利用飞行时间气溶胶粒子束光谱技术对大气气溶胶粒子粒谱分布进行监测是精确测量大气气溶胶粒子粒径大小及浓度的典型方法。而精确测量气溶胶粒子飞行时间是实现粒径谱精确监测的关键。利用微分法对门限电平比较法进行优化改进，利用信号微分后的零点对应信号最大值的特点，将飞行时间提取中变化的门限电平的比较转换成零电平的比较，设计了一种精确测量气溶胶粒子飞行时间的方法。该方法不但可以忽略因气溶胶粒子大小而引起的散射光强弱变化，而且，即使散射光双峰信号并非理想的对称信号，该方法也能精确地测得飞行时间。

实验采用准相位匹配的PPKTP晶体对922 nm连续激光进行外腔谐振倍频，获得稳定461 nm激光。实验装置采用一体化环形腔设计，实现最大耦合转换效率达73.3%，获得208 mW的461 nm蓝光输出。实验结论中通过分析，修正损耗误差，得到最佳耦合腔镜反射率，并深入讨论了耦合腔镜的两种反射率对倍频输出功率和效率的影响，同时就晶体吸收效应和热透镜效应对倍频试验的影响也进行了深入研究。

差分吸收光谱法(DOAS)是一种高灵敏测量大气痕量气体成分含量的有效的光学遥感方法，该方法基于最小二乘拟合模型，利用获得的痕量气体的差分吸收光学密度与标准的吸收截面进行拟合，反演待测气体的浓度。建立了基于径向基(RBF)神经网络的痕量气体浓度反演的新模型，对网络的隐层参数采用改进最近邻聚类学习算法训练，对输出层权值的训练采用梯度下降算法，使得网络收敛快，能更好地实时、在线反演测量光谱。并针对DOAS技术的特点，把拟合残差输入网络集中训练，使得RBF网络在反演真实痕量气体吸收时，效果更佳。实验结果表明该新型反演方法提高了DOAS系统的反演精度，降低了DOAS系统的探测限。

把组成光纤光栅法布里-珀罗腔的两个光纤光栅的初相位纳入了讨论范围，用耦合波方程推导了任意初相位下光纤光栅法布里-珀罗腔的透射和反射率的表达式。其中的相位因子包含了由光传播常数调制的腔长、光纤光栅的相位突变、光纤光栅初相位和由光纤光栅空间频率调制的光栅长度等四部分。分析了光纤光栅初相、由光栅空间频率调制的光栅长度两个因子对反射谱的影响，并提出了一种把光纤光栅法布里-珀罗腔等效为理想法布里-珀罗腔的方法。

建立了强度调制色散管理波分复用的简并四波混频噪声标准差的理论计算模型，此理论模型考虑到了两种随机因素的影响：各信道内的比特流的随机性及脉冲初始相位的随机性。信道间的脉冲走离效应使色散管理光纤链路中的脉冲碰撞位置的分布比较复杂，这些碰撞位置又会对四波混频噪声标准差的值产生较大影响，所建立的理论模型充分考虑到了这种碰撞位置的影响。利用这个理论模型进行了相关计算，计算结果表明，优化的色散管理方案在保证脉冲稳定传输的同时，能获得较小的四波混频噪声标准差；当系统选择较小的占空比时，优化各信道脉冲的相对初始时延能较大程度地减小四波混频效应的不利影响。

对直线运动型无线光通信中的光束偏转进行了分析，给出了不同运动距离与光斑半径、光接收功率的关系；不同偏转角度与光接收功率、像点偏移量的关系。在直线轨道上，进行了发射端静止、接收端运动，发射端运动、接收端静止两种情况下的光功率接收实验，并分别比较大孔径光纤和实心耦合光锥的空间光接收性能，提出采用实心光锥作为空间光耦合接收元件。实验结果表明：在运动距离最远为80 m的情况下，实心耦合光锥能有效接收光束偏移后的聚焦光信号，适用于直线运动型无线光通信。

设计、研制了一种新型小体积，低成本，易于批量生产的高分辨率光纤加速度计。该加速度探头为全光纤结构，采用相位生成载波(PGC)技术对光纤干涉信号进行调制和解调，获得高精度相位信号。对样机测试结果表明，该高分辨率光纤加速度计在0-100 g的大动态范围内可分辨3×10^-4 g，最高分辨率可达10^-6。其结构采用了一种新颖的由加速度产生位移干涉信号的圆网状弹性结构和硅微镜装置，用Cosmosworks工程软件对该弹性结构进行了应变分析并与实验测试进行对比。整体设计结果与实验测量符合较好。

