为了实现激光在放大器多程放大及靶面高指向精度，介绍了高效准分子激光系统多路光束自动准直技术的研究工作。提出利用双叉丝阵列像传递光路，分别在输入光路和输出光路上设置叉丝阵列作为近远场基准，解决了光路中无天然准直基准及多路并行准直等问题。搭建了预放大器II的三路双程激光自动准直系统，验证了该方法的可行性，并利用成像系统和反馈控制结构实现了自动准直系统的联调实验。

以Nd:GYSGG晶体为激光增益介质，a切割YVO₄晶体为拉曼增益介质，利用Nd:GYSGG晶体的双波长激光运转特性实现声光调Q 1.5 μm人眼安全波段双波长内腔拉曼激光器。为克服Nd:GYSGG晶体严重的热透镜效应对激光器功率的限制，实验确定其同带泵浦吸收峰位置及吸收系数，采用同带泵浦方式减轻热效应。吸收882.9 nm泵浦光功率17.1 W时，在20 kHz的脉冲重复频率下获得1.44 W的1.5 μm双波长输出，转换效率8.4%，光束质量因子M₂=2.4；棱镜分光测得其中1 497 nm和1 516 nm功率分别为0.55 W和0.89 W，二者脉冲宽度相近，均为15.3 ns左右。与808 nm传统泵浦相比，同带泵浦方式下激光器的输出功率及光束质量均得到明显提升。

结合光纤干涉环原理和受激布里渊散射效应数值求解描述双包层掺镱光纤激光器的速率方程，得到构建光纤干涉环的耦合器耦合率及泵浦功率与输出脉冲重频的关系；进一步采用掺镱双包层光纤激光器中光子数守恒的半数值模型得到耦合器耦合率、泵浦功率与输出平均功率、脉冲能量的关系。实验测试了不同泵浦功率对输出平均功率和脉冲能量的影响，实验结果与仿真结果吻合。研究表明：提高泵浦功率只能提高脉冲重复频率和平均功率，并不能提高脉冲能量；选择合适耦合率的耦合器构建光纤干涉环才能获得较高脉冲能量；泵浦功率较高时会激发二阶斯托克斯光脉冲。

利用差动激光多普勒探测法，研究了能够探测尾流中气泡和湍流分布的光学诊断方法。实验研究了模拟尾流场中运动气泡及湍流的后向散射光的多普勒频移谱特性。采用差动相干探测法获得了模拟尾流场的流速，测量值与实际流速误差小于1.5％。实验结果表明：相干光束夹角对散射光频移量具有明显影响，散射光多普勒频移量随两相干光夹角的增大而增大；气泡运动引起的频移主要集中在低频端，为一宽带谱；并且频移谱的宽度随气泡数密度的增大而增大。频谱的这一特征可作为舰船尾流识别的判据之一。

超连续谱光源具有丰富的带宽，是信号载体的优秀候选者。设计并搭建了利用超连续谱光源的空间无线光通信系统，讨论了超连续谱产生的条件以及输出光斑直径不同位置下的光谱。采用了电光调制方式对超连续谱光源进行调制，通过比较输入与输出的数字方波信号证明了电光调制进行超连续谱空间光通信的可行性。成功利用该系统演示了对原始图像信号的采集和显示，最后通过对接收端信号的整形放大恢复出了原始信号，实现了图像信号在4 m范围内的传输。实验结果表明：将超连续谱作为光信号载体，在空间大气信道条件下可以实现对图像信号进行无线传输。

为实现激光制导炸全弹道弹捕获域的快速计算，首先通过对激光导引头捕获目标条件分析，以目标为中心建立了激光制导炸弹瞬时捕获域模型并给出了瞬时捕获域的形状及决定因素，在此基础上，提出了激光制导炸弹全弹道捕获域的计算方法。其次以制导炸弹飞行弹道倾角不变为假设，给出了采用平台导引头和捷联导引头激光制导炸弹的全弹道捕获域理论表达式。最后，对采用不同制导律的激光制导炸弹捕获域理论计算值与仿真值进行了对比，结果表明：捕获域理论表达式计算结果与弹道仿真结果基本吻合，可用于激光制导炸弹捕获域的快速解算。

激光冲击过程中，剩余吸收层对冲击效果影响显著，但其影响规律少有人关注。文中选择厚度、材质不同的材料作吸收层，实施激光冲击，控制激光参数，使得靶材表面留有剩余吸收层。通过表征靶材表面冲击区域凹坑尺寸、力学性能，以及直接检测冲击时靶材背面的冲击波信号，研究剩余吸收层对冲击效果的影响规律。结果表明：剩余吸收层会显著衰减冲击波，进而削弱靶材的冲击效果；对确定的约束层和靶材，存在具有“最佳声阻抗值”的理想吸收层，使得作用于靶材的冲击波强度最大；激光冲击时，为获得好的冲击效果，必须根据约束层、靶材等，选择合适吸收层，优化吸收层涂覆厚度。文中结果为激光冲击时吸收层材质和厚度的选择提供了依据。

采用激光斜入方法对航空发动机扇轴转接圆角部位进行激光冲击强化试验。分析了斜冲击机理及方法，计算优化斜激光冲击强化试验参数，对冲击前后试件的显微硬度、残余应力进行对比分析，并进行旋转了弯曲疲劳对比验证试验。其结果表明，风扇轴经过激光斜冲击强化后，表面显微硬度提高了11%，残余应力不均匀性得到改善，旋转弯曲疲劳寿命提高了160%；断口观察分析可知，激光冲击强化可以使疲劳源位置内移，降低裂纹扩展速率，从而提高试件的疲劳性能。

