反馈控制算法是偏振模色散的自适应补偿器的关键组成部分，将粒子群优化算法(PSO)引入到偏振模色散自适应补偿系统中。该算法的优点是具有快速收敛到全局最佳值的能力、避免搜索陷入局部极值的能力、抗噪声能力和多自由度控制能力。理论上分析了粒子群优化算法的两个分类——全局邻居结构粒子群优化(GPSO)和局部邻居结构粒子群优化(LPSO)在搜索全局最佳值方面的能力优劣，给出了局部邻居结构粒子群优化算法成功率达100%的三种邻居拓扑结构。实验表明:在补偿一阶偏振模色散时，全局邻居结构和局部邻居结构搜索全局最佳的成功率都能满足要求，全局邻居结构算法收敛速度快。而在补偿二阶偏振模色散时，全局邻居结构成功率降低，而局部邻居结构仍可以满足要求。

星间激光通信中，由粗跟踪系统和精跟踪系统组成的复合轴系统完成了系统的大范围、高精度跟踪任务。对复合轴系统进行了基于Z变换的数字模拟以研究其带宽设计。根据计算的卫星轨迹和粗跟踪系统机械误差，得到了粗跟踪系统的带宽设计结果；给出了粗跟踪系统和精跟踪系统的配合工作关系；得到了精跟踪系统的带宽设计结果；最后研究了在中高频扰动下，复合轴系统的带宽设计。以上结果为星间激光通信中的复合轴系统控制系统设计提供了重要依据。

利用掺镧锆钛酸铅(PLZT)陶瓷二次电光效应结合光纤环形镜结构的优势构成偏振无关高速电光开关。采用琼斯矩阵方法分析了光纤环形镜的输出特性，给出了开关消光比同器件结构参量之间的关系。测量掺镧锆钛酸铅电光开关具有输入偏振无关特性，光开关消光比达到25 dB，响应时间小于3 μs。此外利用此开关装置测量获得了实验用掺镧锆钛酸铅陶瓷的克尔系数为κ～1.1×10-16 m2/V2。理论分析和实验结果表明，利用环形镜结构稳定优势和掺镧锆钛酸铅优良的电光特性结合设计的高速光开关具有良好的应前景。本工作对掺镧锆钛酸铅电光材料的应用推广和高速光开光研究提供了有益的理论和实验参考。

在偏振模色散(PMD)自动补偿技术中，如何根据反馈信号得到相应的控制信号，使补偿速度跟随偏振模色散变化始终是该技术的一个核心问题。提出了一种新颖的自适应抖动跟踪算法，完成了以微波信号为反馈的多自由度的一阶偏振模色散自动反馈补偿系统的跟踪补偿实验。算法成功地解决了传统算法在跟踪搜索过程中易陷入局部极值的问题，有效地克服了系统中的重要控制器件偏振控制器的磁滞现象以及动态补偿时跟踪搜索过程中易出现的瞬间恶化现象。实验结果表明该算法在对出现突发偏振模色散扰动后自动进行补偿的响应速度在ms量级，最快能达到1～2 ms。

光学微腔是指尺寸在光波长量级的光学微型谐振腔。微腔结构可以使腔内物质和光场的相互作用与体材料相比发生很大变化，出现了自发辐射谱线窄化和增强等腔效应。利用这些腔效应，可以改善有机发光器件的性能。采用微腔结构，优化设计并研制了有机微腔绿色发光二极管，器件结构为Glass/DBR/ITO/NPB/Alq∶Rubrene/Alq/MgAg，获得了最大亮度40100 cd/m2、最大发光效率为6.44 cd/A、半峰全宽为28 nm的纯绿色有机微腔电致发光器件。而与之比较的无腔器件最大亮度为22580 cd/m2、最大发光效率为2.98 cd/A、半峰全宽为120 nm。相同电流密度下微腔电致发光谱的峰值发射强度是无腔器件的4.2倍。结果表明将微腔结构引入有机电致发光器件中，不但改善了发光的色纯度，而且使器件的发光效率和亮度都得到明显增强。

