介绍了高重复频率锁模激光技术的发展和研究现状，着重举例分析了近年来国内外高重复频率固体锁模激光器的发展水平和动向。固体锁模激光器具有输出功率高、重复频率高和稳定性好等优点，提高其重复频率，不仅可以促进光频标的发展，提供新的时间频率基准，还可应用于空间通信、激光雷达等领域。

星地激光通信的关键问题是克服大气湍流效应对激光载波信号传输的影响。信号光束经过长距离大气信道传输后，相位不完整，波面受到畸变，导致接收端系统在解调信号过程中，通信误码率降低。根据国内外星地激光通信的研究进展和实验情况，介绍了几种克服大气湍流效应对高速率星地相干通信影响的方法及其原理。重点分析基于差分相移键控(DPSK)调制和干涉原理的相干探测技术在解调相位信息时克服大气湍流效应方面的优势，并对其进行了总结和展望。

随着集成化程度的不断提高，对非线性光波导制备的各种集成光电子器件的研究成为了当前热点。然而，传统基质材料受自身的非线性特性所限，成为制约光波导器件进一步发展的首要问题。介绍了硫系玻璃材料三阶非线性的研究现状。研究表明，硫系原子在强光作用下容易发生电子云畸变，非线性响应时间可达飞秒数量级，且非线性折射率与金属共价键有着重要的关联。从基质种类、制备工艺和非线性应用领域等方面回顾了硫系基质光波导的研究进展。针对目前研究中存在的问题，提出环保型的基质材料、完善的制备工艺和新型的光波导器件将是未来硫系基质光波导的研究方向。

以检测参量为主线，综述了国内尾流光学检测近15 年的发展历程。归纳了已有的连续激光散射强度检测、成像检测、脉冲回波检测和偏振检测等四大类不同的尾流光学检测方法，介绍了不同检测方法的基本原理、发展以及存在的问题。结合检测的新方法、信号处理与抗干扰技术、建立尾流特性数据库和拓展相关应用对尾流光学检测的进一步研究进行了展望。

对于全光纤电流传感器，如何进行温度补偿一直是国内外研究的难点和重点。进行合理的温度补偿也是将全光纤电流传感器推向实用的必要措施。先用实例和数据说明温度对全光纤电流传感器性能的影响，再在分析全光纤电流传感器结构和原理基础上，分别阐述了各因素受温度影响的机理并给出了最新的研究进展，最后从效果和实用化两方面分析了各种温度补偿方法的优劣，最终可以得出：单一控制某个因素对全光纤电流传感器性能的影响是不理想的，控制多个影响因子并在最终的输出端进行数据处理的方法能达到更理想的温度补偿效果，使全光纤电流传感器的输出更精确、更稳定。

弹性成像技术是以软组织的杨氏模量、剪切模量、应力与应变等弹性参量为成像对象的技术。伴随着光学相干层析成像(OCT)的发展，光学相干弹性成像(OCE)由于其微米级别的分辨率，实时的图像处理以及非侵入式成像得到人们的青睐。综述了OCE 的分类以及当今主流的几种OCE 技术及其弹性图像重构的问题。探讨了OCE 中施加机械负载方法和位移估算、应变估计的方法。OCE 对检测组织临床上和病理上的机械特性拥有强大的潜力，特别是在诊断癌症，心血管疾病和眼科疾病上。总结了OCE 研究和发展状况，并对其发展前景进行了展望。

T矩阵法适合用来研究微粒尺寸与入射光波长相近时系统中光镊的捕获力。T 矩阵法只取决于散射微粒的形状、尺寸大小、折射率及微粒在坐标系中的位置，而不受入射场约束。主要简述了T 矩阵法基本原理和计算，综述了光镊中单个微粒、两个微粒及两个以上微粒捕获力和力矩的计算方法，并对T 矩阵法在光镊中的应用前景做了分析。

在超短强激光与固体薄膜靶相互作用产生高能离子的研究领域内，由于靶后静电场持续时间较长、离子具有较好的准直性及单能性，靶后鞘层加速(TNSA)机制一直都是研究重点。介绍了TNSA 机制的理论模型、近期的实验结果以及模拟验证，并系统讨论了通过结构优化得到高质量离子束的方案，最后综述了近期国内外利用TNSA 机制加速离子的研究进展。

