随着CCD器件的发展，采用工业级CCD器件研制高性能制冷CCD成像系统成为一个重要的发展方向。从高性能CCD成像和高性能微光ICCD成像应用需求出发，研制了一种基于工业级CCD器件的高性能制冷型数字视频CCD成像组件；介绍了成像组件在高性能大面阵CCD器件、低噪声驱动电路、小型化低功耗制冷技术以及特殊的制冷腔结构等方面的设计特点，指出成像组件对进一步发展高性能CCD成像系统具有积极的促进作用，在**、工业、生物医学和科学研究领域具有广泛的应用前景。

特征选择是目标识别中的重要问题。对于有着3个参数(m，n，q)的小波矩来说更是如此。基于2类模式的特征选择思想，提出多类模式下绝对可分的特征选择算法，给出图像数值化处理中参数(m，n，q)的合理取值范围。实验结果表明：无论是对差别比较大、差别比较小还是混合型的多类目标，经过此特征提取出来的小波矩都有着较好的识别效果。

小目标检测是计算机视觉领域的一个研究热点。当仅对图像中不同尺度目标中的某些特定尺寸目标感兴趣时，传统方法将无法做出正确判断，而且当目标接近摄像机时图像上目标的尺度通常会发生较大变化，传统方法也难以适应。针对这一问题，提出一种基于正负LOG^[1]算子的小目标实时检测系统。新算法首先根据目标在短时间内所作的近似直线运动，利用Top－Hat^[2]算法在初始几帧图像中检测出真正的目标点，然后根据目标特性确定正负LOG算子的参数，最后利用确定的正负LOG算子对后续帧图像进行连续检测，确定真实目标位置。实验证明，该检测方法在实时性、检测准确性及抗干扰性上均有较好的表现。

图像边缘识别是图像处理的重要组成。提出一种基于深度优先遍历的梯度分割算法，这种算法首先构造像素点的数据结构，然后从图像任意点出发，估算该点附近的像素点并获取梯度值，如果该点满足边缘点的特征，则从该点出发深度遍历寻找垂直于梯度方向上的边缘点，并标记访问过的点。如果该方向上没有满足条件的点则回退，从某个具有仅次于最大梯度值的方向继续遍历，并标记开始遍历的点为角点，直至遍历全图。该算法将图像的边缘点和角点明显地分割出来，便于识别，对带有不同类型的噪声图像进行处理也可取得较满意效果。

根据视轴稳定跟踪的运动学原理，分析多环架结构的运动特点，指出结构形式的选择依据。采用PIOGRAM图方法，对两轴、三环两轴以及四环两轴结构分别进行讨论，通过角度和角速度的变换关系对环架自锁、跟踪盲区等现象作了运动学阐述，最终得出了各自适用的载体以及目标运动环境。该研究方法同样适用于其他多轴结构，对多环架结构的几何误差分析等也具有参考价值。

根据振动理论分析两轴四框架系统选择减振器的要点，对某型直升机内外框架刚性连接的吊舱进行扫频振动试验，测量了谐振频率和谐振点的扫频放大率，绘制了放大率曲线。通过使用放大率曲线计算内外框架刚性连接时系统的三向刚度。并根据减振器刚度值，利用弹簧串联刚度的计算方法计算了使用减振器系统的三向刚度和谐振频率。重新进行试验后，结果表明系统谐振频率和放大率都满足要求。该结构使用减振器的要点是：减振器放大段位于伺服带宽内，系统谐振频率避开外界扰动频率以及放大率应尽可能小。

叙述高速摄影在电炮加载多层铝板实验中的应用情况，用普通高速摄影技术和激光阴影摄影首次得到双层和三层铝板在Mylar膜飞片碰撞靶板后形成碎片云的变化图像和靶板表面的微物质喷射发展过程，观察改变起爆系统充电电压、靶板厚度及靶板之间距离等不同条件下的高速碰撞现象，初步得到碎片云和微物质的运动速度等实验结果。

