红外对抗系统与技术经历了近半个多世纪的发展，先后出现了红外干扰机、红外诱饵及红外烟幕等几类红外干扰技术，并形成了一个庞大的红外干扰器材家族。近年来，随着红外成像寻的制导**和技术的发展，常规的红外干扰手段对新型红外制导**的干扰效果越来越不尽人意，人们逐渐提出了以高功率氙灯或激光作为红外能量源的定向红外对抗（DIRCM）概念。该系统具备优越的红外干扰性能，如通过干扰、致眩和毁伤等干扰红外成像导引头、多次重复使用、干扰效率高等，现已成为新一代红外对抗系统的优选方案。回顾了近年来国外新一代定向红外对抗系统和技术的研究发展历程，重点阐述了基于激光的定向红外对抗系统的工作原理、干扰毁伤机理、在技术上的优势及其国外发展现状，预测了定向红外对抗系统与技术的发展趋势。

与红外定焦镜头和红外两档变焦镜头相比，红外连续变焦镜头具有连续可变的视场，可对目标进行连续的跟踪，是未来红外成像技术的发展方向。随着光学冷加工、精密机械加工、镀膜技术等工艺水平的不断进步，以及现代科技的发展要求，红外变焦镜头向高变焦比方向发展，同时还须保持良好的成像和消热差性能。概述了国外各种高变焦比中波红外镜头的结构和设计方法，包括20×高变焦比中波红外镜头、30×高变焦比中波红外镜头、300×高变焦比中波红外镜头，总结了一套高变焦比中波红外镜头设计经验，对国内高变焦比中波红外镜头的应用发展研究有借鉴价值。

红外空空导弹是最有效的近距空战杀伤**，但其工作机理复杂，干扰环境多变，仿真出来的导弹很难与真实导弹的性能相符。为了简化仿真过程、提高仿真结果的准确性，摒弃复杂的物理仿真从导弹的功能仿真切入，注重导弹的识别、导引、控制、运动过程。首先建立基于三自由度的导弹数学模型，简化导弹运动方程；其次将抗干扰方法分类，分析导引头进入抗干扰状态和没进入抗干扰状态抗干扰的不同机理；最后建立以导弹、诱饵、飞机为主体的仿真平台，以脱靶量、导弹轨迹、抗干扰概率做为仿真结果的评价标准。仿真结果表明，仿真的红外空空导弹模型简单、易于实现、抗干扰结果与真实导弹接近，能够满足空战评估的基本要求。

某航空大视场红外扫描装置采用TDI-CCD探测器、以整机摆扫工作方式扫描成像，由于扫描装置为滚动-俯仰结构的两轴稳定平台，对偏航扰动没有稳定作用，其成像质量易受载机偏航运动的影响。通过运动学分析方法建立扫描装置的视轴运动方程及视轴旋转约束条件，得出不影响成像质量的载机偏航运动范围。在载机实际飞行数据输入条件下进行仿真验证，当载机直线飞行时，其偏航运动不影响成像质量。飞行试验验证表明：摆扫扫描图像清晰，航空大视场扫描装置具有良好的载机偏航运动适应性。

随着探测技术的飞速发展，红外探测器获得了越来越广泛的应用。对一种快速启动的微型红外探测器内部结构进行了数值模拟和传热计算。模拟结果表明：接触热阻对探测器组件冷却过程和时间的影响显著，通过调整接触热阻的大小，探测器芯片冷却到90 K所用的时间在4~10 s之间变动。初始环境温度和光阑表面发射率对芯片的冷却效果影响不大。节流冷头温度的变化对探测器组件冷却影响较大，当节流冷头温度下降较慢时，其对芯片启动时间影响较大。在实验过程中可以通过优化接触热阻和节流冷头这两个因素来提高探测器组件冷却效果，从而达到更高的要求。

红外焦平面阵列(IRFPA)的盲元既包括因材料与制造工艺的缺陷而导致的固定盲元，也包括因环境温度的漂移而出现的随机盲元。基于场景的盲元检测与补偿算法是去除这两种盲元，提高IRFPA成像质量的有效手段。针对目前滤波类场景检测算法无法有效区分弱小点目标和随机盲元的缺陷，重点研究了随机盲元的响应特性和噪声特性，并提出了一种基于模糊中值与时域累积的盲元自适应检测与补偿算法。首先利用模糊中值滤波器从场景中提取出潜在的盲元，并通过多帧累积确定固定盲元和随机盲元的正确分布，最后对盲元进行实时补偿。实验结果证明：该算法可以有效地实现对盲元的校正，同时避免对弱小点目标的误判别。

低温红外目标源是测试和标定低温红外传感器的响应线性度和非均匀性的关键测试设备。对所研制的低温红外目标源设备的工作原理进行了论述，同时基于有限元分析方法，以ANSYS软件为载体对黑体面源控温方式及温度场分布进行模拟分析，并进行了测温实验。结果表明：所研制的低温红外目标源结构设计合理，仿真温度场与实测温度场分布规律一致，控温精度不大于0.5 K，黑体面源温度分布均匀，表面温差不大于0.2 K，稳定性好(≤0.1 K/min)，可以满足低温红外系统的测试和检定要求。

