载体扰动会对光电成像系统的性能产生影响。分析载体扰动的特点及产生的原因，主要分析载体角运动对光电成像系统性能的影响。在此基础上从空间分辨率、人眼观察性能以及跟踪精度3个方面分析光电成像系统对视轴稳定精度的要求，指出对于探测器限制的光电成像系统，应将积分时间内载体的角扰动控制在探测器限制的空间分辨率内，或将像移控制在一个探测单元尺寸内，对于衍射限制的光电成像系统，应将积分时间内载体的角扰动控制在衍射限制的空间分辨率内，得出了视轴稳定精度必须在满足成像系统空间分辨率的基础上，根据实际功能需求进行确定的结论。最后通过实例验证了上述结果。

共轴偏光瞳系统克服了共轴系统视场角有限，离轴系统加工和装配困难等缺点，能更好满足空间对地观测等领域的要求。由共轴三反系统求解共轴偏光瞳无遮拦三反射镜光学系统的初始结构参数，设计了焦距为3000mm，F数为10的共轴偏光瞳的三反射光学系统。设计结果表明：该系统视场角达8°×0.8°，空间频率50lp/mm,调制传递函数值均大于0.55，接近衍射极限，满足系统对成像质量的要求。

根据探测设备电视通道要求实现普通彩色和透雾黑白两种模式观察并小型化的特点，运用最速变焦路线凸轮曲线的设计及凸轮曲线平滑性优化的方法实现了小型化设计；采用可见光加近红外波段并在全波段范围内进行像质评价的方法，即根据外形尺寸计算中所求出的每个透镜组的光焦度和通光口径，参考现有结构，选定每组透镜的结构形式，缩放成要求的焦距以后组合成全系统进行像差校正，这样既可实现普通彩色和透雾黑白两种模式的观察，又保证了系统的齐焦性。系统通过了像质检测、实景成像的验证及环境应力筛选及环境例行试验的考查，并成功地用于探测设备。

由自由曲面棱镜光学系统所组成的头戴显示器具有体积小、像质高和视场大等优点。利用矢量像差理论傍轴近似结果对具有倾斜曲面的光学系统进行初始结构设计,根据这种方法，以KOPIN公司生产的VGA芯片为例，对头戴显示器中自由曲面光学系统进行设计，将确定的初始结构参数输入光学设计软件Zemax进行优化设计。设计结果验证了确定初始结构方法的可行性，表明头戴显示器中自由曲面棱镜的设计方法可应用于具有倾斜曲面的光学系统设计。

轴向梯度折射率(AGRIN)透镜是一种有望用来替代非球面，并在成像时优于非球面的一种方法。综述了AGRIN材料的发展历史，现状及其在镜头设计中的应用，简述AGRIN材料在光学设计中的应用和它与非球面相比的优点，探讨AGRIN材料的制造问题。发现使用AGRIN材料，不仅会使光学系统成像质量有所提高，而且在制造和测试上都有很大的优势。最后以设计一个焦距125mm、F/4、视场25°，适用于DALSA全帧28M像素大幅面CCD的航测数字相机镜头为例，把原来的11片全球面镜头，利用2片AGRIN透镜，在保持像质不变的情况下减少到8片，而且像质均匀性和镜头结构更加合理。

利用matlab优化工具箱，采用非线性规划，对三区振幅型(透过率为1-0-1)和三区位相型(相位角为π-0-π)光瞳滤波器进行三维超分辨优化设计，建立了优化模型，经计算机多次迭代运算，改变斯特尔比s值，给出了优化结果。结果显示：所设计的滤波器较好地实现了横向和轴向三维超分辨，且轴向超分辨能力优于横向；相同斯特尔比下，位相型三维超分辨能力优于振幅型，并且这两种滤波器结构简单，容易实现。

针对车载周视观瞄平台异轴同步性问题采用几何作图法进行分析，得到异轴同步问题产生的根源是不同光电平台转动过程中由于存在偏差角所致，对校准距离情况下的角偏差，距离小于校准距离情况下的视差和距离大于校准距离情况下的角偏差在3中不同区间的修正方法进行分析并进行等效近似，给出程序实现方法，最后用实验验证了此方法的正确性。

