为了区分不同物理特性的非球形灰霾粒子，基于T矩阵理论和蒙特卡洛方法，建立了“日盲”紫外光后向散射探测灰霾模型，仿真了非球形灰霾条件下的紫外光后向散射过程，并分析了不同宽度的紫外脉冲后向散射回波的峰值功率和半高全宽等特征.研究结果表明，当灰霾浓度在500 μg/m³以内时，紫外脉冲后向散射回波峰值功率随着灰霾浓度的增大而增大，且不同浓度灰霾的脉冲回波峰值功率之间呈线性关系，脉冲回波半高全宽随着灰霾浓度的增大而减小.对于椭球形和圆柱形灰霾粒子，在相同浓度条件下，当粒子的形变量越小时，脉冲回波的峰值功率和半高全宽越大；对于切比雪夫形灰霾粒子，在相同浓度条件下，当形变参数和波纹参数越大时，脉冲回波的峰值功率和半高全宽越大.本文研究结果可为紫外光探测灰霾浓度以及区分非球形灰霾粒子提供依据.

为实现较大放大带宽，同时提高输出增益并保持较小的增益平坦度，设计了一种二阶拉曼光纤放大器，采用一个二阶泵浦和四个一阶泵浦对100路信号光进行分布式拉曼放大.首先对二阶拉曼耦合波方程进行数值求解，为进一步提高输出性能，利用粒子群优化算法对二阶拉曼光纤放大器的性能参数进行了优化，然后在相同泵浦参数配置下，对一阶拉曼光纤放大器和二阶拉曼光纤放大器进行对比，最后对二阶拉曼放大器输出增益的影响因素进行分析.通过Matlab仿真，在1 510~1 610 nm的增益带宽范围内所设计的二阶拉曼光纤放大器的平均输出增益为23.768 0 dB，最高输出增益为24.124 4 dB，同时增益平坦度为0.911 2 dB.

报道了利用50 km光纤实现4.38×10^-15@1 s和2.80×10^-18@65.5×10³ s稳定度的微波频率传递的实验研究.实验系统采用多普勒噪声消除技术，通过在本地端探测往返传递的微波信号相位获得链路上的相位变化信息，并实时控制光延迟调整机构进行补偿.光延迟控制采用压电陶瓷的快速拉伸和慢速光纤温控联合方式，可实现5 ns和千赫兹带宽的光延迟控制，能够实现光纤噪声的长期高精度补偿.与电相位补偿相比，光延迟补偿受微波泄露的影响相对较小，而微波泄露影响在类似系统难以避免，因此这种方式更利于获得高稳定度的频率传递.此外，系统采用变频往返传递消除光寄生反射效应，以及色散补偿光纤减小因色散引起的调制信号衰减等措施，提高了系统的技术指标.

研究了G.652标准单模光纤中的自相位调制和受激布里渊散射两类光纤非线性效应导致的峰值功率限制.研究表明色散与自相位调制共同作用会引起脉冲波形的畸变，其作用大小主要取决于脉冲的峰值功率.受激布里渊散射则引起脉冲功率在光纤中的迅速衰落，进而限制传感距离，其作用大小主要取决于脉冲能量.实验结果表明，自相位调制对脉冲入射功率的限制作用更加明显.通过对实验数据的分析，给出了光纤非线性制约下光脉冲峰值功率上限值的经验性公式，可据此估算分布式光纤传感系统注入脉冲的最大功率.对于一个典型25 km分布式光纤传感系统，脉冲峰值入射功率上限值约为1 W.

设计了一种基于光纤马赫曾德尔干涉仪的优化双凹锥结构。该结构通过单模光纤和保偏光纤之间使用不充分的电弧放电熔接制作而成，可以实现应变和温度的同步测量.凹锥中部的球形纤芯可以进一步地调控包层和纤芯中的光能量分布，经优化几何参数后的结构可以获得16 dB的干涉条纹消光比，大于相同参数下的双凹锥结构。传感实验表明所提出的结构在0~244.35 με和25~50℃的范围内分别具有±1.616 με和±0.79℃的高分辨率。由于交叉敏感导致两个参数的测量误差均小于1×10^-3%.这种结构为同时测量应变和温度提供了一种有效的方法，可应用于精密仪器测量中.