为了提高大视场红外光电经纬仪测角精度，提出了一种多元回归分析的静态精度标定方法。对影响其精度的原因进行分析，并提出相应的解决办法。首先介绍了红外光电经纬仪的系统组成和测量原理，分析了物像空间在大地坐标系下的坐标对应关系，然后，指出了影响大视场红外光电经纬仪测量精度的原因是由于加工与装调过程中引起的误差，并且该误差与光学设计值不完全一致。最后，针对这一问题，提出了使用多元回归分析数据处理方法，该方法在全视场内按区域建立多元回归分析计算模型，当进行精度解算时，通过多元回归分析模型对脱靶量进行修正，使用修正后的脱靶量进行测角精度计算。实验结果表明：经过多元回归分析修正后的方位角与高低角测角误差标准差分别由21.44″与26.81″提高到7.62″与6.38″。有效地提高了大视场红外光电经纬仪的测角精度。

基于表面测温的内热源识别问题在红外无损检测、微生物发酵、弹药和食物存储等领域都有重要的应用。利用遗传算法对导热反问题中热源项的反演问题进行了识别研究,系统地分析了多种因素对热源参数识别结果的影响。通过具体算例的求解，证明了该方法可以很好地解决内部点热源参数识别的问题。同时识别多个点热源的强度和位置时，结果都比较准确；在测温信息减少到依靠一边测温时，仅有远处的点热源的位置识别结果出现偏差；在测温误差的标准差不超过1.0 ℃时，热源强度和位置的识别结果都是准确的。

为了研究MIM结构中腔的物理性质对SPP传播的影响，采用了对波导模式、谐振和反射系数以及相位分析的理论方法，讨论了腔长和厚度对SPP传播的相关参数的影响，仿真了MIM波导中电动势、腔长和反射系数等参数在结构中作用。结果表明，SPP传播产生的电动势能达到相对较大的1V，激发产生的能场会有放大的作用；腔的有效功率变化与腔长变化一致，不同的腔厚度中腔长对SPP传播的结果趋势相同；近场中传播系数存在一个最大值。这一问题的分析与讨论对非线性THz光谱研究、纳米级光电探测、SPP模式的发生器、强局域场都具有一定的意义。

在Collins公式基础上，将像差项用Zernike多项式展开后加入衍射积分，获取实际激光光束通过光学系统后的光强分布。对相关理论进行仿真，验证了理论的正确性。同时针对实际激光聚焦光学系统，从统计规律角度分析了系统公差引入对Gaussian光束聚焦光斑带来的影响。计算结果表明聚焦光斑总体随波像差RMS值增大而增大，不同像差分布形式对聚焦光斑特性影响较大。未分配系统公差时，激光聚焦光斑半径为1.520 mm；引入系统公差后，聚焦光斑半径有90%概率小于2.085 mm，平均值为1.700 mm，标准偏差为0.238 mm。

构建了激光声实验测量系统，利用脉冲激光聚焦击穿水介质产生声信号，由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器。分析了激光声信号的时频域数学模型，通过实验对单个激光声信号的时频域特征进行了研究，对激光声通信的信号调制方式进行了理论分析和实验验证。研究结果表明：激光声信号的脉宽约为20 μs，其能量主要集中在200 kHz内，这其中100~200 kHz内的能量占到的比例大约有50%，通过对激光声信号进行幅度调制和频率调制，可以有效实现激光声通信过程。

采用紧凑的直腔设计和精确的膜系设计，实现了LD侧面泵浦1 110 nm Nd：GGG和腔内倍频的555 nm激光。当泵浦功率为168 W时，得到了25.5 W的1110 nm连续激光输出。在10 kHz的声光调Q情况下，应用II类非临界相位匹配LiB3O5(LBO)倍频晶体，得到了最大输出功率为3.1 W的555 nm倍频光输出，光-光转换效率为1.8 %，相应的脉冲宽度为176 ns，在水平和竖直方向上的M2因子分别为19.6和21.3。

二氧化硫是大气中最常见、最重要的污染物之一。差分吸收激光雷达探测二氧化硫具有高时空分辨率、高探测精度等优点。用两台Nd:YAG激光器泵浦两台染料激光器后，通过倍频晶体得到测量大气二氧化硫所需的两个波长，它们分别是λon =300.05 nm和λoff =301.5 nm。将两束光束用几组反射镜合为一束光束，经扩束镜6倍扩束后垂直发射进入到大气中。接收望远镜收集两个激光波长的大气后向散射信号，信号采集单元记录两个波长的后向散射回波信号的垂直高度分布。通过数据反演获得二氧化硫的高度分布。初步实验结果表明，实验期间合肥西郊董铺岛垂直高度0.3~1.6 km的二氧化硫在0~14 ppb范围内波动。最后分析并估算了该二氧化硫差分吸收激光雷达的四个主要误差来源。

