理论模拟了激光束通过磁流体样品后产生的远场光斑图样, 提出了一种阈值可调光学限幅器的实现方案.计算了不同光阑孔径半径和不同光阑样品距离情况下, 系统的出射光功率与入射光功率的关系.得出了系统的光学限幅阈值随光阑孔径半径的增大以及光阑样品距离的减小而向高功率方向转移的结论, 且限幅阈值与光阑孔径半径之间呈线性关系.定义了描述磁流体样品特征的参量f, 发现了系统的光学限幅阈值随f的绝对值增加而减小.本文的结论能为实际的磁流体基可调谐光学限幅器的设计与制作提供有益的参考.

利用琼斯矩阵理论推导了光学双平衡式相干接收的原理, 得到了具有正交相关性的包含全部光学信息的IQ信号, 给出了基于IQ正交信号解调待测光信号信息的信号处理算法.基于该原理设计了一种高速微机电系统扫描式激光外差干涉仪, 得到了待测玻璃的厚度信息分布图.该干涉仪的波前相位差提取准确度可高达0.01 rad、测量速度可达40 frame/s、最大测量直径可达到300 mm, 在实时光学检测方面有广阔的应用价值.

以半导体侧泵钇铝石榴石激光器为泵浦源, 采用腔内泵浦两块三硼酸铯晶体, 产生满足高功率与高光束质量要求的三倍频355 nm紫外激光.通过使用法拉第旋转器谐振腔优化设计与热效应补偿提高输出光的光束质量, 并且使用体光栅作为输出镜, 在实现线宽窄化同时保持准相位匹配的高效性能.该光刻用紫外激光源成功地替代准分子激光器, 使用在一套大面积亚纳米级投影式光刻系统上, 工作时紫外光输出功率为4.37 W, 光束质量因子为2.27.

针对双延时和三延时互耦合半导体激光器系统, 研究了互耦合延时和互耦合强度对实时混沌同步质量的影响, 提出了双延时互耦合系统中可将其中一个互耦合延时看作反馈延时的思想, 揭示了多延时互耦合半导体激光器系统实时混沌同步条件和规律.研究结果表明, 多延时互耦合系统中, 某两条双向链路的互耦合延时比值为2, 是实现高品质实时混沌同步的基本条件；增大互耦合强度, 可以改善实时混沌同步品质, 且在较低的等效耦合强度条件下, 双延时互耦合系统较三延时互耦合系统更易于实现良好的实时混沌同步.

采用高温熔融法制备了组分为TeO2ZnONa2O的Tm3+离子单掺和Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃, 应用JuddOfelt理论计算分析了玻璃样品的强度参量Ωt(t=2, 4, 6), 自发辐射跃迁几率A, 荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等光谱参量, 测量得到了不同Yb3+离子掺杂浓度下玻璃样品的Tm3+离子上转换发光谱.结果显示, 在980 nm泵浦光激励下玻璃样品发射出强烈的近红外上转换荧光.对Tm3+离子上转换发光分析表明, 强烈的Tm3+离子近红外上转换发光主要来自于Yb3+/Yb3+离子间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb3+/Tm3+离子间的非共振能量传递过程, 并进一步计算得到了声子贡献比和能量传递系数.最后, 计算分析了Tm3+∶3F4→3H6能级间跃迁的1.8 μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数.研究表明, Yb3+/Tm3+共掺TeO2ZnONa2O玻璃可以作为近红外波段固体激光器的潜在增益基质.

采用溶胶凝胶法制备纳米级WO3, 掺杂不同含量的氯铂酸并混合搅拌均匀, 再进行热处理, 将所得粉体均匀涂覆在光纤光栅周围, 制备出具有氢敏特性的光纤光栅传感器.实验中, 通过改变氯铂酸掺杂量和热处理温度并进行XRD物相分析得：随着Pt∶W的降低以及热处理温度的升高, WO3的结晶度不断提高；通入不同浓度的氢气对传感器进行氢敏性能测试发现, 经过300℃热处理, Pt∶W为1∶9时, 对4%浓度的氢气能达到15 s的响应速度, 最高有140 pm的中心波长变化, 多次重复通氢气, 重复性良好；当热处理温度达到500℃时, 材料对氢气已经不敏感.

