自适应光学系统中的压电倾斜镜通常是用来实时校正大气湍流引起的波前畸变，但压电倾斜镜的响应都有较大的非线性迟滞效应，大大降低了倾斜镜的到位精度，并且影响系统稳定性，制约了倾斜校正系统的带宽，因此需要对迟滞现象进行建模，通过建立的模型进行补偿。本文通过引入迟滞算子，使用贝叶斯正则化训练算法训练BP神经网络来构建压电倾斜镜迟滞模型，以中国科学院光电技术研究所自主研制的压电倾斜镜为对象开展了实验研究。最后的实验结果表明，通过BP神经网络构建的压电倾斜镜迟滞模型具有较准确的辨识能力，其中，X方向的迟滞大小由6.5%降低到了1.3%，Y方向的迟滞大小由7.1%降低到了1.6%。

针对传统有源电磁式互感器易饱和、稳定性与抗干扰能力差、安装受限等问题，本文基于Faraday磁光效应，设计了一种无源全光纤电流互感器，通过旋光角来测量被测电流；设计互感器以HB Spun光纤作为传感元件，无饱和现象，可用于大电流测量；利用光学互易回路，消除光路中温度、光纤缺陷等因素对旋光角测量的干扰；采用反射式光路将电场引起的旋光角放大4倍，实现小电流的精确测量；传感元件采用柔性传感光纤环结构，形状可变，适应复杂空间内电流的测量。对比了不同圈数的柔性光纤传感环与标准电流互感器的测量精度，结果表明，本文设计的光学互易回路可以消除温度对电流测量的影响，全光纤电流互感器在-5 ℃～70 ℃全温度范围内精度为0.5，可实现小电流的精确测量。

光纤的几何参数影响着光纤的光学传输和机械性能等，是衡量光纤质量的重要指标。近场光分布法是国标GB 15972.20-2008中推荐的几何参数测量方法。该方法在对光纤纤芯的测量中需对光纤通光照明，以区分纤芯和包层的边界。通光的纤芯端面是一个边缘并不清晰的发光亮斑，因而无法准确判断纤芯与包层的真实边缘。本文分析了光纤内光传播模场的分布，理论上光纤模场电磁矢量的解满足贝塞尔函数，但在近似情况下也可以用高斯函数代表光纤模场分布。因此本文利用高斯函数拟合光纤纤芯端面灰度分布，进而由拟合后的高斯函数得到纤芯与包层的真实边缘。本方法是对国标GB15972.20-2008的测量方法的进一步完善。实验测量结果表明，当光纤的切割效果不佳或成像质量较差时，模场灰度分布的高斯函数拟合法仍能保证测量的重复精度和测量数据的稳定性。

为获得更优的深度图像超分辨率重建结果，本文构建了彩色图像多尺度引导深度图像超分辨率重建卷积神经网络。该网络使用多尺度融合方法实现高分辨率(HR)彩色图像特征对低分辨率(LR)深度图像特征的引导，有益于恢复图像细节信息。在对LR深度图像提取特征的过程中，构建了多感受野残差块(MRFRB)提取并融合不同感受野下的特征，然后将每一个MRFRB输出的特征连接、融合，得到全局融合特征。最后，通过亚像素卷积层和全局融合特征，得到HR深度图像。实验结果表明，该算法得到的超分辨率图像缓解了边缘失真和伪影问题，有较好的视觉效果。

从拉盖尔-高斯涡旋光束表达式出发，基于瑞利衍射理论，通过研究涡旋光束在大气湍流中传输时的旋转相干函数的变化规律，总结了涡旋光束在大气湍流中传输时各轨道角动量之间的串扰情况，使用了拓扑荷数探测概率描述串扰规律，并推导了拓扑荷数探测概率的解析表达式。研究了涡旋光束通过湍流后的拓扑荷数的分布情况，并将结果与涡旋光束通过大气随机相位屏的数值仿真结果进行了对比，给出了理论与仿真的拓扑荷数的探测概率随湍流强度以及初始涡旋光束拓扑荷数大小的关系图对比，验证了推导的拓扑荷数探测概率解析表达式的正确性。通过该表达式可进一步研究大气湍流与涡旋光束相互作用从而影响涡旋光束轨道角动量散射的本质，为涡旋光束的空间光通信中选择合适的拓扑荷数间隔，以及在不同湍流强度下选择合适束腰大小以减少串扰带来的误码率提供了理论依据。

气体的快速识别与检测已成为国内外研究者迫切解决的重大问题。随着光学技术的快速发展，气体光学检测技术以其高效率、多组分、高灵敏度等显著优势而成为气体检测领域的重要研究热点之一。本文介绍了气体光学检测技术的理论基础，并按主动式与被动式两大类综述了各种典型气体光学检测技术的工作原理及应用进展。运用这些气体检测技术，已经对几十种气体实现远距离、高灵敏度的连续实时监测，完成了多种场景下对气体成分、浓度、温度等参数的测量，有效减少了危险事故的发生。通过总结和分析现有气体光学检测技术仍存在的技术问题，对未来的发展趋势进行了展望。

在附面层测量中，需对微小尺度的高速气流变化场进行瞬态测量。数字化的干涉测量方法能定量地解算出流场的密度场，是一种重要的应用。介绍了一种共路干涉的环路剪切干涉方法，对震动不敏感，无需参考面，适合附面层测量使用。采用基于空间位相调制的快速算法，配以脉冲激光器和同步控制系统，可实时地对扰流密度场进行定量测量。该系统采集分辨率200 pixels × 200 pixels，采集频率可达每秒1000帧以上。系统的波前重构方法经过计算机仿真，检测结果优于1/20λ。在0.6 m风洞对圆柱体尾部附面层进行测量试验，结果表明，在一定风速下，该系统能抑制振动干扰，显著地区分出圆柱体尾部扰流信号和振动噪声，具有良好的应用前景。

针对目前利用相机标定参数进行图像拼接的方法存在受场景限制大、标定过程复杂而耗时长的问题，提出一种多场景下基于快速相机标定的柱面图像拼接方法。首先，利用棋盘格标定板角点特征提取精度高的特点，使其分别位于两两邻接图像的重叠视场中，对该图像序列依次进行角点提取、精确化和匹配等预处理，以准确快速求解出待拼接图像间的配准参数；然后利用标定得到的配准参数快速拼接图像，通过柱面投影以保持图像的视觉一致性，并采用多频段融合以保留图像的细节信息；最后，将整个系统搭建在低功耗嵌入式平台，实现可在多场景下完成快速标定及基于标定参数的拼接过程。实验结果表明，该文方法在室内及隧道等场景下可准确快速完成相机标定，图像拼接过程耗时短，同时可保证较高的拼接精度和较好的成像效果，具有较强的鲁棒性。

分析雾环境下利用LED交通灯进行车辆定位的性能，讨论了接收角度、道路宽度、雾环境下接收端信噪比等对车辆定位范围的影响。仿真结果表明：信号最佳接收角度为25°；车辆距离LED交通灯20 m之内时，道路宽度对信号的接收功率影响较大；在靠近交通灯处，车辆位于第二车道上的定位距离比车辆位于第一车道的定位距离少2.2 m；晚间接收端的信噪比优于白天，晚间的定位范围大于白天；与晴朗天气相比，雾天信噪比下降较大，将极大影响车辆的可定位范围，因此为保证安全驾驶，车辆在雾天行驶过程中需要更多的制动时间。