环境压强是影响空泡脉动的一个重要因素。为了研究环境压强对激光空泡声波特性的影响，采用理想液体中单空泡运动的理论模型，对不同环境压强下液体中空泡运动过程进行了数值模拟，并通过充气泵精确调节高压水箱内的气压，采用高速照相机、高频测量水听器，得到了在不同压强条件下，空泡脉动特性的序列图像和声谱图，根据实验数据研究了不同环境压强下液体中激光诱导产生的空泡脉动规律与声波特性。结果表明：环境压强的改变影响了空泡生存周期和脉动的剧烈程度，但对声波的强度和声谱分布没有影响。辐射的频率集中在0~50 kHz范围内，所辐射的声波能量主要集中在0~20 kHz频段范围，并在2 kHz与8 kHz有两个明显的频率峰值。

Nd:LuVO4晶体因具有相比于Nd:YVO₄ 和 Nd:GdVO₄晶体更大的吸收和发射截面而受到广泛关注。一种高效的泵浦方式因此而产生：将Nd³⁺离子直接泵浦到⁴F_3/2激光上能级来改善激光器参数，不仅可以减小激光器的阈值，提高激光器的斜效率，并且可以降低非辐射跃迁过程中所产生的热量。利用888 nm激光二极管直接泵浦Nd:LuVO₄晶体，实现了准三能级Nd:LuVO₄激光器。当入射泵浦功率为18.6 W时，916 nm的输出功率为2.5 W，激光器的阈值功率为4.7 W，相应的斜效率为17.8%。入射泵浦功率不变的情况下，获得的最大蓝光输出功率为743 mW。蓝光输出功率的稳定性高于3%。光束质量M²的值为1.12。

测云激光雷达具有精度高和稳定性好的特点，是检测云高的有效途径。作为激光雷达系统的一个基本组成部分，脉冲二极管激光器(PLD)需要脉冲信号触发。对激光雷达的发射部分进行了研究，其中包括后向散射信噪比的仿真、脉冲二极管激光器的选择与触发电路、用于驱动综合光学系统的波长为905 nm的PLD的电路。触发电路激光脉冲具有可调功率和脉冲宽度功能。用Systemview软件仿真设计，完成了PCB版的制作。结果表明：脉冲的任何参数即触发脉冲宽度、上升沿、抖动等均可用于实验中，并具有低成本和使用方便的优点。该发光模块在测云激光雷达中运行良好。

分别利用脉宽在40 fs和5 ns的飞秒及纳秒激光脉冲加工了钎焊在不锈钢底板上的金刚石阵列。通过测量加工区域面积和入射激光功率的关系推断出了飞秒和纳秒激光脉冲加工金刚石材料的阈值。实验结果表明，相比于纳秒激光加工，利用飞秒激光加工金刚石的阈值更低。也利用显微镜比较了利用不同种类光源加工金刚石后加工区域的形貌。研究结果证明了利用飞秒激光加工金刚石相比于纳秒激光更为有效。

为了获取准确的激光打靶实验数据，需要使用诊断搭载平台搭载物理诊断设备对打靶目标进行高精度准直。针对传统方法存在耗时、误差(RMS)较大的问题，根据搭载平台与物理诊断设备的特点，提出了一种基于视觉伺服的精确自动准直方法。首先，构建三维准直向量估算立体视觉系统中靶的偏差，在弱透视条件下，估算值接近于真值；然后，建立三自由度姿态调节模型，提高姿态调节精度。最后，运用准直向量与调节模型设计视觉伺服控制器，仅需一次离线标定即可进行快速准直。通过以上改进，实现了物理诊断设备的精确自动准直。实验结果表明,诊断设备的准直精度(RMS)分别为：x指向为11 μm，y指向为12 μm。搭载分幅相机进行激光打靶考核验证，得到了物理实验过程的X光焦斑图像，表明准直方法满足工程使用要求。

半波电压是电光相位调制器的一个重要指标，针对现有半波电压测量方法存在的测量误差大、测量装置复杂等问题，提出了基于激光相控阵光束扫描原理的半波电压测量方法。通过理论分析，得到了远场主光束的偏移量和相位调制器半波电压的关系表达式。搭建了1×2全光纤激光相控阵光路，对铌酸锂波导相位调制器的半波电压进行了实验测量，改变相位调制器的加载电压，记录多幅远场光强分布图，通过求平均值减小测量误差，而且根据远场光强分布的变化得到了相位调制特性曲线。结果表明，该方法测量装置简单，不仅可以精确地测量半波电压，还可以对相位调制线性度进行分析，具有重要的工程应用价值。

为了实现玻璃内应力的高精度测量，提出了一种磁光调制的新方法，建立了基于磁光调制的内应力测量系统。首先，根据偏振光的穆勒矩阵描述方式推导了该系统的测量模型，通过分离被测信号的直流、基频和各次谐波分量，并利用“归一化”的方法，消除了光强波动对测量结果的影响，并根据处理接收到的各信号分量得到玻璃内应力方向和应力双折射大小。通过测量玻璃的不同位置验证了该方法的有效性，内应力方向的测量精度为5″，应力双折射的测量精度低于0.5 nm/cm，且系统具有稳定性高、精度高等特点。