研究了工作气体分压比、总气压、充电电压及输出镜反射率对激光单脉冲能量、脉冲宽度及峰值功率的影响。实验结果表明：对于输出能量，工作介质SF6和D2的分压比为10∶1及输出镜反射率为30%时最佳，正常辉光放电状态下提高充电电压有利于增加单脉冲能量，且对于每个电压存在使能量最大的最佳气压值。激光脉冲宽度随工作气体分压比及总气压的增大不断变窄，但随充电电压和输出镜反射率的升高不断变宽。综合考虑输出能量和激光脉宽，激光峰值功率的总体变化趋势与能量一致，但二者取得最大值所对应的气体参数及输出镜参数存在差别。

为提高激光沉积TA15钛合金力学性能，采用ANSYS有限元动力学分析中的谐响应分析，对超声场下激光沉积修复梯形槽底部表面振幅分布及质点振动情况进行了数值模拟，并对模拟结果进行了实验验证，最后对超声场下激光沉积修复试样的综合力学性能进行了实验研究。结果表明：超声场下梯形槽底部表面各质点呈现周期性运动特点，最大振幅在1.6 μm左右，对质点振幅进行测量，与模拟结果吻合较好。进行了超声场下激光沉积实验，沉积区硬度略有提高，修复试样抗拉强度提高3.2%，屈服强度提高7.1%，超声场下显微组织进行观察发现α片层变短。

星载激光测高系统亚毫弧量级的发散角和冰层表面几乎没有穿透效应的优势使其非常适于监测南北极冰盖变化。利用GLAS激光测高卫星的高程数据，通过交叉和重复点方法分析2003~2009年3月格陵兰2 000 m以上区域冰盖高程变化，并改进了交叉点计算方法，使其适合纬度跨度较大的格陵兰地区。经过粗差剔除和时序解算，研究结果表明，该区域7年间冰盖高程年均变化+3.80 cm/年，中误差0.91 cm，呈缓慢增长趋势；交叉点和重复点方法所得结果趋势一致，重复点数量为交叉点数量的4~15倍，但位置分布不均匀，使用星载激光测高数据分析极地冰盖变化时，较大区域适合使用交叉点方法，较小区域适合使用重复点方法。

小型无人机和移动机器人技术迅速发展，对室内导航技术的要求越来越高，针对当前室内导航精度不高、导航设备比较复杂的问题，提出一种采用激光雷达定位和地磁传感器检测相结合的室内主动导航方法。该方法首先使用激光雷达扫描室内环境，用采集到的数据拟合出室内地图，根据目的地信息和室内的环境信息来规划行进的路线；然后在行进中使用激光雷达连续地扫描得到数据与地图数据进行比较，来确定所处的位置，同时使用地磁传感器取得行驶的方向，二者相结合判断是否在规划的路线上行驶，及时地对出现的偏差进行纠正；最后通过搜索RFID地标确定是否已经到达指定位置。仿真和实验的结果表明：所设计的室内激光雷达导航系统结构简单、可靠性高，能够较好地满足室内导航的要求。

为克服传统光学方法测量半导体激光阵列(LDA)Smile效应时存在的光学系统搭建精度要求高、测试人员素质要求高、后期数据处理繁杂测量时间长等缺点，通过用机械接触式台阶仪的探针扫描焊接后LDA芯片N面的方式，快速测量LDA的Smile效应，并将之与传统光学方法测量的Smile效应进行对比。结果表明，两者形态完全一致，差别小于1 μm。用台阶仪测量LDA Smile效应耗时小于1 min。此方法能为芯片焊接工艺优化Smile效应提供快速反馈，可方便集成在大批量生产流水线中对LDA的Smile效应进行实时监测。

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求，研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计，以流水线方式输出目标的复原光谱信息，可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中，具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点，为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。

为研究反导作战中红外预警卫星系统对弹道导弹主动段弹道的跟踪性能，提出以后验克拉美-罗下界(Posterior Cramer-Rao Lower Bound, PCRLB)为衡量指标，结合8态重力转弯主动段运动模型和双星纯方位无源定位获取的量测量，系统分析了运动建模精度、量测精度、采样周期、测源不确定性下检测概率和虚警数目等因素对跟踪时效性和准确性的影响。仿真算例给出了上述因素对位置和速度跟踪性能的影响程度和规律，可为预警卫星反导作战、战技指标关联建模以及星载探测器优化设计等提供有意义的参考。

采用数值模拟的方法，研究了混合管出口宽高比以及混合管出口掺混距离对红外抑制器整体气动性能和红外辐射特性影响，在研究参数范围内得到如下结论：相对于椭圆出口的混合管，矩形出口混合管的引射系数显著增加，且垂直方向3~5 μm红外辐射强度峰值降低10.7％；随着矩形出口宽高比从2.2增大到4.6，抑制器总引射系数增大，而总压恢复系数几乎不变；延长混合管出口掺混距离，有助于提高抑制器引射能力，且压力损失几乎没有增加；无论是增加混合管出口宽高比还是增加出口掺混距离，红外抑制器水平方向和垂直方向3~5 μm波段红外辐射强度都呈现逐渐减小趋势。