为提高分光仪器的性能，采用两个椭球面镜和一个椭球面消像差光栅分光。光源发出的光线被第一个椭球面镜反射，产生特定的波前，经过光栅衍射以后，不同波长的光波被第二个椭球面镜汇聚到探测器的不同位置上。系统具有复杂的像差特性和成像特性，根据费马原理，参考第二代全息变线距光栅的制作光路和理论，建立坐标系，定义两个椭球面上的入射角和反射角，确定各元件的位置变量，确立基本几何关系，将光程函数分为两部分：由衍射引起的光程变化和几何位置引起的光程变化，将两部分都按级数展开，给出了高阶像差的解析形式。对于平面、柱面、球面光栅和反射镜也可以使用这些公式。像差的解析式和光路也可以用于各种分光仪器中。

熔锥型光纤器件的光学性能由熔锥区的微观结构和形貌决定，而微观结构和形貌又由工艺条件决定。为了分析工艺条件对微观结构与形貌的影响机理及规律，以不同拉锥速度制作的耦合器为测试样，用显微红外光谱仪测试了其熔区和锥区的波数，用扫描电子显微镜观察了其相应点的表面形貌。经多次实验发现：在1100 cm-1和810 cm-1左右有两个明显的特征峰；1100 cm-1特征峰在锥区的波数最高，熔区次之，裸光纤最小；且随着拉锥速度的增大，1100 cm-1特征峰移向高波数。在光纤耦合器的锥区，存在微裂纹，随着拉锥速度增大，微裂纹越明显；在光纤耦合器的熔区，光纤表面析出了微小晶粒，且拉锥速度越小，晶粒越粗大。只有在适当的拉锥速度下(这里为150 μｍ/s)，熔区和锥区的结构与裸光纤的微观结构接近，且缺陷最少，才能获得较高质量的光纤耦合器。

通过在二维三角晶格中引入两个完全一样的介质圆柱构成了类蜂窝状结构光子晶体，并对其光子能带进行了频域计算。借助数值方法分析了介质柱位置改变对光子能带的影响，计算结果表明，这种类蜂窝状结构二维光子晶体可以产生很宽的带隙，而且在一定填充率下，可以通过调整介质柱的位置使完全光子带隙达到最大化。

引入复高斯函数对衍射受限的圆孔进行了复高斯分解，得到了波差高斯光束远场衍射的近似解析式。在各种参量条件下，近似解析式所表示的衍射图样与严格的夫琅和费衍射积分的衍射图样完全一致，这表明用此解析式表征远场衍射是正确的。它的形式相对简单，为计算带来极大的方便。基于此，对有波差的高斯光束的远场发散度进行了深入的研究，检验了确定参量的光束随距离的改变而发散度不被改变的特性；同时，探讨了在圆孔限制下，发散度随高斯光束的束腰及波差的改变而变化的关系曲线，结果表明，这两个参量是影响发散度的主要因素。

采用正交信号校正法(OSC)和净分析物预处理法(NAP)分别对苹果的近红外光谱(1300～2100 nm)进行预处理，并结合偏最小二乘法(PLS)建立了糖度预测模型。应用结果显示，随着预处理过程中所用的正交信号校正因子或净分析物预处理因子的逐渐增加，偏最小二乘糖度模型(OSC/PLS模型和NAP/PLS模型)所采纳的最佳因子数也会随之减少，甚至可减至1。当采用10个正交信号校正因子预处理苹果光谱时，OSC/PLS糖度模型达到最佳性能，最佳模型采纳的因子数为2；采用11个净分析物预处理因子预处理光谱时，NAP/PLS糖度模型达到最佳性能，最佳模型采纳的因子数为1。从总体上评价，最佳OSC/PLS糖度模型和最佳NAP/PLS糖度模型的性能都明显优于原始光谱的最佳偏最小二乘模型。这些结果表明，正交信号校正法和净分析物预处理法都能在保证精度的同时有效地简化苹果糖度预测模型。

