为了提升MoS₂可饱和吸收体在脉冲激光器中的稳定性和工作性能，本论文采用氧化石墨烯(GO)作为胶体表面活性剂，通过LPE 的方法剥离出少层MoS₂，并进一步开展了少层GO-MoS₂用于掺铒光纤激光器(EDFL)锁模的实验研究。在实验中获得了中心波长为1558 nm，重复频率为7.86 MHz，脉宽为1.9 ps 的稳定锁模脉冲激光。当泵浦功率为60.5 mW 时，输出功率为0.48 mW，脉冲峰值功率为32.1 W。研究证明，采用这种方法制备的新型复合二维材料有利于保持少层MoS₂的稳定性，并且能提高MoS₂可饱和吸收体的损伤阈值，以获取更大脉冲能量的超快激光。

本文报道了一种2 μm 波段可调谐主动锁模光纤激光器，增益介质为4 m 铥钬共掺光纤。主动锁模脉冲采用强度调制方式实现，调制信号为高频正弦信号。可调谐窄带宽光滤波器用来窄化激光线宽，抑制噪声，同时可实现波长调谐。实现了稳定的2.2 GHz 重复频率主动锁模脉冲输出，对应649 阶谐波锁模脉冲序列，脉冲宽度约为200 ps，频谱信噪比可达68 dB，激光线宽为0.05 nm，光谱调谐范围为1907 nm～1927 nm。

夏克-哈特曼传感器的质心偏移估计精度受噪声的影响非常大，在传统质心法(CoG)中尤为突出，因而阈值的选取十分重要。本文提出了一种基于统计排序的局部自适应阈值分割方法，并与传统的全局阈值法进行对比，发现自适应的局部阈值能够更加有效地分割出阵列光斑，从而减小背景噪声对质心估计的影响，降低波面复原误差。本文通过静态相差的测量实验，从质心偏移估计的精度和波前复原精度两个方面进行分析，验证了该方法的有效性。另外，本文发现自适应阈值结合灰度加权的质心提取方法，是对传统质心法的较好改进，可以有效提高峰值信噪比大约10～40的光斑质心提取精度。

本文提出了一种基于45°倾斜光纤光栅与带通滤波器的连续可调谐全光纤调Q 掺铒激光器，45°倾斜光纤光栅与其两侧的偏振控制器可以实现非线性偏振旋转效应，调Q 的产生则是因为非线性偏振旋转效应使环形腔中的激光产生强度依赖损耗从而导致脉冲压缩。在泵浦功率为655 mW 时，通过调节具有中心波长选择作用的带通滤波器，调Q 状态下可以实现光谱在1512 nm～1552 nm 范围内的连续可调，平均输出功率从0.282 mW 逐渐增加到4.884 mW，脉冲重复频率从23.7 kHz 逐渐增加到119.0 kHz。据我们所知，这是目前为止基于非线性偏振旋转效应与光谱带通滤波器实现的可调谐调Q 的光纤激光器中连续可调谐波长范围最宽的。

为实现复杂动态背景下快速、准确地检测运动目标，提出一种改进二进制鲁棒不变尺度特征(BRISK)算法的运动目标检测方法。首先对图像进行分块，利用图像熵对图像块进行筛选；然后针对特征匹配过程中存在大量误匹配的问题，采用k 近邻算法与欧氏距离进行特征匹配；最后通过改进的顺序抽样一致性算法进行特征点提纯，进一步完成背景运动补偿，从而利用形态学处理分割运动目标。采用多组视频图像进行验证，本文算法在原BRISK 算法的基础上去除了32.7%的特征点，并且匹配效率提高了75%，处理速度比以往算法快，并且具有较强的抗噪性能。

针对光纤环形激光器输出所表现出的复杂多纵模振荡现象，在实验研究中，采用光学外差并结合射频频谱仪的探测方法，对两种外加调制工作状态下光纤环形激光器的模式动态输出进行了实时测量与时频分析。通过对光纤环形激光器系统输出的总光强信息与探测范围内获取到的多纵模动态特性进行同步提取与时频分析，将光纤环形激光器输出动态特性的研究范畴从总光强表现出的低维混沌特性扩展到多纵模具有的高维混沌信息。根据实验结果分析多纵模强度随时间的演化行为与总光强输出的内在关联，以及掺铒光纤环形激光器输出在外部调制状态下的内在动力学特性。