分析了不同结构形式的地基折反式光电探测系统的杂散光特性，讨论了相应的杂散光抑制方法。针对有无中间像面的光学系统，分别给出了两种不同的杂散光抑制方案，并对其中的长波红外系统进行了自身辐射分析。结果表明：对于无中间像面的折反系统，外遮光罩可以更好地抑制大离轴角度的杂散光；对于有中间像面的折反系统，采取光阑组合和设置主镜内遮光罩的方式就可以很好地抑制外部杂散光，在满足自身辐射要求的前提下，有效减少因设置外遮光罩而增加的长度和质量，有利于小型化和轻量化。

随着科学技术的进步，航空相机向着高分辨率、大视场方向发展，现有单片CCD 不能满足大视场的要求，高精度、多自由度的CCD拼接技术已成为当前发展的迫切需求。通过对比现有拼接技术的优劣，提出了一种新的大面阵CCD多自由度机械交错拼接技术，采用三点凸轮式多自由度拼接机构，取代传统修磨垫片方式，拼接时可在线实时调整。对拼接精度进行分析，结果表明，该方法的搭接误差＜2 μm，共面误差＜4 μm，满足航空相机大视场和高分辨率要求；对拼接结构进行模态仿真分析与模态测试实验，拼接机构一阶谐振频率大于390 Hz，满足使用要求。

为了更好地评价大口径反射光学元件在不同尺度下的起伏情况，提出了一种基于结构函数的子孔径拼接算法。首先，对于算法的基本原理与步骤进行了描述，从理论分析的角度对于计算误差的特性进行了分析；之后针对口径为1.23 m的大型反射镜面形数据，应用文中所提出的方法，利用结构函数进行子孔径拼接并对于其误差特性进行了检验，验证了所提出方法的可行性。最后，将该方法应用于30 m望远镜三镜(TMT M3)的面形仿真数据，得到了其在不同评价尺度下的起伏情况。文中的工作对于TMT M3 的最后完成有着重要的意义，并且对于与TMT M3 类似的大口径平面镜面形评价有着一定指导价值。

重点研究了InGaAs/InP SPAD的隧道贯穿电场、雪崩击穿电场、雪崩宽度与过偏电压的关系，提出了过偏电压的计算方法。分析了InGaAs/InP SPAD的基本特性即探测效率、暗计数率与其过偏电压、工作温度、量子效率、电场分布的依赖关系，提出了一种单光子InGaAs雪崩二极管的设计方法。设计制作了InGaAs/InP SPAD，并在门控淬灭模式下进行了单光子探测实验。结果表明：对于Φ200 μm的SPAD，在过偏2 V、温度-40 ℃条件下，探测效率(PDE)＞20%(1 550 nm)、暗计数率(DCR)Φ20 kHz；对于Φ50 μm的SPAD，在过偏2.5 V、温度-40 ℃条件下，探测效率(PDE)＞23%(1 550 nm)、暗计数率(DCR)2 kHz。最后对实验结果进行了分析和讨论。

为了设计一种支持电子式像移补偿功能的高帧频大面阵CCD驱动电路，满足像移补偿功能。论文首先给出了大面阵CCDFTF5066M的基本驱动电路，然后在其基础上通过增加一个“像移补偿时序发生器”与主时序发生器SAA8103配合工作来实现电子像移补偿，给出了“像移补偿发生器”内部设计结构，所增加的像移补偿时序发生器只用于产生曝光期间所需的几个垂直转移驱动时序和转发SAA8103 产生的时序信号。选择了FPGA作为像移补偿时序发生器，并且进行了时序仿真。最后对设计的驱动电路进行了室内像移补偿实验验证，取得了很好的补偿效果，该驱动电路系统支持最大帧频可达2.7 F/s,信噪比达到了66 dB。该驱动电路能方便地选择输出通道数量和输出方式，使相机适用于不同的场合。

研制了一种基于肖特基变容二极管的0.17 THz二倍频器，该器件为0.34 THz无线通信系统收发前端提供了低相噪、低杂散的本振信号。倍频器结构基于波导腔体石英基片微带电路实现，其核心器件是多结正向并联的肖特基变容二极管。文中采用结参数模型和三维电磁模型相结合的方式对二极管进行建模，通过两种电路匹配方式实现了0.17 THz二倍频器的最优化设计，最终完成器件的加工及测试。测试结果表明，在输入80~86 GHz，20 dBm的驱动信号下，倍频器的最大输出功率达12.21 mW，倍频效率11%，输出频点为163 GHz；当前端输入功率达到饱和状态时，该频点输出功率可达21.41 mW。

InAs/GaSb SLs探测器台面刻蚀常用的工艺有干法刻蚀和湿法刻蚀。研究了三种等离子刻蚀气体（Cl2基, Ar基和CH4基）对超晶格的刻蚀效果，SEM结果表明，CH4基组分能够得到更加平整的表面形貌和更少的腐蚀坑；之后采用湿法腐蚀工艺，用于消除干法刻蚀带来的刻蚀损伤，分别研究了酒石酸系和磷酸系两种腐蚀溶液的去损伤效果，结果表明，磷酸系腐蚀液的去损伤效果更好，且腐蚀速率更加稳定。采用优化的台面工艺制备了InAs/GaSb SLs探测器，其I-V特性曲线表明二极管具有较低的暗电流，其77 K时动态阻抗R₀A =1.98×10⁴ Ωcm²。