大面积动态海洋红外视景仿真是三维红外海战场环境仿真的重要内容，具有重要的应用价值。引入法线贴图，采用GPU着色器技术，提出了一种中波段动态海洋视景的生成方法，实现了逼真的红外海面视景实时仿真。基于矩形平面构建海洋模块，利用海面纹理的法线图，在GPU着色器中计算海面像素的辐射特性、辐射强度和方向。采用了一种基于纹理坐标操作的动态波浪模拟着色器算法实现海面法线的动态变化。提出了基于视点和视场检测的海洋模块调度策略以提高系统渲染效率。实验结果表明，该方法生成的红外海面视景渲染速度可达到80帧/s以上，满足实时仿真的要求，并能逼真地仿真中波段海面的“光斑”现象。

龙虾眼光学是解决大视场高能射线聚焦的关键技术。从成像光学的视角考察了龙虾眼光学系统的成像原理，制作完成了基于Schmidt结构的改进型龙虾眼光学透镜原理样机，并对该系统在可见光波段的性能进行了测试。该龙虾眼透镜由厚度为300 μm的抛光铝板作为反射工作面，反射面成扇形排布，并具有完全对称的球形结构；反射面间夹角由特殊加工的角间距27.6′的楔板保证。原理样机的有效焦距为65 mm，中心张角为17.48°×17.48°，其在空间各个方向上的成像能力几乎相同，可以满足空间大视场探测系统的任务需求。

杂散光会影响星像信噪比，降低系统测光精度。为保证50 BiN望远镜高精度测光观测的要求，对50 BiN望远镜进行了详细的杂散光分析。在TracePro软件中建立精确的仿真模型，计算望远镜本身的点源透过率PST值。根据其特点设计了主镜遮光筒内的挡光环。由于杂散光的不均匀性对“较差测光”系统影响很大，因此着重分析后，结合MATLAB软件验证了挡光环效果。结果表明：添加挡光环后，CCD像面的杂散光辐照度标准差得到明显改善。在离轴角大于30°时，PST值均在10-10量级，相比无挡光环的情况下降了3~4个数量级。由此说明，添加挡光环可以有效提高望远镜消杂散光的能力。该挡光环可应用于其他天文望远镜，可以在50 BiN观测网络中广泛推广和应用。

利用光栅侧面耦合技术多为单波长或窄带光耦合，用于光纤激光器泵浦、光波导集成等领域，而用于可见光宽带耦合的研究很少。通过在波导上集成亚波长衍射光栅结构，可以引导太阳光在波导的侧面进行出光汇集，作为一种新型的太阳能集光器结构。利用时域有限差分算法软件(FDTD)对光栅结构进行仿真，以获得最大衍射效率的光栅结构参数，并对不同入射角度下的衍射耦合效率进行了分析。结果显示，在宽波段的光谱范围内，以上光栅结构均达到较好的衍射效率，其中闪耀光栅衍射效率最大，其衍射效率可达48.8%。这种利用亚波长衍射光栅结构的小型集光器有望应用在有关太阳能能量的收集应用中，例如照明、太阳能电池等。

提出了利用一种可实现一个移动和两个转动的小型3自由度(3-DOF)并联机构来控制支撑激光聚焦次镜的方案。采用传统的欧拉角描述动平台运动方式，建立了小型3-PRS机构的运动学模型，分析了机构的正、逆运动学性能，进行了包括约束雅克比矩阵的建立和伴生运动的求解。基于运动学分析，定性分析了机构的奇异位形。联合ADAMS与MATLAB，计算了机构的可达工作空间，动平台绕x轴最大运动角度为±15.167 1°；绕y轴最大运动角度为±13.319 4°；沿z轴方向的移动大约为9.954 1 mm，分析证明该小型3-PRS机构完全满足支撑激光聚焦次镜结构的设计要求。

基于夫琅禾费衍射理论，通过对衍射积分的核函数进行近似，推导并得出了简洁的经圆环形孔径衍射的高斯光束远场发散角的近似解析式。在不同衍射孔径外径和不同遮拦比的条件下，将该解析式与严格的夫琅禾费衍射积分进行比较，发现二者求出的远场发散角接近一致，最大误差不超过2.7%。与传统数值积分求取光束发散角相比，该近似解析式在避免繁琐的积分运算同时保持了较高的精度。该解析式成立条件为高斯光束的束腰直径大于等于3.5倍中心遮拦直径，且小于等于孔径直径；在实际工程应用中，特别是具有大口径、小遮拦比特点的空间激光通信光学天线这一应用场景，该条件一般能够被满足。

模型式无波前探测自适应光学系统以其收敛速度快、校正效果好在波前无法探测的环境中具有巨大的应用潜力。基函数的产生方法及阶数多少决定了模型式无波前探测自适应光学系统的校正效果和收敛速度，文中提出以变形镜本征模作为基函数。分别以32、88及127单元变形镜作为波前校正元件建立无波前探测自适应光学系统仿真模型，利用变形镜本征模作为正交基函数对波前畸变进行校正，分析其校正效果和收敛速度。结果表明，以变形镜本征模作为基函数时，由于基函数的阶数等于变形镜的单元数，无需另外确定阶数多少，且无波前探测自适应光学系统可以获得接近理想校正时的校正效果，系统收敛所需测量的光斑强度的次数仅取决于变形镜的单元数。

