针对单蓝光波长芯片与Y3Al5O12∶Ce3+黄光荧光粉封装白光发光二极管存在显色性不足的问题, 提出了采用双蓝光波长芯片激发Y3Al5O12∶Ce3+黄光荧光粉实现高显色性白光发射法, 并分析了其可行性. 利用金属有机化学气相沉积系统在(0001)蓝宝石衬底上顺序生长两个In0.18Ga0.82N/GaN量子阱和两个In0.12Ga0.88N/GaN量子阱的双蓝光波长发光二极管, 并对不同GaN垒层厚度的双蓝光波长发光二极管的光电性能进行分析, 结果表明沿n-GaN到p-GaN方向减小GaN垒层厚度能实现双蓝光发射, 并有较好的发光效率. 交流阻抗谱结果显示相关双蓝光波长发光二极管可以用一个电阻Rp与电容Cp并联后与一个Rs串联电路来模拟, GaN垒层变化能调节并联电阻和电容, 对串联电阻没有影响. 此外, 基于垒层减小的双蓝光波长芯片激发Y3Al5O12∶Ce3+荧光粉实现了高显色指数的白光发射.

基于周期极化铌酸锂波导，提出了一种采用和频产生与差频产生级联的全光单光子波长变换方案.在海森堡绘景下,通过非线性变换过程的哈密顿量求解了目标单光子信号的湮灭算子，进而根据变换前后的光子数算符之比得到了单光子波长变换的效率.分析了和频产生过程以及差频产生过程中单光子的转换效率与泵浦功率之间的关系，证明了存在最佳泵浦功率使得量子态能够完全转移.数值分析结果表明，当上变换（和频产生）泵浦光功率为65 mW、下变换（差频产生）泵浦光功率为150 mW时，由1 550 nm到1 530 nm的单光子波长变换可达到61%的转换效率.给出了级联单光子波长变换的实验装置，包括周期极化铌酸锂波导、泵浦激光、准单光子信号源、滤波等光学元器件、单光子探测器和同步线路.

针对以发光二极管为背光源的平板显示对人体生理节律等非视觉的影响，采用节律因子评价模型设计了实验系统.通过全空间平均辐射法，采用国际电工委员会标准中平均图像电平的节目画面，测量显示不同图像时以发光二极管为背光源的平板显示器光辐射的节律因子.结果发现: 以发光二极管为背光源的平板显示器在显示白场和大部分彩色图像时的节律因子为5.0以上，其非视觉效应比普通照明要强得多，且与显示的图像内容密切相关;该平板显示器的光学辐射对人体生理节律等非视觉具有不可忽视的影响.

结合亚单层的有机发光技术, 制备了一种多层有机电致发光器件，其结构为ITO/ m-MTDATA (50 nm) / C545T (0.05nm) /DPVBi (d nm)/DCM2(0.05nm)/ Alq (60nm) /LiF(1nm) /Al.荧光材料C545T和DCM2以亚单层的方式插入DPVBi前后，通过改变DPVBi的厚度，观察器件性能的变化，当DPVBi为4 nm时，器件在4V电压下最大发光效率是4.19 cd/A，在13 V电压下最大亮度是17050 cd/m2.分析对比了四种不同厚度器件的电流密度-电压曲线、亮度-电压曲线、电致发光光谱图和色坐标，发现选择合适厚度的激子阻挡层，可以得到效率较高的器件.激子阻挡层一般选择载流子传输能力较差，HOMO能级较低的材料.所得结果对有机发光器件尤其是采用亚单层有机白光器件的设计和制作有一定的指导作用.

利用反射式光栅和分布布喇格反射镜的反射特性, 分别从光栅耦合器的侧面和底部对光进行高反射, 通过合理选取反射光栅和耦合光栅的间距使两组光栅的反射光实现相消干涉来减弱耦合光栅在实现垂直耦合时存在的负二阶反射, 从而设计出高效率垂直耦合的光栅耦合器.采用本征模展开方法, 模拟计算了垂直耦合光栅耦合器的耦合效率随不同结构参量而变化的相关特性, 在绝缘体硅平面波导和单模光纤之间对波长1 550 nm的光获得了最高89%的耦合效率.所得结果对实际垂直耦合光栅耦合器的制备具有一定参考价值.

