面波；波包的角分布范围越小,光子晶体对波包的带隙宽度和位置越接近平面波.

研究了一种空气槽光子晶体微腔，这种腔是由在平板型光子晶体上引入一条宽度可以调节的线缺陷空气槽形成的.腔模的电场被强烈局限在空气槽中，由于介电常量的不连续性，电场得到很大的提高，同时模体积被大大地降低.数值模拟与分析了微腔的能带结构和场分布，考虑到腔模的谐振频率和对称性，发现一阶偶膜同时具有较高的品质因子和较小的模体积;应用有限时域差分法，得到腔模的品质因子可以高达106，模体积仅为0.02(λ/n)3.计算了一阶偶模谐振波长随空气槽宽度以及空气孔半径的变化，发现随着宽度的增加，波长越来越短.而随着空气孔半径的增加，波长近似线性地减小;当空气孔半径为170 nm时，可以获得最高的腔品质因子.

为了得到一维掺杂光子晶体的共振理论，建立了一维掺杂光子晶体的谐振腔模型，利用谐振腔的共振条件推导出缺陷模频率满足的解析公式，从理论上解释了产生一维掺杂光子晶体缺陷模的物理机理.利用频率的解析公式对缺陷模的频率随入射角、杂质光学厚度以及杂质折射率的变化规律进行了研究，解释了一维掺杂光子晶体缺陷模的变化规律.与特征矩阵法的计算结果相比，其结果完全吻合，从而证明了共振理论的正确性,弥补了一维光子晶体研究中数值计算方法的不足.

随着图像融合技术的发展，各种融合算法层出不穷，而很多情况下最终的融合图像是由人眼观察的，因此基于人眼视觉系统的图像融合质量评价显得尤为重要.为了能够模拟人眼对于融合图像的感知，得到融合后图像质量的客观评价，本文提出了一种基于色差理论的假彩色融合图像质量的评价方法.首先将源图像和融合图像转化到CIE L*a*b*均匀色空间，在频域对图像进行对比度敏感函数滤波，通过计算滤波后融合图像的色差判断图像的细节信息，在一定程度上色差越大信息越丰富；通过计算融合图像与源图像的色差判断融合图像与源图像的相关性，相关性越高，融合算法越好.通过融合图像的色差大小以及与源图像的相关性两个参量，得出融合算法的优劣.实验表明，与其他评价方法相比，本文提出的评价方法与人眼观察的结果较为一致.

无透镜傅里叶变换数字全息波前重建主要采用全息图的一次快速傅里叶变换方法，重建图像不能充分占有重建平面.本文基于像平面滤波技术，提出对物体局部区域光波场进行放大重建并让重建图像布满重建平面的方法，给出具有精细结构物体的数字全息波前重建实例.此外，将数字全息光波场重建视为具有方形出射光瞳的光学系统的相干光成像过程，导出了物体放大图像的分辨率与光学系统相关参量的关系，并通过实验给予证明.

设计了一套嵌入式平台上实现的视频目标跟踪系统.该系统采用CMOS图像传感器获取视频信号，利用Z228多媒体芯片自带的ARM9处理器完成视频信号的控制，并通过MPEG-4硬件编码器实现视频信号的压缩.用Mean Shift算法跟踪运动目标，针对其收敛的局限性设置多个搜索点来提高其跟踪效果.通过减少采样点和标记已计算点来提高代码运行速度，增强了跟踪的实时性.实验结果表明，本系统能以27 fps速率连续稳定地实现视频目标的跟踪.

由于水的表面易出现抖动或波动情况，而传统的显微镜成像需要精确的光学焦聚过程，因此不适于观察漂浮于水表面的血吸虫尾蚴.本文论述了用同轴数字全息检测血吸虫尾蚴的基本原理.通过对再现像进行小波分析发现，偏离焦点时的小波变换高频系数的幅值比聚焦时要小得多.针对这一特点，本文对小波变换清晰度评价函数进行了改进，将原来利用高频系数之和改为利用聚焦窗口中高频系数的最大幅值为清晰度评价依据.在模拟实验结果中清晰度评价函数极大值出现在再现距离与记录距离相等处，说明了该算法的准确性.建立了用于血吸虫尾蚴检测的实验装置，可方便获取普通显微图像及数字全息图.实验结果表明，本文提出的算法能实现实际情况下的数字全息自动聚焦，其再现像的分辨率与装有1倍显微镜头的数码显微镜分辨率相当，足以清晰地分辨出血吸虫尾蚴的尾部分叉特征.利用同轴数字全息技术可在水面与图像传感器之间的距离不确定的情况下实现对血吸虫尾蚴的检测.

