概述了光纤中受激布里渊散射(SBS)和基于布里渊处理(BP)的微波光子学(MWP)系统的原理。基于布里渊选择放大(BSA)和布里渊选择抑制(BSS)，深入分析了BP 在光学产生微波信号、微波信号的光学上/下变频及倍频、MWP 复值系数与单响应滤波和MWP 相移等系统中的应用，研究了BP 在改善光载无线通信(RoF)系统链路性能中的应用。讨论了这些BP 应用系统的优势和不足，提出了改进方案，展望了BP 在MWP 和集成微波光子学(IMWP)中的发展趋势和应用前景。

微型拉曼光谱仪的核心部件是分光芯片，研制出适应微型拉曼光谱仪微型化、加工精度高、成本低的新型分光芯片对于打破目前的国外技术专利封锁，获得属于我国的自主知识产权具有重要意义。将本来诞生于光通信领域的阵列波导光栅用于微型拉曼光谱仪是研究的新思路，其具有尺寸小、精度高、工艺简单、易于批量生产的优点。总结介绍了用于微型拉曼光谱仪分光芯片的阵列波导光栅在国内外的研究进展，并且作了相应的分析，提出了一定的改进方法。

使用中国气象局南京综合观测基地的微脉冲偏振激光雷达(MPL)对南京北郊上空气溶胶进行观测，分析反演实测数据得到气溶胶的消光系数和退偏振比廓线，结果表明:晴天大气、雾霭大气和水相云中气溶胶的退偏振比数值相当，冰相云的退偏振比明显较前三种气溶胶大。2009 年1 月~6 月50 次实验观测数据的反演结果表明：当云底高度为4 km以下时，退偏振比数值集中在0~0.05 之间；当云底高度在4 km 以上时，退偏振比数值集中在0.05~0.15 之间，且云底越高，较大数值退偏振比出现的几率越高。对比2012 年一次夏季雾霭和一次冬季沙尘实测数据的反演结果表明：沙尘出现的边界特征明显，而雾的边界特征模糊；结合消光系数时空分布和退偏振比的变化，可以监测沙尘的爆发与消散。将MPL 结果与CE-318 太阳光度计数据进行对比，两种仪器所测气溶胶光学厚度随时间的变化趋势基本一致。

研制了一种光纤微弯气压传感器，提出了一种利用梯形弹簧的压力非线性特性补偿光纤微弯传感器非线性的方法，并提出了利用差动检测克服光路损耗不稳定的方法。介绍了梯形弹簧光纤微弯传感器工作原理，对梯形弹簧变形量压力响应曲线进行非线性拟合，得到二次拟合曲线。实验测试了0～0.1 MPa 范围的气压传感特性。结果表明，光纤气压传感器的输出电压信号与气压值具有良好的线性关系，得到气压测量灵敏度系数约为2000 mV/MPa，能够满足气象及飞行器高度监测中对气压测量的要求。

S形弯曲波导是集成光器件中不可缺少的部分。对比分析了常见不同形状的S 形光波导的传输损耗，找到了低损耗的余弦形状。在Marcuse 弯曲波导研究的基础上，通过曲线拟合方法，得到了几种近似计算损耗的公式。用Matlab 进行仿真，得到了损耗曲线。与传统低坡模型进行对比分析，以找到与实际值最接近的模型。结果表明，高斯曲线拟合方法可以更好地描述余弦形状波导的损耗。

给出了一种新型的制作长周期光纤光栅方法。在200 ℃高温下，利用高温金属胶将光纤粘贴到周期性波纹金属状结构上，当该器件降温到常温时，长周期光纤光栅形成。测试了该类光栅的温度特性，发现了光栅光谱谐振峰随温度调节而改变，并讨论了其机理。该器件可以用于实现可调谐滤波器和衰减器等器件。最后探讨了改变光纤直径易于成栅。

大数据云计算时代，联合光网络资源和数据中心资源的虚拟基础设施规划是解决光网络所面临挑战的最佳方法。建立了带波长转换能力和不带波长转换能力的两种虚拟基础设施规划的整数线性规划模型。采用动态业务请求，以最小联合能耗和最小网络资源使用率为目标函数，仿真比较了两种整数线性规划模型的能耗和阻塞率性能。结果表明，在轻负载情况下，最小联合能耗具有较低的能耗；在重负载情况下，最小网络资源使用率具有较低的能耗；而最小网络资源使用率始终具有较低的阻塞率。