不同地区的平流雾和辐射雾具有差异化的雾滴谱分布，导致雾场对光辐射具有不同的衰减特性。Mie 散射适用于描述雾场气溶胶微粒的散射与衰减，光传播遵循动态的粒子数守恒过程。采用雾滴谱分布函数修正气溶胶微粒的相位矩阵，分析了红外光在雾场气溶胶微粒团簇中的散射光偏振性。结果表明，决定雾场气溶胶微粒退偏特性的因素主要包括雾滴谱分布、雾滴折射率、吸收系数以及入射波长等。在前向散射区域内，退偏性随能见度的增加而减弱，在大部分后向散射区域内，表现出相反的趋势。

在光纤陀螺中，磁场会造成法拉第相位误差。实验结果表明，轴向磁敏感性较径向更为明显。在轴向磁场作用下，在保编光纤中传播的正反两束光会产生一个与磁场有关的非互易相位差。研究了由光纤在光纤环上螺旋缠绕引起的几何轴向磁敏感性，利用耦合模方程和有限元分析法，从理论上推导出了保偏光纤陀螺在轴向磁场作用下，产生的几何法拉第非互易相位差的具体表达式，并对理论结果进行了仿真分析。研究表明，光纤环中光纤几何扭转引起的圆双折射是产生几何法拉第相位误差的主要原因。另外，轴向磁敏感性会随着半径的减小而增大。

综合考虑我国方量的地理分布和气候特点，提出了一项星地激光通信的地面多址布站方案，仿真分析了大气散射引起的衰减及大气湍流对星地链路的影响。利用卫星工具包(STK)软件分析了地球静止轨道(GEO)卫星与5 个地面站的链路特性。结果表明, 西藏的阿里站同时具有最理想的经度和纬度，地平角为52°，最有利于开展星地激光通信。在一定天气条件下，随着波长的增加，对应的散射引起的功率衰减减小；随着能见度的降低，大气散射引起的光功率平均衰减增加；随着地平角的升高，大气引起的功率平均衰减减小；波长越长，闪烁指数越小；随着接收孔径直径的增大，闪烁指数快速减小；随着海拔高度的增加，闪烁方差减小。该研究为星地激光通信外场实验提供了一定的理论依据。

以光电跟踪测量系统可见光镜头为例，通过对镜头进行仿真分析，寻找杂散光斑形成原因，然后进行杂散光抑制设计，并与实际测试结果对比，验证软件分析方法的可靠性。对光学系统建立软件分析模型，确定一次散射路径，对2°~3°内各离轴角分别进行杂散光分析，找出主要杂散光源。与实际光学系统测试结果对比，以确定分析的正确性。仿真分析结果表明：离轴角在2.20°~2.65°之间，杂散光在像面中心形成明显杂散光斑，点源透过率(PST)为2.92×10-4。最后通过修改结构，消除杂散光斑，PST 降为3.53×10-5。软件分析得到镜头的杂散光斑及其来源，与实际测试结果一致，验证了软件分析方法的正确性与准确性。

针对星载光电成像系统的空间目标检测与识别技术，设计了一套数字信号处理器(DSP)结合现场可编程门阵列(FPGA)的图像处理系统，并提出了一种卫星目标检测与识别方法。在没有先验知识条件下，利用改进的图像差分法对具有星空背景的序列图像进行目标检测，再根据卫星与天然星体具有不同的边缘轮廓信息，通过最小距离分类器识别出卫星目标，获得卫星模板，从而可进行模板匹配以实现卫星的快速检测和识别。实验结果表明，提出的方法相对于传统方法，运算时间减少了15%~40%，满足星载光电成像系统对卫星目标检测与识别的准确性与实时性的要求，在工程实践中具有一定的应用价值。

为了降低星载成像光谱仪对探测器帧频的要求，提高成像光谱仪对某些特定暗目标的观测能力，建立了星载成像光谱仪运动补偿数学模型并提出了工程计算实现方法。介绍了成像光谱仪运动补偿原理，然后按成像光谱仪像面上像移为匀速度补偿的方式建立运动补偿数学模型，给出了不同积分倍数下一次成像的最大观测时间和最大观测距离。指出了实现理论运动补偿曲线的最优工程计算方法。