粘贴于受弯基体表面的光纤布拉格光栅传感器测量应变与基体真实应变之间存在误差，因此研究光纤布拉格光栅传感器的变形机理、分析测量应变与真实应变之间的关系是目前的研究热点.首先研究光纤布拉格光栅传感器与基体之间的相互作用机理，然后，利用有限元解、实验值和理论解进行对比验证，并分析产生误差的原因.最后，通过参数分析研究弹性模量、厚度、粘结长度等参数对光纤布拉格光栅传感器测量效果的影响.结果表明有限元解、实验值和理论解具有相同的变化趋势，有限元解与理论解的误差在2%以内，测量值与理论解的误差在7%以内.平均应变传递率随着基体弹性模量的增大、粘结长度的增长而逐渐增大，随粘结层弹性模量的减小、粘结层厚度的增大而逐渐减小.该理论对应用于受弯基体应变测量的光纤布拉格光栅传感器的设计具有一定的指导意义.

针对传统曝光模式下运动模糊图像复原的病态性问题，提出了一种基于闪动快门互补序列对的运动模糊图像复原方法.分析了闪动快门成像原理及其码字序列在频域的相关特性，结合编码序列对之间的信息互补特点，引入Golay互补序列生成理论，构建长度适中的二进制闪动快门互补序列对.互补序列对的联合调制传递函数在频域上实现了信息互补，其曲线对比单码字的调制函数具有更大的最小值和更小的方差值，且其构成了峰值-谷值对应，保证了互补图像序列能够相互补偿由于运动模糊所造成的空间信息损失.引入全变分正则化模型，构造一体化的多帧图像去模糊复原算法框架，实现清晰图像的有效获取.搭建了运动目标实拍仿真成像平台，开展了仿真和实拍运动模糊复原实验.实验结果表明，该方法能够更好地保留场景细节信息，获得高质量的运动模糊复原结果，有效改善复原过程中的负效应.相较于其他几种运动目标成像获取方式，该方法复原图像具有更好的主客观评价结果.

为提高红外图像目标检测的精度和实时性，提出一种基于伪模态转换的红外目标融合检测算法.首先，利用双循环的生成对抗网络无需训练图像场景匹配的优势，获取红外图像所对应的伪可见光图像；然后，构建残差网络对双模态图像进行特征提取，并采取add叠加方式对特征向量进行融合，利用可见光图像丰富的语义信息来弥补红外图像目标信息的缺失，从而提高检测精度；最后，考虑到目标检测效率问题，采用YOLOv3单阶段检测网络对双模态目标进行三个尺度的预测，并利用逻辑回归模型对目标进行分类.实验结果表明，该算法能够有效地提高目标检测准确率.

高精度的图像配准是保证多角度偏振成像仪在轨数据有效性的关键.介绍了多角度偏振成像仪基于光楔的偏振图像配准方法和基于地球参考网格的多角度、多光谱图像配准方法.系统地分析了影响多角度偏振成像仪多角度、多光谱图像配准性能的误差，并提出通过相对几何定标提高多角度、多光谱图像配准性能.对比误差校正前后多角度偏振成像仪的多角度、多光谱图像配准性能，证明所提方法有效地提高了多角度、多光谱图像配准精度.多角度偏振成像仪在轨多角度、多光谱和偏振图像配准精度分别优于0.26 pixel、0.14 pixel和0.1 pixel.

利用光场相机采集颗粒图像，改进层析反演算法，可以快速准确地获得颗粒三维空间位置.基于光场相机成像原理，建立光线正向追迹模型，在此基础上对图像非零像素发出的光线进行反向追迹，实现非零像素与空间体素之间的映射，构建层析法反演颗粒三维位置的模型.根据提出的降维求解MART算法权重矩阵方法，结合相似三角形原理提高颗粒深度位置的反演精度.依据高斯Blob模型，将强度最大的体素中心位置作为反演的颗粒三维位置.实验证明改进型MART算法明显减少了计算时间及所需内存，x轴坐标误差为±0.16 mm，y轴坐标误差为±0.18 mm，z轴坐标误差为±1.8 mm，满足精度要求，更加适用于对计算速度要求较高的场合，具有良好实际应用价值.

针对飞秒激光振镜加工系统中聚焦透镜焦深短等原因导致微孔加工深度不足的问题，提出了一种基于高损伤阈值空间光调制器加载菲涅尔透镜相位进行焦点轴向调控的加工方法.通过加载不同焦距的菲涅尔透镜相位图，控制焦点以100 μm为间隔进行焦点轴向位移，随着加工深度的增加控制焦点向下移动，并开展了相应的实验加工和测试.实验结果表明，采用该方法在保证高加工质量的前提条件下，在厚度为2 mm的不锈钢样件上实现了直径约为330 μm的微孔加工.该方法开辟了二维振镜系统实现超深微孔加工的新探索，在激光加工领域有较好的应用前景.

