不同冰云条件对以偏振模式为导航信息源的偏振导航影响较大，为探究冰云大气相关参数（冰晶粒子形状、有效半径、冰水含量以及光学厚度等）对天空偏振模式的影响，建立了基于蒙特卡罗法的矢量传输模型，利用libRadtran模拟了实际冰云大气辐射传输过程，分析了不同冰云大气相关参数对天空偏振模式的影响，并通过图像式测试系统，实地测试了大连地区10组实际大气条件下天空偏振模式随冰云大气相关参数的变化情况。结果表明：冰晶粒子形状对冰云大气偏振度影响较大，对冰云大气偏振方位角影响较小。并且冰云大气偏振度随有效半径的增大而增大，随光学厚度和冰水含量的增大而减小，后逐渐趋于稳定的状态。在不同日期同一时刻下，大连地区实际冰云大气偏振度变化规律与仿真基本一致，验证了本文方法的有效性，为偏振导航的在实际冰云大气条件下的工程应用提供了理论支撑。

受水下湍流及水体生物的影响，通信发射光源易产生指向的不确定性，严重增加水下无线光通信的建链难度。针对这一问题，设计了一种基于伺服系统的水下无线光通信系统，该系统基于二维光电转台实现捕获不确定区域扫描，结合CMOS相机实现通信光轴的大视场捕获，最终实现水下无线光通信链路建立。通过实验验证了方案的可行性并对通信单元及伺服单元进行性能测试。实验结果表明，所搭建的系统能够在8.2 s内完成通信光斑的捕获对准，并在通信误码率为1×10^-6的情况下，实现50 Mbps的峰值通信速率。

为改进脉冲位置调制方式的性能，结合差分脉冲位置调制和多脉冲位置调制的优势，提出一种新型差分脉冲位置调制方式。在给出其符号结构的基础上，分析了其传输容量、带宽需求和功率需求，推导出Gamma-Gamma湍流信道下自由空间光通信系统的平均误时隙率和误包率模型，仿真分析了湍流强度、传输距离和调制阶数对该系统性能的影响，并将其与开关键控和三种脉冲位置调制方式进行比较。理论分析与仿真结果表明，新型差分脉冲调制方式比单脉冲位置调制、差分脉冲位置调制和多脉冲位置调制具有更高的传输容量，比单脉冲位置调制和差分脉冲位置调制具有更低的带宽需求，比多脉冲位置调制和开关键控具有更高的功率利用率和更好的差错性能，而且不需要符号同步，可以简化系统实现的复杂度。

硫化物光纤合束器可以实现对多个中红外光源（2~5 μm）的功率组合和光谱扩展，基于自研As₂S₃多模光纤，使用低温熔融拉锥技术制备得到7×1中红外光纤合束器，分析了拉锥区域的损耗产生机理，并表征和评估了合束器的传输效率和光束质量。实现了输入光纤合束端与输出光纤的高质量熔接（熔接点损耗低至0.45 dB，抗拉张力超过300 g），合束器平均传输效率约为80%，单通道最高输出功率为4.32 W，表现出了优良的传输特性和功率承载能力。

基于混沌同步理论与电光调制理论，提出一种新颖的可重构可存储的混沌逻辑运算实现方案。通过探索驱动垂直腔表面发射激光器和响应垂直腔表面发射激光器输出偏振光的同步质量随外加电场与归一化注入电流的演变规律，将外加电场与归一化注入电流分别调制为控制逻辑信号和逻辑输入。通过转换逻辑控制信号与逻辑输入的运算关系，系统就能重构处理混沌逻辑运算。采用阈值机制获得四个相同的逻辑输出，实现了混沌逻辑运算的延时存储，且系统噪声强度在低于1.84×10⁹情况下逻辑输出具备良好的检错和纠错性能。