为提高阳光利用率和光电转换率，研究了聚光内球面太阳能电池的主要性能，设计了聚光内球面太阳能电池的结构.通过菲涅耳聚光镜将太阳光聚光后射入内表面制备了多晶硅光伏电池的球腔内，在内球面上实现了聚光光伏效应.利用腔内光子气体模型分析计算了内球面上的光照强度，提出硅光电池上的最佳光强概念，计算了在内球面多晶硅电池半导体层厚10 μm时最佳聚光倍数为18、层厚5 μm时最佳聚光倍数为9.应用有限元分析法讨论了聚光内球面太阳能电池系统的温度，在AM1.5，8倍聚光条件下，光伏电池最高温度353.15 K，处于正常工作范围.采用主动风冷或水冷方法提高对流换热系数可大大降低光伏电池温度，稳定工作效率.通过分析硅光电池效率制约因素，设计了内球面光伏电池的优化结构，填充因子可达0.85,阳光辐射功率为800 mW/cm2时,聚光内球面太阳能电池效率将超过33%.

为了评定基于室温中红外HgCdTe光导探测器的氟化氘激光阵列靶斑仪系统的测量不确定度，需要对HgCdTe光导探测器响应率的温度特性进行定量分析.理论分析了室温中波红外HgCdTe光导探测器响应率与温度和波长的关系，得出了在一定范围内探测器响应率可以近似表示为温度和波长变量分离函数形式的假设.采用波长为3.8 μm和1.31 μm激光光源，分别测量了在－40℃~+30℃温度范围内室温中波红外HgCdTe探测器响应率变温特性，实验结果验证了在测量不确定度范围内假设的正确性.基于此结论，提出了一种高效标定HgCdTe光导探测器在氟化氘激光波长处响应率温度特性的实用方法.

为了获得有宽频带、小色散、高偏转灵敏度的偏转器件，设计了一种行波偏转板.用商业电磁模拟软件CST频域有限元法研究了条纹相机行波偏转板的通频带宽，用时域有限积分法研究了行波偏转板色散曲线、特性阻抗随频率变化曲线以及对电子束的偏转特性.对行波偏转板和传统平板偏转器的偏转灵敏度进行了对比.模拟了正弦扫描电压信号下行波偏转板中的电场分布.结果表明:尖头形偏转板的通频带宽大于圆头形偏转板通频带，且通频带宽随管脚长度增加会变窄，最大通频带宽为7 GHz；行波偏转板的相速度和群速度会随频率的增大而减小，且随着频率的增加，特性阻抗会出现一个峰值；相同尺寸行波偏转板比平行板结构偏转板对电子束的偏转灵敏度高两倍以上；正弦扫描电压在板间产生的电场呈周期性，行波偏转板有较宽的通频带，在较宽的频带内色散小，可以有效使电子束发生偏转.

航天立体测绘相机受卫星发射过程的振动、冲击以及复杂的空间环境的影响，相机的靶面将不同程度地偏离相机的焦平面，导致图像分辨率下降.对于测绘相机，其主点位置和主距变化量直接影响地面目标定位准确度.为了弥补利用编码器进行检焦的不足，提出了一种基于像散量的检调焦方法.该方法采用四象限光电探测器测量相机靶面变化引起的像散量，参照已标定的靶面位置与像散量之间的关系，计算出靶面偏离相机焦平面的实际大小和方向.这种检焦方法包含引起相机靶面离焦的所有因素，试验结果表明，基于像散法的测绘相机调焦机构的分辨率可达0.025 mm.