针对二次聚光器结构复杂、加工工艺难度大、成本高的问题，结合实际工程应用，设计了应用于密集矩阵式聚光模组的二次微棱镜，用Solidworks建立了三维模型，借助Zemax光学模拟仿真手段，对二次微棱镜的倾角和高度等重要参数进行了优化仿真，结果表明当二次微棱镜高度为5 mm、上底面边长为7 mm、工作面倾角为67.38°时，太阳能电池接收的太阳辐射能量最大，达到最大值2.466 9 W，与不带二次微棱镜接收能量1.876 0 W相比，提高了31%，该二次微棱镜对提高聚光模组效率作用显著。

30 m望远镜三镜为长轴3.594 m，短轴2.536 m的椭圆形微晶玻璃反射镜。其支撑结构采用了多种柔性结构，以释放非支撑方向的自由度。使得轴向支承和侧向支撑能够相互解耦，并减小支撑结构与镜子材料的热胀系数不匹配带来的热应力。柔性件柔度越高，在望远镜观测条件的扰动下镜面面形越好。但过高的柔度会降低柔性件的屈曲临界载荷，导致结构发生屈曲失效。为此需要计算出望远镜观测过程中柔性结构所承受的最大压力载荷，计算相应的屈曲安全系数SFBuckling。对比了典型结构非线性屈曲分析和特征值屈曲分析的区别，不断迭代设计和分析，柔性元件的SFBuckling和柔度取得了一个较好的平衡点，热扰动下的面形也达到了设计要求。

针对EAST托卡马克等离子体中波红外与可见光集成诊断系统进行了设计。系统采用独特的光路形式，使成像指标满足的同时，尽量避免光学元件受到辐射和污染；通过采用分色方式，实现中波红外与可见光两路同口径、同视场成像，提高了观测效率。最终设计完成了通光口径3 mm，视场58°×47°的广角红外与可见等离子成像系统。装调后对各项指标测试结果表明，系统性能达到设计要求。通过对EAST托卡马克装置的放电过程成像实验表明，系统红外与可见两路实现了广角、清晰等离子成像。

桁架式支撑结构在大中型离轴三反(TMA)空间相机中使用广泛，如何提高其动力学特性是此类相机研制过程中的关键。针对桁架结构的设计问题，提出了通过集成优化确定桁架结构动力学特性最佳位置的方法，使用实验设计的手段，对影响其动力学特性的各桁架杆位置变量进行了研究，分析了该优化问题解空间的特点；为了实现桁架结构的全局最优设计，以提高支撑结构的一阶自然频率为目标，使用多岛遗传算法(Multi-island GA)进行全局寻优求解。利用有限元分析的方法，得到该桁架经优化后的一阶自然频率107.72 Hz，较未经优化的初始结构(83.45 Hz)提升了29%，效果显著。该研究提出的集成优化模型和分析方法为此类桁架结构的设计提出了新的思路。

小卫星具有研制发射成本低、适于机动战术应用等优点，但基于几十kg级的卫星平台实现米级或亚米级对地光学遥感，仍是一个具有挑战性的问题。对此提出一种新的两反射镜折反系统，由两块非球面反射镜和像方负光焦度三透镜组组成，兼具传统两反射镜系统轴对称性而结构紧凑、易于装调和三反射镜系统平场消像散的优点。首先，介绍该新型系统基本思想与结构，导出其初级像差公式，分析给出色差和单色像差校正方法与初始结构求解方法。然后，实例优化设计得到结构紧凑、适用于低轨高分辨率小卫星对地遥感的光学系统，其工作波段、全视场角、有效焦距和F数分别为450~800 nm、1.2°、3000 mm和F/10，系统的光学总长和通光口径分别为595 mm和300 mm。自身消色差的负光焦度透镜组由同种普通玻璃组成，系统成像质量接近衍射极限。

长距离目标探测、快速目标捕获、多个目标跟踪是一个高性能光学预警系统应该具备的几个基本特征，是实现全空域光学闭合探测的基本条件。传统光学跟踪平台，由于结构的固有缺陷使其在预警应用中存在一些问题。提出了一种新概念结构的、适合光学预警应用的光学跟踪平台，称为“伞状多层分布式结构”。旨在通过此新型跟踪平台的结构特点，结合多探测器测量、控制与信息处理系统优化等方面研究，有效解决目标搜索视场小；目标跟踪单一；跟踪过顶盲区几个制约光学预警系统性能的问题，打破光电跟踪设备在光学预警系统中应用的瓶颈。

为适应复杂的工作环境，提高反射镜的面形精度，设计了基于柔性支撑的RB-SiC材料长条形扫描反射镜。采用三角形单元和四边形单元相结合的背部开放式结构，对扫描反射镜进行了轻量化设计；通过分析支撑点跨距对反射镜变形的影响，对支撑点位置进行了优化设计；设计了万向柔性支撑的结构形式，消除装调和环境变化产生的残余应力；利用有限单元法建立了扫描反射镜组件的模型，计算后面形精度可达到0.023λ；采用自准值法，利用ZyGo干涉仪对反射镜的面形精度进行了测量，测量结果显示扫描反射镜的面形RMS值达到0.029λ。通过模拟无穷远处动静态目标进行了静动态成像试验，成像质量一致，通过飞行试验对地面目标进行了拍摄，扫描反射镜动态成像稳定，所获得的图像质量良好。

为设计单个非球面扩束(缩束)透镜，由光线折射定律矢量形式和对非球面折射特性的理论分析，提出了一种设计单个非球面扩束(缩束)透镜的新方法—全面学习策略的粒子群算法，并用此方法设计出了线度小于170 mm缩束14.16倍的单个非球面缩束透镜，用光线追迹方法模拟了缩束或扩束过程。模拟结果表明，单个非球面透镜可以起到缩束或者扩束作用，全面学习策略的粒子群算法可用于非球面缩束透镜的设计。单个非球面透镜作为扩束镜使扩束系统结构大大简化，大大提高了出射光斑的均匀性。

