受激布里渊散射(SBS)是一种三阶非线性光学效应，SBS 相位共轭镜(PCM)是基于SBS 的自抽运PCM，能实时补偿放大器和放大光路中的波前畸变，改善激光器的输出光束质量，其应用越来越广泛。简要介绍了SBS-PCM 激光系统的基本原理和典型装置，并概述了国内外液体和固体SBS 相位共轭技术在高重复频率高功率激光系统中的研究进展，提出带SBS-PCM 的高重复频率高功率激光系统有待解决的问题。

精密直线运动系统在高端加工制造等领域具有重要地位，六自由度误差的高精度测量方法与技术是提高其精度的必要手段，而滚转角误差是其中最难测量的一个参数。总结并介绍了目前国内外的多种滚转角测量方法，给出了每种测量方法的原理和发展现状，比较了各种方法的优缺点，讨论了其发展趋势。

手性耦合纤芯(CCC)光纤作为一种新型光纤，具有单模传输稳定、熔接损耗低和便于紧凑盘绕等优点，为下一代高峰值功率和高能量的光纤激光器系统的发展提供了新的途径，逐渐引起国内外研究人员的关注。介绍了CCC光纤的结构、国内外最新研究进展和应用前景，同时简单阐述了该新型光纤的模式耦合相关原理。

针对2013 年9 月6 日美国宇航局(NASA)发射的月球大气与尘埃环境探测器飞船上进行的月球激光通信演示验证(LLCD)，从实验设计和后续发展方面进行综述。实验中，飞船上的LLCD 太空终端与主要的月球激光通信地面终端或与欧洲空间局的月球激光通信地面系统完成双向通信，而与美国喷气推进实验室的月球激光通信“光通信望远镜实验室”(OCTL)终端仅进行下行链路通信。LLCD 系统还进行了优于厘米精度测距的双向飞行时间测量。未来NASA 的激光通信中继演示验证任务将基于LLCD 系统的相关设计。最后对LLCD 的启示进行了讨论。

直接斜率法直接将波前传感器的测量量与变形镜的响应特性建立起对应关系，通过算法直接计算出控制电压信号。用 64个子孔径的哈特曼波前传感器对畸变波前进行仿真探测，按照变形镜面形为影响函数加权叠加的假设，可以求解出加在各个驱动器上的电压值，进而可以对仿真的 32单元变形镜进行控制，校正波前。仿真的结果显示，直接斜率法可以有效校正畸变波前。

平衡零拍探测技术具有低噪声和高灵敏度的特性,是量子噪声谱测量的主要方法之一。采用基尔霍夫定律，设计并研究了一种具有两级放大的平衡零拍光电探测器。由两个性能匹配的光电管相减产生的光电流经过一级跨阻放大后差分输出，再经过二级差分放大电路进行放大输出。结果表明，探测器饱和功率为5 mW，信号响应带宽约140 MHz。当入射光功率为2 mW、分析频率小于30 MHz 时，探测的光学噪声功率高于探测器电子噪声10 dB 以上。在20 MHz 附近，该探测器的共模抑制比达55 dB。

采用 2.0 kW六轴机器人光纤激光切割系统，研究了切割工艺参数对厚度 6 mm的碳钢板的切口宽度、切口倾斜角度、切口表面粗糙度及切口微观状态的影响规律。研究结果表明，该系统的最佳切割工艺参数为切割速度约2.0 m/min、辅助气体压力 14.7 N/cm2、聚焦镜焦距 f=200 mm、激光光斑直径 0.3 mm、离焦量范围 +4~+5 mm、切割喷嘴直径 0.8 mm。在最佳切割工艺参数下，切口宽度 0.5~0.6 mm，切口倾斜角度 0.2°~0.5°，切口表面挂渣很少，切割时切面的顶部和底部呈现不同的平整度而分成两个不同的部分，底部温度较高，氧化速度领先切割速度的差距大于顶部，所以平整度较差。与 CO2激光切割相比，光纤激光切割的切口表面粗糙度略小，切割功率效率提高 2.6倍。