基于几何作图法推导出R-C系统外遮光罩内挡光环顶点的坐标公式，利用C语言编程实现程序化设计挡光环。在中心遮光比确定的情况下，推导出内遮光罩的顶点坐标公式，并将通常使用的主镜一级锥状遮光罩改进为二级锥状遮光罩，以高速摄影系统的R-C型折反式主物镜为例，对其主镜和次镜内遮光罩进行设计，并给出设计结果。当轴角为70°，遮光罩为二级和一级时，到达像面的杂散光照度分别为1.0823×10-12W/m2和1.6614×10-10W/m2，相差二个数量级，证明改进的二级遮光罩优于一级遮光罩，能有效抑制杂散光。最后，设计了主、次镜间镜筒内壁上等高挡光环，进一步抑制了R-C系统的杂散光。

对有外加电场的双光子光伏光折变晶体中两束偏振方向和波长都相同的互不相干光束的耦合进行研究，给出产生亮-暗双光子光折变屏蔽光伏孤子对需满足的条件。以Cu:KNSBN晶体作为研究对象，选取α=117.3，β=83.79，η=1.5×10-4，σ=104，δ=0.005，r=10时，给出双光子光折变晶体中的非相干耦合亮-暗屏蔽光伏孤子对2个孤子分量光强的空间分布，证明有外加电场的双光子光伏光折变晶体中存在非相干耦合亮-暗屏蔽光伏孤子对，指出孤子对是由偏振态和波长都相同的两束互不相干光形成的，当外加电场方向和晶体中光伏电场的方向与晶体光轴方向相同时，双光子光折变晶体中可支持亮孤子峰值光强稍大于暗孤子最大光强的非相干耦合亮-暗孤子对，当外加电场方向和晶体中光伏电场的方向与晶体光轴方向相反时，双光子光折变晶体中可支持亮孤子峰值光强稍小于暗孤子最大光强的非相干耦合亮-暗孤子对。

在忽略摄像机镜头畸变误差的情况下，通过建立像坐标系与物坐标系，利用DLT模型，结合最优化算法的标定方法和两步法，由于在物坐标系中平面物体的任意一点在Z轴上的分量为0，减少变量数至5个，从而推导出一种简化的摄像机标定方法。借助实例，在文中建立的2个命题的基础上，通过对圆的切线、切线交点及所成像的几何关系确定的的坐标进行参数求解，得到确定模型的二维像和三维像。此外，考虑到更为一般的情况，引入畸变误差(径向误差)，对模型先忽略误差项，得到初始参数值，然后利用迭代方法求解。

为使非水溶性红敏光致聚合物材料的全息性能得到改善，采用复合光敏增感、复合引发和复合单体的方法反复对比实验，改善后体系的灵敏度为0.02cm2/mJ，衍射效率高达83%，计算得到材料的最大折射率调制度为4.1×10-3。实验结果和理论分析表明，利用该材料制作的新型全息光栅具有损耗低、通道宽度窄、衍射效率高等优点，适于制作光通信中的波分复用器及各种光学元件。

在维格纳相空间中，通过将一阶光学系统的传输矩阵分解为坐标旋转、比例缩放和啁啾矩阵的组合，得到了一阶光学系统在空域的分数傅里叶表示。结果表明：任意一阶光学系统均可表示为经过比例缩放和二次相位调制的分数傅里叶变换。通过将输入输出光场在相空间中作π/2角旋转，得到了一阶光学系统在频域的传输矩阵和衍射积分公式，进而得到了一阶光学系统在频域的分数傅里叶表示。比较空域和频域一阶光学系统的相空间变换矩阵，说明2个系统本质上属同一变换在不同基坐标下的表示，并推导出了光学系统在空域和频域具有相同分数傅里叶变换的条件。