环境温度变化和振动会引起光纤马赫曾德干涉仪两臂相差随机性变化, 致使干涉仪输出不稳定.本文研究了自然条件下外界温度和振动对基于3×3耦合器干涉仪的影响, 分析结果表明, 温度和振动所引起的干扰主要集中于100 Hz以下的低频成分中.为了消除这些干扰, 设计了单臂补偿的反馈回路以稳定输出信号, 并提出了一种利用象限判决方法来区分反馈正负性的动态补偿方法.实验中利用3×3耦合器3个输出端中其中2个进行光电变换、差分放大等反馈电路后驱动管状压电陶瓷, 使缠绕在其上的光纤伸缩, 动态补偿干涉仪相差的漂移, 稳定干涉仪输出即3×3耦合器第三输出端口的信号.针对自然环境下温度和振动引起的干扰, 本文研制了一种稳定的动态补偿装置, 能有效抑制160 Hz以下的低频干扰, 实时补偿干涉仪两臂的相差漂移, 干涉仪输出稳定的干涉信号, 波动幅度小于5.64%.

介绍了紫外光大气传输理论和非直视单散射模型.在此模型基础上, 针对紫外光通信系统的结构设计对信道能量损耗的影响进行了理论上的定性分析.对不同天气、不同通信模式、不同几何结构参量条件下, 大气信道所产生的能量损耗进行了定量仿真.仿真结果表明：能量衰减随通信距离的增加而增大；不同能见度条件下, 能量衰减随通信距离的递增程度不同, 能见度越高能量衰减越小, 可实现的通信距离越远；通信距离随发射仰角的减小而增加, 随接收仰角的减小而增加, 且发射仰角对通信距离的影响程度大于接收仰角；通信距离随发射束散角的增加而增加, 随接收视场角的减小而增加, 且接收视场角对通信距离的影响程度远大于发射束散角.

针对全光纤激光雷达中空间光场与单模光纤的耦合问题, 设计了基于非球面透镜的望远镜光纤耦合系统.利用ZEMAX软件以单模光纤耦合效率为优化目标对其结构参量进行优化设计, 然后分别用LED和激光器作为光源进行初步实验, 比较直接耦合和非球面透镜耦合效果.实验结果表明, 采用非球面透镜耦合可使多模光源的耦合效率比直接耦合增加约47%, 与仿真结果45%非常接近, 且不同芯径耦合光功率之比大略等于芯径比平方；而该耦合方式可使单模光源的耦合效率增加约20%, 且耦合进不同小芯径光纤的耦合效率之比约为其芯径比平方的2.4倍, 这对构建全光纤转动喇曼激光雷达系统具有重要意义.

为了校准光纤光栅水听器的灵敏度, 开展了光纤光栅水听器灵敏度校准技术研究.本文首先介绍了光纤光栅水听器的工作原理；其次, 采用可调谐激光器和带工作点控制的强度调制法, 实现了光纤光栅水听器的信号解调和稳态测量；在此基础上, 利用比较法建立了一种光纤光栅水听器校准系统, 校准频率范围为20 Hz～10 kHz；最后, 在该频率范围内对采用等效相移布喇格光栅研制的一只光纤光栅水听器的灵敏度进行了校准, 对系统的测量不确定度进行了估算.结果表明, 该系统可准确校准光纤光栅水听器的灵敏度, 扩展不确定度为0.9 dB(k=2).

提出了一种改进块匹配宏块分布排列的快速传感器电子稳像算法, 通过陀螺传感器测量摄像系统的抖动, 利用小范围快速块匹配算法估计局部运动矢量, 再运用最小二乘法解算全局运动矢量.小范围快速块匹配算法得到的局部运动矢量准确度高, 仅需部分局部运动矢量即可准确解算出全局运动矢量.基于此在保证运动矢量准确度情况下, 对块匹配宏块的分布排列进行了改进, 从而减少匹配宏块数量加快算法速度.通过对宏块网格模型的分析, 得出对小范围快速块匹配算法进行宏块分布改进的方案, 进而设计出快速传感器电子稳像算法.仿真及实验表明：运算时间提高89%左右, 且算法准确度略高于改进前算法.

针对压电陶瓷在光刻机投影物镜中作为像质补偿镜组促动器的特定应用要求, 对一种以集成运算放大器构成的压电陶瓷驱动器的动态性能进行了研究.首先, 针对驱动器系统中集成运放固有频率特性对动态性能的影响进行了分析, 确定了外部补偿网络的参量.然后, 针对驱动器系统大容性负载对动态性能的影响进行了分析, 提出了隔离电阻的补偿方法.最后, 讨论了驱动器系统中寄生电容对动态性能的影响.计算表明：补偿后的压电陶瓷驱动器系统相位裕量为79°, 阶跃响应无超调量, 调节时间为5 μs.基本满足压电陶瓷在光刻物镜中作为像质补偿镜组促动器的稳定性强、响应快速、超调量小等动态要求.