光突发交换(OBS）技术由于结合了电的灵活处理和光的高速传输，成为构建下一代全光互联干线网最具前景的交换方式，其单向资源预留方式导致的突发包冲突是限制 OBS走向实用的关键。基于突发包分段的光缓存冲突解决方法和基于突发包分段的波长转换冲突解决方法，首先通过对低优先级突发包进行分段解决冲突，然后对分段后冲突部分突发包进行光缓存或波长转换降低丢包率。对基于突发包分段的光缓存和基于突发包分段的波长转换两种冲突解决机制的性能进行了比较研究，仿真结果显示：两种机制都能够有效地降低整个网络的丢包率。当网络负荷较高时，采用基于突发包分段的光缓存方法对降低突发包的丢失率效果比较明显；当网络负荷较低时，采用基于突发包分段的波长转换方法能够更加有效地降低突发包的丢失率。

为了获得对温度变化不敏感和信道隔离度好的光滤波器，提出了一种基于高双折射光子晶体光纤的 Sagnac环级联滤波器。运用 Jones矩阵理论对二阶级联 Sagnac环滤波器进行了理论分析和数值仿真，可得级联滤波器中两段高双折射光子晶体光纤长度之比为 2:1时，透射谱的半峰全宽为 0.4 nm，仅为单个 Sagnac环滤波器的 1/3，有效提高了滤波器的信道隔离度。结果表明，该级联滤波器有着良好的滤波效果，且对温度变化不敏感，可应用于 50 GHz的密集波分复用系统。

近年来，用光孤子传输信息的光纤通信系统在长距离、大容量传输方面凸显了自身的优势，必将在新一代通信技术与商用上发挥巨大的作用。光孤子在光纤中的传输满足非线性薛定谔方程。从寻求行波变换、求解过程和解的物理意义等方面，对于求解非线性薛定谔方程常用的三种求解方法即 Jacobi椭圆函数展开法、三角函数假设法和试探函数法进行了分析整理及优劣比较，并引入了新近提出的 (G′/G)展开法。计算表明， (G′/G)展开法在行波变换和计算过程都相对其他三种方法简单，且得到的解也较为丰富，因此，该展开法在非线性薛定谔方程及相关方程的求解中具有广阔的应用前景。

研究了新型分布式侧面耦合包层抽运光纤激光器的特性。通过建立相互耦合的速率方程组，对分布式侧面耦合包层抽运光纤激光器进行了数值仿真。通过数值模拟与端面抽运双包层激光器进行对比，分别得到了两种模型的抽运光光场分布和输出激光分布，以及探讨了最佳光纤长度等激光器特性参数。结果显示，分布式侧面耦合包层抽运光纤的信号光纤中抽运光分布比较均匀，两端的热负荷较小，激光产生的线性度很好，热量能够分散到整根光纤，在高功率激光器的应用中具有较大的优势，这为更大功率光纤激光器的实现提供了新的思路。

在星地光通信中为了获得较高的性能，需要捕获对准跟踪（APT）系统具有高精度，而卫星振动是影响APT 精度的最主要因素。传统反馈控制对卫星振动的中高频抑制效果较差。针对这种情况，将自适应算法引入前馈控制，设计了最小均方（LMS）和递推最小二乘（RLS）两种自适应反馈复合控制算法。仿真验证了反馈控制、LMS 复合控制以及RLS 复合控制三种算法的性能，结果表明自适应前馈复合控制算法对中高频振动抑制效果明显，采用更快收敛速度以及更高稳态精度的自适应算法可以提高抑制效果。

提出一种在同一张全息图上记录多个三维物体菲涅耳衍射分布的数字化编解码方法。首先利用一次快速傅里叶变换算法计算三维物体全息面上的物光波复振幅分布；然后对物光波数据预处理以克服频谱面上各三维物体数字频谱的混叠问题；最后控制不同的载频系数制作计算全息干涉图。数字再现通过在全息图数字频谱面的特定位置提取有效频谱分量，再计算离散菲涅耳逆变换的方法实现各原始三维物体的数字重建。仿真实验结果表明所提出的方法实现了不同制作参数的多个三维物体的同时记录，并且具有良好的数字再现质量，全息图制作参数如波长、再现距离、载频系数还可作为密钥，实现多个三维物体的加密存储。