在再入飞行过程中生成的等离子体鞘套对电磁波传播的影响引起了很多的关注。包覆飞行器的等离子体鞘套通常为一团弱电离的气体。等离子体鞘套的存在会影响飞行器与地面间的通信，甚至带来通讯黑障问题。为了解决这一问题，进行了大量的研究并提出提高电磁波频率可以成为一种解决方式。随着可以生成高强度太赫兹源的设备出现，电磁波与等离子体间相互作用在微波波段的研究局限被打破，高频率的太赫兹波与等离子体间的相互作用也引起了更多关注。通过计算流体力学方法对包覆飞行器的热力学和化学动力学非平衡流体进行数值计算可以得到包覆高超声速飞行器的流场分布，以此可以得到等离子体鞘套的电磁特性。通过数值计算得到四种飞行场景下的等离子体鞘套，并分析了不同传播路径下太赫兹波与等离子体鞘套的相互作用，结果表明：当飞行高度较低，鞘套等离子体密度较大时，太赫兹波具有穿过等离子体鞘套的能力，可以为通讯黑障问题的解决提供理论支持。

基于Mie散射理论计算获得烟幕对337 μm太赫兹波的衰减特性，并与其对传统的1.06 μm激光、3~5 μm和8~12 μm的热红外波段的衰减特性进行了对比。结果表明：石墨烟幕对337 μm太赫兹波的质量消光系数比其他波长和波段小1~2个数量级。选取两种不同粒径的石墨烟幕在上述波长和波段上分别进行消光特性实验，获得了两种烟幕在各波长和波段上的质量消光系数。实验结果表明：两种烟幕对337 μm太赫兹波的质量消光系数均小于0.045 m²/g，且远小于其他探测波长和波段，说明波长更长的太赫兹波具有更强的穿透烟幕的能力。

制冷型InSb红外焦平面探测器工作时需降温至低温(80 K)，器件在整个生命周期会经受从常温(300 K)到低温(80 K)的上千次高低温循环。针对该型探测器开展了高低温循环特性试验，测试和分析了上千次高低温循环过程中器件光电性能、杜瓦热负载和J-T制冷器特性的变化。试验结果表明，探测器可以经受至少2 000次高低温循环,并且探测率变化的幅度≤5.5%、响应率变化的幅度≤4.8%、盲元数未发生增加。研究结果为器件的工艺研发和改进提供了参考。

以硅基板镀制单层HfO₂薄膜前后的表面微观形貌的变化为例，开展了光学表面功率谱密度的计算及表征研究。首先给出了一维功率谱密度(PSD_1D)、二维功率谱密度(PSD_2D)以及各向同性功率谱密度(PSDISO)的计算方法和具体步骤。然后使用原子力显微镜测量了硅基板镀膜前后在1 μm×1 μm、5 μm×5 μm、10 μm×10 μm、20 μm×20 μm四种扫描尺寸下的表面轮廓。在此基础上使用MATLAB编程计算得到这四种扫描尺寸下的PSD_ISO，对这些PSD_ISO使用几何平均算法拼接得到具有足够大频率范围的PSD_ISO-Combined。结果显示，硅基板镀膜前后的PSD_ISO-Combined在低频段基本相同，中高频段出现了明显差异。分析指出这是由镀膜后表面柱状晶体结构引起的。提出了对PSD_ISO在频域上积分得到表面均方根粗糙度σ_ISO，再同由定义式计算得到的σ_STD作对比的方法。计算得到的σ_ISO与σ_STD基本相同，验证了PSD_ISO计算方法的准确性。

红外探测器在某些特殊环境的应用对探测器的可靠性提出了新的要求。为研究湿热环境对PbS探测器性能的影响，叙述了PbS薄膜的化学水浴制备方法及PbS薄膜形貌、性能测试及干-湿环境交替试验的过程，阐述了PbS探测器芯片经干-湿热环境试验后暗阻、噪声和D*探测率的变化情况。充分湿热后，PbS的暗阻增大，而充分干燥后，暗阻值又回落。暗阻值随干-湿环境交替变化而变化并具有一定的可逆性。PbS探测器芯片暗阻的这种变化，是因PbS颗粒在湿热环境下吸附H2O等因素产生的电阻ΔR与PbS颗粒的电阻R0构成一个等效的串联电阻，ΔR随着PbS芯片在湿热环境时间的长短或者在干燥环境而变化，形成一种类似于可调节状态的可变电阻。干-湿环境对PbS探测器噪声影响的变化趋势与其对暗阻值影响的变化趋势一致，而对D*探测率影响的变化趋势与之相反。

对铈铁掺杂铌酸锂(Ce:Fe:LiNbO₃)晶体进行氧化、还原处理。通过红外光谱、紫外可见吸收光谱测试了晶体样品的组成和缺陷结构。采用透射光斑畸变法测试了晶体样品的抗光损伤能力，结果表明：生长态晶体比还原态晶体的抗光致散射能力基本上高一个数量级，氧化态的晶体要比还原态的晶体高两个数量级。采用二波耦合实验测试了晶体样品的光折变性能，结果表明：从氧化到生长再到还原态，衍射效率逐渐降低，响应时间缩短，光折变灵敏度增加，动态范围逐渐降低。