针对一种快轴半功率角为23°的商用蓝色单管半导体激光器，设计制作了由直径为1.8 mm的自聚焦透镜、直径2.5 mm的柱透镜以及体布拉格光栅组成的光学系统以产生线结构光.研究结果表明，该方案可以实现在距离系统5.5 m处束宽为0.48 mm、在5.5±0.5 m范围内束宽低于0.60 mm的线结构光输出，可为线结构光测量方案的选择提供新的思路.

提出了一种利用亚扩散空间分辨漫反射预测生物组织约化散射系数μ_s'和相函数参量γ的人工神经网络方法.采用蒙特卡罗方法得到光子经生物组织漫反射的数据样本，利用这些数据样本训练反向传播神经网络，用于从亚扩散散射光中预测γ的信息.为了解决同时预测μ_s'和γ两个参数时会产生较大误差的问题，分段数据训练两个BP网络，依次识别μ_s'和γ.研究发现3.64l_th（l_th表示平均输运自由程）是对γ的不敏感点，可用该点附近的数据样本训练网络用于预测μ_s'，用2l_th范围内的数据样本训练网络用于预测γ.蒙特卡罗仿真结果表明，在1.3≤γ≤1.9范围内，预测结果与真实值的相对均方根误差在1%以内.与现有的测量方法相比，所提的人工神经网络方法更加简单，且提高了预测精度.

基因类肿瘤标记物microRNA（miRNA）的痕量检测对于癌症早期诊断具有重要应用价值.根据空心海胆状金纳米粒子和银/氧化锌（Ag/ZnO）纳米结构的表面增强拉曼散射特性，并基于碱基互补配对原理构建探针-核酸-基底组成的“三明治”结构，提出了一种基因类肿瘤标志物miRNA的高灵敏定量检测方案.首先将捕获DNA与修饰4-巯基苯甲酸（4-MBA）的空心海胆状金纳米粒子链接作为探针，同时在Ag/ZnO纳米结构上修饰靶DNA，经与miRNA-106a互补杂交后进行SERS信号检测，获得相应的剂量-响应曲线.实验结果表明，在1 fmol·L^-1至1 nmol·L^-1的检测范围内，对miRNA-106a的检测限达到1.84 fmol·L^-1.同时，采用实时荧光定量多聚核苷酸链式反应方法验证了基于空心海胆状金纳米粒子和Ag/ZnO纳米结构SERS特性的miRNA检测方案的可靠性.

天基空间望远镜探测器必须采用主动制冷方式以满足其噪声抑制需求.为此，采用热电制冷为核心技术，开展了探测器热电制冷器封装设计、热电制冷器热排散系统设计、热电制冷控制系统设计，并从抑制寄生漏热、降低热电制冷器热排散路径热阻两方面进行了优化，以减小热电制冷器输入功率及辐射散热面积.根据帕尔帖效应、焦耳效应、傅里叶效应，获得了净制冷量、热端散热热阻、热端边界温度等环境特性参数与热电制冷器输入电流、电压、功率等工作特性参数间的关系，并分析了制冷热负荷、热端散热热阻与热电制冷器输入功率间的敏感度.研制了望远镜鉴定产品，并开展了真空热平衡试验.试验结果表明系统设计合理有效，能够将探测器制冷至-75℃温度水平，稳定度可达到±0.2℃.基于环境条件及热电制冷器工作参数等试验数据，对比并修正了热分析模型.研究结果可为类似空间望远镜热电制冷系统的研制提供参考和借鉴.

建立了非共轴阵列照明下的眼底成像数学模型，采用照明光路与成像光路独立设计方法，提出了一种微小型眼底相机光学系统，以避免传统眼底相机中人眼角膜与网膜物镜反射杂光对视网膜图像的干扰.设计了6阵列环形光源照明光路系统，长度仅17.9 mm，实现眼底视网膜有效照明线视场不小于12 mm；成像光路系统采用二次成像设计，光学调制传递函数优于0.2@91 lp/mm，畸变小于5%，长度仅为75 mm.仿真与设计结果表明，该眼底相机光学系统有效抑制了光路中的杂散光，有利于获得高对比度视网膜图像.研究结果可为高像质、小型化以及低杂光眼底相机发展提供设计参考.