摘要设计和研究了基于阵列波导光栅的高精度折射率传感器。该传感器利用阵列波导光栅的阵列波导区域对相位差敏感的特性，通过在阵列波导区域挖槽来测量通过沟槽的液体的折射率变化。由于阵列波导之间的相位差变化会导致输出波导的输入面的最大光强位置的变化，所以通过入射窄带光源并计算其中两个输出波导的功率比的变化，就可以得到实时的折射率变化。利用傅里叶光学和光波动理论的方法建立数学模型，经过综合考虑各种因素，设计了合理的参数，通过拟合得到折射率变化和光功率比的解析式。这种方法能够有效地消除仪器的不稳定性、内部损耗和环境影响带来的测量误差，提高测量精度。

为实现激光通信终端地面验证实验中终端的自动对准，提出了一种基于图像识别的预瞄准方法。该方法首先基于颜色特征提取出图像中的指示光斑与标尺光斑，根据标尺光斑的尺寸，建立图像与实物的比例关系，并预估出目标圆的半径像素值。然后，基于Hough变换原理识别出图像中的通信终端通光中心位置，并与指示光斑进行比较计算出补偿角度。将补偿角传给运动控制卡，控制指示光瞄准目标终端。最后，启动玫瑰曲线扫描，捕获信标光后完成预瞄准过程。实验结果表明：该方法能准确识别目标，计算时间为0.94 s,并具有良好的抗干扰能力。基本满足通信终端自动识别、快速对准的设计要求。

Curvelet变换用于图像去噪可以较好地保留图像的细节信息，但在边缘处会产生“划痕”现象。采用全变差法进行去噪能保持边缘形状不变，但也会丢失图像的纹理等细节信息。为了充分利用两种方法的优点，将Curvelet变换和全变差相结合提出了一种有效的图像去噪方法。首先，对含噪图像分别进行Curvelet阈值去噪和全变差去噪。然后，将两幅去噪图像进行Curvelet融合，对于低频系数和高频系数分别采用加权平均和绝对值取大的融合算法。最后，将融合后的低频系数和各尺度高频系数进行Curvelet反变换得到融合后的去噪图像。实验表明，该方法能有效地降低图像噪声，又尽可能地保留图像的细节，其去噪效果明显优于单一Curvelet阈值法和全变差法。

采用定点迭代进行变分图像恢复并在这个计算框架下提出利用噪声方差选择规整化参数的方法。假定已知观测图像中初始噪声统计特性。为了在反卷积过程中正确地估计噪声的方差，构造一幅纯噪声图像跟实际的观测图像同步进行反卷积计算，并把纯噪声图像的方差作为观测图像中噪声方差的估计值来辅助计算规整化参数。针对规整化的各项异性，提出了能够保持两种噪声同步变化的特殊的规整化项。在能够准确知道迭代过程中图像包含噪声的方差的时候，建立了规整化参数λ与图像噪声方差之间的关系式。实验证明新的算法不但更好地抑制了噪声而且避免了过平滑，明显提高了基于定点迭代法计算变分图像恢复的适应性。

通过对美国天基可见相机(SBV)在轨检测算法(Moving target indicator，MTI)算法进行改进，使其更加快速有效地检测出淹没在噪声杂波中的目标条纹。MTI改进算法使用了一种新的二维图像检测预处理算法――依概率加窗检测算法。依概率加窗检测算依据同一大小检测窗口内，目标所在检测窗内出现的非零点比纯噪声检测窗内多的特性，通过检测窗门限滤波，在可能剔除部分目标点的同时，极大地抑制噪声。接着使用三点共线条纹检测算法，剔除可疑目标条纹，进一步降低虚警概率，提高检测概率。通过算法性能分析可知，MTI改进算法的虚警概率降低15倍，检测概率99％时所需信噪比从6降低为3，并且总体计算量降低6个数量级。MTI改进算法减少计算量的同时，降低虚警概率并提高检测概率，在工程应用中更有利于算法的实时实现。

针对红外图像弱小目标检测中的预处理问题，提出了一种特征选择性滤波方法(CSF)，该方法创造性地将各向异性滤波应用到图像空域，通过分析红外图像中不同特征区域的特性，改进了系数分布函数，使CSF在消除背景、平滑边缘的同时，增强目标信号。最后给出了该方法的滤波特性分析和实验结果，并与其他滤波方法做了比较。实验结果表明该方法具有良好的背景抑制和目标增强性能，且结构简单，有利于实时实现。

