详细介绍了微波光子技术的基本内涵、发展现状和技术优势。从雷达、电子战以及通信三大典型领域的发展历史详细介绍了微波光子技术的具体应用状况，全面分析了微波光传输与处理技术特征与电子信息系统性能提升的内在关系。结合电子信息系统的发展趋势和瓶颈问题，提出基于微波光子技术的解决思路，以期对未来微波光子技术的发展和应用方向提供有意义的指导。

随着布里渊光时域分析(BOTDA)传感技术在许多大型基础工程设施安全监测中的广泛应用，对测量精度和实时性的要求日益提高。采用传统的最小二乘曲线拟合方式对布里渊散射谱进行布里渊频移提取，其测量结果的精度依赖于参数初始值的选取和噪声的影响，并且拟合算法的参数迭代求解过程增加了数据处理的时间，降低了工程实时性。文章综述了多种非线性参数优化估计的曲线拟合算法和基于神经网络的布里渊散射谱特征提取的混合优化算法，介绍了无需经过曲线拟合的互相关法(XCM)、深度学习法(DL)和亚像素级精度的重心提取算法(CDA)，这些算法能适应更大的扫频步长，实时性更好。

氮化镓基微盘结构光学谐振腔具有波长选择范围宽、模式体积小和激射阈值低等特点，其在腔量子电动力学、低阈值激光器、生物传感器等方面具有重要的研究价值。通过优化制备微盘的干法刻蚀工艺及选择性湿法腐蚀技术，制备出侧壁陡峭且光滑的高Q值Si衬底GaN基回音壁模式微盘谐振腔，该微盘谐振腔的制备工艺简单、表面损伤小。在室温、266nm短波长激光泵浦条件下，微盘谐振腔激光器实现了激射，阈值为2.85MW/cm2 ，Q值达到2161。

三结砷化镓叠层电池(InGaP/GaAs/Ge)耐强光、光电转换效率高且温度特性好，是激光无线电能传输系统中光电转换组件的理想材料。基于三结砷化镓叠层电池的光谱响应曲线，以532、808和980nm三种波长激光组合入射，在保证入射总功率密度为2W/cm2的条件下，研究了三种波长入射激光的不同功率配比对其光电转换效率的影响。结果表明，在532、808和980nm三种波长入射激光功率配比为7∶8∶5时，光电转换效率最高，为33.549%。该研究对提高三结砷化镓电池的转换效率有一定的应用价值。

基于碰撞离化理论研究设计了In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As电子倍增超晶格结构雪崩光电二极管，使用MOCVD外延得到实验片，经过工艺流片后进行封装测试。测试结果显示，具有超晶格雪崩区的电子倍增型APD器件，其暗电流可以控制在纳安级，光电流增益达到140，证明具有超晶格雪崩区的电子倍增型雪崩光电二极管具有很好的光电探测性能。

为了准确在线测量微生物燃料电池(MFC)内Fe3+的浓度，基于倏逝波原理研制了一种D形塑料光纤Fe3+浓度传感器。采用静电层层自组装技术，将含有Fe3+指示剂的材料组装在D形光纤表面，构成Fe3+敏感区。实验研究表明: 传感器的灵敏度、响应时间与敏感膜的厚度和指示剂的含量有关。当Fe3+敏感膜自组装层数为20层时，传感器对含Fe3+离子溶液浓度为0.01mol·L-1的响应时间约13min，最低检测极限达10-6mol·L-1，表明该传感器对Fe3+离子水溶液具有良好的光学响应性能。

提出了一种新型结构的温度传感器，该传感器基于Fabry-Perot干涉和双金属效应。采用MEMS技术制作出线性度好、精度高的光纤MEMS温度传感器。阐述了传感器的工作原理，研究了传感器的力学模型，确定了温度敏感膜材料，用有限元软件ANSYS验证了模型的合理性。模拟了法珀腔的腔长对温度传感器性能的影响，为传感器的加工制作提供了理论依据。该设计可为以硅为基底的压力传感器提供一种温度补偿方法。