根据光纤通信无源器件对光学薄膜的特殊需求，要求在光纤尾纤上镀制较复杂的波分复用滤光膜，针对光纤镀膜所存在的难点问题，利用TFCalc膜系设计软件采用解析法设计出一个初始的规整膜系，再结合梯度优化法在该规整膜系上有选择性的局部优化，并考虑镀膜设备所允许的膜层灵敏度，评估其鲁棒性和可镀制性，从而设计出满足光谱特性要求的滤光膜膜系。然后通过对德国莱宝APS1104型镀膜机进行内部结构改造并选择合适的冷镀工艺，最终采用离子源辅助沉积对所设计的膜系进行了实际镀制，获得了性能优良的光纤尾纤波分复用滤光膜。

利用KrF准分子激光器晶化非晶硅薄膜，研究了不同的激光能量密度和脉冲次数对非晶硅薄膜晶化效果的影响。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对晶化前后的样品的物相结构和表面形貌进行了表征和分析。实验结果表明，在激光频率为1 Hz的条件下，能量密度约为180 mJ/cm2时，准分子激光退火处理实现了薄膜由非晶结构向多晶结构的转变；当大于晶化阈值180 mJ/cm2小于能量密度230 mJ/cm2时，随着激光能量密度增大，薄膜晶化效果越来越好；激光能量密度为230 mJ/cm2时，晶化效果最好、晶粒尺寸最大，约60 nm，并且此时薄膜沿Si(111)面择优生长；脉冲次数50次以后对晶化的影响不大。

通过理论与实验研究了光学厚度对Tm³⁺:YAG材料光谱烧孔孔深的影响。提出了一种用于分析光学厚度对光谱烧孔孔深影响的新模型。该模型从理论上推导了烧孔孔深与光学厚度的关系。根据提出的理论模型，当温度大于4 K时，通过选择合适的光学厚度可以使光谱烧孔孔深得到最大值。最后通过使用合适的激光与Tm³⁺:YAG材料所形成的光谱烧孔实验证明了实验结果与理论分析是相一致的。

设计了基于返波振荡器的连续波太赫兹CT成像实验装置，实现了用连续太赫兹波对三维物体的CT断层成像。虽然可以得到较好的重建图像，但由于折射率大于1.5的材料对太赫兹射线折射较强而影响成像质量。首先通过对聚四氟乙烯模型进行扫描获得投影数据，并利用滤波反投影算法对投影数据进行重建得到断层图像，然后分析了高折射对投影探测及图像重建的影响。最后对人体牙齿样本进行投影扫描和断层重建，获得的断面图像可以反映牙齿内部结构，但由于牙齿高折射率的影响，成像精度和分辨率有待进一步提高。而且牙釉质的厚度会严重影响太赫兹波在牙齿中的透射深度。研究结果可以为提高连续波太赫兹CT成像质量提供参考，促进其在医学成像特别是牙齿等骨骼成像中的应用。

在太赫兹通信等系统中需要利用太赫兹波调制器对信号进行调制。基于GaAs等传统半导体材料设计和制作的调制器在太赫兹波段的响应过低，因而很难应用于太赫兹系统。为了弥补传统调制技术在带宽和调制深度不够的缺点，设计了一种全新的基于硅基石墨烯的全光控太赫兹强度调制系统。该调制系统利用材料中光生载流子对太赫兹波的吸收特性，通过调节照射到材料上的可见光光强来改变光生载流子浓度，从而实现对太赫兹波强度调制。从理论和实验两方面对这种新型太赫兹强度调制系统的调制深度和调制带宽进行了研究。研究结果表明，在泵浦光功率密度为18 mW/mm2时，该调制系统能在实验使用的THz-TDS测试系统(0.1~2.5 THz)的整个频谱范围内进行有效的调制，调制深度可达到12 %。且随着泵浦光能量的增大，调制深度增大。

太赫兹波具有独特的性质和应用，却存在大气衰减等物理上的限制。由于太赫兹波在大气传输中主要衰减来自水蒸汽，文中采用太赫兹时域光谱技术，通过构建不同行程的太赫兹时域光谱系统(0.5 m、1 m、2 m、3 m)，在0.1～2.0 THz频率范围内，分别对不同湿度的空气进行太赫兹时域光谱测量，获得了25个水吸收峰和10个太赫兹窗口。结果表明：随着传输行程或湿度的增加，吸收谱带被展宽、太赫兹窗口被压缩，为超宽谱太赫兹波的潜在应用提供依据。