针对动态图像的遮挡缺损问题，提出了基于图像块的帧间预测算法，可以检测出序列图像中的遮挡缺损区域；利用帧间灰度相关性修正补偿算法进行遮挡缺损区域补偿，利用修正的像元对缺损区域进行补偿能够克服传统插值补偿算法补偿痕迹明显的缺点。仿真结果表明：该算法补偿处理区域与邻域灰度过渡平滑，消除了补偿痕迹，补偿效果比较理想。

针对异源传感器在图像配准时如何精确地找到相应的匹配特征问题，结合红外图像与可见光图像的特征，利用2种传感器对同一场景成像时具有一定的边缘轮廓相似特性，提出了提取图像的Canny边缘，在边缘轮廓上根据边缘曲线上像素点的位置夹角的相似性寻找对应匹配点，通过仿真和实验数据与真实值的比较验证算法的有效性和配准的精度。

改进和完善宽场光学相干断层成像技术(WFOCT)的主要方法是从光源、系统光路等方面进行改进。研究WFOCT系统的成像状态和环境状态对系统的横向分辨率的影响，借助ZEMAX光学设计软件模拟该系统的干涉效果，在实验中采用八步移相法来解析样品的二维图像信息，将解析出来的样品图像赋值到图像变量中进行存储显示。实验与模拟结果表明：模拟仿真获得的干涉信号含有对比度和平行度很高的干涉条纹，证明了利用ZEMAX软件模拟仿真干涉系统的可行性。

为了得到较好的重建结果，对光学层析技术中常见迭代重建算法中的代数重建算法(ART)和同时迭代重建算法(SIRT)的重建参数进行分析，通过选择重建参数和计算机数值模拟达到重建要求。计算机数值模拟证明了松弛因子的选择对迭代重建算法的重建结果有非常重要的影响。在ART算法中，其他重建条件一定，松弛因子太大或太小时重建误差都会增大，松弛因子在0.4～1.5范围内时重建精度基本满足要求，最优松弛因子约为0.8；在SIRT算法中，松弛因子在4～12范围内时重建精度基本满足要求，最优松弛因子约为12。总结出代数重建算法和同时迭代重建算法不同条件下松弛因子选择的规律。在ART算法中，投影方向数增加松弛因子减小, 每方向投影数与重建分辨率对松弛因子无影响，松弛因子一定的情况下，投影数太小或太大误差会增大。在SIRT算法中，投影方向数增加松弛因子减小，并且投影方向数增加一倍最优松弛因子约减小为原来的50％； 每方向投影数增加最优松弛因子减小，且投影数增加一倍，最优松弛因子约减小原来的50％; 重建分辨率增加，最优松弛因子增加。

针对飞机等大型工程结构的位移测量需求，设计实现了结构位移摄像测量系统。该系统采用多台数字式摄像机从不同方向拍摄飞机机身、机翼表面的人工合作标志点，在试验前对各个摄像机的参数进行精确标定，试验过程中实时分析各摄像机采集到的序列图像，检测跟踪得到标志点在图像上的二维像点坐标，根据像机参数和标志点二维像点坐标交会计算得到各标志点的三维坐标，即可得到整个结构的位移与变形参数。结构位移结果可进行三维动画显示，也可随时查看各标志点的位移曲线。精度测试结果表明该系统位移测量误差标准差小于1mm，相对误差小于1%。该系统已成功应用于飞机机翼位移测量中。

提出了基于偏振分束法的法拉第镜偏振旋转角的测量方法。利用非偏振分束器改变法拉第镜出射光的方向，偏振分束器将该出射光分为p光和s光，分别测量其光强，应用后续“差除和”信号处理方案消除光源波动的影响，推导出法拉第镜偏振旋转角的理论表达式。分析了起偏器的消光比非0及起偏角误差对输出结果的影响，分别是0.05729°和－0.1000°。实验验证了该方法的可行性，重复测量结果为89.68°，均方值为0.01493。

为了提高微小火焰间接测量的准确性，根据灰度值和火焰温度的线性简化关系，利用数字图像处理软件Matlab对火焰图像进行灰度提取，间接获得火焰高度数据。测量结果表明：所测火焰高度数据准确，和实验结果吻合，用这种方法获取数据是可行的，而且方便简明。