倒梯形单脊波导具有衰减常数小、特性阻抗低、功率容量大的特性，故其适用于微波传输。研究发现填充介质倒梯形脊波导有利于实现波导小型化。采用有限元法结合Matlab编程，研究了不同对称度下的填充非对称倒梯形单脊波导的截止波长、单模带宽、衰减常数、功率容量和特性阻抗。研究结果表明: 对称度较小时，填充位置在短臂侧时所得的截止波长最长，单模带宽最宽，功率容量最大，阻抗特性最小。研究结果将为填充非对称倒梯形单脊波导的应用提供理论依据。

双结p+/n-well/p-sub光电二极管由于其较高灵敏度、低暗电流而成为荧光检测光电传感单元的最佳选择。文章基于0.5μm CMOS工艺对双结p+/n-well/p-sub光电二极管进行了版图优化设计，有效减少了硅和二氧化硅界面对光电二极管光吸收区暗电流的影响。流片后测试表明优化后版图面积为100μm×100μm，双结p+/n-well/p-sub光电二极管单元的暗电流从11pA减小到了6.5pA，光电流从2.15nA稍有减弱到2.05nA，光暗电流比值提高了60%。优化后的双结p+/n-well/p-sub光电二极管更适用于对微弱的荧光信号检测。

针对超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode，SLD)光源输出光功率稳定性的需求，从光源的温控电路出发，建立了SLD恒流回路与半导体致冷器(TEC)之间的电场耦合模型，探讨了SLD光源的重要组件——TEC对其内部电场的影响；分析了光源内部不同组件间的分布电容。研究结果表明: 温控电路产生的交流分量作用于光源内部半导体致冷器，产生时变电场，经分布电容耦合到恒流回路中，影响输出光功率的稳定性；SLD光源外壳接地良好，可减小分布电容，从而减小电场耦合对输出光功率的影响。

讨论并仿真了薄膜型光纤F-P腔传感器弧形腔效应的补偿。当一个薄膜型光纤F-P腔传感器的形变位移足够显著时，将产生弧形腔效应而使其不再完全服从平行平面腔传播模式规律。此时必须对平行平面腔的传播模式进行修正以符合弧形腔的实际规律。利用基尔霍夫衍射方程对弧形腔模型进行了计算和仿真，确定了弧形腔的散射效应，并基于一种典型腔长解调方法，提出了弧形腔效应下，腔长解调值的补偿方案。

根据物理气相传输法(PVT)AlN晶体生长特点及工艺要求，自主设计了AlN晶体生长炉及其配套热场。FEMAG 软件热场模拟结果表明，自主设计的晶体生长炉及其配套热场可以达到AlN晶体生长所需坩埚内部温度梯度要求。基于设计的PVT生长炉，开展了在2250℃生长温度、40h长晶时间条件下的自发形核生长实验。实验研究结果表明，在该工艺条件下，通过自发形核可生长得到典型长度为3~5mm、直径为2mm的高质量AlN单晶；AlN晶体的c-plane(0001)生长速率最快，易形成尖锥形晶体结构，不利于晶体的扩径；Raman表征图谱中AlN晶体的E2(high)半峰宽仅为5.65cm-1，表明AlN晶体质量非常高；SEM、EDS分析得出晶体内部质量较为均匀，c-plane和m-plane腐蚀形貌特征明显。

高质量的MOCVD外延材料是研制高性能半导体光电器件的基础。通过制作简单的量子阱结构，利用光荧光系统进行快速表征，得到Ⅴ/Ⅲ比不但会影响PL的强度，还会影响片内均匀性的结论。根据标准偏差统计法，确定了InGaAs量子阱外延的最佳Ⅴ/Ⅲ比为35。基于优化的外延参数，制备了波长为980nm的半导体激光器，在15A脉冲电流下，腔面未镀膜时器件的平均输出功率为9.6W，中心波长为977.2nm。研究结果为半导体激光器的研制提供了一种快速有效的方法。