以研究太赫兹雷达散射截面的特性为目的，选用所搭建低频太赫兹雷达测试系统,并借助于标准目标法开展了有关太赫兹雷达粗糙铝盘散射截面的实验研究工作。实验结果表明：在小角度散射中太赫兹雷达散射截面随散射角的增大变化比较明显，在散射角超过5°后太赫兹雷达散射截面随散射角的变化趋向缓慢，但当散射角超过12°后探测信号的强度已衰减到无法测量，在太赫兹雷达散射截面的测试中没有出现微波雷达散射截面的大小随散射角的变化而剧烈振荡的现象；将测试结果与同尺寸微波、激光雷达散射截面的结果进行了对比，得到结论：在0°附近太赫兹雷达散射截面的数值比同尺寸微波雷达散射截面的数值要小两个数量级，但比同尺寸激光雷达散射截面的数值要高一个数量级。

在铌酸锂晶体非共线相位匹配太赫兹波参量振荡器中观察到了级联光学参量效应。实验中测量到了一阶、二阶和三阶斯托克斯光。通过分析一阶、二阶和三阶斯托克斯光谱发现相邻阶斯托克斯光频率差相等，表明在太赫兹波的产生过程中发生了级联光学参量效应。在高阶级联光学参量过程中，一个泵浦光子可以产生多个太赫兹光子，表明在太赫兹波产生过程中量子转换效率会有效提高。

研究了超快激光脉冲成丝辐射太赫兹(Terahertz, THz)波。考虑到THz波在安全检查和**建设等方面具有十分重要的意义，文中总结了超快激光成丝产生太赫兹波的物理机制和控制技术，并对各种相关理论和技术进行了分析。文章从理论模型、偏振特性和远场角分布情况等方面来介绍物理机制，并探讨为满足应用需求的控制技术，主要包括强度、偏振和波形控制。研究表明，超快激光成丝辐射太赫兹波的产生方式、理论模型和控制形式均有多种，其中理论模型主要包括四波混频模型和光电流模型，强度控制技术主要包括双色场泵浦和在光丝通道两侧施加偏压。

提出一种前端直接耦合光纤平凸透镜的聚合物直光锥光束准直系统。通过具体地对直光锥的端体结构参数进行优化设计以得到高耦合效率高准直精度的直接耦合式聚合物直光锥准直系统。并利用光线传输理论和仿真实验，论证了直光锥的锥角和锥长对准直效能的较大影响。结果表明，选择合适的锥角和锥长能达到十微弧度级的准直精度，能较好地满足空间光通信系统远距离发射和接收对于光束质量的要求。此外，理论数值和仿真实验同样验证了该直接耦合式直光锥准直系统对于较大发散角的发散光束具有较好的准直效果。

提出了一种分步式制备端泵浦型光纤合束器的新方法。采用模具、热缩管、细丝对合束光纤进行规则合束与固定，合束后的输入光纤束在拉锥前无须扭转，可形成一整根光纤的形态，从而能够与商业切割刀、熔接机等设备兼容。采取此方法得到的7×1型光纤合束器的耐受功率大于1 400 W，泵浦耦合损耗低于0.1 dB。测试和分析了封装后合束器的温度分布，光纤聚合物层温升较大，其限制了合束器耐受功率的提升。

长周期光纤光栅是透射谱光栅，纤芯基模与同向各阶包层模发生耦合，谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感，比传统布拉格光纤光栅具有更好的温度、应力、弯曲、扭曲、横向载荷、折射率等的传感特性。由于长周期光纤光栅对两个或者多个参量都是敏感的，当光纤光栅用于传感测量时，很难分辨出各个参量分别引起的被测量的变化，交叉敏感问题比布拉格光纤光栅严重的多。交叉敏感是光纤光栅传感中的关键问题。分析了目前较为典型的解决策略和方案，在此基础上提出了联系的思想和解决方案，提出并实验验证了一种解决长周期光纤光栅温度传感测量中应力与温度的交叉敏感问题。充分利用了LPFG温度与应变交叉敏感的现象，利用联系的思想，将应变对温度的负面干扰转变为正面的增敏。

光纤布拉格光栅已经成为非常有前景的温度、应力及其它参数测量的传感元件，但其存在温度和应力的交叉敏感问题。提出了一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器，将一个布拉格光纤光栅分成两半，各自具有不同的包层半径，其中一半保持不变，另一半包层半径从62.5 μm减小到40 μm。实验结果表明，两半光纤布拉格光栅的温度灵敏度均为10.4 pm/°C，而应力灵敏度分别为1.12 pm/ue 和3.89 pm/ue。初始的单个布拉格反射峰分裂成两个，分别对温度和应力敏感，而两个反射峰之间的波长差只受应力的影响，随着应力的增加其波长差逐渐增加。因此，通过这一个光纤布拉格光栅即可分辨出温度和应力所引起的布拉格波长漂移。该光纤光栅传感器结构简单、体积小巧、成本低廉、制作方便，可以广泛应用在各个领域实现温度和应力的同时测量。