采用直流磁控溅射法，结合氧化法热处理在硅基底上制备VO₂薄膜，通过SEM、XRD、XPS、FTIR红外透射率等测试，从多角度分析了氧化热处理对VO₂薄膜截面结构、晶相成分、成分价态、红外透射率相变特性的影响。实验分析表明，采用直流磁控溅射与氧化热处理相结合的方法，可获得主要成分为具有明显择优取向单斜金红石结构VO₂(011)晶体的氧化钒薄膜，氧化热处理有利于VO₂晶粒生长并增加薄膜致密性，同时其红外透射率具有明显相变特性，相变温度为60.5 ℃，3~5 μm、8~12 μm波段的红外透射率对比值达到99.5%，实现了对红外波段辐射的开关功能，适合应用于红外探测器的激光防护研究，同时可为深入研究对薄膜的氧化热处理提供参考依据。

激光散斑传感技术具有结构简单、灵敏度高等特点，可以实现对应力、振动、距离、速度、流速等物理量的传感测量，已成为光学传感领域中的研究热点之一。设计了一套基于激光散斑的应力传感系统。该系统使用波长为405 nm激光作为光源，利用音圈电机振动多模光纤，同时采用CCD图像传感采集系统对抛光玻璃表面进行显微成像，通过MATLAB软件对采集到的散斑图像进行分析处理，计算散斑对比度，拟合散斑对比度随时间变化的曲线。结果表明：散斑图像对比度的变化反应了多模光纤应力的变化，通过多模光纤应力变化可以判断是否有入侵者，实现了防盗功能。

剥层法是重构光纤Bragg光栅(FBG)参数的常用方法，利用剥层法可以解调FBG非均匀应变。常规剥层法获得的FBG复耦合系数存在误差，为提高非均匀应变解调精度，提出基于剥层法的复耦合系数幅值修正改进方法。新方法在剥层求解当前层复耦合系数后，保留耦合系数相位，对耦合系数幅值进行修正，构成新的复耦合系数用于下一层反射谱的剥层求解。给出了改进算法求解非均匀应变的详细步骤和过程，并进行了仿真实验研究。利用传输矩阵法模拟仿真无应变、应变线性增大、应变线性减小以及二次曲线应变下的FBG反射谱，分别使用常规方法和改进的方法对各反射谱进行应变解调。结果表明：改进的方法获得的应变结果与理论应变有更高的一致性；不同理论应变下，改进的方法获得应变最大误差均值约为原始方法的1/5，均方根误差的均值约为原始方法的1/7，改进的方法解调误差远小于原始方法。

利用矢量光束传输法研究了温度对填充乙醇六边形折射率引导型光子晶体光纤色散、有效面积和非线性的影响。结果表明：温度对色散平坦区域内的色散影响比较大，而且温度越高，色散平坦区间变宽；在平坦区域的短波长范围，温度对色散的影响变化更大，曲线更平坦；温度在长波长比短波长处对光模场面积和非线性系数影响更大；在平坦区域某一波长处，随温度的增加，色散和非线性系数随着升高。研究结果为设计新型光通信和光传感器件提供了理论参考。

大气湍流引起大气折射率随机变化, 导致空间不均匀性。高阶贝塞尔光束在大气湍流中传输时, 空间不均匀性会使光子波函数改变,形成不同的光子态引起轨道角动量的弥散。在Rytov近似下，计算了高阶贝塞尔光束在大气斜程传输中各分量所占光束总能量的权重。讨论并对比折射率结构常数，光束波长，天顶角，轨道角动量数，接收孔径和光斑大小等参数对螺旋谱的影响，并给予相应的物理解释。结果表明：随着折射率结构常数，天顶角和传输距离的增加以及光束波长的减小，螺旋谐波主分量对应的谱减小，轨道角动量弥散越大,而且望远镜接收孔径和光斑大小对轨道角动量弥散的影响非常小。

为了满足环境温度的要求，快速、可靠的完成光纤陀螺组合的设计方案，对光纤陀螺组合进行热分析和热设计。建立光纤陀螺组合模型和有限元模型，设定要求的边界和约束条件，分析光纤陀螺组合内部关键元器件及组件在整个温度循环的温度及可靠性。最后通过热设计的方式，DSP的最高温度降低了10 ℃，DC/DC电源模块的最高温度由原来的90 ℃降到了70 ℃，所有关键元器件都工作在其额定温度范围内，光纤陀螺组合内部温度场的均匀性得到了改善，由原来的30 ℃降到了10 ℃，为设计方案的确定提供了依据。

数字闭环光纤陀螺仪测量角速度时，采用方波调制引起的各种失真会对输出结果产生影响。基于傅里叶级数建立包含失真噪声的闭环光纤陀螺方波调制、解调信号模型，对各种调制失真引起的输出误差进行了仿真分析，并提出一种双极型归零脉冲方波解调方法，用于消除方波调制闭环光纤陀螺仪的输出信号误差。仿真结果表明：采用常规方波解调时，调制信号的相位失真、方波脉宽失真、谐波失真以及梳状噪声脉冲对光纤陀螺仪输出有很大影响，测量角速度相对误差可达1%量级。采用双极型归零脉冲方波解调时，上述调制失真的影响都得到有效的减小，陀螺仪测量角速度相对误差只有0.1%量级，降低了一个数量级，说明文中提出的双极型归零脉冲方波解调方法对提高闭环陀螺的测量精度和稳定性有重要意义。