为满足波面剪切干涉和双细光束干涉曲反射表面非接触精密测量、台阶高度测量以及其他平行分光需要，利用双折射晶体特性，研究并设计了一种单一平板激光平行分束器。当一束激光入射到双折射晶体时，它的2个相互正交的的偏振分量将有不同的折射特性，因此特定晶轴方向和厚度的晶体平行平板可以实现入射光束的平行分束。描述了双折射晶体平行平板的分束原理，推导了分束距离与光轴方向、晶体厚度、入射角的关系，分析了分束距离随主要设计参数的变化规律。采用设计的晶体激光分束器进行了实验测试，验证了分析与实测结果的一致性。

偏振双向反射分布函数(BRDF)不仅可以表示物体散射光辐强度的空间分布情况，还包含了丰富的偏振信息。与标量BRDF相比，偏振BRDF可以更加精确地、全面地表示物体表面的光散射情况。设计了基于双旋延迟器结构的偏振BRDF测量系统，通过同步旋转波片调制入射光和散射光的偏振态，得到一系列变化的光强值，再由光强的Fourier分解系数计算获得样品的偏振BRDF值。系统内设计了一对正交反射镜，用以减小系统中器件后向散射光的影响。通过铝板偏振BRDF的测量，说明了该系统具有较高的准确性。

二元光学元件具有许多传统光学元件无法比拟的优越性。利用2个二元光学元件作为系统的物镜和目镜，通过确定各元件的基本结构、孔径大小，设计了25 m的超大孔径反衍混合望远系统。所设计系统的弥散斑大小及MTF函数都能够达到设计要求。使用谐衍射透镜代替普通衍射透镜，对系统进一步改进，使望远系统获得了较宽的光谱范围。试验结果表明：改进后的系统无论在单一光谱、多频带光谱或者连续光谱范围，都能够获得接近衍射极限的成像质量。

由于变焦系统凸轮曲线的的质量直接影响像质，因此从实际应用出发，以变焦方程和动态光学原理为依据，结合实际工作中需要设计的变焦镜头，通过对变焦系统高斯计算的过程进行分析，指出影响凸轮曲线的主要因素为变倍组和补偿组的焦距以及二者的间隔。针对3个参量之间的对应关系进行讨论，提出了优化凸轮曲线的方法。

光阴极灵敏度(量子效率)是微光像增强器最重要和最基本的性能参数之一，它决定着微光成像系统在低照度下的视距和图像清晰度。根据半导体光电发射物理模型及普朗克黑体辐射理论，简介了光电发射5个环节(光子不完全吸收、GaAlAs／GaAs后界面、GaAs光阴极激活层体特性缺陷、GaAs光阴极表面位垒和GaAs光阴极－MCP之间近贴电场电子隧道效应)对光阴极量子效率的影响，给出了相关数学表达式。在假定5个环节子量子效率均为100%的前提下，估算出蓝延伸GaAs光阴极在(0．41～0．93)μm波段内的极限积分灵敏度，其值为6569μA／lm。文末，对此结果的意义给予评价。

针对高轨道红外探测系统，分析了弹道导弹尾焰的红外探测性能。采用大气校正软件PCModWin对不同高度和不同太阳天顶角下的大气透过率和大气背景辐射进行了计算。根据计算结果，对系统作用距离、信噪比和信杂比等红外探测性能参数进行了分析。分析表明：信杂比指标满足系统设定要求；作用距离和信噪比性能指标并不理想；通过改善探测器和光学系统参数提高性能指标，可达到系统设定要求。

论述了制备红外用CVD ZnS多晶材料的化学气相沉积工艺和热等静压处理工艺。针对CVD ZnS多晶材料具备优良的光学和力学性能，采用化学气相沉积工艺和热等静压处理技术成功研制出大尺寸多晶材料，其最大尺寸达到250mm×15 mm。测试了CVD ZnS样品的各项光学、力学性能指标。样品的全波段透过率均接近ZnS材料的本征水平，折射指数均匀性优于2×10^－5，在1．06μm的吸收系数为2×10^－3cm^－1，抗弯强度达到104 MPa。