在空间无线通信的研究应用方面，微波和激光通信技术已比较成熟，但是也存在传输距离、通信速率有限等瓶颈问题，严重制约未来的深空应用. X射线由于波长短、穿透能力强，当X射线光子能量大于10keV（λ<0.1nm）时，在太空中几乎是无衰减的传输. 因此可望在较小的体积、重量、功耗下实现远距离太空传输. 然而，在我国对于X射线通信的应用研究目前尚属空白，美国航空航天局也刚刚提出并将此技术称为“革命性的概念”. 因此，利用X射线作为信息载体的新概念空间通信方法的研究具有重要的科学意义及应用前景，X射线通信技术不仅将对已有的微波和激光通信技术起到很好的补充，而且还能在微波和激光受到屏蔽的通信场合发挥独特作用. 开展基于X射线的深空无线通信技术研究，主要包括开展X射线空间通信的传输理论研究，开展大功率、宽频带（GHz）X射线脉冲调制发射技术的研究，开展快速、极微弱X射线探测技术的研究，开展X射线深空通信的捕获、跟踪与对准技术的研究，以及开展高效率纠错编码理论与技术的研究.

光纤布喇格光栅器件应力疲劳特性严重影响着光纤光栅应变传感器的长期可靠性，为了评估光纤光栅器件的应力疲劳特性，分析了光纤光栅应变传感器的封装结构对疲劳评价的影响，并以表面直接粘接的简化模型评估了光纤光栅器件的应力疲劳特性.从简化模型的基本力学与光学特性出发，提出以光谱特性的边模抑制比和带宽作为评价光纤光栅器件疲劳的指标体系，以传感特性的灵敏度、线性度和应变传递效率作为评价粘接层疲劳的指标体系.设计了基于等强度梁的光纤光栅器件加速疲劳实验，疲劳的应力幅度为500微应变，频率为18赫兹；1000万次疲劳实验后，三支光纤光栅的带宽平均增加2.07%，平均应变传递效率和平均灵敏度分别下降4.5%和3.9%，实验结果说明提出的指标体系能有效地区分粘接层和光纤光栅的疲劳，从而验证了该评价理论的可行性.

通过优化薄膜硅基太阳能电池的背反电极,使背反电极表面出现均匀的类金字塔结构,能够增大入射光在结区的有效光程,提高光子的捕获率,进而会提高薄膜硅基太阳能电池的光电转换效率.本文采用磁控溅射技术在载玻片上制得Ag/AZO(ZnO∶Al)导电薄膜.在控制其它溅射参量为最优化的情况下, 研究了衬底温度对Ag/AZO导电薄膜光电性能及其表面形貌的影响. 研究表明: 随着衬底温度的增加, 薄膜的雾度在可见光范围内先增大后减小； 当衬底温度为500℃时, 雾度取得最大值,在可见光范围内平均达到了95%以上; 电阻率随着衬底温度的增加逐渐增大, 且衬底温度超过500℃时电阻率急剧增大. 在综合考虑其光电性能的情况下, 实验得到当衬底温度为500℃ 时, 所获得的叠层薄膜表面雾度值最好且电阻率很小, 这将有助于改善太阳能电池的性能.

对基底和膜层-基底系统的赝布儒斯特角进行了数值计算.结果显示: 当基底的消光系数小于0.01时，基底的赝布儒斯特角主要是由折射率决定；当基底的消光系数大于0.1时，基底的赝布儒斯特角不仅与折射率有关，而且还与消光系数有关，随着消光系数发生后周期性变化.研究表明: 单层膜-基底系统的赝布儒斯特角主要由膜层的物理厚度、折射率、基底的光学常量所决定；在HfO2-硅和HfO2-融石英基底系统中，赝布儒斯特角随着入射光波长和膜层厚度的变化呈现准周期性规律变化，可能是由入射光在膜层的干涉效应引起的.