用970CRT荧光光度计测定了番茄红素在正己烷、乙酸乙酯、四氢呋喃、氯仿、丙酮和苯等6种溶剂中的荧光光谱以及番茄红素在四氢呋喃溶液中不同浓度下的荧光光谱。对所测光谱分析得出：6种溶剂中荧光光谱的最大峰值波长(λmax)分别为542.5 nm、548.2 nm、555.0 nm、555.7 nm、556.4 nm和565.7 nm，由于溶剂效应，随溶剂极性由小到大，荧光光谱的最大峰值波长(λmax)逐渐红移，由这些峰值波长计算得出相应的番茄红素分子在6种溶剂中的跃迁能ET分别为220.5 kJ/mol、218.2 kJ/mol、215.6 kJ/mol、215.3 kJ/mol、214.9 kJ/mol和211.5 kJ/mol，可见跃迁能ET也随溶剂极性增大而降低；当番茄红素在四氢呋喃溶液中的质量浓度低于50 μg/ml时，溶液的荧光强度随溶液浓度增加而增大，当质量浓度高于50 μg/ml时，由于番茄红素的激发态分子与基态分子相互作用，荧光强度反而减小；在浓度低于80 μg/ml的溶液中，番茄红素的荧光光谱除最大峰值外还有三个较小峰值，据此计算得出相应的番茄红素分子的跃迁能分别为E(1)T=278.2 kJ/mol、E(2)T=260.2 kJ/mol和E(3)T=239.3 kJ/mol。

提出将支持向量机网络应用于含不同浓度杂质气体的非线性荧光光谱的识别。由于原始光谱数据的光谱通道数目很大，首先用小波变换去噪压缩，然后采用主成分分析方法对光谱信息进行连续两次的特征提取。在保持原光谱数据主要信息基本不变的情况下，将数据维数由3979压缩到514(小波变换)并提取9个主成分。这样，不仅减少了网络的输入维数，而且加快了网络的训练速度。实验结果表明，无论对训练样本还是未学习过的测试样本，其正确识别率均可达到100%。网络的训练和测试速度较快，可以更有效地应用于大气杂质气体的实时监测。

论述了聚合物纳米孔隙增透膜的制备工艺流程，分析了聚合物材料分子量、实验环境温度和湿度、溶剂挥发性等条件对纳米孔隙增透膜的影响。研究表明，聚合物材料分子量的增大、温度的降低、湿度的升高以及采用挥发性弱的溶剂都将导致增透膜孔隙尺寸的增大，孔隙越大其对光的散射损耗就会增大，所以增透膜的透过率就越低。通过大量的试验分析得出一组较理想的工艺参量：使用低分子量的聚合物材料(小于15 kg/mol)，环境温度大于25 ℃、环境相对湿度小于30%，在采用低沸点的溶剂如四氢呋喃等措施下可有效降低增透膜散射损耗。

基于薄膜法布里珀罗滤光片在其峰值波长处具有较大群延迟的特性，设计并从实验上验证了光束倾斜入射时这种结构中存在的超棱镜效应。根据光学薄膜理论中的特征矩阵法，数值模拟计算了器件的群延迟和空间色散曲线，镀制并对器件进行了测试。测试结果表明器件在透射峰值波长处因超棱镜效应引起的空间色散最大位移值达到65 μm，与理论计算结果非常吻合；相对于传统的光栅和棱镜器件而言器件具有更高的空间角度色散，实际测试在784.5 nm至786.5 nm波长范围内器件的角色散达到30°/nm。

提出一种偏振光干涉的光纤光栅应变测量方法，该方法能解决光纤光栅应变和温度测量时的交叉敏感问题。对于钒酸钇晶体偏振光干涉仪，如果选择两个能使干涉仪产生180°相位差的不同中心波长的光纤光栅，一个用于应变测量，一个用于补偿温度，就能很好地解决光纤光栅应变测量时的温度交叉敏感问题。分析了构成偏振光干涉仪的晶体的厚度对应变偏差的影响。理论计算和试验结果显示，当晶体厚度为0.5 mm时温度对应变测量的交叉敏感现象被压缩到了1.6% ,相当于0.13 με/℃。进一步的仿真分析发现当晶体厚度为0.1 mm时交叉敏感现象将被压缩到0.08%，相当于0.0067 με/℃。小的晶体厚度有利于减小交叉敏感现象，但小厚度的晶体加工困难，为此分析了双晶体结构的方案。