利用误差扩散方法产生二元编码正弦光栅可以消除数字投影仪的非线性对投影光栅正弦性的影响，且能充分利用基于数字光处理技术(DLP)投影仪中数字微镜的二元高速开关特性，高速投影二元编码正弦光栅。投影仪分辨率不足会导致电子二元编码正弦光栅正弦性下降，从而影响测量精度。先对比了两种典型误差扩散编码算法：Floyd-Steinberg距离加权和Sierra Lite“蛇”形扫描获得的光栅的正弦性。然后针对目前DLP 投影仪产生频率较高的二元编码正弦光栅时，二元编码正弦光栅的正弦性较差的问题，提出了两种改善方法：1) 利用柱透镜卷积作用，在栅线方向上对二元编码正弦光栅进行平滑；2) 组合多帧具有不同微结构的二元编码正弦光栅，来减小二元编码正弦光栅的误差，保证相位测量轮廓术(PMP)方法的测量精度。所提方法充分利用了DLP 投影二值图像的高速特性，又明显改善了由于DLP 分辨率有限导致的二元编码正弦光栅的正弦性较差的问题，实验验证了这两种方法的有效性。

光束穿过液体时会在其与空气的界面处发生全反射产生遮光效应，形成圆状的遮光图样，其半径与液体折射率相关。依据遮光效应原理，以氦氖激光器为光源，搭建海水折射率测量实验装置，改进了定标方法并利用高分辨率的单反相机采集海水的遮光效应图样。通过MATLAB 编程对遮光图样进行数字图像处理反演海水的折射率，实验中还测量了不同温度下海水的折射率，得到海水折射率与温度变化基本呈线性关系。研究结果表明，本实验方法易于实现，重复性好，测量精度较高，应用于海水折射率测量是可行的。

研制了一种新型的激光烟雾浓度检测系统，可实现烟雾浓度的实时定量检测。通过侧向散射式光学设计和以数字信号处理器为核心的信号处理电路设计，得到了激光通过烟雾后透射光强和散射光强之间的线性关系。根据此线性关系将散射光强转换为透射光强，进而计算烟雾浓度，降低了运算复杂度，同时解决了低浓度烟雾的检测问题。最后将本系统与现有产品相比较，结果表明，该检测系统结构简单、稳定性和实时性好，具有良好的经济效益。

近年来，定量相位成像技术在生物组织及细胞成像方面受到广泛的运用。定量成像技术最初采用的光源主要为激光和超发光二极管，如今主要采用白光成像，它可以克服散斑的影响，提高轴向分辨率。介绍了低相干测量技术相关原理，利用16 阶二元相位光栅衍射的方法实现了对Holoeye Pluto 数字电寻址式液晶空间光调制器(SLM)绿光伽马校正，从而得到了相位与灰度之间的线性关系。搭建实验装置，在同一光路中完成伽马校正与定量成像。计算出奥林巴斯的20×物镜相衬环的实际大小，制作相位分别为0，π/2 ，π 和3π/2 的相位环光栅。加载相位环光栅到液晶空间光调制器上完成对散射光的相位调制。确认了绿光可运用于空间干涉显微(SLIM)调制，并初步实现了SLIM观察，对今后SLIM 研究具有一定的意义。

要实现分子激光冷却，一般需要多束频率稳定的窄线宽激光。提出采用Pound-Drever-Hall(PDH)技术将冷却激光通过光学传递腔的方法锁定到铷原子饱和吸收稳频的半导体激光上，从而实现冷却激光线宽压窄和频率长时稳定的实验方案。设计并制作了法布里-珀罗(F-P)光学腔，建立了光学稳频系统，实现了光学腔到参考光源的锁定。

结合相干合成理论与液晶相控阵波束控制技术，提出了一种基于液晶相控阵阵列的激光相干合成方法，可以获得一维方向上一定角度范围内具有任意波束指向的合成激光。阐明了相干合成理论，并从波束指向、合成光强和波束质量三方面对合成激光进行研究。研究发现，波束指向误差的产生原因是阵列干涉项的极大值非连续，提出了通过增大阵列间距减小波束指向误差的办法，筛选得到了使合成激光的峰值光强与理论值相符的特殊波束指向点，即电极干涉项与阵列干涉项的极大值重合点。仿真表明，这种相干合成方法对激光的波束质量有提高作用。最后通过基于1 × 3 、2 × 2 液晶相控阵阵列的相干合成实验得到了波束指向分别为0° 、0.17° 、0.34° 的合成激光，证明了理论分析的正确性和基于液晶相控阵阵列的激光相干合成方法的可行性。