提出了一种用于数码显微镜的非线性白平衡方法.以标准D65光源光照下孟赛尔色卡每个色块的XYZ三刺激值和所成图像中的RGB值为训练样本，用神经网络建立不同数码显微镜拍摄的RGB输出与XYZ三刺激值之间的关系；再通过Estevens矩阵把XYZ三刺激值转换成人眼感光器所接受到的刺激值，并进行非线性计算;最后把计算结果转换回RGB空间，从而得到白平衡后的图像.实验结果表明，该方法所得的白平衡校正结果更加接近标准白光照射下的图像颜色.在光源色纯度较高的情况下，采用调整通道增益的方法变化幅度较大，而采用本文提出方法结果更加稳定;特别是当光源的色纯度过大使得图像中某个颜色通道的值接近0的时候，用调整三通道增益的方法已经完全失去了校正作用，而采用本文中的非线型方法仍然可以得到好的校正结果.同时，此方法中建立的神经网络模型反映的是成像设备的RGB空间到XYZ空间的转换特性，对于不同的光照条件，此特性不变，因此对于不同光源不需要分别建立神经网络模型.

利用克尔介质、偏振分束器、半波片和对强相干探测场的零拍探测，呈现了一个关于制备四光子偏振Diche态、GHZ态和W态的方案，当前量子光学实验技术条件均能有效满足该方案的要求.强的探测模相继和多个信号模光子相互作用，每次对于探测模而言，都会产生一个相位旋转.接下来，对探测模利用零拍探测，信号模可以投影得到想要的光子偏振纠缠态.此外，为了展现所制备的纠缠态作为重要的量子信息资源的价值，基于交叉相位调制进一步提出了一个隐形传送三光子偏振纠缠态的实验方案.

在有效质量近似下，考虑强的内建电场和应变对材料参量的影响，变分研究了流体静压力对有限高势垒应变纤锌矿GaN/Al0.15Ga0.85N柱形量子点中重空穴激子的结合能、发光波长和电子空穴复合率的影响.数值结果表明，激子结合能和电子空穴复合率随流体静压力的增大而近线性增大，发光波长随流体静压力的增大而单调减小.在量子点尺寸较小的情况下，流体静压力对激子结合能和电子空穴复合率的影响更明显.由于应变效应，为了获得有效的电子-空穴复合过程，GaN量子点的高度必须小于5.5 nm.

利用热场动力学及相干热态表象理论,重构了有限温度下介观RLC电路的Wigner函数,研究了有限温度下介观RLC电路的量子涨落.借助于Weyl-Wigner理论讨论了有限温度下介观RLC电路Wigner函数的边缘分布,并进一步阐明了Wigner函数边缘分布统计平均的物理意义.结果表明: 有限温度下介观RLC电路中电荷和电流的量子涨落随着温度和电阻值的增加而增加,回路中的电荷和电流之间存在着压缩效应,这种量子效应是由于系统零点振动的涨落而引起的; 有限温度下介观RLC电路Wigner函数边缘分布的统计平均正好是储存在介观RLC电路中电容和电感上的能量.

信令是任何通信系统必不可少的重要组成部分，量子移动通信也不例外.然而，关于量子移动通信信令在相邻小区越区切换过程中的切换策略问题的研究迄今尚未展开.随着移动用户位置的改变，用户与基站间的纠缠度不断变化.本文提出了基于纠缠度计算的量子信令在相邻小区的越区切换策略.首先定义了信令纠缠度与距离的关系，然后研究了用户位置改变所导致用户与基站之间信令纠缠度的变化情况，提出了基于纠缠度阈值计算的切换算法.仿真结果表明，本文所提出的信令切换策略可靠性高，能够在各基站之间实现平稳切换.因此，本研究对于构造量子移动通信网络的信令系统及其标准的制定具有极为重要的技术支撑作用.

通过量子隐形传态只能单向传递信息，从某种意义上说，并不是真正的“通信”，本文提出一个由第三方控制的量子双向通信方案：通信双方经过幺正变换实现信息编码，然后分别对自己拥有的粒子进行贝尔基联合测量，公布测量结果，在控制方同意的情况下，实现量子安全对话，而控制方并不知道对话内容.由于控制方的加入，大大增强了量子对话的安全性，使得这一方案更趋完美.通过量子信道实现了经典信息的安全双向通信，它在未来量子安全对话、量子保密通信的实际应用中能起到重要的参考作用.