利用全矢量有限元方法，对椭圆六角对称分布微结构光纤(MF)的双折射特性进行了理论分析，得到了双折射大小与结构参量、入射波长间的依赖关系。分析表明：合理设计结构参量可得到10-3量级大小的双折射；微结构光纤的双折射对光波波长极其敏感，并出现随波长变化快慢轴交换的现象。采用统计的方法对双折射与微结构光纤空气孔直径随机变化的统计相关性进行了理论分析，假定空气孔直径为高斯分布，获得了双折射大小的平均值和标准偏差与随机变化孔径的统计关系。结果表明,由孔径分布不规则所产生的双折射的大小主要取决于空气孔直径的平均值。

采用3码片的超结构光纤布拉格光栅(SSFBG)作为编/解码器，该编/解码器光栅包含3段子光栅(空间码片)，在相邻的空间码片的边界处存在离散的四相相移(0,π/2,π,3π/2)。利用四相编解码所具有的良好自相关和互相关特性，成功实现了单信道速率高达40 Gb/s，码片速率高达240 Gchip/s的全光编解码实验。据我们所知，这是利用光纤布拉格光栅作为编/解码器的全光码分复用(OCDM)系统所达到的最高单信道传输速率。理论计算和实验结果表明了利用超结构光纤布拉格光栅(SSFBG)实现多相高速全光编解码的可行性。这样高速的全光编解码可以应用于光码分复用系统和分组交换网络。

三维成像技术因其应用广泛而备受关注。根据编码孔径成像的基本原理，提出了一种非相干可见光三维成像方法。这种两步成像方法的第一步采用空间位置编码的照相机阵列对物体拍照，在第二步中，首先将照相机阵列拍照得到的物体照片根据拍照时的位置关系合成为一幅图像，然后采用计算机程序模拟光学反投影解码方法解码再现出物体不同深度的表面分层图像。设计了初步的实验，该实验采用1部照相机依次在各编码位置对物体模型拍照，编码形式是包含9个点的无冗余阵列形式，物体模型只包含2个深度层次，布置在距离照相机阵列1.5 m的地方。实验得到了信噪比较高的物体模型的分层解码图像，验证了这种三维成像方法的可行性。

为了在相位轮廓测量术中更简便可靠地获取待测面的相位场，提出了一种利用双频投影条纹的叠栅特性进行全自动相位解包裹的方法。该方法通过分析双频投影条纹的条纹级数之间及相位之间的关系，推导了一套利用该双频条纹的相位主值获取真实相位场的公式。在利用这套公式进行解包裹时，各点的相位求取都是单独进行的，因此不会出现误差传递的现象；同时求解的相位场保持了相移法求解的相位精度。实验证实了该方法的可行性，并得到很好的测量结果。

基于相位映射的三维传感技术对几何形状和拓扑结构复杂或表面梯度很大的物体进行绝对相位测量及相位重建仍然是一个困难的问题。近年来国际上提出了一种时间维度相位重建算法可以对此提供一种解决方案。然而，该算法对结构光照明系统提出了很高的要求，当系统无法满足算法要求时，重建结果存在严重的噪声。针对这一问题，提出了一种利用分段函数构造的相位解码的时空重建算法。该算法在相位重建过程中同时考虑时间维度和空间维度相位的相对关系，使得空间频率非严格按指数增长的条纹序列可以得到正确的重建，消除了跳变边界的相位模糊问题，从而可以更加有效地解决深度表面不连续和存在相互孤立物表面拓扑结构的景物相位重建问题。实验结果证明了此算法的可行性和有效性。

提出了菲涅耳波带板(FZP)无运动卷积偏振选通全息术，该技术的原理与菲涅耳波带板扫描全息术相同，但在成像系统结构上作了重大改进，改进内容主要有两个方面：第一，使用扩展光源，用多个菲涅耳波带板在物体上的投影叠加形成卷积运算来取代机械扫描，克服了扫描造成的系统不稳定性和限制实际应用的耗时问题；第二，用CCD取代光电倍增管，使物体上所有的点都同时成像在CCD靶面上，达到实时采集整个全息图的目的。对线偏振光和圆偏振光经过散射介质脂肪乳剂(Intralipid)溶液后偏振度的变化规律进行了实验研究，研究表明，在米氏散射区，圆偏振光比线偏振光更容易保持偏振态。应用菲涅耳波带板无运动卷积偏振选通成像系统，采用圆偏振光作为入射光，对嵌埋在浓度为1%、深度为2 cm的脂肪乳剂溶液中的金属丝(直径0.4 mm)进行了成像实验，结果表明，菲涅耳波带板无运动卷积偏振选通全息术原理是可行的。