在7050 铝合金表面激光熔覆Al/Ti 复合粉体，通过3 因素3 水平正交试验得知当激光功率为1.5 kW，扫描速度为150 mm/min，离焦量为50 mm 时熔覆层质量最优。模拟计算得到正交试验工艺参数下的光斑中心最高温度值，并利用极差分析得到：正交试验因素对中心点最高温度值影响程度从大到小的顺序是扫描速度V，激光功率P 和离焦量S。通过对9 组试样熔池尺寸及不同位置点温度随时间变化趋势分析可以得到，试样前端结合较差是由于熔覆过程中基体熔池深度较小，不足以使基体与熔覆材料很好地结合；而后端都出现的不同程度的变形和烧蚀，是末端温度急剧积累引起的。通过分析Al/Ti 熔覆层的金相组织可知，熔覆层组织以胞状树枝晶为主，且分布均匀细密。

为了解决轴快流(FAF)CO2 激光器的大体积和高气压所产生的等离子体放电不稳定问题，设计了相应的预电离装置。预电离装置安装在激光器放电管外，预电离电极由激光器放电管阳极和与其相距35 mm 的铜环组成。预电离电路由多谐振荡器、RC 充放电电路和可控硅构成，放电频率范围为10~20 kHz，其目的是产生固定频率下尽可能高的初始电子密度，以降低激光器着火电压。实验结果表明：该预电离装置使激光器最大点火电压降低1.69 kV ，小功率输出电压波动降低2.6 kV，能够满足轴快流CO2激光器的预电离要求，是提高激光器放电稳定性的一种有效方法。

选区激光烧结(SLS)是重要的3D 技术之一。烧结高分子材料成型过程中，材料的不均匀收缩导致制件翘曲变形及尺寸减小。而在烧结过程中工艺参数起着主要影响作用。激光烧结聚丙烯(PP)复合粉末成型过程中，采用各工艺参数不同水平组合烧结成型制件；用灰色关联分析法(GRA)研究工艺参数对成型精度的影响。结果表明，对于翘曲量及尺寸精度最重要的影响因子为扫描速度。综合工艺参数对翘曲量和尺寸误差的影响，得到激光烧结PP 制件的优化工艺参数：扫描速度为1.9 m/s，激光功率为16.5 W，铺粉厚度为0.15 mm，扫描间距为0.12 mm。

胆固醇液晶在厚的液晶盒中会形成大量缺陷，以至于其光子晶体结构被破坏，透射率急剧降低，严重影响了晶体光学性质及其应用。针对此提出了一种能有效改善胆固醇液晶分子排列的简易方法，其过程为先通过给胆固醇液晶施加足以驱动胆固醇液晶分子的交流电压，并在该交流电压下开关数次后对其进行摩擦处理。结果表明经过摩擦处理后，胆固醇液晶样品的内部缺陷明显减少了，其平面结构相应得到了较大的改善，样品的透射率显著提高，由摩擦前的模糊变成摩擦后的透明。表明该方法可以用于制备高质量的厚胆固醇液晶样品，从而为胆固醇液晶在光学领域的应用提供了必要条件。

高温下半导体材料性能会发生变化，影响太阳电池光电转换效率。为了了解GaInP/GaAs/Ge 三结太阳电池在聚光和高温条件下的工作性质，研究了热加载后的三结太阳电池样品在定压下的电致发光谱，发现受热后GaInP 顶电池和GaAs 中电池的电致发光谱的强度发生变化，出现峰值反转的现象。结合光照下伏-安特性、暗伏安特性及外量子效率分析了这种现象产生的原因，即加热过程在GaInP 顶电池中引入晶格结构缺陷，导致其电致发光强度变弱，同时顶电池并联电阻变小，GaAs 中电池分压有所增加，发光增强，整个样品的电致发光谱出现峰值反转现象。结果表明GaAs 中电池比GaInP 顶电池具有更好的耐热性。

为了寻找求解多组元全动型变焦系统更加简单而有效的方法，采用程序法的形式，通过给定初始参数(各组元倍率、间隔)，对目标系统进行初始数据计算；然后通过给定其限制条件(正切差、变焦曲线曲率、视场角和系统总长)作为控制指令对数据进行优化；最终给出满足条件的光焦度分配，并计算出系统各组元数据参数。为了验证该方法的可行性，以四组元全动型变焦物镜为例，计算出了满足条件的系统参数，通过程序给出的初始数据在光学设计软件Zemax 上完成光学系统仿真设计。将程序给出的光焦度分配与Zemax 给出的焦距结果进行了对比，结果表明两者数据非常接近，从而证实了该方法的可行性。