通过水热法合成纯的Cu2O颗粒，通过氧化还原法合成Cu2O-CuO复合颗粒和纯的CuO颗粒。采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射谱对产物的结构、组成进行了研究。结果表明，Cu2O-CuO复合颗粒为立方体多刺结构。表面光电压实验表明，所得的Cu2O-CuO复合颗粒具有特殊的瞬态光电压，能敏锐察觉到光源的变化。光催化实验表明，Cu2O-CuO复合颗粒具有不弱于纯Cu2O颗粒的光催化活性。

针对光纤敏感线圈绕制过程中，不同层绕制张力变化引起其内部应力分布状态不同会导致光纤敏感线圈不能正常使用的问题，通过研究光纤敏感线圈中不同层光纤的受力状态，结合具体的绕制参数，建立对应的物理模型，采用有限元软件对其内部应力进行仿真分析，从而得到光纤线圈内部应力优化的具体方法。通过仿真及数据分析可得: 采用绕制张力逐渐减小的方法能够有效提升光纤线圈在绕制初始阶段内部应力降低的速率，有助于增加其应力较小的层数，缩短应力释放时间，提高其在应用中的可靠性。

文章分别对光收发组件中50Ω柔性线路板和50Ω刚性线路板，以及25Ω柔性线路板和50Ω刚性线路板间的电互连阻抗匹配进行了设计、仿真与实验验证。对于50Ω_50Ω刚柔板的高频连接，通过对其返回路径的通孔位置优化设计，使反射损耗S11在高频段降低约11%，插入损耗S21减小19%；对于25Ω_50Ω刚柔板的高频连接，提出新的优化方式: 在硬板信号线的金手指上做通孔设计，并提取该结构的寄生参数，构建电路模型。该结构大幅提高了连接处容性阻抗，降低了阻抗失配，使得S11在高频段降低约38.2%，S21减小约34%。提出的柔性线路板与刚性线路板的电互连方式，能实现传输线间的阻抗匹配，减小信号反射和插入损耗，提高光模块传输质量，对于光器件的接入具有较大应用价值。

利用Melnikov方法讨论了非谐激励系统的混沌行为，并在极限情况κ→0下，把非谐激励转化为谐波激励，而运动方程化为倒置摆方程。倒置摆方程描写了带电粒子在周期弯晶中翻越势垒的横向运动行为。结果表明: 系统的稳定性与参数有关，适当调整参数就能保证系统是稳定的；即使保持参数不变，调整系统初始状态也可以使系统完成从无序向有序，或者从有序向无序转换。

InGaN基量子阱作为太阳电池器件的有源区时，垒层厚度设计以及实际生长对其光学特性的影响极为重要。采用金属有机化学气相沉积(MOVCD)技术，在蓝宝石衬底上外延生长了垒层厚度较厚的InGaN/GaN多量子阱，使用高分辨X射线衍射和变温光致发光谱研究了垒层厚度对InGaN多量子阱太阳电池结构的界面质量、量子限制效应及其光学特性的影响。较厚垒层的InGaN/GaN多量子阱的周期重复性和界面品质较好，这可能与垒层较薄时对量子阱的生长影响有关。同时，厚垒层InGaN/GaN多量子阱的光致发光光谱峰位随温度升高呈现更为明显的“S”形(红移-蓝移-红移)变化，表现出更强的局域化程度和更高的内量子效率。

对于复杂的室外环境，无线传感器网络如何建立可靠的路由，并尽可能延长全网寿命是一个关键问题。在分析总结现有无线Ad Hoc网络路由协议的优缺点的基础上，提出了一种基于能量与链路稳定性感知的多度量的按需路由协议ELSA-AODV。ELSA-AODV协议是AODV协议的增强与扩展，在保证路由可靠性与稳定性的同时，平衡全网的通信负荷与能量，大大延长了全网的工作寿命。通过仿真实验，验证了ELSA-AODV的有效性。