在建立基于恒星观测的成像仪指向偏差在轨修正模型的基础上，提出了模型中若干关键参数(包括最低观测星等、待观测恒星及成像仪凝视观测位置等)的选取方法。同时，开展了数字延迟积分技术、系统点源扩展函数等对指向偏差测量精度的影响分析，提出了指向偏差确定精度达1″的在轨修正方案，并利用GOES-9卫星成像仪实际恒星观测数据进行了部分定量验证。研究成果将为后续风云四号卫星成像仪高精度指向偏差在轨修正的业务模式设计和工程实施，提供重要的技术参考。

获取生物组织体的光学结构是扩散光学成像模式研究(如扩散光学层析技术和荧光分子成像技术)的核心内容。当假设组织器官中具有均匀光学参数时，光学结构的获取方法可归为基于形状的扩散光学层析成像(DOT)重建技术，该技术致力于同时重建组织器官的边界和内部光学参数。实现了二维的边界元正向模型，并与有限元正向模型的结果进行比较。反演问题中使用了截断奇异值(truncated-SVD)优化算法，并在40 dB噪声水平下用内部具有3个异质体的目标模型进行验证。数值结果表明，提出的图像重建算法具有良好的收敛性能，并能从噪声数据中准确恢复相应区域的形状参数和光学参数。

面向基于光扩散模型的平板乳腺扩散光学层析反演问题，提出了一种有效提高图像重建质量的方法。针对扩散光学成像逆问题存在不适定性的特点，在不增加源和探测器数量的基础上，通过样条插值的方法有效地扩展测量空间，由此改善了逆问题中未知量远远多于已知量（测量值）的问题，在一定程度上减轻了反演问题的不适定性，使得重建图像在空间分辨率和量化度上都有相应的提高。通过对内置两非光学均匀立方体的平板模型进行模拟成像，并分析重建图像的空间对比度。结果表明:经过样条插值对测量空间的扩展，重建目标的空间分辨率可以达到边对边4 mm。

总结了常用的共相位检测方法，分析了各种方法的特点及其用于空间望远镜在轨检测的适用性。提出了一种新的基于色散瑞利干涉原理的共相位误差检测方法和相应的干涉条纹数据处理方法——二维色散条纹分析法。介绍了色散瑞利干涉法的基本原理，给出了其检测拼接主镜望远镜共相位误差的光路图。为验证所提出的方法，搭建了一套色散瑞利干涉仪检测共相位误差的实验验证装置。初步的实验结果表明所搭建的色散瑞利干涉实验装置的量程可达到200 μm，多次测量值的均方根误差(重复性)优于2 nm，共相位误差δ≤1 μm时，测量精度为6.56 nm，可以满足空基分块主镜望远镜在轨共相位检测的要求。

为了实现对大口径非球面在细磨和初抛光的加工过程中出现的较大误差的测量，提出了将龙基(Ronchi)光栅、图像采集以及数字图像处理技术相结合的一种较大误差的定量测试方法。介绍了该方法的基本原理、建立了数学模型、编制了相应的数字处理软件。利用该方法对一直径为140 mm，F数为2的凹形抛物面镜进行了测试实验。通过该测试方法以及数据处理软件,得到了准确的非球面面形分布图，检测结果与经典的干涉仪检测结果想比较,二者是相一致的。将为大口径非球面精磨和初抛光阶段提供一种有效、可靠的定量检测方法。

提出将雷达、声呐领域中的时延估计算法用于均匀应变场或温度场中任意形状的光栅反射谱中心波长的检测。分析了信噪比(SNR)对不同形状反射谱进行峰值提取的影响。分析结果表明，对均匀周期的单模光纤布拉格光栅，其长度越长，折射率变化越大，峰值检测受信噪比影响也越严重；实验结果表明，与常规算法相比，采用时延估计中的相位谱法进行中心波长偏移量的提取，估计精度不受波长扫描精度的限制，对噪声造成的中心波长随机漂移有很好的抑制作用，而且无需对反射谱的形状进行假设与曲线拟合，计算量小，检测精度可达到皮米量级。

提出一种基于相位标靶的光学坐标测量方法，与有3个以上的标记点的辅助测量棒(传统标靶)相比较，由于相位标靶特征点数量的大量增多以及基于相位计算的精确的特征点的提取，使得用这种标靶进行测量时，其测量结果更为准确和可靠。在计算机屏幕上产生二维正弦条纹，并以此作为校准靶进行摄像机标定。设计制作的相位标靶由小型特征图象屏和测棒组成， 采用相位测量技术及条纹处理方法计算特征图象屏各点的相位和面内坐标， 进而计算测棒上测点的三维坐标。 将该相位标靶用于光学坐标测量， 提出了标靶移动时坐标变换的计算公式和移动距离的计算方法， 分析了测量误差的成因。 实验得到了准确的光学坐标测量结果， 证明了该方法的有效性。