提出用时间平均数字全息与数字成像相结合的技术测量物体的振幅场，在时间平均数字全息光路中引入成像透镜，使时间平均数字全息技术适用于大尺寸物体的振动分析。阐述了该技术的基本理论，设计了测量光路，并用圆形压电陶瓷片作了实验验证。实验结果表明，在相同条件下，使用数字成像时间平均全息技术记录和再现的数字全息干涉图与使用传统的时间平均全息干涉计量技术记录和再现的全息干涉图相吻合，比较两者的振幅计算结果误差很小。

目前存在的大多数特征点跟踪算法只考虑了相邻两帧的情况，而忽略了之前图像帧的特征信息。在Kanade-Lucas-Tomasi(KLT)算法的基础上，提出了一种新的特征跟踪方法：首先通过实时训练特征空间，构成图像训练的集合，然后通过高斯-牛顿迭代方法取出目标的特征点。该算法有效地避免了目标尺度、角度的大幅度变化以及遮挡情况。通过实际的序列图像分析了算法的性能，并与其他算法做了比较。同时研究设计了以八核数字信号处理顺(DSP)TMS320C6678 为核心处理器，且结合了现场可编程门阵列(FPGA)数字视频图像采集的硬件平台，并且针对TMS320C6678 的内部特点，提出了算法优化的方法。最终实现了对实时传输的视频图像中运动目标的准确跟踪。

正态分布变换(NDT)算法是一种应用在同时定位和地图生成(SLAM)中的点云配准算法。针对地面激光扫描(TLS)数据的特点，改进了NDT 算法，提出了一种基于SURF 的NDT 配准算法，使之能应用在TLS 中。该算法首先建立点云和图像间的映射关系把点云影像化；利用加速稳健特征(SURF)算法提取图像的特征点并找出特征点对；根据映射关系找到相应的三维特征匹配点，求出变换矩阵，完成点云初始配准。在NDT 算法中，设置初始矩阵为单位矩阵，对点云体素化并使用概率分布函数对点云精细配准。实验结果证明，该算法不但适用于地面激光数据的配准，且其配准精度高、运算时间少，尤其对于不同分辨率的点云有良好的配准效果。

提出了一种基于变分法和梯度增强的红外与可见光图像融合算法。首先对红外与可见光的梯度特征进行自适应加权融合，得到初始融合梯度场；其次构建梯度特征增强模型，获得融合图像增强的梯度场；最后通过变分法将融合问题转换为最优化问题，得到最接近增强后梯度场的融合图像。实验结果表明，相比基于多分辨率框架下进行融合的拉普拉斯分解、小波变换及常见的基于变分的融合算法，所提出的算法得到的融合图像梯度特征最大，视觉效果最好，证明了算法的有效性。

为提高联合变换相关器对复杂背景图像的识别能力，提出了基于小波变换边缘提取的联合变换相关器。利用具有多尺度分析功能的小波变换工具对联合图像进行边缘检测，所提取的边缘图像能保留更多的细节信息，改善复杂背景下的目标识别能力。计算机模拟和光学实验结果均表明，用小波变换边缘提取的联合图像进行相关识别，能明显增强相关峰的强度，提高目标识别能力。

介绍了一种基于结构光和双目视觉的焊缝三维重建方法。该方法利用轮廓点曲率提取激光条纹的轮廓关键点，再由所提取的关键点计算轮廓横截面法向量。并根据激光条纹服从正态分布的特点，借助灰度重心法提取条纹中心线。将焊缝在双目摄像机中的图像坐标点转换为世界坐标点，从而完成焊缝三维空间信息的重建。实验结果证明本文方法快速、准确，可以满足自动焊接机器人系统的应用要求。

城市可见光图像中高大的建筑和树木造成的阴影及部分树木区域出现的颜色失真问题使得传统的颜色量化方法不能准确描述地物谱差异，最终导致分类精度下降。针对可见光图像中的阴影和颜色失真问题提出了一种改进办法：第一阶段针对阴影导致的被掩盖区域谱信息缺失问题，对阴影区域进行采样、分析，通过双阈值提取阴影区域并以面向对象分类方法获得绿色区域阴影。第二阶段通过融合树木区域在多源信息[激光雷达强度、多次回波的数字表面模型（DSM）]中的差异特征，剔除冗余，获取准确的树木区域，弥补颜色失真使得树木区域提取不完全的缺陷。实验结果与人工获取的真实数据对比显示，该方法与传统的Dempster-Shafer (D-S)证据理论融合方法相比，分类精度有了明显的提高。