从研究APD光电检测接收机被检测光场的量子统计模型出发，构造了一种适用于强度调制/直接检测的自由空间光通信系统中LDPC译码的精确实现方法。该方法在APD接收机输出统计模型(Webb-Gaussian模型)的基础上，推导了M-PPM的LDPC译码算法中初始似然比值的精确计算方法，并给出了详细的译码过程。理论分析和仿真结果表明，与目前普遍采用的APD近似非对称Gaussian统计模型下的译码性能相比较，在相同的信道条件下，该方法可以获得大约1~2 dB的性能增益。这为进一步提高自由空间光通信系统的性能提供了一定的理论依据。

近场光镊是基于近场光学理论建立起来的可以对微粒实现稳定捕获和操作的新技术，相较基于单光束梯度力的传统远场光镊，近场光镊克服了光学分辨率衍射极限和热效应等众多因素的限制，可以实现对纳米量级微小粒子的捕获和操控，在物理学、细胞工程、生物医学等领域备受关注。首先阐述了基于倏逝场近场光镊的模型和捕获的基本原理，详述了棱镜全反射光镊、探针型光镊、纳米孔径光镊、聚焦倏逝场光镊、微纳光纤光镊、以及微谐振腔耦合结构型近场光镊的研究进展。最后，重点介绍了光镊在生物医学领域的应用。

星载激光测高系统通过接收卫星平台激光器发出的激光脉冲经地表反射的微弱回波，计算卫星与地表的距离；结合卫星轨道和姿态数据，生成激光脚点精确地理位置和高程结果。其高程误差主要受器件、环境和目标参数影响，目前还没有完整描述对地观测星载激光测高系统平面和高程误差的数学模型。简化并完善了针对固体地表的激光测距误差模型，建立了完整的激光脚点平面和高程误差模型。利用高程精度和空间分辨率更高的机载Lidar数据评估了星载激光测高系统GLAS实测数据的高程偏差，评估结果符合所建误差模型。在较平坦的冰盖表面，GLAS系统高程精度可以达到设计值约15 cm。研究内容对测高系统高程误差评估和系统参数设计具有参考意义。

为了研究准确性和效率更高的膜层光学薄膜参数测量方法，对优化膜系结构和改进制备工艺都有重要的指导作用。论文在研究传统测量方法基础上，将包络线法与全光谱拟合反演法相结合，提出了一种新型的光学薄膜参数测量方法。该方法将采用包络线法计算的单层膜光学薄膜参数近似值作为参考，设置全光谱拟合反演法优化搜索的上下限，结合适当的评价函数构建计算物理模型，并选用综合优化算法求解获得待测膜系各膜层的光学薄膜参数。最后设计TiO2、SiO2单层膜和膜系为：G|0.5HLHL0.5H|A(H-TiO2，L-SiO2)的多层膜进行测量验证，并分析了该测量方法的效率、准确度、稳定性等。

针对位置已固定的双目立体装置，提出了一种基于非平行模式测距原理的双目系统光轴-光心参数标定方法，减小了光轴-光心位置误测量带来的测距误差;为解决低照度下双目立体视觉中存在的立体匹配误匹配点多、目标识别度低的问题，采取了最大熵法结合整体光强变化的阈值选取方法提取显著目标，提高了目标识别率,搭建了显著目标测距系统。结果表明：采用文中的系统标定与阈值选取方法的双目立体视觉装置在低照度下具有较高的测距精度及目标识别率。

入射激光光轴检测分辨率主要由固有分辨率和细分精度两部分组成，但大气信道二次调制会直接引入误差进而影响光轴检测的检测精度。为了降低光轴检测系统对大气信道环境的敏感程度，首先CCD光轴检测系统和四象限(4QD)光轴检测系统作为两种典型的光轴检测系统其检测模型被分析，并推导在大气环境中其分辨率、固有分辨率、细分精度与光斑尺寸之间的关系。接着以4QD检测模型为例，指出信标光的信噪比和光轴偏移量是影响光轴检测系统的重要技术参数。最后通过一个野外光轴对准试验验证了光轴细分精度对大气干扰敏感，而固有分辨率受大气影响不大，可以改变光斑尺寸来改善光轴检测系统对大气干扰的敏感程度。

Zernike多项式拟合是一种在光学领域中广泛应用的分析技术。由于现代光学工程中采集数据的离散性和非圆孔径系统的大量使用，Zernike多项式拟合不能完全满足分析需要。提出了一种基于Zernike多项式的非圆孔径离散采样点的正交多项式。通过矩阵的QR分解方法得到在离散采样点上的正交多项式基底。分别使用Zernike多项式和正交多项式对150 mm×90 mm的矩形光栅反射波前进行拟合，结果表明两种方法残差波前的PV和RMS值分别相差0.013波长和小于0.001波长。对比不同项数拟合的正交多项式和Zernike多项式系数表明，正交多项式系数之间彼此独立，并由正交多项式系数计算得到了对应的Seidel像差。正交多项式各项系数可以逐项求解，该方法可以显著提高求解速度。

针对红外偏振和光强图像现有融合算法无法随着图像差异特征的变化而优化选择的问题，提出了图像差异特征和融合算法的集值映射关系的建立方法。通过图像差异特征的分析与提取构建了差异特征集，将典型融合算法构建为融合算法集，利用数据包络分析法计算每个差异特征对各融合算法的融合有效度并构造融合有效度分布，通过对多组图像的融合有效度分布合成，建立差异特征与融合算法的集值映射关系。实验证明，所建立的集值映射关系可以优化选择融合算法，将互补性强的差异特征有效融合。