从波像差的幂级数和圆泽尼克多项式展开理论入手，介绍了圆泽尼克多项式和赛德尔多项式之间的联系，理论上分析了圆泽尼克多项式在环域的相关性，着重讨论了以中心遮拦干涉图的圆泽尼克多项式拟合系数计算赛德尔像差系数的影响。对理论分析进行了实验验证，其结果与理论分析具有良好的一致性，并提出了一种简单直观的误差容限设定方法。研究表明，随着遮拦比的增加，赛德尔系数误差增加，其变化规律和被测元件的像差类型和大小有关。当遮拦比达到某一特定的阈值时，误差曲线将产生较大的变化，为了获得较准确的赛德尔系数，圆泽尼克拟合时应选择适当的阶数；当遮拦比继续增加时，为了计算出准确的赛德尔系数，拟合时应选择环泽尼克多项式。此外，遮拦比对赛德尔系数中畸变、像散的影响较弱，对彗差、场曲、球差的影响较强。

研究昆虫飞行的三维空间运动参量需要对二维图像进行重构，传统的重构方法是采用两个或者多个相机从不同角度拍摄以获得同时刻不同角度的图像。介绍了一种采用单一相机完成三维重构的方法。通过在单相机镜头前面附加四块两两平行的平面镜组来获得三维信息，该装置可以在同一照片上获得物体两个角度的观察图像，等效于用两个高速摄影仪对昆虫的飞行进行拍摄。分别标定出每个等效摄像机的参量，根据机器视觉原理进行三维重构。实现了用单个相机完成昆虫自由飞行状态的翅膀三维参量重构过程，避免采用多个相机的需要增加复杂同步电路以及引起的高额费用，同事也克服了过去基于单相机的三维重构需要增加某些假设所引起的与真实飞行的差异。

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术利用二极管激光器波长调谐特性，获得被测气体的特征吸收光谱范围内的吸收光谱，从而对污染气体进行定性或者定量分析，这种方法不仅精度较高，选择性强而且响应速度快，已经被用于大气痕量气体监测以及工业控制。在对空气中的痕量气体进行检测中，由于气体浓度较低，需要和长吸收光程技术相结合。将可调谐二极管激光吸收光谱与经过108次反射后达到27 m光程的多次反射池相结合研制了用于地面环境空气中甲烷含量监测的便携式吸收光谱仪，并结合了用于微弱信号检测的二次谐波检测技术，从而达到了体积分数低于1×10-7的检测限，并利用不同体积分数的甲烷气体对系统进行了测试，得到了很好的测试结果。

采用信标光是完成卫星激光通信捕获过程的一种重要手段，信标光的远场分布对捕捉概率和捕获时间有较大的影响。为满足通信系统的性能要求，对信标的远场分布提出一定的要求是必要的。首先从理论计算的角度，分析了远场高斯分布信标光对卫星激光通信捕获过程的影响，认为在存在光束抖动的情况下，均匀信标光在捕获阶段具有明显的优势。基于多激光器合束技术，利用半导体激光器设计了一个能实现远场均匀分布的信标光模块。给出了模块结构，分析了均匀信标光产生的机理，并从理论上推导了该模块的远场光强分布表达式。实验表明，所研制的均匀信标光模块可出射功率超过3.8 W,不均匀度小于11%的远场均匀信标光，通光效率为54%，从而证明了所设计的信标光模块的可行性。

为了获得啁啾脉冲放大系统(CPA)中空间滤波器的小孔尺寸，可以利用傅里叶光学的方法和激光模式理论，通过数学上的合理近似和对能量频谱函数的数值积分，计算激光束中基横模和主要低阶横模的径向空间频谱与空间截止频率，并讨论以基横模的空间截止频率作为空间滤波器的截止频率的可行性，从而确定小孔光阑孔径的大小并得出一个具有普遍意义的结论，即小孔直径约取6.93倍衍射极限长度时，空间滤波器能够较好地滤去TEM00模以外其他横模的大部分高频能量成分，从而提高光束质量，此结果在实验上得到很好的验证。此外，以M2因子为基础，可以得到一个用以辅助描述空间滤波器滤波性能的光束质量改善因子B。