基于条纹投射和正弦相位调制技术，提出了一种用于测量物体表面三维形貌信息的光纤干涉系统。通过杨氏双孔结构实现了条纹投射，并以余弦电压信号驱动压电陶瓷实现正弦相位调制。为了消除机械振动、温度波动等外部干扰，采用相位控制系统对相位漂移进行检测，并生成实时相位补偿信号。补偿后相位误差可达6.8 mrad，从而获得高精度的干涉条纹相位稳定度。对待测件的表面轮廓连续测量两次，时间间隔为10 min，测量重复度达到0.05波长。实验结果证明：该系统能够实现较高精度的表面形貌测量。

空间滤波测速系统中输出信号的基底成分，理论上可以通过差分方法完全消除。但由于由被测物体表面各处散射到光学系统并被探测器接收到的光能量不一致等原因，导致输出信号中仍然有基底成分残留，为信号特别是低频信号的探测带来困难。为了消除差分滤波器输出信号中残留的基底成分，对空间滤波测速仪中的图像传感器型差分滤波器的结构进行了优化设计。列出并分析了图像传感器型差分滤波器的各种可能结构形式，并且选择了几种典型的结构进行了实验。分别在均匀照明和非均匀照明条件下，从功率谱和信噪比两个方面分析了输出信号的质量，为滤波器结构的优化提供了依据。通过对比不同滤波器结构下系统输出信号的质量，得到了一种最为合适的能大大消除输出信号中残留的基底成分的滤波器结构。

为了完成三维型面的高效扫描测量，将激光测头通过回转台安装在三坐标测量机Z轴的移动末端上，以搭建非接触式的光学坐标测量系统。在被测表面三维点云的创建过程中，需要将激光测头的一维距离值转化为测量点的三维坐标值，为此，提出了基于球面的光束空间矢量标定方法。在标定过程中，通过控制测量机X、Y和Z轴的运动实现测头的标定轨迹，使测头能够采集到球面上的若干测量点，同时记录下各轴的光栅尺读数和测头的输出。然后，应用这些数据和球面的约束方程来建立超定非线性方程组，并采用矩阵最小二乘法求解出测量光束所在直线的单位方向向量。最后，将一个直径已知的金属球作为被测对象，应用所搭建的测量系统在10个不同方位对其直径进行测量，所得结果的测量误差均小于0.05 mm，充分说明了所提出的标定方法的有效性，从而为实现空间自由曲面的精密高效测量奠定了基础。

以天基监视为背景，依据几何学原理和矢量计算工具，主要研究了双星相对运动模型。一方面，突破力学求解方式，采用一种区别于传统轨道根数的卫星轨道生成规则，可清晰直观地描述卫星轨道；另一方面，结合光电跟踪系统，研究了双星运动过程中的相对方向变化。通过对异面太阳同步圆轨和共面地球同步圆轨双星相对运动模型的仿真计算，获得了卫星轨道、相对距离、方位角、俯仰角、方位角速率、俯仰角速率的变化结果，分析结果证明了此方法的合理性，可为天基监视中的工作区域选择、卫星轨道设计、监视系统设计和捕获跟踪瞄准控制系统设计等物理问题和关键技术提供定性和半定量参考。

为计算工程化的隔离度幅值指标，建立了引入末制导回路的隔离度寄生回路模型，得出了基于不同末制导剩余时间下的隔离度临界幅值。针对6种常用误差模型下隔离度正反馈幅值的影响，提出了一种引入制导回路的末制导剩余时间值的计算方法。将目标常值机动、初始速度矢量角误差、目标随机机动、目标角闪烁噪声、褪色噪声以及接收机噪声分为3类，得出了关于相对速度比、隔离度幅值与无量纲脱靶量的变化曲线，利用脱靶量取值时间、裕度限制、脱靶量变化趋势以及实际脱靶量等方法综合判断隔离度幅值指标，并根据该指标估算出在映射隔离度指标时，需要引入制导回路的末制导剩余时间值，为工程应用提供了参考。

为准确获取半捷联图像导引头视线角速率，构建了Kalman观测器对电机平台进行框架角速率估计。首先，根据半捷联导引头稳定跟踪原理，建立了以Kalman观测器为状态反馈的数学模型；其次，根据编码器误差特性，应用最优估计理论计算分析了估计精度与观测器参数之间的关系；再次，在保证稳定平台带宽的前提下，设计了两种不同采样率下的Kalman观测器；最后，进行了数字仿真实验验证。结果表明：在2 000 Hz采样率下，估计算法角速率精度为0.098 9 (°)/s，优于200 Hz采样率下的0.301 3 (°)/s；两种采样率下导引头带宽均为59.6 rad/s，平台隔离度为1.5%。提高导引头稳定系统采样率并与相应控制参数匹配，能有效提高平台角速率估计精度。

针对不均匀光照条件下光伏阵列的MPPT跟踪控制问题，提出了基于粒子群的复合式MPPT控制算法。复合式PSO-MPPT控制算法包括离线寻优和在线寻优两个部分。离线寻优环节采用相邻粒子信息交换机制加强了在寻优过程中的收敛性以及对关键区域的搜索力度；在线寻优环节采用适应度模糊判断的方法解决了粒子群算法在线工作时扰动大、耗时长的问题。复合式PSO-MPPT控制算法将离线和在线的优化方法结合到一起，弥补了各自方法的不足。与传统的方法相比，所提出的方法具有更快的响应速度和更高寻优精度。最后通过Matlab仿真证明了所提出的算法可以实现在不均匀光照条件下的最大功率点跟踪。