在尘雾等恶劣天气条件下，由于大气粒子的散射作用，致使获取的道路图像严重退化，给交通运输带来很大的困难。为了提高道路环境的可视性，文中提出了一种基于WLS的雾天交通图像恢复算法。该算法从大气散射模型出发，首先进行大气光照的估计与白平衡处理，然后结合道路环境的约束，构建WLS框架对大气耗散函数进行估计，从而恢复场景反照率。通过实验分析可知，文中算法能够有效去除图像中雾霾，消除了Halo效应的影响，较好地凸显图像远景的细节信息，实现了交通图像的视见度的提高。

为了解决尺度不变特征变换(SIFT)描述子在存在较多相似结构的匹配中，易造成误匹配，并且维数较高、匹配耗时的问题，提出了一种融合相对几何位置的压缩感知描述子。首先，以特征点为中心，将周围关键点的相对几何位置(RGL)信息形成尺度和旋转不变的RGL描述子，其次，对SIFT描述子利用压缩感知(CS)理论进行降维，形成CS-SIFT描述子，最后将两者融合形成RGL-CS-SIFT描述子。实验结果表明：与SIFT和PCA-SIFT描述子相比，匹配速度有所提升，匹配准确率明显提高。

基于稀疏性的高光谱解混是近年来高光谱混合像元分解的研究热点。主要研究了L₁正则化的高光谱混合像元分解算法。首先分析了L₁正则化的三种解混模型，即无约束、非负约束和全约束模型；然后给出了三种模型对应的数值求解算法；最后，采用模拟的和真实的高光谱数据进行实验，比较了三种高光谱混合像元分解算法的效果。实验结果表明：三种模型均具有很好的高光谱混合像元分解精度(SRE)，其中全约束模型最好，非负约束模型次之，无约束模型最差；全约束模型在信噪比低和端元数多的情况下，仍然获得较高的SRE。

偏振BRDF模型的计算往往非常复杂，为了简便准确地获取伪装目标和背景的反射光偏振度差值，采用特殊值法和理想化方法对Maxwell-Beard BRDF模型中的微面元分布函数和遮蔽函数进行简化，使微面元分布函数较Torrance-Sparrow模型更准确，较Maxwell-Beard模型更简单。然后利用Fresnel反射中物体对光线平行分量和竖直分量反射率不同的性质，采用物理理论分析的方法计算得到表示反射过程的Muller矩阵，并建立了其矢量BRDF模型。针对面内反射，利用Matlab对模型进行模拟，仿真结果证明：模型可以描述粗糙表面反射偏振特性。研究结果对研究粗糙表面反射偏振特性的影响因素及伪装目标偏振探测有一定的理论和实践意义。

为了解决混合气体多组分间特征吸收峰相互重叠引起的特征选择困难问题，提出了新型红外光谱特征选择方法，并对该方法的性能进行了分析与评价。首先，充分结合思维进化计算的并行机制、异化操作与蝙蝠算法的局部搜索能力，设计了思维进化蝙蝠算法。接着，通过实验采集两个混合气体数据库，利用思维进化蝙蝠算法对其目标组分的特征峰进行筛选。然后，从算法的收敛速度和筛选出的特征峰两个方面，将思维进化蝙蝠算法与基本蝙蝠算法、遗传算法、粒子群优化算法及并行萤火虫群优化算法等进行比较。最后，讨论了思维进化蝙蝠算法与无信息变量消除法相结合对结果的影响。实验结果表明：CO的特征峰范围包括2 090~2 110 cm^-1和2 115~2 125 cm^-1，共包含32个波长点；N2O的特征峰范围为2 225~2 250 cm^-1，共包含26个波长点。利用筛选出的特征波长点建立的浓度反演模型，测试集均方根误差为0.155，决定系数可达0.908。实验结果表明：思维进化蝙蝠算法收敛速度快、全局搜索能力强，适用于存在重叠特征峰的混合气体的特征选择，对应的浓度反演模型的泛化性能也有显著提升。

针对传统光谱仪和F-P干涉仪分辨率不能满足窄线宽激光器线宽的测量要求，基于延时自外差法搭建测试平台。设置频谱分析仪分辨率参数抑制噪声实验，通过使用20 km延时光纤、80 MHz声光移频器和50:50光纤耦合器，通过光电探测器实现光电转换并利用频谱分析仪分析测试信号。对频谱分析仪分辨带宽RBW和视觉带宽VBW以及扫频范围(Scan Range)进行优化设置，在不降低测试灵敏度的情况下，将重叠信号分辨开，使其不会过多滤掉高频成分而失真并对线宽功率谱峰值进行洛伦兹曲线拟合。最后得到了1 550 nm波长可调谐光纤激光器(1 520~1 570 nm)的线宽值约为161 kHz，为频谱仪的参数优化设置及窄线宽激光器线宽标定提供了相关参考。