针对现有基于transformer的方法未能充分融合遥感图像多尺度特征的问题，提出一种多光谱-全色融合网络。在融合网络中嵌入一个基于改进Swin transformer的多尺度窗口自注意力模块，在关注全局空间特征的同时，充分融合不同尺寸的特征信息，从而最大程度地保留光谱和空间结构信息。通过不同层级特征的跳跃连接，解码网络预测出原始多光谱图像缺失的纹理部分，最终使用细节注入模型恢复出目标图像。为了提升融合效果，在损失函数中加入了光谱损失和空间结构损失。与其他方法相比，本文提出的方法在WorldView-4、QuickBird和WorldView-2三种卫星数据集的主观视觉效果最好，相比于性能第二的方法，本文方法在三种数据集的相对全局误差指标分别减小了11.99%、0.4%和3.43%。

针对普通的三维卷积神经网络（3D CNN）从一个尺度上提取特征，会丢失部分细节信息，且对小样本任务表现一般的问题，本文提出了一种三支路的3D CNN，从不同尺度上提取特征后进行加权特征融合，从而获取了更为全面的特征；并引入数据增强技术，从而改善了小样本情形下的分类性能。现有特征融合方法通常对各个支路直接进行拼接，本文采用加权拼接的特征融合方法，将各特征分别乘以一个加权系数后再进行拼接，该系数通过模拟退火算法求取。本文方法在公开数据集Indian Pines，Pavia University，Salinas等上采用10%的数据进行训练，分别得到了98.60%、99.83%、99.97%的总体准确率，与各类对比方法相比，提升了高光谱遥感影像分类问题的准确率。

为改善红外与可见光融合结果与源图像间的部分细节特征丢失问题，充分提取红外与可见光图像中的特征信息，提出了一种改进的双通道深度学习自编码网络进行红外与可见光图像融合。其中，双通道结构由密集连接和残差连接模块级联构成，并设置一种综合像素、结构相似度和梯度特征保留的损失函数，使该编码器结构可以充分提取红外与可见光图像的多层次特征，在融合层采用空间L1范数和注意力机制对级联双通道特征分别进行融合，最后设计对应的解码器对融合特征图像进行重构，获取最终的融合结果。通过与传统算法以及近年最新的深度学习算法进行实验对比，结果表明该方法在主观和客观上都具有优秀的综合性能。

光切片图像的质量与使用的重构算法直接相关，传统的均方根算法虽然简洁，但在原始图像信噪比和条纹对比度不高时重构效果不佳，得到的三维重建结果并不理想。针对该问题，提出一种去背景和去卷积相结合的光切片方法。与传统均方根算法相比，该方法能有效减少残留条纹，提高微小细节的可见性。实验搭建了一套基于数字微镜器件的结构照明显微系统，以小鼠肾脏细胞、牛肺动脉内皮细胞等为样品进行了光切片实验。实验结果表明，该方法能获得更好的光切片和三维成像效果。

在相机研制过程中，电路参数的每次调整都伴随着对相机输出满阱的测试，参数调整繁复，满阱测试的次数过多。为获得最佳的满阱输出性能，对电路各项参数进行精确匹配，提高满阱测试的效率，设计了一套自动化满阱性能测试平台。研究了影响电荷耦合器件满阱性能的因素，建立了光子转移曲线模型，提出了一种光子转移曲线快速取点法，并讨论了模型和方法在满阱测试中的应用。搭建了包括光源系统、成像电路、和温度采集系统在内的测试平台，并完成了自动化流程的软硬件设计。将该测试平台应用于在研相机的测试，验证了平台构造和测试方法的正确性，测量精度优于±1.6%，满足科学级相机的研制使用要求。

为解决合成孔径成像激光雷达受制于相干天线定理的问题，扩大成像视场，提高相干收发光学系统效率，提出并研制了基于4×4尾纤式微透镜阵列接收的相干收发光学系统，建立了全视场光学系统耦合效率计算模型，完成了高精度的收发光学系统集成装调及系统光学效率测试。结果表明：发射链路与16路接收链路的光轴最优偏差优于4″，中心视场光学系统效率优于73.1%，全视场光学系统效率优于65.5%，可满足激光雷达成像试验要求。