可控放大率物光场重建算法可以有效利用数字全息图的空间带宽积，但同时会引入相位畸变。通过研究现有各种可控放大率物光场重建算法，导出了畸变相位的数学表达式。结果表明：无论对菲涅耳全息还是无透镜傅里叶变换全息，如果将“+1”级或“-1”级物光场放大，则重建物光场上都会叠加有一个由球面波产生的二次相位畸变，且“+1”级与“-1”级物光场所叠加的球面波相为共轭复数。如果将该球面波波长折算为记录全息图时的光波长，则球面光波半径相同，完全取决于放大率和物距，与算法无关。

针对自适应蚁群优化(AACO)算法在图像边缘提取中经常出现效率低、易陷入局部极值等问题，提出一种结合生物Predator-Prey 行为的自适应蚁群图像边缘检测算法。该算法将Predator-Prey 行为与AACO 算法相结合，将蚁群分成Predator 种群和Prey 种群，初始阶段利用AACO 算法进行搜索两种群，一定迭代次数后，两种群进入排斥阶段；通过自动阈值法提取图像边缘。实验结果表明，与AACO 算法和Canny 算法相比，在精确度方面，该算法提取的图像边缘明显优于前两种算法提取的边缘；同时保持了AACO 算法收敛速度快的特点，并克服了其易陷入局部极值等缺点；因此，该算法能够高效准确地检测出图像边缘。

为了提高图像划痕检测的质量，提出了自适应二叉树算法。采用图像投影确定划痕区域，掩膜操作对图像锐化；图像划痕邻域灰度通过聚类法划分，将结果作为二叉树节点的输入，图像像素值依次分解为8 级二叉树，二叉树指针遍历像素的特征点，自适应阈值将相邻区域划痕合并；给出了算法流程。实验仿真得出自适应二叉树算法能准确地检测划痕位置以及走向，定性检测指标较好。

针对一些遥感数据缺失蓝波段而无法进行真彩色影像合成的问题，提出一种模拟多光谱传感器真彩色影像的方法。将中分辨率成像光谱仪MODIS 地表反射率产品(MOD09)作为参考影像，经影像聚类分析得到具有代表性训练样本，并通过反向传播(BP)人工神经网络训练得到蓝波段与特征波段(绿/红/近红)间关系的非线性回归模型，该模型用于模拟Landsat TM/MSS 和SPOT-5 的蓝波段并最终合成真彩色影像。实验结果表明：BP 神经网络能够很好地模拟多光谱影像的蓝波段，并且能够在一定程度上去除蓝波段上的大气影响，从而可以得到较为理想的真彩色合成效果。研究成果进一步扩展了图-图遥感影像波段模拟模型的研究深度。

为了能够更精确的跟踪扩展目标，提出了一种基于最大稳定极值区域(MSER)特征匹配的高精度扩展目标跟踪方法，该方法通过对扩展目标图像中的一个区域进行抽样式多阈值二值化处理提取出MSER，再通过对MSER 面积变化率条件的判断保证质心提取精度，并与上一帧MSER 进行相似度匹配找到下一帧的MSER，将其质心作为跟踪坐标。实验结果表明该方法对于存在MSER 特征的扩展目标具有更精确和更稳定的跟踪能力，在面积变化率一定的条件下，其跟踪精度不低于0.1 pixel，且计算时间也减少了约3/4。

针对二维数字散斑斜光轴近距离测量时由于镜头光轴和待测目标面不垂直引起的误差问题，根据光学原理推导出不同角度拍摄时修正镜头畸变的校准应变公式。通过标准试件在弹性范围内进行拉压实验，验证校准应变公式对数字散斑图像测量数据修正的有效性，并与理论计算和应变片测试值进行比较。结果表明修正后的应变值误差在9.24%之内，提高了二维数字散斑相关测量技术的效率和精度。

为了实现合成口径非球面系统共相位，提出一套测试拼接方法。对抛物面系统面形进行曲面拟合，建立面形坐标矩阵，根据三维坐标变换矩阵直接计算出子镜平移偏摆调整量达到合成口径共相位，计算机上模拟调整得到拼接系统精度与设定精度相当。搭建了一套测试拼接系统，使用红外双波长相移干涉仪检测Φ 600 mm 抛物面子镜系统面形，根据拟合面形数据得到子镜调整量校正子镜。实验得到合成口径系统子镜失调误差与单一口径面形加工精度λ /15 相当。

在移相干涉中，由于系统或者环境的原因会产生移相误差，进而导致面形检测产生误差。介绍了最小二乘迭代随机移相算法的基本原理，通过模拟仿真，高精度地迭代出原始面形。针对随机移相可能引起迭代得到的面形与真实面形相反的现象，理论上分析了其产生的原因。提出在最小二乘迭代随机移相算法中，需要已知移相方向才能准确迭代出真实面形，通过实验进一步证实结论的正确性。给出了干涉仪移相方向标定的可行方法。