针对溶胶-凝胶法制备的1/4波长二氧化硅增透膜耐环境性差的缺点，对其进行了水氨或/和六甲基二硅氮烷的表面处理，并对单一气氛处理和两种气氛联合处理后的膜层性质进行了对比研究.展现了膜层经各项表面处理后物理性质和微观结构的变化，以及两种气氛联合处理时因处理顺序不同而引起的最终结果的差异.研究表明: 水氨蒸汽处理促进了膜层粒子间表面羟基的交联，膜层较处理前厚度降低，但耐摩擦性增强，光学透过率基本保持不变；硅氮烷蒸汽处理向膜层引入了甲基，膜层极性较低，粒子间作用力因此降低，耐摩擦性下降，但疏水性得到良好的改善；先水氨后硅氮烷蒸汽处理时，水氨蒸汽的前处理在提高膜层耐摩擦的同时降低了表面羟基的数量，使后续硅氮烷处理时强度降低，故两步处理后膜层保持了较好的耐摩擦性和一定的疏水性；而先硅氮烷后水氨蒸汽处理时，硅氮烷蒸汽的前处理明显改善了膜层的疏水性，却因膜层表面羟基减少、间距增大而降低了水氨蒸汽的处理强度，耐摩擦性虽有较大提高，但稍弱于单一水氨蒸汽处理时的耐摩擦性.

以Q值作为参照指标，考虑光学系统分辨率和探测器分辨率，通过图像仿真效果的对比讨论了不同Q值成像系统的成像质量.结果表明: 成像系统设计过程中需在光学系统分辨率和探测器分辨率之间进行权衡，Q=2时成像系统的成像质量最好，但实际设计过程中考虑到其他因素（系统信噪比、场景大小、运动模糊等），往往取Q<2可获得高品质图像.因此,Q值可作为参考指标为光电成像系统设计提供一定指导.

介绍了激光干扰对CCD成像系统的影响，从影响光电成像系统目标检测性能的角度阐述了激光干扰图像与背景杂波的相似性.针对激光干扰图像的频率特性，利用小波分析在图像处理中的优势，结合机器视觉中背景杂波的量化尺度，提出了基于小波能量和光斑尺寸的综合图像尺度.对典型激光干扰图像的小波分析显示，随着激光干扰功率的增大，干扰图像中的低频分量和高频分量会同时增加，图像中的光斑可被看作是低频分量，光斑周围“斑驳状”的散斑是高频分量，类似于盐噪音.激光视场内干扰实验及数值计算表明: 激光干扰会降低Otsu算法分割准确度，增加相关检测虚警概率，该尺度将干扰图像的高频分量和低频分量结合起来，同时克服了单一光斑尺度和小波能量尺度的局限性，能够较好地评估视场内激光干扰CCD成像系统的效果.

针对电厂冷却塔这类具有特殊建筑规范的典型目标，在分析目标红外特性与形状特性的基础上，提出了一种基于知识模型的红外目标检测方法.首先根据冷却塔目标的红外特性，提取图像的亮度、方向和局部熵特征，采用视觉注意模型提取红外图像中的显著区域，作为待检测目标的感兴趣区域；在此基础上，根据冷却塔目标的形状特性建立双曲线形状模型，在感兴趣区内进行结构特征边缘提取和形状模型拟合，构建相关判定准则检测出目标.在一组机载前视红外图像上的实验结果表明，该方法可以达到98.67%的查全率和93.97%的查准率，具有较好的目标检测效果.由于本文方法不需要基准图的参与，降低了对数据保障的要求，因此具有较大的实用性.

作为空间目标与地基望远镜红外成像终端间不确知参量之一的地球热辐射，会降低传统双波段比色测温法正向求解准确度.为了提高目标温度估计的准确度，建立了基于红外探测器测量电子数的评价函数，得到了求解最大似然函数的温度反向求解模型；推导了双波段比色测温法的温度正向求解模型，进行了两种测温方法的仿真实验与比较分析.结果表明: 目标温度反演准确度与成像探测器信噪比、地球热辐射估算准确度以及波段之间的发射率差异有着紧密的关系；当信噪比较低时，双波段比色测温法会陷入无解区域；当信噪比较高时，双波段比色测温法与最大似然函数法反演温度准确度相当；最大似然函数法采用有约束与有限内存的拟牛顿优化算法可有效避免目标函数陷入局部最小值；最大似然函数法具有很强的抗噪音干扰能力，能扩大目标温度求解的范围，并具有较高的准确度；在保证信噪比的情况下，增加成像波段数目可以提高温度反演准确度.