分析了不同光窗口位置和不同光窗口面积对SiGe/Si异质结光电晶体管（HPT）光响应特性的影响.光窗口位于发射区时，HPTs吸收路径长，会产生较多的光生载流子，在发射结界面产生较大的发射结光生电压，有利于发射结的电子注入，因此获得较大的集电极输出电流和光增益.当入射光波长为650 nm，集电极电压为2.0 V，光窗口面积为10 μm×10 μm时，SiGe/Si HPT的光增益最大可以达到9.24.光窗口位于基区时，在较大的入射光功率下，HPTs吸收区的光生载流子密度大，光生空穴发生快速驰豫的可能性增加，一定程度上缓解了空穴迁移率低对器件工作速度的限制，提高了光特征频率.当入射光波长650 nm，集电极电压2.0 V，光窗口面积为10 μm×10 μm时，SiGe/Si HPT的光特征频率可达16.75 GHz.对于能够获得更高光增益光特征频率优值的发射区光窗口SiGe/Si HPTs，当光窗口面积从3 μm×10 μm到50 μm×10 μm逐渐增加时，电子在发射结界面的有效注入面积增加从而光增益逐渐增大；同时发射结和集电结的结电容也随之增大，RC延迟时间增长，光特征频率却逐渐减小.光增益·光特征频率优值随着光窗口面积的增加而逐渐提高，但随着面积的增加，光增益·光特征频率优值提高的速率变慢，并有逐渐趋于饱和的趋势.

采用离子注入方法在氢化物气相外延法生长的AlN薄膜中注入了不同剂量的Dy³⁺和Eu³⁺，制备了Dy³⁺单掺、Dy³⁺和Eu³⁺共掺的AlN样品.对于Dy³⁺单掺杂AlN样品，X射线衍射和拉曼散射实验结果表明随着Dy注入剂量的增加，样品的压应力也增加，形成了比较明显的损伤层；但当注入剂量由5×10¹⁴ at/cm²增加至1×10¹⁵ at/cm²时，压应力增加不明显，接近于饱和.对于Dy³⁺和Eu³⁺共掺的AlN样品，阴极荧光实验表明，AlN中Eu³⁺和Dy³⁺之间可能存在能量传递，能量传递途径为在声子辅助下从Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_15/2至Eu³⁺的⁷F₀→⁵D₂的共振能量传递.此外，计算发现改变Dy³⁺和Eu³⁺离子的注入剂量比能实现发光色度坐标和色温的有效调控.

以SiO₂、TiO₂、YF₃为单组分材料分别制备了SiO₂/YF₃、TiO₂/YF₃复合薄膜，探究复合后膜层的光学、力学以及抗激光损伤性能的变化情况.采用双源共蒸技术，通过控制膜料蒸发时的沉积速率制备了混合摩尔比为1：1的两种氟氧化物复合薄膜，对复合膜层的折射率、消光系数、透射特性、表面形貌、粗糙度进行了测量，并研究了其抗激光损伤性能.结果表明：SiO₂/YF₃、TiO₂/YF₃复合膜层的折射率分别为1.478 7和1.864 6（波长550 nm），介于单组分材料之间（YF₃为1.493 6、SiO₂为1.465 1、TiO₂为2.048 3），且均呈现正常色散分布；ZYGO干涉测量的结果显示，SiO₂/YF₃膜层的应力值为1.9 GPa，比单组分材料SiO₂和YF₃的0.4 GPa大但粗糙度小；TiO₂/YF₃膜层的应力值为0.8 GPa，比TiO₂的3.9 GPa应力小但较YF₃大，表现出较明显的应力调节效果；SiO₂/YF₃复合薄膜的激光损伤阈值为9.2 J/cm²，相比于单组分的SiO₂提高了2.2%，较YF₃提高了39.2%；TiO₂/YF₃的激光损伤阈值为7.8 J/cm²，相比于单组分的TiO₂薄膜而言提高了85.6%，较YF₃提高了17.4%.通过双源共蒸技术沉积得到的氟氧化物复合薄膜，吸收小、膜层折射率可调；SiO₂/YF₃、TiO₂/YF₃复合膜层的抗激光损伤性能均优于单组分材料；YF₃的掺杂能够明显降低单一TiO₂材料的应力，但SiO₂/YF₃的应力大于单组分的SiO₂、YF₃薄膜.

为研究具有更好材料稳定性的半透明薄膜太阳能电池，本文采用直流磁控溅射技术沉积氧化亚铜（Cu₂O）薄膜和氧化锌（ZnO）薄膜，制备了Cu₂O/ZnO异质结.使用扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、薄膜测定系统和太阳能模拟器，研究在不同氩/氧气体流量比的条件下制备的Cu₂O层对异质结的材料特性、光学特性及光电特性的影响.研究结果表明：在一定氩/氧气体流量比范围内制备的Cu₂O/ZnO异质结，在AM1.5的标准模拟太阳光的照射下具有一定的光电转换能力，可作为半透明太阳能电池的换能单元.