在弹性光网络中，光树传输组播可以节省链路代价，但较长的光树需要选择更低的调制等级，消耗更多的频谱资源和发射机功耗。提出一种基于遗传算法的光森林组播和光树重配置(GAMF-TR)优化组播的能效路由、调制格式和频谱分配(RMSA)策略。GAMF-TR策略设计染色体编码表示光森林的组播目的节点划分和光路径组合，通过染色体的基因位概率交叉和变异得到更多的光森林RMSA策略，设计了一个频谱分配效率和发射机功耗折中的适应度函数选择能效最高的光森林RMSA策略，并设计在网络资源充足时将组播从光森林重配置到光树传输，进一步减少发射机功耗的消耗。仿真结果表明: 提出的GAMF-TR策略获得了组播的最低带宽阻塞率和最高能效性能。

基于紫外非视距(NLOS)单次散射信道传输模型，分析了用于无线紫外光通信的分离双脉冲位置调制(SDPPM)方案的误码性能。介绍了SDPPM调制方案的符号结构，将该调制方案与开关键控调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM)和双脉冲位置调制(D-PPM)在带宽需求、功率需求方面进行比较。利用光子计数方法，研究了无背景辐射噪声条件下SDPPM的误符率(SER)。对PPM、D-PPM和SDPPM紫外通信系统的误码性能进行仿真，分析路径损耗对其影响。结果表明，SDPPM在信源比特分组长度m为5和6bit时获得了带宽需求与功率需求的较好平衡。当SER达到10-4时，有效通信距离比D-PPM长20m左右。同时，SDPPM调制方案降低了紫外光散射通信中因多径色散造成的码间串扰(ISI)。

为提高数据中心间光互联网络的能效，面向任播业务提出一种具有业务持续时间感知的混合路径传输节能路由算法。为了减少新建光路和工作元器件数量，优先采用单路径传输；若业务阻塞则以传输能耗最小化为目标进行多路径传输。除此之外，引入基于频谱预留的业务疏导策略来降低保护带宽和光收发器的开销。仿真结果表明: 与传统节能路由算法相比，所提算法在显著降低网络能耗的同时，有效避免了业务阻塞率的过度增加，实现了网络能耗与性能的平衡。

针对室内可见光通信(VLC)中接收平面接收光功率和接收光照强度分布不均匀的问题，提出了一种基于改进的蚁群算法对其进行优化。通过建立发射端和接收端的信道模型，对放置在天花板上的4×4的LED阵列发射端配备功率调节因子，并利用改进的蚁群算法对功率调节因子进行优化。针对传统蚁群算法存在的收敛速度慢、容易停滞等问题，提出了采用自适应信息素更新的策略。仿真结果表明，利用所提方法优化后，接收光功率和照明强度的波动范围分别在93.523~50.453μW和367.846~192.798Lux，接收平面上接收到的光功率和照明强度分布不均匀的问题得到了明显改善。

时间延迟积分(Time Delay Integration, TDI)探测器被广泛应用于弱光成像和航天遥感等领域，这种探测器能够在保持空间分辨率和平台运行速度的条件下有效提高探测器的等效积分时间，提高系统成像质量和探测率。近年来，红外数字域TDI探测器因具有动态范围大、积分级数连续可调和高帧频等优点而受到越来越多的关注和研究。通过对红外数字域TDI技术进行原理分析和数字系统设计，结合国产640×8中波红外数字域TDI探测器设计成像系统进行性能的分析及验证，重点研究了红外数字域TDI探测/成像系统的盲元补偿、非均匀校正、像元调整、时间延迟累加和过采样等关键技术，为未来红外数字域TDI探测器在空间遥感中的应用提供了技术支持。