针对复杂背景下红外小目标的检测与跟踪，提出了一种融合了top-hat算法、遗传算法以及粒子滤波器的新方法.该方法首先采用提取副帧的方法去除目标周围部分的背景和噪音，有效地减少了参与运算的像素数目；其次，将具有不同边缘特性的多个结构体应用于top-hat检测算法中，提高了副帧中预目标的有效性；接着，利用目标时空运动的相关性，结合阈值判断来去除虚假目标，增强了目标检测的可靠性；最后，将遗传算法引入粒子滤波算法，较好地改善了粒子的多样性，在保障跟踪实时性的同时，提高了粒子滤波的准确度.实验结果表明，该算法在检测准确度、跟踪准确度和鲁棒性都具有一定的优越性.

基于三层材质模型，设计了实时交互式渲染平台，利用基于物理的双向反射皮肤分布函数，模拟了光线在皮肤表面的反射.采用高斯模糊线性之和与纹理坐标扭曲纠正，有效地模拟了光线的次表面散射效果.结合表面反射和次表面散射，得到了最终的面部真实感实时渲染.该平台具有友好的交互式界面，在光线旋转时，可以查看反射和散射的效果，实现实时添加高动态范围背景、调节光照强度或者模糊程度等基本交互操作，更好地辅助用户对虚拟人进行控制和设计.

网络视频质量评估具有无参考性、实时性、网络传输状态依赖性和主观视觉性等需求.本文以网络丢包引发的视频失真为研究重点，针对不同解码类型帧上的网络丢包引发的视频失真持续效应不同和网络丢包引发的人眼视觉感受与丢包所在帧视频内容的运动剧烈程度有着显著的关联等现象，提出了一种基于运动剧烈程度的无参考视频质量评价模型.该模型无需原始参考视频序列亦无需视频解码，对客户端接收到的码流分析其由丢包引起的视频损伤，标记受损宏块，建立受损宏块的失真持续效应和运动剧烈程度与视频质量间的关联，并完成视频质量评估.实验结果表明，该方法计算量小，实时性高，与主观评价结果一致性程度较高.

为提高雾霭天降质图像的清晰度和色彩保真度，基于暗原色先验提出了一种改进的图像快速去雾方法.针对原方法运算时间过长的问题，在保证去雾效果的前提下，利用快速双边滤波方法代替软件抠图修复透过率图，大幅度地降低了计算量和复杂度，处理时间仅为原方法的5%，满足了一般工程上的实时性要求.针对去雾处理后的图像亮度降低、颜色较实际场景偏暗的问题，提出了一种简单有效的图像对比度和亮度增强的方法，自适应地增强了图像的亮度，并对局部由于雾浓度过高而造成不清晰的区域，进行了对比度修正.结果表明，该方法能够快速有效地复原出雾天场景的对比度和真实色彩，在一定程度上保证了户外成像系统在恶劣天气下工作的稳定性和可靠性.

为了从直接测量得到的强度图像中恢复相位信息，研究了基于强度传输方程的多重网格算法.从最粗层开始计算，给定初值，迭代出一个解，将此解作为最细层的初值，然后在最细层计算出一个近似解.进一步计算其残差，并将残差限制到较粗网格层求解，直至最粗层，然后逐层修正细网格层的解.利用循环在粗细不同的网格层来消除不同频率的误差分量，得到相位的精确解.仿真实验和真实实验表明，多重网格算法能够较好地从强度图像恢复物体的真实相位.