为了对光纤陀螺仪随机误差进行分析处理，提高其使用精度，提出了一种经验模态分解与时间序列模型相结合的误差分析建模方法。以经验模态分解得到的本征模态函数为基础，分层进行ARMA 建模；在模型基础上逐层进行Kalman 滤波，实现对于随机漂移信号的滤除；最后通过信号重构，完成了从全频率角度对光纤陀螺仪随机误差进行分析建模的构想。与其他建模方法相比，该方法对于原始数据的模拟匹配程度更高，试验结果进一步表明，本文方法有效去除了光纤陀螺仪的随机漂移，提高了光纤陀螺仪的使用精度。

本文研究了余弦-超高斯(CSG)脉冲在光纤中的演化特性并对CSG 脉冲在光纤中的传输过程进行了数值研究。得到了脉冲的初始相位φ₀ 和脉冲阶数m 对脉冲传输过程及其演化规律的影响。结果表明，增大φ₀ 值到80 rad 时的一阶余弦-超高斯脉冲可以在相对较长的光纤中实现脉冲压缩；而高阶余弦-超高斯脉冲在经历较短的脉冲压缩后，随即展宽。脉冲阶数越高，其脉冲压缩所经历光纤长度越短。本文还将余弦-超高斯脉冲、简单高斯脉冲和双曲正割脉冲进行对比，对比结果表明双曲正割脉冲展宽速度最快，简单高斯脉冲次之，而余弦-超高斯脉冲的展宽速度最慢。所提出的余弦-超高斯脉冲对光纤色散不敏感，该研究对于实际中要得到大容量，长距离通讯用的特殊脉冲的研究提供了一定的理论依据。

天线通光口径是液晶光学相控阵的重要技术指标，本文在多子阵并行驱动和两级器件级联方法(PAPA)的基础上，提出改进型的i-PAPA 方法，通过对COM 电极进行分区域驱动，在单个相控阵天线上实现大口径相控光束控制，具备单器件工作、插损低等优点。通过数值仿真分析，结果表明：相控阵天线后的近场相位分布连续；当指向角度在0°到+6°范围内，远场衍射效率和指向角度的数值关系呈现平滑单调下降，衍射效率均大于48%；当指向角度在0°到+3°范围内，衍射效率均大于80%。

随着紫外光谱探测技术的广泛应用，低成本便携式紫外-可见光谱仪成为该领域的研究热点。本文首先依据交叉型Czerny-Turner 结构设计了便携式紫外光谱仪光路结构。其次，针对性研究了紫外光谱仪的关键器件：紫外探测器和闪耀光栅。利用Lumogen 荧光材料和蒸镀成膜法制作镀膜紫外增强CCD，并分析了荧光薄膜在CCD 表面的位置对分辨率的影响；从理论上分析了闪耀光栅对于紫外波段的多级衍射效率的影响，确定了紫外光谱仪对于闪耀光栅的选择。最后，研制的便携式紫外-可见光谱仪样机的性能测试结果表明，200 nm~900 nm 波段、25 μm 狭缝宽度、600lp/mm、300 nm 闪耀光栅配置下分辨率整体小于1.5 nm，200 nm~300 nm 紫外波段的光谱响应度提高到20%，实现了便携式紫外-可见光谱仪的设计要求。

由于光谱仪的尺寸限制，微型光谱仪在满足一定光谱范围时，其分辨力往往难以小于0.1 nm。而一些特殊应用场合要求光谱仪不仅具有微小的尺寸，还要求具有极高的光谱分辨力。本文基于Zemax 光学设计软件，通过选择合适的初始结构参数与评价函数，自动优化准直镜、聚焦镜、柱透镜、光栅，以及CCD 间倾角和距离，设计出光谱分辨力高达0.05 nm，尺寸为90 mm×130 mm×40 mm 的Czerny-Turner 结构微型光谱仪。在此基础上优化出8 个光栅倾斜角度，使微型光谱仪光谱分辨力在优于0.05 nm 的同时，波段范围达到了820 nm～980 nm。所设计的光谱仪具有超高的光谱分辨力、微小的外形尺寸与适中的光谱范围等特点。