采用低温生长GaAs晶体作为被动饱和吸收体兼输出镜，实现了Nd∶Gd0.42Y0.58VO4混晶激光器的调Q锁模运转。研究了Nd∶Gd0.42Y0.58VO4激光器的基频运转特性。在输出镜透射率T=10%、腔长L=40 mm的情况下，当抽运功率为8.6 W时，获得激光输出功率3.78 W，光光转换效率为43.9%。并测量了Nd∶Gd0.42Y0.58VO4混晶被动调Q激光器的输出特性。实验结果表明激光器调Q运转阈值为2 W，当抽运功率为3.7 W时，激光器出现调Q锁模行为；当抽运功率为8.6 W时，激光器调Q锁模深度达70%以上，对应的脉冲包络重复频率为670 kHz，半峰全宽为180 ns，平均输出功率为1.35 W，光光转换效率为15.7%。

在TSA-25系统输出35 mJ，800 nm啁啾脉冲的基础上，建立了以钛宝石作为增益介质的二级啁啾脉冲放大(CPA)系统。使用0.6 J和1.6 J，532 nm，10 Hz Nd∶YAG激光抽运，输出脉冲能量达到500 mJ，经压缩脉冲宽度为41 fs，压缩器的能量转换效率为63％，峰值功率可达7.6 TW。通过对放大器系统的钛宝石晶体、抽运密度以及多通结构通道数的选择等实验，有效地提高了能量放大器的萃取效率。其主放大器能量萃取效率达到32%，整个系统占用尺寸不到10 m2。

将猫眼逆向器作为激光谐振腔的一个腔镜组成猫眼谐振腔。介绍了猫眼逆向器的结构，阐述了猫眼逆向器中凸透镜和凹面镜的间距改变时猫眼曲率半径的相应变化，并通过有效地控制该间距来选择激光横模，从而保证基横模输出。在激光谐振腔衍射积分方程的基础上，运用牛顿柯特斯数学方法，对不同参量下的猫眼激光谐振腔的横模状况进行分析，得出了各阶横模对应的特征值和功率损耗，计算出保证基横模输出的参量，并与实验对比，得到了一致的结论，为激光器的横模选择和控制提供了一种简便易行的新方法。

用单纵模Nd∶YAG二倍频激光[波长532 nm，线宽Δνp<100 MHz，脉宽(半峰全宽)6.5 ns]抽运CH4气体，观察到很强的后向一级斯托克斯(BS1)受激拉曼散射，这与前人采用脉宽30 ns的单纵模抽运激光得到的绝大部分为后向受激布里渊散射(SBS)完全不同，其原因是脉宽6.5 ns与本实验条件下CH4的受激布里渊散射声子寿命接近，受激布里渊散射处于瞬态。理论计算表明，这时的受激布里渊散射瞬态增益系数已略小于后向一级斯托克斯的增益系数，而被其竞争抑制。当脉冲重复频率为2 Hz，抽运能量为95 mJ时，在1.1 MPa CH4中，后向一级斯托克斯的量子转换效率高达73%，其时间波形出现张弛振荡，脉宽被压窄到1.2 ns，从而使后向一级斯托克斯峰值功率达到了抽运激光功率的2.7倍，而且其光束质量要大大优于抽运激光的光束质量。用编制的准二维计算机模型程序相当好地再现了实验中后向一级斯托克斯的时间波形张弛振荡。

为了形成与中国传统光学设计体系相街接的折衍混合光学设计的理论和方法，研究了PWC表示的折衍混合薄透镜系统初级像差理论，建立了赛德尔像差和数与P、W、C的函数关系，以及∞、∞、∞与衍射透镜结构的函数关系。采用PWC表示的初级像差理论和高折射率设计方法，获得了折衍混合消色差李斯特型中倍显微物镜的初始结构，结果表明其赛德尔像差和数的理论值与设计值相吻合，从而验证了折衍混合光学系统PWC表示的初级像差理论和高折射率设计方法。优化设计结果与传统李斯特型物镜相比较，具有更长的工作距，且像质显著提高，由于前组为单片塑料透镜，有利于批量生产。