为解决大场景下光学运动捕捉系统精度检测困难的问题，提出利用全站仪标定大场景下光学运动捕捉系统定位精度的方法。首先在光学运动捕捉系统的四个分区域均匀选取若干公共点，其次利用同尺寸同心靶球解决全站仪和光学运动捕捉系统测量点不一致的问题，之后通过全站仪和光学运动捕捉系统分别测量得到公共点的真实值和测量值，基于罗德里格矩阵的抗差最小二乘迭代方法计算全站仪坐标系到光学运动捕捉系统坐标系的位姿变换矩阵，最后坐标系统一并计算光学运动捕捉系统在分区域和整体区域下的定位精度。同时，基于该方法实现了度量运动捕捉系统和Vicon运动捕捉系统的外参标定。实验结果表明：光学运动捕捉系统在四个分区域的定位精度分别为2.385 mm、0.877 mm、1.787 mm、2.890 mm，整体区域下光学运动捕捉系统的定位精度为8.126 mm。说明大场景下光学运动捕捉系统的定位精度明显降低，验证了利用全站仪进行光学运动捕捉系统标定和运动捕捉系统外参标定的可行性和有效性。

将龙格-库塔优化器用于无波前探测自适应光学系统，提出基于RUN的自适应光学控制方法。以61单元变形镜为波前校正器件，不同湍流强度下的畸变波前为校正对象，建立基于RUN优化算法的自适应光学系统模型。对比分析基于RUN、PSO、DEA和GA等算法的波前校正效果、校正速度和局部极值。结果表明，相比基于粒子群优化算法、差分进化算法和遗传算法的自适应光学系统，在取得相同校正效果时，基于RUN优化算法的波前校正系统在不同湍流条件下的校正速度均提高三倍以上，且RUN算法不易陷入局部极值。研究结果可为基于RUN优化算法的波前校正系统的实际应用提供理论基础。

为拓展脉冲功率技术在超快诊断领域的发展和磁脉冲压缩技术的应用，基于磁性元件良好的开关性能和脉冲宽度压缩原理，采用具有多重压缩特性的级联磁开关，设计磁脉冲压缩电路，并将输出的皮秒选通脉冲应用于分幅相机时间分辨率研究。研究结果显示，磁脉冲压缩电路能产生适用于分幅相机的皮秒选通脉冲，当直流电源为500 V，磁开关电感量为1 μH，初级线圈回路充电电容为4 μF，变压器匝数比为10∶1，磁开关线圈匝数比为1∶2，复位电流为1 A，次级线圈回路和两级磁开关电路充电电容为1 pF时，获得幅值为-3.2 kV和半高宽为149 ps的选通脉冲，将其加载于采用蒙特卡洛法建立的微通道板通道内光电子动态倍增模型，通过计算随选通脉冲的时变增益和构建微通道板上的时间-增益曲线，可实现87 ps的分幅相机时间分辨率。研究结论可为应用于分幅相机的皮秒选通脉冲产生以及磁脉冲压缩电路的拓展应用提供新思路。

针对高压对顶砧入射角度受限、样品微小的特殊测量条件，设计原位椭偏测量系统，实现450~700 nm光谱范围的小角度椭偏测量。建立光学模型，获得2~9 GPa下单晶硅的折射率，发现单晶硅的折射率随压力增加而增大。与高压拉曼光谱的对比说明椭偏法原位监测材料光学性质变化的可能性。本文研究可为高压下材料的光学常数及其原位测量提供有益补充。

为了实现对波片快轴方位角和延迟量参数快速、高精度测试，提出了一种基于双弹光级联差频调制的波片参数测量方案。选用两个工作频率不相同的弹光调制器级联，构成偏振分析测量装置。波片的两个参数被加载到偏振分析装置的调制信号中，采用数字锁相技术同时提取调制信号的基频项和差频项，然后完成波片全部参数求解。按照原理分析，搭建了实验系统，并完成了系统初始偏移值定标，完成了632.8 nm的1/4波片，532 nm的1/4波片和1/2波片实验测量。实验结果表明，本文方案的快轴方位角测量最大偏差为0.2°，角度测量标准偏差为0.02°；波片的相位延迟量标准偏差优于5.64×10^-4 rad，单点数据测量时间仅为200 ms。考虑到波片材料的双折射色散，根据检测激光波长下测量的相位延迟量，进一步计算出应用波长的波片延迟量。测量值与理论值最大偏差不超过1.17 nm，延迟精度优于λ/300。本文方案实现了高速、高精度和高灵敏的波片参数测量，可为波片加工测试和实验定标提供有效手段。