针对实际三角形方向鉴别(TOD)阈值温差测试的数据量大、时间长，以及测试结果常具有不稳定和不确定性等问题，提出一种扫描型红外成像系统效应仿真。建立了红外成像系统性能预测仿真平台，并对靶标效应图进行人眼判定。根据人眼判定结果对神经网络进行了训练。由基于BP神经网络的TOD阈值温差预测方法判定仿真样条的方向，统计正确的判定概率，实现TOD曲线的预测。实验结果表明：该方法预测的TOD曲线与实际测量的TOD曲线具有很好的一致性。

对LD端面抽运的Nd∶YVO₄／KTP腔内倍频激光器的三镜折叠腔结构进行优化设计，研究了总腔长、输入镜曲率半径和Nd∶YVO₄和KTP晶体的热效应对激光谐振腔的稳定区域、Nd∶YVO₄晶体内基模光束半径的影响。实验结果表明：该方法所得出的结论与理论相吻合。在实验中比较了折叠腔不同折叠角度的红光输出功率，并获得了最佳折叠角度为25°，其有效倍频效率为10．8%。最后使用基频光的偏振特性与KTP的相位匹配之间的关系对实验结果进行理论解释。

为了研究调Q二极管泵浦固体激光器(DPL)激光脉冲输出的稳定性，利用电路网孔法对传统硅光电二极管探测电路进行了分析，发现传统的探测电路无法检测到激光脉冲中多纵模所引起的高频噪声信号(在腔长小于10cm的短谐振腔中其频率通常为1～2GHz)。根据分析结果，改良了硅光电二极管探测电路，利用高速采样示波器采集到了调Q DPL激光脉冲中(1～2)GHz的高频噪声信号。

鉴于传统的激光熔覆金属陶瓷复合涂层技术主要存在2方面不足：其一，熔覆效率低，导致大面积熔覆时成本昂贵；其二，由于激光熔覆本身的特点，即快速加热与快速凝固，在激光熔覆过程中，热应力极易诱导熔覆层开裂。基于此，综述了国内外激光熔覆金属陶瓷复合涂层的研究进展，指出其存在的主要问题，并提出了激光感应复合快速熔覆的新方法，即感应预热基材的同时快速激光熔覆。该方法不仅可使熔覆效率大大提高而且获得了无裂纹的金属陶瓷复合涂层。

针对各向异性Yb∶KGW激光晶体有可能存在热透镜效应为零的传播方向(即无热方向)，利用Biswal等人2篇文献和Pujol等人对Yb∶KGW晶体热膨胀系数的测量结果，分别采用最小二乘法和二阶张量旋转计算出对应晶体的热膨胀张量，据此计算出2篇文献中所述晶体的无热方向。通过对比分析发现：尽管晶体热膨胀张量存在一定的个体差异，但是该晶体普遍只存在2个无热方向，即当光为m偏振时，在p－g平面内与p轴成正负二十多度的2个方向，而不是Biswal等人给出的4个无热方向。另外，利用得到的热膨胀张量计算出某特定方向的热光特性与瑞典的Hellstrom等人报道的激光器热透镜实验结果相一致。

讨论了激光制导无源角度欺骗干扰系统——转移光纤干扰系统的工作原理，重点分析了系统干扰效果的功率比、延迟时间等参数。分析表明：只要合理选取光纤接收的覆盖面积和假目标的反射系数，假目标反射的激光功率可满足干扰要求；几个微秒的延迟时间远小于导引头脉冲录取波门宽度，导致进入波门的几率极高。证明了系统干扰的可行性，探讨了目标若采取伪装措施和转移激光直接向空间发射等手段，干扰效果可进一步提高。

介绍了高功率半导体激光器的结构特点、失效机理和热产生机制等方面的内容。就寿命评价方面展开讨论，详细分析了高功率半导体激光器寿命评价的难点、现有方法以及国内外发展状况，最后就寿命评价系统及寿命试验提出了一些建议。高功率半导体激光器在工业加工、**航天等领域的巨大应用前景推动其可靠性与寿命的发展，而其可靠性的提高和寿命的延长会大大拓宽其应用领域。