在关联成像中，赝热光源的特性对成像质量至关重要。赝热光源的关联特性和关联成像的对比度、信噪比和分辨率密切相关。在其他条件相同的情况下，二阶关联峰值越高，所成关联像的对比度越高，而赝热光源的随机性越好，则成像的信噪比越高。赝热光源的产生有很多方案，近来出现的基于空间光调制器的赝热光源由于其相位可预置性而具有很好的应用前景。本文介绍了利用空间光调制器调相、调幅等不同调制方法产生赝热光源的原理，并通过模拟对比了施加不同的振幅、相位及其混合调制所引起的赝热光源的二阶关联峰值的差异性，对比发现当振幅分布为瑞利分布、相位分布为0～2π 均匀分布时，赝热光关联峰值理论可以达到2，此时赝热光源的特性较为理想。

为获得清晰的高分辨率人眼眼底视网膜图像，自适应光学系统中变形镜必须能够实时跟踪并补偿人眼中随时间变化的像差信息。对波前像差特别是动态像差的校正能力不仅取决于变形镜等硬件的性能，还与自适应光学系统中的控制算法密切相关。在不加大硬件复杂度的基础上，介绍了一种基于Kalman 滤波的线性二次高斯(LQG)人眼像差校正最优控制模型。首先分析了自适应光学系统的离散性，证明在离散模式下研究自适应光学系统的可行性；然后建立了基于Kalman 滤波的LQG 优化控制模型，并给出基于LQG 优化控制的像差校正控制算法；最后通过仿真实验验证了基于LQG 优化控制的像差校正算法对动态人眼波前像差校正的可行性和有效性。

研究了光学平面绝对检验的干涉测量方法：三面互检法。该方法需要三个被测平面，两两组合测量，就能够得到被测平面在通过其中心两个垂直方向的线轮廓数据。根据Matlab 和VC 混合编程思想，设计了带界面的三面互检计算软件，能够对任何一台干涉仪所采集到的实验数据进行快速计算，并进行了实验验证，得到了所测干涉仪参考平晶的绝对面形，相对于Zygo 软件计算误差为3%。

针对圆柱型高精密零件高曲率表面缺陷检测的问题，设计并实现了基于机器视觉的在线检测系统。检测时，为了解决金属件表面反光的问题，设计了专用的光源系统和照明方式。通过光学系统和机械旋转平台的配合，圆柱型零件在旋转的过程中被光学系统成像，从而可以采集到完整的圆柱面图像；经过快速的图像处理技术，可以检测到微米级的轴承表面缺陷；然后对表面缺陷进行形貌分析，确定缺陷的类型。检测结果表明系统具有效率高、精度高、易于使用等特点，可有效解决圆柱型高精密零件表面缺陷在线检测的问题。

采用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式推导出厄米-余弦-高斯光束通过负折射率平板材料的传输公式，并利用其解析式进行数值计算和分析。研究结果表明：负折射率平板材料中的负折射率只影响光束的两次聚焦位置；光束参数不仅会改变厄米-余弦-高斯光束的轴上光强分布，还会改变横向光强的分布，但对厄米-余弦-高斯光束轴上最大光强和横向最大光强的位置均没有影响。

激光多普勒测速系统可实现空中运动平台的速度测量，平台的姿态测量误差是影响其测速精度的重要因素。为实现运动平台三维速度的测量，以相干探测原理为基础，设计并搭建了全光纤三光束激光多普勒测速系统，建立了运动平台三维速度测量的数学物理模型，对系统测速相对误差进行了数值模拟研究。研究结果表明，姿态测量误差对测速精度的影响不可忽略；随着俯仰角度的不同，俯仰误差与旋转误差对测速精度的影响程度会发生变化；测速精度与旋转误差呈线性关系，而与俯仰误差存在着非线性关系。研究结果可为激光多普勒测速系统的设计以及速度修正提供理论依据。