为了能够准确快速地求解出微米量级颗粒系的尺寸和浓度，设计了一套基于Fraunhofer衍射，以线阵CCD为接收器件的实验颗粒测量装置。采用Shifrin积分变换方法，分析了给定样品颗粒的粒径分布、峰值、平均值和体积浓度。实验结果表明，与传统的Swithenbank方法采用环形光电管阵列为探测器接收衍射光强来反演颗粒分布方法相比，该方法不需要知道颗粒粒径上下限，各粒径区间间隔等预知信息，而且对粒径、浓度的实验测量值与理论值相差较小，样品峰值粒径为9.8498μm，与给定峰值的相对误差为3.432％,具有较高的测试准确度和较好的测试效果。

综述了高光谱图像技术在农产品品质和食用安全性检测方面的研究现状及其在无损检测中的应用进展。在此基础上，提出了利用高光谱图像技术检测农药残留的解决途径,对高光谱图像技术在生物医学信息检测和农药残留检测中的应用前景进行了展望，指出高光谱图像技术是生物组织功能信息分析的一种新方法，是符合我国农产品产销特点的农药残留检测的潜力技术，可保障农产品质量和安全。

研究了能直接工作于非标准环境下的体吸收型激光能量计。由能量计热传导、热对流、热辐射的单位时间热交换方程推导出单位时间内能量计升温过程中热能损失的数学模型，根据数学模型对能量计整个升温过程的热损失进行补偿，使得能量计对于不同脉冲长度入射激光的测量结果重复性由4.7%提高到了0.6%，消除了能量计热损失给测量带来的不利影响。针对环境温度从-40℃变化到70℃测温用铜-康铜热电堆对1℃温差响应电压剧增30%的问题，在环境试验箱进行不同环境温度下的激光能量测量实验，得出了能量计不同环境温度下测量结果的修正系数，并利用最小二乘法建立了修正系数同环境温度之间的函数关系，使得环境温度对测量结果的影响得到了修正。

为了揭示微通道板电压的变化对微光像增强器信噪比的影响，进一步优化像增强器的性能，分别测试出超二代和三代微光像增强器的信噪比随微通道板的电压变化曲线，前者在微通道板电压为600V～800V时，信噪比单调增加到25.9，在800V～900V时，信噪比在25上下震荡并呈下降趋势，在900V～1000V时，迅速下降到21.8；而后者当MCP电压在800V～1000V时，单调增加到27.87，在800V～1180V时，则在26.61～28.66之间震荡。通过对微通道板噪声因子的理论分析，指出进一步降低微通道板噪声因子，改善微光像增强器信噪比的方法。

鉴于不同的铯氧电流激活GaAs光阴极时会对激活过程和结果产生不同的影响，从而影响GaAs光阴极的灵敏度和稳定性。以固定铯源电流，改变氧源电流的方式获取不同铯、氧电流比，激活同类GaAs光阴极，得到了3组实验数据。对数据进行分析，结果表明：同类光阴极在相同条件下激活时，光电流出现的时间几乎一致，并且首个光电流峰值也非常接近；激活时ICs/IO=1.07是目前获得高灵敏度、高稳定性GaAs光阴极的最佳电流比，而ICs/IO=1.10时光阴极灵敏度低但稳定性好，ICs/IO=1.03时光阴极灵敏度高但稳定性差。双偶极层模型认为Cs、O激活后GaAs表面形成了稳定均匀的GaAs-O-Cs:Cs-O-Cs双偶极层，并达到了负电子亲和势，这一点与实验数据的分析结果相一致。该方法可用于提高GaAs光阴极灵敏度和稳定性。