为了研究北京城区夏季大气边界层结构变化特征及大气边界层内气溶胶消光特性，2004年8月利用便携式米散射激光雷达对北京城区夏季大气边界层进行了系统观测。反演了观测站上空大气气溶胶的消光特性垂直分布以及大气边界层的高度。分析了气象条件和人类活动对大气边界层结构的影响。观测数据表明：北京城区夏季大气边界层有明显的日变化特征，早晚比较低，日间有一个从低变高再变低的过程，中午前后达到最高。结合气象参数对测量数据进行的统计分析表明：北京城区夏季大气边界层高度相对稳定，多分布在1．8 km以下，平均值为0．68 km；大气边界层内存在浓度较高的气溶胶粒子，平均光学厚度(3 km以内)在0．30左右。

基于长周期光纤光栅能透射特定波长的性质，以及其无后向反射的优点，提出一种新型的长周期光纤光栅地震检波器系统。以长周期光纤光栅相位匹配条件为基础，逐步推导出长周期光纤光栅地震检波器的灵敏度公式。建立长周期光纤光栅地震检波器的力学模型，并推导出检波器系统的传递函数。通过实例仿真得到该长周期光纤光栅地震检波系统的幅频特性图，从而证明了长周期光纤光栅用于地震检波器的可行性。通过调整光纤长度、质量块质量、阻尼系数等参数而得到适合的频率特性和灵敏度，为将来提高该系统的性能指明了研究方向。

针对光纤Bragg光栅应力传感中温度交叉敏感的问题，设计了一种有效的无源温度补偿方法和补偿结构。通过理论模拟，分析了M值不同时补偿效果曲线的变化，从中得到了补偿效果最好时的M值；得出了不同预应变情况下的温度特性曲线，从中找出了温度特性被完全补偿时的预应变的值；分析了温度补偿中出现过补偿和欠补偿现象的原因。通过该方法，有效地解决了光纤Bragg光栅传感中的温度交叉敏感问题。温度补偿后可以满足对光纤光栅温度稳定性要求较高的光纤传感、通信等领域的需要。

新一代空间相机的非球面主镜由一些超轻超薄的分块镜组成，由于目前通用的空间光学反射镜材料非常有限且大部分均为脆性材料，在力的作用下产生强制性的变形将引起镜体大的应力甚至破碎，所以必须研究超薄镜的破坏阈值。首先将弹性力学中应力强度因子的概念引入主动光学中，证明了应力强度因子即传统意义的材料破坏阈值。提出材料表面的微裂纹是材料脆性断裂的根本原因。介绍了一种计算材料应力强度因子的方法。最后针对超薄平面镜模型进行了实例计算，得到了超薄镜的破坏阈值与其尺寸、厚度、支承条件、表面粗糙度之间的关系。

逐级优化法是根据离轴三反射光学系统结构参数的像差灵敏度系数大小来确定主镜、次镜和第三反射镜的加工次序的。其方法是逐级优化确定各光学零件的加工公差，加工完成后测量光学元件结构参数，代入光学设计软件进行优化，进而确定光学系统的装调公差。采用该方法制定三反射系统的加工装调公差时将加工和设计过程有机的结合起来，在满足设计要求的前提下使系统的加工和装调公差得到最大程度地放松。

在光学透射材料均匀性测量的各个方法中，干涉测量方法作为绝对测量方法，能摈除干涉仪标准面及待测元件的面形影响，具有很高的测量精度而逐渐被广泛使用。详细研究了使用干涉手段测量透射材料均匀性的方法，对其中材料切割角度所引入的误差进行了详细分析，并提出修正方法。同时研究了测量光学材料均匀性的拼接算法，实验表明：该方法可以实现用小口径干涉仪测量大口径玻璃材料的光学均匀性的目的，而且其测量精度很高。

为了快速、高效地检测物体的尺度，对光电图像检测与处理技术进行了研究。针对倾斜对称物体的宽度测量，提出了一种新的尺度测量算法——环形扫描法。环形扫描法主要通过圆环形搜索方式来确定点与物体的关系。详细叙述了此算法的由来、原理和具体的使用方法。

提出了一种新的相位测量方法。该方法可准确检测从位标器陀螺仪输出的钟形光电脉冲信号峰值点的位置，并以其为时间基准点进行相位测量，同时判断被测2个信号之间的时间间隔以及超前与滞后关系。针对在现场中的干扰因素，提出了相应的解决措施。试验证明该方法电路简单，测量速度快，精度高，可靠性好。