采用COMSOL Multiphysics 3.5a有限元分析软件中的RF模块对3种硅片绒面的陷阱坑形貌(轻度腐蚀、正常腐蚀和过度腐蚀)的光学性能进行了数值模拟.通过求解麦克斯韦方程组和材料本构方程, 获得了3种陷阱坑的表面电场z分量、表面磁场y分量和反射率的变化规律.结果表明：当波长为600 nm时, 轻度腐蚀陷阱坑的表面电场z分量和表面磁场y分量的数值最小, 反射率最高(约为35%)；正常腐蚀陷阱坑的表面电场z分量和表面磁场y分量其次, 反射率约为17％；过度腐蚀陷阱坑的表面电场z分量和表面磁场y分量的数值最大, 反射率最低(约为10％).通过实验和模拟结果对比可知, 模拟值和试验值的反射率变化趋势基本一致, 两者吻合较好, 可为实际生产和试验提供理论参考.

针对白光LED光谱与自然光谱的不同, 讨论了采用光学薄膜改善白光LED光谱的可行性, 同时提出了一种利用光学薄膜消除白光LED发光光谱中蓝光成份的方法, 设计了光学薄膜的透过率曲线, 并分析了其可行性.针对单色LED光谱随温度不同发生变化的特点, 根据分析样品在4.9°、24°和49°三种环境温度下的光谱分布, 设计了一种光学薄膜的透过率曲线, 分析利用该设计薄膜改善单色LED光谱温度稳定性的可行性及结果.研究结果表明, 在保证白光LED出光效率的前提下, 仅靠在发光芯片上镀制光学薄膜的方式并不能改善光谱的结构, 而使之与自然光中的可见光谱相似.采用设计的光学薄膜, 可以消除白光LED发光光谱中的蓝光波段, 提高光谱的舒适性.在4.9°、24°和49°三种环境温度下, 利用设计的薄膜可将分析LED的发光光谱的中心波长稳定在700 nm附近, 相对发光强度稳定在0.2附近, 不同温度时光谱分布的相似性也有了较大的改善, 研究结果有助于LED照明光源的进一步应用.

在室温及不同的氧氩比条件下, 采用射频磁控溅射Ag层和直流磁控溅射SnO2层, 在载玻片衬底上制备出了SnO2/Ag/SnO2多层薄膜.用霍尔效应测试仪、四探针电阻测试仪和紫外可见近红外光谱仪等表征了薄膜的电学性质和光学性质.实验结果表明：当氧氩比为1∶14时, 所制得的薄膜的光电性质优良指数最大, 为1.69×10－2 Ω－1；此时, 薄膜的电阻率为9.8×10－5 Ω·cm, 方电阻为9.68 Ω/sq, 在400~800 nm可见光区的平均光学透射率达85%；并且, 在氧氩比为1∶14时, 利用射频磁控溅射Ag层和直流磁控溅射SnO2层在PET柔性衬底上制备出了光电性质优良的柔性透明导电膜, 其在可见光区的平均光学透过率达85%以上, 电阻率为1.22×10－4 Ωcm, 方电阻为12.05 Ω/sq.

X光晶体本征参量的实验标定是准确鉴定X光晶体种类和品质,研制各种类型晶体谱仪,X光线谱定量测量和高分辨X光单能成像的基础.基于X射线衍射仪, 通过制作平面晶体样品架,采取控制X射线管电源、滤波片选取和厚度控制等措施, 极大地抑制了CuKβ及韧致辐射, 使X射线管光源CuKα单能化, 提出了用滤片作为光源单能化的判据.对X光线谱测量中常用的X光分光晶体季戊四醇［PET(002)］的晶格常量2d和CuKα能点的积分衍射效率Rc进行了标定方法研究, 其标定值分别为(0.874 25±0.000 42)nm和(1.759±0.024)×10－4 Rad.基于X射线衍射仪的X光晶体本征参量的精密实验标定方法既快速高效, 且十分方便和灵活.通过更换衍射仪的X射线管靶材, 采取类似方法, 可以标定其它能点的晶体积分衍射效率, 可为X光晶体的本征参量库提供更多的标定数据.

基于椭圆形光强分布光栅投影测量物体三维面形的方法, 将椭圆形光强分布光栅投影到被测物体表面, 用摄像机获取变形条纹图, 通过系统参量和条纹图携带的相位信息求解出物体的三维面形.推导出通过椭圆形光强分布光栅条纹求解相位的计算公式并对提出方法作了计算机仿真.实验结果表明该方法可以比较准确地测量物体的三维面形,在噪音较大的情况下测量结果仍具有较高准确度.

利用全量子理论, 在非旋波近似下,对与级联型三能级原子相互作用的二项式光场的光场压缩效应和原子布居几率进行了精确求解.讨论了二项式光场参量η对光场压缩效应的影响, 同时也讨论了二项式态光场的最大光子数M对原子布居几率的影响.数值计算结果表明：随着二项式光场参量η的增大, 光场压缩效应的持续时间先增大后减小.在非旋波近似下, 由于虚光子的影响, 光场压缩效应的演化曲线出现了“小锯齿状”的振荡；随着二项式光场的最大光子数M的增大, 原子布居几率回复塌缩周期逐渐增大, 并且原子布居几率在塌缩区不能完全塌缩, 而是出现了“小锯齿状”的振荡.另外文中也讨论了非旋波项对系统量子特性的影响.