为了得到一种有效的高精度星点提取算法，直接将高斯分布作为星敏感器星像能量分布的做法已经不能满足实现甚高精度星敏感器的要求，因此必须研究实际星敏感器星像能量分布模型。使用了偏正态分布来描述高精度星敏感器星像能量分布，设计了仿真实验和测量实验来对比两种模型的拟合效果。仿真实验和测量实验结果均证明，偏正态分布更加接近星敏感器星像分布，研究成果可以应用于星敏感器精密视场校正算法的研究。

基于立式Fizeau 型干涉仪曲率半径测量系统，提出了一种简捷的离焦补偿算法，该算法对猫眼和共焦零位置的离焦量进行补偿，达到了提高曲率半径测精度的目的。从理论的角度分析了待测面波前像差中的离焦量与待测面位置偏移量之间的线性关系，并得到了两者之间变化的斜率。结果表明，猫眼和共焦零位置附近离焦量的大小与待测面位置偏移量之间为线性关系，且拟合直线的斜率与理论值相一致。同时，当待测面在共焦位置存在离焦时，利用离焦补偿算法使曲率半径测量精度提高了一个数量级。

为了对双声光调制器(AOM)的频差进行高精度检测，设计了一种基于频谱校正的外差干涉检测方法及实验系统。通过测量外差干涉信号的频率，获得双AOM 的实际频差大小。信号频率的精确提取采用加Hanning 窗的比值频谱校正法。仿真分析了利用不同信噪比信号对频差的检测精度与采样点数的关系，并设计搭建实验系统对一组双AOM 的频差进行检测，结果表明，所采用的算法对双AOM 频差的检测精度优于2 Hz。该检测方法可以为高精度外差测量系统的误差分析提供有效参考。

生物柴油光学常数在其成分的定量定性分析、与柴油的混合水平判断以及辐射吸热机理研究等方面具有重要应用。基于射线踪迹法推导得到光学玻璃-生物柴油-光学玻璃三层平板结构的双光程法透射率模型，实验测量了300~2500 nm 波段内生物柴油光学常数随温度的变化规律。实验结果表明，在20 ℃~60 ℃温度范围内，生物柴油折射率随温度的升高而线性减小，吸收指数受温度影响较弱；吸收光谱在1200、1390、1750、2150 和2300 nm 处出现明显的吸收峰，其形成原因主要为C—H 键的倍频以及各原子团伸缩振动的和频作用；生物柴油吸收峰与普通植物油吸收峰的峰值位置基本相同，但数值大小有所区别。

为研究聚焦调Q 脉冲激光诱导水下空化效应，理论分析了激光击穿诱导等离子体空化泡初始半径与绝热指数对空泡动力学的影响。理论研究表明，初始半径影响后期空泡半径的变化，初始半径增大，空泡运动周期、最大泡半径也变大。最大泡半径随绝热指数的增大而增大，与初始半径影响相比，绝热指数对空泡动力学的影响相对较小，表现在不同绝热指数时，空泡运动周期差别不大。聚焦调Q 的Nd∶YAG 脉冲激光聚焦后作用于水中诱导空化泡，使用高速摄影技术准确记录等离子体与空泡动态变化序列图片；使用针式水听器探测辐射的冲击波信号。实验结果表明空泡与冲击波能量主要集中在第一个振荡周期内,第二次、第三次空泡最大半径时空泡能量分别为第一次空泡最大半径时最高能量的31.9%和9.96%，第二次、第三次闭合时辐射的声波能量分别为第一次闭合时辐射最高声波能量的51%和16.8%，后期的泡能和冲击波能量剧烈衰减。

为了产生大频差可调谐双频激光输出，利用偏振分光棱镜(PBS)的自然分光和起偏作用，将激光谐振腔分成正交的直线腔和直角腔，设计一种激光二极管端面抽运频差可调谐双频Nd∶YAG 激光器。该激光器的两个腔均采用双折射滤光片使1064 nm 振荡激光的p 和s 偏振分量分别以单纵模振荡输出。理论分析双折射滤光片的选模原理和双频激光同时振荡原理，实验研究1064 nm Nd∶YAG 激光单纵模振荡特性和调频特性。实验观察到的1064 nm 双频激光的频差调谐范围为11.4~168.6 GHz，其最大频差达到Nd∶YAG 的荧光线宽。这种大频差可调谐1064 nm 双频Nd∶YAG激光器可广泛应用于激光干涉测量和激光光谱学等领域。