准确测定光学薄膜的激光损伤阈值可以衡量光学薄膜的抗激光损伤能力，测定损伤阈值的关键是准确地判定损伤的发生与否。建立了He－Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值系统。通过测量同一样品点的He－Ne散射光能量变化来判断薄膜表面发生的损伤，并对制备的类金刚石薄膜与HfO₂／SiO₂反射膜进行了阈值测试。与等离子体闪光法的阈值测试结果进行比较，具有较好的一致性。分析表明：He－Ne散射光测试系统能有效地判断出激光诱导损伤，易于实现在线检测。

在使用角锥棱镜前对其进行检测，选取误差较小的棱镜是一项关系到整个测量工作结果的重要任务。因此，提出一种用哈特曼波前传感器全面检测角锥棱镜角度误差和面形误差的技术方案，从理论上分析了哈特曼法的测量原理，深入研究了光经过角锥棱镜后的波面重建，给出了波面特征与角锥棱镜误差参量之间的关系。在试验中验证了这种方法的正确性和可行性。

在激光功率能量测量当中，军用激光现场检测环境温度和实验室环境温度相差很大，而激光能量计的传感器灵敏度与环境温度条件有关，不对激光能量计进行温度灵敏度校准，将严重影响测量结果。针对目前存在的问题，本文提出将激光能量计放置于温控制箱中，脉冲激光器输出的激光经过分光镜分束后分为2束激光，其中透射光由标准能量计或现场激光能量计接收，反射光由参考能量计接收，在－50C～70C的温度范围内进行校准的一种新方法，并进行原理性的验证实验及结果分析，得到了能量计灵敏度系数关于环境温度的函数关系，使得能量计在非标准环境下进行准确测量成为可能。为激光能量计现场测试校准技术的研究提供了一种可靠的新途径。

运用微扰法研究平面波入射分层介质粗糙面的光波透射问题，推出了不同极化状态的透射光波散射系数公式。采用高斯粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面，结合高斯粗糙面的功率谱导出了平面波入射高斯分层介质粗糙面的透射系数计算公式。通过数值计算得到HH极化透射系数随透射光波散射角变化的曲线，讨论底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射光波长对透射系数的影响。数值计算结果表明：底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射光波长对透射系数的影响是非常复杂的。

基于魏格纳变换和魏格纳分布函数，分析讨论一维物体在空域－频域空间的自成像及其形成过程。从成像过程中各衍射频谱分量的光程差出发，给出Talbot效应和Montgomery效应的统一解释。对于周期物的Talbot效应，得到了用杨氏双缝干涉解释自成像现象的理论依据。周期物的自成像是物平面上间距为2倍周期，光程差为波长的整数平方倍的各衍射频谱分量同相相干迭加的结果。Montgomery效应是物平面上间距为抛物线关系，光程差为波长整数倍的各衍射频谱分量同相相干迭加的结果。

设计了一种同步控制器和参数识别器来实现异结构不确定混沌系统的同步控制。以单模激光Lorenz系统和不确定Genesio系统为例，验证了这种控制器的有效性。根据Lyapunov稳定性理论，分步构造出Lyapunov函数，从而给出同步控制器和参数识别器的结构。仿真结果表明：利用本文提出的同步控制方案，仅用一个控制器就能使不确定Genesio系统的所有状态变量严格地跟踪Lorenz系统的混沌轨迹，而且误差变量经过短暂的时间序列以后始终平稳地趋于零，实现了异结构混沌系统的混沌同步，且不确定Genesio系统的参数全部可以得到识别。

介绍了机械补偿式三组元连续变焦光学系统的基本工作原理以及光学设计方法的全过程。其中包括变焦和补偿方案的选择、高斯光学各组元焦距分外形尺寸计算、初级像差平衡、PW求解、初始结构参数确定、系统实际像差自动平衡，直到凸轮曲线优化设计等。以图形和公式说理，以具体OCAD通用自动设计软件为工具，全面介绍三组元连续变焦系统的设计方法及过程。