本文研究了双光子过程原子与耦合腔相互作用系统中腔场的压缩效应和反聚束效应.考虑系统总激发数等于2的情况, 利用数值计算方法讨论了腔场间的耦合强度变化和原子与腔场间耦合强度变化对反聚束效应的影响.研究结果表明：腔场不呈现出压缩效应;腔场的反聚束效应与原子与腔场的耦合系数之间, 以及与腔场间的耦合系数之间都存在着非线性关系.

量子卫星通信能够解决量子移动通信在航海、航空领域中对于远距离和大范围的需求, 而星上交换是量子卫星通信的关键技术之一.本文以低轨道量子卫星通信星上交换为研究对象, 提出了一种新的星上交换算法——终端测距法.利用该算法测得终端到相邻小区中心的距离, 并将测得的数据上传给当前服务卫星系统, 再由卫星系统通过比较距离大小决定终端是否切换.数学分析和仿真结果表明, 该算法可靠性高、操作方便, 能够在各卫星之间实现平稳切换.

对孙莹等提出的利用GreenbergerHorneZeilinger态实现的可控量子秘密共享协议AliceBob信道和AliceCharlie信道窃听检测的虚警概率进行分析, 指出该协议窃听检测虚警概率不为0的原因在于窃听检测测量基选择的随机性.然后, 提出一种改进的利用GreenbergerHorneZeilinger态实现的可控量子秘密共享协议, 以确定性的方式选择窃听检测的测量基.理论分析表明, 改进的利用GreenbergerHorneZeilinger态实现的可控量子秘密共享协议不仅能够以原协议2倍的概率发现任何一个内部不可信方, 从而具有更高的安全性, 而且窃听检测虚警概率达到0.

曲波变换是一种更适合于图像处理的多尺度几何分析方法, 具有比小波变换更强的方向选择和辨识能力, 而且对图像边缘的表达更优于小波.结合色度饱合度亮度变换将其应用于合成孔径雷达图像和多光谱图像融合可以更好地表示图像中的有用特征.首先对多光谱图像进行色度饱合度亮度变换, 得到亮度分量I, 对雷达图像和I分量进行曲波变换得到粗尺度系数和细节尺度系数;将雷达图像的粗尺度系数和细节尺度系数进行叠加, 计算归一化的曲波系数直方图, 定义边缘有效因子, 利用合成孔径雷达图像的特征信息将曲波变换系数分为均匀区、非均匀区和亮点目标区.然后采用相应的融合规则对融合图像的粗尺度系数进行处理, 对细节尺度系数采用简单的直接取大方法, 逆变换后得到新的亮度分量.用新的亮度分量替代原亮度分量进行逆色度饱合度亮度变换得到最终融合结果, 利用统计类指标对融合结果进行评价.实验结果表明, 该方法在保持光谱信息和提高空间分辨率上都有较好的效果.

合成孔径雷达图像中乘性噪音的存在使合成孔径雷达图像分割变得非常困难.针对这一难题,本文以提高分割准确度,保护图像的几何结构边缘和提高算法的鲁棒性为目的,提出了一种适用于处理合成孔径雷达图像分割的新模型.新模型结合合成孔径雷达图像的区域和边缘信息,首先通过引入非凸的正则化项,定义了能量泛函;然后极小化能量泛函,建立了水平集函数演化的偏微分方程;最后对水平集演化方程的数值求解,实现了对合成孔径雷达图像感兴趣区域的分割.分别采用仿真图像和实测合成孔径雷达图像对新模型进行验证,结果表明,新模型对合成孔径雷达图像具有很强的边缘定位能力,能使目标区域分割更完整.

剪切散斑干涉术中, 普遍采取相移法提取相位, 只可得到被包裹的相位信息, 进一步量化计算之前, 必须展开相位, 但是大量的散斑噪音使相位展开变得非常困难.本文提出基于图切割理论的相位展开算法, 将相位展开等价于整数的最优估计问题, 通过最小化能量函数展开相位, 无需对散斑包裹相位图进行滤波, 就可以从包含大量散斑噪音的包裹相位图中准确地提取出真实相位, 极大程度地保留了相位包裹图中的细节信息.对于同一幅模拟的散斑包裹相位图, 传统的质量导向枝切法和最小二乘法的均方根误差分别为11.707 6和4.977 5, 新算法的均方根误差则为0.945 9, 数值模拟与实验结果均验证了新算法优良的抗噪性能.