红外目标光谱辐射亮度对于**光电系统的搜索、跟踪及目标识别都具有重要的应用。以红外辐射理论为基础，在同温度、同波长下采用红外傅里叶分光法并与标准黑体相比较的方法对红外目标光谱辐射亮度进行了测试技术研究，建立了红外目标光谱辐射亮度计量测试装置。根据实验结果分析，该装置在波长范围2.5～14 μm，1 000 ℃、3 000 ℃、5 000 ℃、7 000 ℃四个温度点条件下，测量误差为±1%，在5 000 ℃、7 000 ℃时，测量误差小于0.1%。分析讨论了对测量结果产生影响的因素，得出当标准黑体温度与被测红外目标温度不一致时，会给测量带来较大误差；在3.0～5.4 μm范围内，分别选用InSb和MCT两种探测器，产生的偏差为±0.5%。

标准传递探测器在红外波段的绝对光谱响应度定标不确定度较大且难以降低，其主要影响因子是窗口透过率的测量不确定度，该项因子是由布儒斯特窗口的状态复现引入。给出了陷阱型标准传递探测器在1 064 nm波段溯源于低温绝对辐射计的定标实验过程和结果。介绍了低温辐射计新型Y型定标光路，该光路消除了低温辐射计窗口反射损耗引入的不确定性。实验测试了探测器在1 064 nm波段的线性、空间响应均匀性、稳定性和空间偏振非敏感性。结果表明：传递探测器绝对光谱响应度定标的不确定度优于0.023%，响应度重复性的实验结果表明了Y型低温辐射计定标光路改造的可行性。

为了增强探测器在微弱光信号条件下的成像质量，提出了一种利用哈达玛变换(Hadamard Transform，HT)实现高灵敏探测的成像方法。基于探测器噪声独立于信号，且每次测量噪声也相互独立的假设，分析了在哈达玛编码成像与经典成像中，噪声对图像信噪比的影响。推导出编码成像的信噪比提升与编码模板长度n有关，约为经典成像信噪比的sqrt(n)/2 倍。同时采用分区编码的方式，减小了高分辨率图像的编码时间。实验结果表明，与经典成像方式相比，采用分区编码的哈达玛变换成像方法明显的提高了图像的信噪比，同时可以在高分辨率图像条件下，缩短编码时间。

分布式压缩感知是用尽可能少线性测量值来表示一个联合稀疏信号。分布式压缩感知联合重构算法是以信号集中的某个信号为边信息，根据信号集中信号之间的相关关系来重构信号的算法。为了解决已有重构算法的复杂性以及减少重构算法所需的测量值数，提出了两种新的分布式压缩感知联合重构算法。对提出的两种新算法在信号和图像处理上进行了实验，验证了其可行性与先进性。结果表示,这两种联合重建算法在获取相同的图像质量时需要测量值更少。

随着成像技术的发展，偏振信息在成像技术中的应用逐渐受到广泛的重视。偏振信息的提取方式就显得尤为重要。穆勒矩阵作为表示光照射到物体前后偏振态变化的系数矩阵，其不仅与物质本身息息相关，而且含有大量的偏振信息。此外由于穆勒矩阵含有16 个元素，且每一个元素含有的信息都不尽相同，充分利用这些信息能够在目标识别、目标信息增强方面以及目标与背景分离的应用中起较好的促进作用。通过提出一种穆勒矩阵图像的获取方式，并对穆勒矩阵的信息加以初步的处理，最后与偏振度的信息加以对比，充分体现出穆勒矩阵图像在偏振成像应用中所具有的价值。结论表明通过穆勒矩阵图像处理后得到的图像比偏振度图像信息更加完整，能够对后期的模式识别处理提供良好的基础。

为了得到夜晚目标的真实色彩信息，设计了三波段真彩色夜视系统，并阐述了其工作原理。根据满月条件下月光的光谱特性，结合典型目标的光谱反射特性和S25+光电阴极的光谱响应特性，采用对比度反转最大原则，综合考虑人眼的光谱光视效率特性，提出了三波段真彩色夜视技术的光谱分割方法。依据光谱匹配的理论计算结果制备了滤光片，并对滤光片的光谱透过率进行了测量。利用制备的滤光片进行了实验并提出了一种三波段夜视图像彩色融合方法，实验表明：提出的光谱分割方法能够较好地还原目标的真实色彩。

随着现代CCD和CMOS相机阵列尺寸的增大,越来越多的像素被集成到焦平面阵列上。基于该项技术可以获取更高分辨率和更宽动态范围的图像，该图像包含了更多真实的细节信息。然而，在处理这种图像的时候，尽管图像具有宽动态范围，但是却无法显示图像的所有有用信息。一些技术已经被用于先进的相机以解决上述问题，但它们还是存在或多或少的缺点。因此，提出了一种新的宽动态范围图像增强算法。该算法使用导向图像滤波器对图像进行分割，然后同时处理被分割的基频层以及细节层。通过增强高频信号来突出细节层中图像的细节，同时使用策略处理基频层以控制灰度对比度。颜色饱和度可以通过两个层一起控制。通过细节层和基频层来增强原始宽动态范围图像，提高数字细节、灰度自适应以及颜色对比度。对算法进行了详细的分析。图像仿真示例显示该算法性能可靠。