基于三反射镜的三级相差理论，通过自定义优化函数，并使用遗传算法寻找合适的三反射镜光学系统的初始结构参数，利用光学设计软件ZEMAX 对初始结构进一步离轴优化，设计出了视场角为18°×0.6°，焦距为1700 mm，入瞳直径为200 m 的像方远心离轴三反射镜光学系统。该光学系统无中心遮拦，成像质量接近衍射极限，适用于空间遥感领域。

针对当前太阳模拟器辐照均匀性难以提高的问题，设计了一种新型集束式光学积分器。在对称式光学积分器理论分析的基础上，介绍了集束式光学积分器的设计过程，用LightTools 软件对太阳模拟器光学系统进行模拟仿真。结果表明，使用集束式光学积分器后，太阳模拟器不均匀度显著降低，在Φ 50 mm 范围内小于0.2%，Φ (50~120) mm 范围内小于1.5%，满足高辐照均匀性的使用要求。

设计了Si 衬底上Ge 薄膜共振腔增强型光电探测器的器件结构，理论计算了上下反射镜Si/SiO2的对数、吸收区Ge薄膜的厚度、有源区面积等参数对器件的外量子效率、带宽等性能的影响。当器件上下反射镜Si/SiO2的对数分别为2 和3，Ge 薄膜的厚度为0.46 μm ，器件的台面面积小于176 μm2 时，探测器在中心波长1.55 μm 处的外量子效率达到0.64，比普通结构提高了30 倍，同时器件的带宽达到40 GHz。

构建了基于空气孔型GaN 平板光子晶体(PC)的层状发光二极管(LED)模型。基于平面波展开方法，得到了空气孔型平板光子晶体的能带结构，分析了空气孔半径对禁带宽度的影响，得出最大禁带宽度约为21.5%。设置电偶极子位于GaN 介质层的中心，并在x-y 平面内极化，辐射源采用高斯形脉冲，波长取为450 nm，采用三维的时域有限差分法计算LED 的出光效率，讨论了平板光子晶体的厚度和空气孔的半径对层状LED 的相对出光效率的影响，结果表明：存在最优结构参数值获得最高的相对出光效率，其值约为2。

利用表面等离子体调控光束传输，在微纳集成光学及光通信领域有广泛应用。提出了一种狭缝中填充液晶的金属微纳阵列结构理论设计。利用表面等离子体传输效应，通过设定狭缝宽度、外加电场改变液晶的方位角控制相位延迟等参数，设计不同新颖效果的金属微纳光学透镜。利用时域有限差分(FDTD)法对三狭缝、六狭缝及五狭缝阵列结构进行数值模拟表明，上述结构分别实现光束偏转、光分束及光聚焦效果。偏转角、分束角及焦点位置随着狭缝宽度及方位角的改变而变化，从而实现对光束的调控作用。设计结构简单，可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工，具有较好的应用前景。

在检测未知样品中是否含有某种病毒或细菌时，通常可以利用该病毒或细菌的已知特异性探针来检测未知病毒或细菌的抗原成分。但通常单一样品中也会有多种病毒或细菌，利用各种已知探针逐个检测样品效率较低，有必要发展新的检测方式提高检测通量。这里进行了利用两种探针混合液同时检测同一样品中两种蛋白的实验。实验中利用一种光反射差方法实时监测样品点与混合探针的反应曲线，通过对曲线的分析拟合，可以确认样品中有两类蛋白存在。实验结果证实，利用该反射差法结合混合探针能更高效地检测含有病毒或细菌的样品，可能是提高检测通量的一种方式。

从数码相机的RGB 信号重构物体表面的光谱反射率是光谱颜色管理研究中的重要课题之一。提出了一种基于误差反向传播前馈神经网络(BP)和主元分析法(PCA)实现色卡的表面光谱反射率重构的新算法。通过对三种色卡进行光谱重构实验研究了BP 神经网络的最优结构和主元数的最佳选择，验证了算法的精度。实验结果表明，采用适当的BP 神经网络和主元分析相结合的新算法能够精确重构同类色卡的表面光谱反射率。