文章介绍了用自制双光子聚合加工系统对不同曝光时间下的外齿轮组的微加工成型性进行了研究。在photomer3015 材料内实现了外齿轮组的双光子聚合微加工, 通过扫描电镜(SEM)分析了外齿轮组的微观形貌。结果表明，随着曝光时间的增加，齿轮组成型性变得较好；曝光时间增加时，总加工时间增加。当激光功率为0.3 mW，曝光时间为10 ms 时，成功实现了齿厚为2 mm、分辨率为1.0 mm 的外齿轮组的双光子聚合微细加工。

易开盖刻痕深度是决定罐头包装质量的关键参数。为了满足在工业现场自动测量刻痕深度的准确度和稳定性要求，提出了一种基于光切法的机器视觉系统，具有三维精密定位功能和图像测量功能。针对易开盖刻痕光切图像特点，实验分析了在x-y 平面上不同测量位置与光带斜率之间的几何关系，提出一种平面定位算法来自动检测和矫正光带投射位置；采用6 种调焦函数对光切图像进行处理，以单峰型和无偏性为评价标准，提出一种以灰度变化率之和函数为粗调焦函数，Laplacian 函数为细调焦函数的调焦算法，来调整被测刻痕在z 方向上的正确成像位置，实验结果表明该算法具有良好的单峰性、无偏性和灵敏度。

以石英和不同型号的玻片为基底，系统研究了基底折射率对周期性金银复合纳米阵列的制备及其光学性能的影响。采用离散偶极子近似(DDA)数值方法研究了复合阵列的局部表面等离子共振(LSPR)光谱特性，计算结果表明，当基底折射率为1.43 和1.68 时，纳米阵列的折射率灵敏度(RIS)和品质因子(FOM)比较优异。利用纳米球刻蚀法(NSL)制备了二维周期性复合纳米点阵结构，实验结果表明，当基底折射率为1.43 和1.68 时，基底与贵金属纳米颗粒有较好的粘合度，纳米阵列结构形貌比较规则清晰。

采用基于第一性原理的贋势平面波方法，对比研究未掺杂和分别掺杂非金属P、半导体Si 及金属Al 的单层MoS2的电子结构和光学性质。计算结果表明：掺杂均转变为p 型半导体且导带向低能方向显著偏移，带隙减小，掺P和Si 由K 点转变为Γ 点直接带隙、掺Al 形成K -Γ 间接带隙半导体；通过态密度和布局分析得出：掺杂改变载流子的浓度及杂质原子与S-3p、Mo-4d 形成的杂化轨道，对光学性质产生相应影响，其中掺Al 对MoS2 的光学性质影响最为显著，可增大MoS2的静态介电常数、折射率n0，降低能量损失。

为了矫正老视眼，使其达到在连续范围内清晰视物的目标，探索性地将具有大焦深成像性能的光剑元件(LSOE)作为人工晶体(IOL)引入人眼模型中，运用Matlab 数值模拟的方法，模拟了0~4D 物距内视网膜上的成像效果。同时从E 图、调制传递函数(MTF)曲线和斯特列尔比率这三个角度，将该人工晶体的成像效果与老花镜和反向轴棱镜进行对比分析。结果显示，带有光剑人工晶体的人眼模型基本实现了阅读距离(25 cm)至无穷远处的清晰连续成像，在成像质量上占有优势，并且具有大焦深效果受瞳孔缩放影响较小的突出特点。

在一个Y 型四能级系统中，理论研究了由外加耦合光场产生的4 种缀饰效应(单缀饰、并联双缀饰、级联双缀饰和嵌套双缀饰)对探测场透射(PT)信号和四波混频(FWM)信号的影响，以及由于耦合光场的空间配置发生变化而引起的相位改变对这两个信号的影响。数值模拟结果表明，当改变探测场失谐或者改变耦合场的相对相位时，PT 信号和FWM 信号均可以实现明态和暗态这两种量子效应之间的相互转换。这种由失谐或相位控制的明暗态转换在光通信、量子信息处理以及光电器件中具有潜在的应用价值。

研究相关光子光场的光谱分布对基于自发参量下转换的光电探测器的宽波段辐射定标具有重要意义。建立了相关光子宽光谱分布测量实验系统。利用355 nm 连续波(CW)激光抽运BBO 晶体产生I 类非共线自发参量下转换，使用光子计数系统测量了相关光子在晶体后端的光谱分布，测量的相关光子光谱分布带宽为259 nm(550~808 nm)。相关光子的光谱角分布测量结果与理论模拟结果近似，相对误差小于2%。实验结果表明相关光子存在着可见-近红外宽波段光谱分布，有望应用于光电探测器的宽光谱定标。