建立了一种激光扫描共聚焦显微镜三层介质中点扩展函数的计算模型。在Hammoum 分式的基础上得到三层介质中的理论公式，对比分析探测光路中的偶极子振动方向对点扩展函数的影响以及各种点扩展函数，讨论针孔对点扩展函数、收集的能量和信噪比的影响。计算表明，振动方向平均化的偶极子的探测点扩展函数优于沿x 轴、z轴振动的偶极子的探测点扩展函数；综合点扩展函数小于照明和探测点扩展函数，且针孔越小，经过针孔过滤后的综合点扩展函数更小；方形针孔和圆形针孔的收集能量曲线类似，但方形针孔的曲线靠右，圆形针孔的信噪比曲线总体上优于方形针孔的信噪比曲线。

全光铯（ Cs）原子磁力仪是一种高灵敏度弱磁检测装置，核心器件 Cs原子气室中通常充入适量的缓冲气体避免被极化原子扩散至器壁引起壁碰撞弛豫，同时缓冲气体压强值将影响抽运光的工作频率。介绍了全光 Cs原子磁力仪的工作原理，分析了 Cs原子气室中充入 1.333×104 Pa He缓冲气体时，抽运光工作频率对原子磁力仪灵敏度的影响，并采用速率方程计算了不同抽运光频率下的原子极化率。当抽运光频率锁定在 Cs原子 D1线 F =3 → F′ =4共振线，检测光频率锁定在 Cs原子 D2线 F =4 → F′ =5共振线时，原子磁力仪可达到最佳灵敏度。

采用基于时域有限差分技术的数值模拟方法，研究了二维正方晶格光子晶体点缺陷的透射谱。研究发现，减小或增大砷化镓介质棒半径均可以在能量禁带中形成缺陷模，且存在一一对应的关系，它们半径不同但具有相同的谐振频率。进一步发现两类缺陷场分布存在差异，减小缺陷半径会形成单模，增大缺陷半径会形成双重简并模，继续增大缺陷半径会形成多模。此外也发现两类缺陷对入射光的响应不同，前者对电场强度不敏感而后者反应明显。

在舰载平台上的光电跟踪系统，由于船体姿态的变化，其视场会沿视轴转动从而引起跟踪误差。为了解决这一问题，提出了一种基于四元数坐标变换的补偿方法。通过研究视场在各个坐标系下的状态，定量地给出了船体姿态对视场旋转的影响，并确定了视场旋转量与方向，同时，研究了跟踪系统装配误差对视场旋转的影响，为实时消除由船摇引起的视场旋转提供了理论依据。

根据西维因水解物具有强荧光的特性，提出了利用三维荧光光谱技术结合偏最小二乘回归（PLSR）法测定鸭肉中西维因的残留含量。通过对样品的二维等高线光谱图分析，发现鸭肉和西维因的特征峰能明显区分开，在西维因-鸭肉体系中两者波峰分别位于300/365 nm 和320/460 nm，再利用PLSR 法建立鸭肉中西维因残留含量预测模型，其预测集中真实值与预测值的决定系数R2和均方根预测误差值Prms分别达到0.9883 和3.103。结果表明三维荧光光谱技术结合PLSR 法可用于鸭肉中西维因残留的测定，具有快速检测和预测精度高等优点，为鸭肉中农药残留检测提供了一种有效的手段。

直接紫外-可见光谱法检测水质参数具有检测速度快、成本低、无二次污染、可实现在线和原位测量等优点，但受限于光谱检测精度和检测设备成本。基于该方法的检测系统一直较难推广。为此，利用海洋光学的工业级光谱仪USB2000+及脉冲氙灯光源搭建了一套低成本、快速的水质光谱检测系统。进而，在对系统噪声源进行全面分析的基础上，利用小波包软阈值去噪方法对原始光谱数据进行去噪处理。为了有效地评价去噪效果，同时采用海洋光学科研级光谱仪QE65000 配合稳定的氘钨灯光源搭建标准光谱检测系统，对同一样本溶液进行了紫外-可见吸收光谱采集。实验结果表明，搭建的系统能稳定、有效地采集原始光谱数据，进一步对原始数据采用基于软阈值的小波包去噪，能在保留水样紫外-可见吸收光谱特征的前提下，有效地去除原始光谱的各种噪声，提高光谱的信噪比，为采用低成本光谱检测设备进行水质参数分析奠定了基础。