在红外探测装置中，光谱分光镜是用来把3μm～5μm和8μm～12μm 2个波段的光谱分开的零件。介绍了一种在通用镀膜机上制备光谱分光镜的新工艺。在该膜系的设计过程中，把Willey公式引入到对其平均透过率最高值进行估算的过程中，同时针对国产镀膜机控制精度不高的特点，尽量使用规整膜层进行设计。为了进一步提高8μm～12μm波段的透过率，在膜系的最外侧引进了一层自行配制的低折射率氟化物材料，制备出了符合技术指标的红外光谱分光镜。

提出将成熟的光学薄膜技术和激光全息技术结合起来制作一维镀膜激光全息光子晶体，用特征矩阵方法研究了该光子晶体的梳状滤波特性，发现：随着两端薄膜的周期数增大，透射峰的中心波长向中间收拢，透射峰之间的间隔变小；随着激光全息光子晶体的周期数增大，透射峰的个数增加，透射峰之间的间隔变小；随着制作激光全息光子晶体时的激光的强度增大，透射峰的中心波长向长波方向移动，透射峰的宽度变小。

光谱分色滤光片对成像光谱技术至关重要，是实现光电仪器体积小、质量轻的一个重要器件。根据金属膜具有高反射率的特点和可以进行诱增透的原理，介绍了透0.45μm～1.6μm反8μm～12μm光谱分色滤光片的膜料选择和膜系设计，并应用JGP560A2型磁控溅射镀膜机制备出了光谱性能和理化性能较好的宽光谱分色滤光片，其光谱性能达到0.45μm～1.6μm波段范围内，平均透过率大于80%；8μm～12μm波段范围内，平均反射率大于91%。

提出了一种基于数字微反射镜(DMD)微光刻的导光模板的制作方法。导光板的网点单元图形由DMD输入，经过缩微光学成像系统缩微后，在光刻胶干板上逐单元网点曝光，再经过显影、微电铸得到导光板模板，在PC薄板材上用微纳米压印制成导光板，厚度仅为0.381mm。采用自行研制的SVGwriting-DMD激光直写系统，图形的最小分辨率为2μm，DMD微光刻法无需掩膜版，可实现不同形状、大小、微结构的单元网点图形及网点的排布，便于大幅面的导光板模板的制作。

用粒子群优化(PSO)算法对二元相位取样光栅进行优化设计。实现了利用二元相位取样光栅对多信道色散和色散斜率的同时补偿。设计得到的二元相位取样光栅的反射谱各信道均匀，时延线性好，带宽、色散量和色散斜率可以根据实际的光纤类型来调整，对折射率调制要求较低。由于只有π相移，因此其制作比多级相位取样光栅相对简单。与其他优化方法相比，粒子群优化算法具有简单、收敛速度快等优点。

采用光纤激光器对血管支架进行了激光切割工艺研究，通过实验获得了聚焦透镜焦距及焦点位置、输出功率、切割速度、脉冲频率、脉冲宽度、辅助气体种类及压强等工艺参数对切缝宽度和缝面质量的影响规律。结果表明：缝宽随输出功率、频率、脉宽及辅助氧压的增大而增加，随着切割速度的增加而减小。在实验的基础上找出了血管支架切割的最佳工艺参数，在316LVM不锈钢细管上(管壁厚度为0.12mm，直径为2mm)获得了切缝均匀，缝宽小于20μm网状结构的血管支架。

研究了混合式红外光学系统的光学无热化设计方法，在设计中引入了热差互补的设计思想，将无热化应满足的设计方程作为CODEⅤ中优化的约束条件，设计出工作于3.7μm～4.8μm波段、F/#为2、视场角为±5°、焦距为70mm的具有100%冷屏效率的折/衍混合式消热差物镜。该系统在-40℃～60℃温度范围内成像质量接近衍射极限，可供像元大小为15μm的高分辨率致冷型凝视焦平面探测器使用。

针对建立的三层结构污染云团红外辐射传输模型，采用实测场地背景和各种干扰物辐射光谱作为基本的辐射数据，对不同浓度的污染云团红外辐射光谱进行仿真。结果表明：利用实测场地背景辐射光谱和该模型仿真污染云团DMMP红外光谱，光谱在810cm-1，920cm-1和1040cm-1波段上有明显的特征峰。当模型考虑干扰物和背景辐射的变化影响时，污染云团在810cm-1，920cm-1和1040cm-1波段上的光谱特征明显减弱。仿真光谱与场地实测光谱有比较好的符合，两者的RMS误差约为1.0。