针对一维参数空间霍夫变换椭圆检测算法不能检测长轴端点缺损的椭圆这一缺陷，提出了两种改进算法。两种改进算法都是先确定椭圆中心，采用分步计算参数的方法，以降低霍夫变换参数空间的维数，从而降低算法整体的时间复杂度。改进算法1可以看成是一维霍夫变换椭圆检测的一个补充算法，它通过改为最后对长轴进行一维累积，来解决长轴端点缺损的问题。改进算法2则是在椭圆中心确定后，利用椭圆的对称性，计算出其倾斜角，再进一步确定其他参数。实验表明，两种改进算法都能在较复杂的图中较快较准确地检测出残缺椭圆。

报道了一种多样品臂扫频光学相干层析(OCT)系统，使用光开关将多路样品臂接入同一个扫频OCT成像系统，通过光开关的快速切换，实现了多路同时实时成像。设计并展示一个双样品臂的成像系统，两路成像性能均与典型扫频OCT系统相当；通过两路实时成像结果相结合，在仅使用少量额外硬件的情况下，实现了对成像视场的成倍扩展。

在低照度环境下，通用的图像传感器普遍存在成像效果不佳的情况，因此采用图像增强算法来提升图像对比度就显得尤为重要，然而大多数图像增强算法都是针对静态图像进行增强。为此，基于现有的图像增强算法，提出了一种改进的基于图像去雾的图像增强算法架构，该架构不仅利于FPGA实现，而且能够较好地增强视频的显示效果。测试结果表明: 该算法占用FPGA资源较少，能够实时处理1080P 60f/s的视频且增强效果良好。

海洋白冠是一种典型的海表现象，对白冠覆盖率(WC)的研究具有重要的科学意义和实用价值。基于数字图像处理的白冠自动识别技术具有快速、高效、低成本和大批量的特点，对比分析了自动提取白冠算法、自适应阈值分割算法和迭代类间方差算法等自动识别算法对海面图像的处理结果，针对光照不均的海面图像提出了应用顶帽变换和图像增强的光照校正改进算法，来消除阳光反射带来的负面影响和运算不稳定。对船拍视频应用该改进算法，在光照不均时，增强了原三种算法的鲁棒性，有效提高了WC的计算正确率，有利于自动化处理视频序列图像。

对平面内微机器人集群短距离相对定位问题进行了研究，针对微机器人尺寸小的特点，利用红外发送器、红外接收器和磁阻传感器相配合的方法实现了微型机器人集群的相对定位，分析了该相对定位方法的误差来源。仿真计算和实验结果证明了上述方法的可行性。提出的相对定位方法具有精度高、无积累误差、分布式、快速和可扩展等优点。

精细导星星库是支撑未来大口径空间望远镜观测的必要组成部分，是用来确定空间望远镜视轴绝对指向的关键依据。导星星库的容量和星库的均匀性对于实现精细导星功能和性能指标都极为重要。为了有效提高星图识别性能，提出基于变异系数的优选筛星算法进行导星筛选并构建星库。经过仿真和均匀性评价准则验证，基于变异系数优选算法构建的精细导星星库分布均匀性好，能降低冗余度，有效提高识别概率。

由于生理的局限，人眼立体感知存在一定的盲区，并对立体视差存在一定的融合极限，因此获取符合人眼立体感知的三维影像就显得尤为重要。针对该问题，结合Panum融合区理论以及人眼立体感知误差，对立体观影区间的范围进行界定，并对立体观影区对应下的基线长度范围进行推导。根据推导结果，利用3ds max进行场景模拟，分别以特定距离下基线长度所允许的最大值和最小值为基准，获取5组不同基线长度下的视差图，最后利用虚拟现实眼镜验证了推导结果的正确性，该结果可对立体摄影过程的相机摆放提供指导。