压电效应是一种实现电能与机械能之间相互转换的重要物理现象。随着集成光电子技术和压电薄膜材料制备技术的日益成熟，压电效应在光电子集成芯片领域引起广泛的研究。在压电效应的作用下，外部电场可以操控薄膜材料的形变，从而改变折射率，实现光电调谐和声光调制。本文首先介绍常见压电薄膜材料及其研究进展，随后回顾和探讨基于压电效应的光电子集成器件的研究进展。最后，对压电调谐器件和声光调制器的应用进行介绍和展望，分析其大规模应用面临的挑战和问题。

提出一种基于交叉泵浦实现受激电磁耦子散射的非共线相位匹配的方法，获得频率可调谐的窄带Stokes光输出。根据参量放大理论，推导出交叉泵浦受激电磁耦子散射的单程放大增益效率表达式，揭示了交叉泵浦实现受激电磁耦子非共线相位匹配的物理机制。实验上采用泵浦光在晶体侧面全反射的方式构建交叉泵浦，通过旋转晶体改变泵浦光全反射角，实现相位匹配条件的改变和输出Stokes光频率的调谐。输出Stokes光线宽为0.17 nm，波长调谐范围为1 068~1 076 nm。在15 mJ的泵浦能量下的输出能量为1.07 mJ，能量转化效率为6.8%。本研究为非线性参量转换过程中的相位匹配方法提供一种方案参考，尤其适用于泵浦光脉宽小于纳秒量级的短脉冲情况。

近年来，有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池因其制作工艺简单、成本低、效率高等优点备受关注。问世至今短短十余年间，其光电转化效率已飙升至26%，目前在单异质结光伏电池中排名第三，并且未来仍具有很大的发展潜力。本文依次介绍了杂化钙钛矿材料的结构与性质，以及钙钛矿太阳能电池常见的器件结构演化过程，重点总结了近几年来在利用缺陷钝化策略提高光电转化效率方面取得的最新研究成果，最后阐述了钙钛矿太阳能电池面临的挑战并对其未来商业化前景进行了展望。

为克服在大批量合成无机钙钛矿量子点（CsPbBr₃）时出现的材料光学性能下降的问题，提出了一种改进的室温溶液工艺，通过加入HBr促进前驱体的分散溶解，同时引入路易斯酸配体部分取代油胺，实现量子点表面的缺陷态有效钝化，合成出高质量的CsPbBr₃量子点材料。实验测试结果表明，合成出的CsPbBr₃量子点荧光发射峰位于517 nm处，发射峰半高宽仅有17 nm，荧光量子效率高达95%。利用制备出的绿光CsPbBr₃量子点和商用红色荧光粉混合，和以GaN为基底的蓝光芯片组装成一个白光LED器件，该器件在20 mA的工作电流下获得流明效率达48.35 lm/W的白光。这种高效白光LED展示出无机钙钛矿量子点在通用照明、背光显示和光通信等领域中具有很大的应用潜力。

针对现有结构无法满足大尺寸差分干涉仪稳定性固定，以星载近红外差分干涉仪稳定性结构为研究目标，优化选择光学材料实现实体差分干涉仪的热补偿，提高了光学元件温度稳定性；以支撑结构的最大结构应力和光机粘接面处最大剪切应力小于许用应力为优化目标，建立数学模型，优化设计支撑结构参数，调节组件基频，提高了组件的力学稳定性。有限元分析支撑结构最大应力65.56 MPa，小于材料的抗拉强度，光机粘接面最大剪切应力3.4 MPa；环境温度变化5 ℃，分光棱镜面形RMS最大变化量1.671 nm，热应力带来的干涉图畸变可忽略。力学振动试验前后，光学测试干涉条纹频率（50个条纹数）未发生变化，差分干涉仪结构满足星载力学环境条件。该方法也适用于棱镜式干涉仪稳定性支撑结构。