基于光与物质相互作用的原理及农产品的基本光特性，研究了一款用于铁观音茶叶和杂质分选的LED 茶叶色选灯光源，并对其光谱进行了研究和设计。通过测试茶叶和杂质的反射光谱，在可见光谱范围内，将茶叶与杂质相对反射率差值较大时对应的光波长作为选择LED 光源的峰值波长，利用多色LED 组合对茶叶色选灯光源光谱进行匹配，LED 组合光源的数量比例由各个峰值波长处对应的茶叶和杂质的相对反射率差值的比例决定。结果表明，该LED 茶叶色选灯光源具有高光效特性，寿命长，能提高茶叶与杂质的对比度及茶叶的加工效率，有利于茶叶的挑选加工；为后续用于其他茶叶色选的新型LED 茶叶色选灯光源的开发及特殊照明用LED 光源光谱的设计奠定了基础。

表面等离子体共振(SPR)传感器已广泛应用于生物学、医学、化学、药物筛选以及环境监测、食品安全等领域。但SPR 传感系统检测样品时易受到来自光源、光电检测器等器件自身噪声及环境光噪声的影响，其中环境光噪声的影响尤为明显，因此SPR 传感器通常需要在遮光环境下进行操作，不利于现场的快速检测。为此，在自行研制的角度扫描型SPR 传感器基础上，重点研究环境光噪声的特性，提出一种统计平均滤波和低通滤波结合的数据处理方法来抑制日光灯照环境下的噪声干扰。检测磷酸盐(PBS)缓冲液的实验结果表明，该方法可使SPR 传感器在日光灯照环境下准确检测，相对遮光测量结果的误差为0.0027%。该方法可有效提高角度扫描型SPR 传感器抗环境光干扰能力，具有良好的应用和推广价值。

提出了一种具有V 形开口的三维纳米银圆管阵列结构，这种结构可被应用于折射率传感器中。利用时域有限差分法对V 形开口纳米银圆管阵列的透射特性进行研究。结果表明：当入射光的电场偏振方向垂直于开口的方向时，在可见光和近红外波段的透射光谱上存在3 个共振透射峰，分别对应着一个传导型表面等离子体共振(PSPR)模式和两个不同机理的局域表面等离子体共振(LSPR)模式。讨论了阵列周期、圆管直径、圆管高度和圆管顶部缝隙大小等参数对透射峰的波长以及半峰全宽(FWHM)的影响。通过调谐结构参数，优化V 形开口纳米银圆管阵列的LSPR 传感性能，得到最大高达13.2 的品质因子。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具有快速、非接触、无需制样等特点，适合应用于转炉钢水成分的在线分析。由于转炉终点可由Si、Mn 含量和温度来判定，因此提出了钢水成分中Si 和Mn 的LIBS 定性分析方法。通过光谱仪采集激光激发的光谱，经过预处理和寻峰等操作后，以原子光谱数据库(NIST)为参考标准，找出Si 和Mn 对应的特征谱线波长和光谱强度，利用支持向量机(SVM)强大的分类功能和采集到的245 组数据中的210 组学习得到支持向量分类(SVC)模型，利用SVC 模型预测这245 组数据，结果证明该模型的准确率为98%以上，将其应用在相同实验条件的情况下，会大大减少LIBS 定性分析时间。

采用新型的2.33 μm 近红外分布反馈式半导体激光器，开展了基于离轴石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)探测一氧化碳气体的方法研究，并优化了系统的最佳调制频率、调制振幅。系统地研究了不同浓度下一氧化碳的信号，实验结果表明，离轴石英音叉增强型光声光谱的信号与一氧化碳浓度具有很好的线性关系。锁相积分时间为1 s 时，功率归一化的最小可探测等效噪声吸收系数为3 × 10-6 cm-1·W/ Hz 。

基于光学薄膜与环境因素的耦合过程及激光与光学薄膜相互作用的热力损伤过程，分析了真空环境下光学薄膜激光损伤的本征机制。研究显示，真空环境下水的解析引起了电子束沉积的多孔薄膜孔隙率的释放，使得电子束沉积的多孔薄膜折射率及热导率降低，最终导致了薄膜热力损伤过程的加剧，导致了电子束沉积的多孔薄膜在真空环境下损伤阈值极大地降低。