为研究激光陀螺精细模耦合作用，考虑了增益介质中的粒子数脉动效应。从激光器物理原理出发，分析了粒子数脉动效应的产生机制，结合四频差动激光陀螺特点，得出粒子数脉动效应是一种精细模耦合效应，不同激光模式间的拍频使增益介质中粒子数布居差产生调制，进而对模耦合产生影响。数值计算了粒子数脉动在耦合效应中的大小。计算结果表明：粒子数脉动效应和其他耦合效应随腔频变化基本一致，在大多数腔频范围内数值较小，为其他耦合效应的4%以下；在某些腔频范围(如0.37＜ξ＜0.46,0.02＜ξ＜0.06,0.86＜ξ＜0.88)有较大数值，为其他耦合效应的80%以上，在激光陀螺的模耦合分析中不可忽略。

针对激光瞄准过程中的光斑偏移现象，结合修正的Von Karman谱的折射指数起伏和Hufnagel-Vally湍流模型上的近似积分，研究了高斯脉冲光束在湍流大气中远场水平以及斜程传播时的脉冲展宽和闪烁指数，分析了强湍流条件下1.06μm准单色光斜程大气传输光强分布与脉冲展宽的关系，对数值结果进行比较，发现远距离传输中波长和距离对波束瞄准偏差影响较大。从理论和实验上对大气环境下激光光斑瞄准偏差进行了分析研究，研究结果表明：将激光光斑全场数据及分析结果应用到现有偏差补偿算法中，可以实现激光瞄准偏差的有效补偿，在大气能见度1km～3km范围内，激光瞄准偏差测量误差σA≤0.1mrad。

为满足一些**装备对激光系统小型化及输出激光光斑均匀性较高的要求，通过设计LD侧面对称半环状泵浦的泵浦方式，使得输出的激光光斑形状基本为圆形，激光光斑的均匀性有了较大提高。采用凹面全反射镜补偿热效应以及设计紧凑激光谐振腔型，在注入电流60A、频率为20Hz时，得到平均单脉冲能量为96mJ (脉冲能量波动小于6%)、脉宽为10ns、发散角为3mrad的近似圆形激光输出，激光系统在高温50℃时工作稳定。

为了简化激光器冷却系统，减小体积，降低成本，设计出一种基于水、风混合型的冷却系统，具有水冷和风冷的优点，可以实现稳定的绿光激光输出。采用结构简单、紧凑的平-凹腔设计，其端镜为平面镜，输出镜为凹面镜，曲率半径R=1m，腔长L=165mm，获得较稳定的单端泵浦Nd∶YVO4腔内倍频KTP连续绿光激光输出。当晶体吸收的泵浦功率为24.3W时，532nm激光功率达到4.2W，光-光转换效率达到17.2%。在绿光输出功率为3W的情况下，观测到的变化范围在2.5%左右，温度变化范围在0.1°左右。实验结果表明，该冷却系统能够较好地转移晶体热效应产生的热量，实现转化效率较高的绿光输出，有利于实现高功率激光器的微型化。

大功率窄脉冲半导体激光器主要光电性能参数为：输出峰值光功率、阈值电流、正向电压、上升时间、峰值波长、光谱半宽、半强度角。根据激光制导系统对大功率窄脉冲激光器参数的特殊测试要求，研制一种大功率窄脉冲激光器测试平台，将小型化大功率激励器功放模块、大范围可调DC-DC模块、信号源板、激光器座、光学准直镜集成在一个平台上，与峰值功率计、光谱仪、CCD摄像机等仪器配合，可测出大功率窄脉冲激光器的峰值功率、峰值波长及波长随温度变化的漂移特性、发光芯均匀性等参数。介绍了大功率窄脉冲激光器测试台的特点，并对测试结果作了论述。