针对批产化空间透射镜头短周期、高精度和高像质一致性的研制需求，研发了一种自动调整、在线检测、自主分析和自动校正波像差的自动装校系统。首先，设计了透镜自动调整方式和悬浮胶粘的结构形式，采用坐标投影将透镜失调量的测量值转换为调整装置的线性调整量，利用电机驱动调整装置的组合运动实现透镜自动调整。然后，设计了镜头调整检测集成平台和波像差校正模块，根据系统波像差测试结果自主分析透镜自由度调整量，并驱动调整装置运动实现透镜位置的补偿调整，通过均衡校正残留波像差的方式保证批次间像质的高一致性。最后，对20套批产化镜头进行自动装校实验，镜头研制周期为3天/套，透镜失调量控制精度优于10″和5 μm，批次间相应视场调制传递函数最大偏差为0.026。实验结果表明，本系统可为批产化空间透射镜头装校提供一种高效的自动化研制途径。

针对日冕仪中对杂散光的抑制要求，分析了日冕仪系统中的三种杂散光，包括日冕仪物镜二次反射产生的鬼像点、日冕仪物镜散射点、以及日冕仪孔径光阑衍射光。利用光学建模软件对日冕仪系统进行仿真和分析，发现这三种杂散光的成像位置十分接近且不易区分，并会对系统的检测过程和检测结果产生干扰。根据仿真结果，给出了这三种杂散光的判定与抑制方法，并利用一台视场为±1.08 R_⊙~±2.5 R_⊙（R_⊙表示太阳半径），工作波段为530.3~637.4 nm，通光口径为220 mm，系统总长为4 321 mm的内掩式日冕仪进行了理论验证和实验对比，验证了判定方法的可行性。同时设计了掩体和鬼像遮拦结构对杂散光进行抑制，增加了日冕仪系统杂散光抑制的选择方案，提升了日冕仪杂散光检测的准确率。

为了实现粒子的非轴向旋转操控，对圆偏振涡旋光的光致旋转特性进行了研究。理论上，利用T矩阵理论，计算光场作用于微粒的光力和力矩，分析圆偏振涡旋光场中自旋角动量和轨道角动量的取向对非轴向旋转效应的影响。研究结果表明：当轨道角动量和自旋角动量的方向相同时，粒子除受轨道矩和轴向自旋矩作用外，还受一个可观的横向自旋矩作用，可以诱导粒子同时做轨道和非轴向自旋运动；当轨道角动量和自旋角动量方向相反，则粒子受到的横向自旋矩难以驱动其做非轴向自旋运动。实验上，利用全息光镊系统捕获微米尺度的粒子，观察到粒子做轨道运动时的非轴向自旋现象，对理论研究结果进行了初步验证。

非线性频率转换是非线性光学中的重点研究内容之一，本文将Gosper分形与Z分形两种超晶格结构引入非线性光子晶体中，理论分析了两种超晶格结构经过准相位匹配进行非线性频率转换的谐波特点。Gosper分形超晶格的倒空间结构整体旋转60°后，依然能够和原图形重合；在准相位匹配的条件下，能够在六个不同方向实现相同的倍频波长输出；在级联三倍频中，实现了波长为711.3 nm、554.7 nm、491 nm的三倍频输出，并理论计算了其偏离角度。在二维Z分形的傅里叶空间中，充分利用了高阶横向倒格矢，能够实现基波波长范围为1.402 μm~1.430 μm的二次谐波频率转换，其中波长间距最小仅有1 nm。最后，为三维Z分形超晶格结构晶体的制备提供了数据支持。

利用三维经典系综模型系统地研究了反向旋转双色椭偏场中Ar原子非次序双电离对椭偏率的依赖。数值结果显示双电离发生的概率随800 nm激光场椭偏率增大而增大，随1 600 nm激光场椭偏率增大而减小。这是因为当固定1 600 nm激光场椭偏率时，电子的返回概率和碰撞能量随800 nm激光场椭偏率增大而增大。而当固定800 nm激光场椭偏率时，电子的返回概率和碰撞能量随1 600 nm激光场椭偏率增大而减小。在两椭圆激光场的长轴沿x方向条件下，当1 600 nm激光场椭偏率为0.3时，离子动量分布由x负半轴向x正半轴移动。随着1 600 nm激光场和800 nm激光场椭偏率的增大，离子动量分布逐渐在y方向扩展最终形成一个分布于x轴两侧的两层结构。