研究一种测量污染气体(如SO₂,NO₂)二维分布的光学遥感方法，即采用超光谱成像差分吸收光谱(DOAS)系统在扫描转台上对污染源排放烟羽进行扫描测量，利用被动差分吸收光谱处理方法对采集到太阳散射光谱进行处理获得柱浓度，结合转台扫描，最终实现污染气体的二维成像解析。着重描述了基于成像差分吸收光谱仪、紫外镜头及扫描转台的超光谱成像差分吸收系统，并利用该系统对热电厂烟羽排放进行了外场测量，该技术为污染源实时成像测量提供了一种简便的方法。

针对在单目视觉目标位姿测量过程中，特征点提取出现离群点的情况，提出一种基于去除离群点策略的位姿测量方法(ORPE)。建立了以特征点误差极大极小为原则的最优化目标函数，通过确定特征点最大观测误差值边界，判定并去除离群点，由此可消除离群点误差对位姿测量的影响。仿真实验使用ORPE对1 m×1 m×1 m的立方体目标进行位姿测量，验证了算法的正确性；使用ORPE测量Boeing飞机模型的位姿，平均姿态角误差2.07°,平均位移误差1.6%。通过和最小二乘测姿法(LSPE)结果对比分析可得ORPE法误差小于LSPE法误差。表明ORPE能有效去除离群点，同时提高位姿测量精度。

介绍了用毛细管焦点法精确测量微量液体折射率的一种新技术。该技术基于共轴球面光学系统的成像原理，用LED(λ=580 nm，FWHM为32 nm)为测量光源，用CCD为像接收装置，一次测量样品需要量小于0.002 mL。待测样品封闭在毛细管内测量，有利于对毒性、挥发性和吸湿性强的液体介质折射率的测量。用此技术对纯水、乙醇、乙二醇和丙三醇样品的折射率做了测量，测量精度分别为0.0001，0.0002，0.0003和0.0003。论文在分析实验装置的测量灵敏度和成像景深基础上，提出了进一步提高测量精度的方法。

光纤环特性对基于公共光纤环的光纤激光器锁相阵列的性能具有重要影响。介绍了利用公共光纤环构建光纤激光器锁相阵列的结构、特征以及光纤环的作用。建立了研究该光纤环特性的理论模型，分别采用光强叠加和光场叠加法分析了光纤环的能量传输与谐振选模特性，并在考虑输入光波谱宽的情况下证明了两种方法的一致性。研究表明增加成环耦合器的耦合比可以增强锁相阵列各单元激光器间的能量耦合，且在光纤环损耗较低时不会明显降低输出功率和组合效率。实验中观察到了光纤环的滤波选模效应，而输出功率随着耦合比的增加有规律的略微减小，两者均与理论分析结果一致。

提出一种新的TEA CO₂激光器选单纵模的方法－四臂腔选单纵模。在理论上研究了这种新腔型的反射率的选频特性并预测了其选单纵模的能力。实验中，用此腔型得到了能量达225 mJ稳定的单纵模TEA CO₂激光输出，且单纵模再现率超过90％。

在分析棒状激光介质热应力导致退偏损耗特性的基础上，建立了相应的数学模型，探讨了谐振腔内低阶模和高阶模退偏损耗的不同特性，提出一种具有退偏补偿和选模功能的新型谐振腔。该谐振腔结构在运行时存在三个子腔且因棒状激光介质的热应力导致退偏特性相互耦合，通过对这三个子腔偏振态补偿特性、谐振腔稳定性及选模特性进行深入分析，给出了此类谐振腔理想的设计方案，开展了相应的实验研究，并获得较好光束质量的激光输出。

介绍了一种掺Nd₂O₃纳米颗粒的溶胶体系，对其光散射特性和消光系数进行了理论分析和数值模拟。结果表明，当溶胶体系中Nd原子的浓度为1.386×10^-20 cm^-3、Nd₂O₃纳米颗粒的半径为5 nm、相对折射率小于1.25时，对1064 nm波长激光的散射损耗不超过0.002 cm^-1。因此，掺Nd₂O₃纳米颗粒的溶胶体系可能是一种理想的激光介质。

利用压电陶瓷相位调制器在高功率光纤激光输出端进行相位控制，实现了两路瓦量级光纤激光相干合成。系统闭环时长曝光图样的条纹可见度为98%，峰值强度是开环情形下的1.87倍。

立体匹配一直是计算机视觉领域的一个中心问题，基于区域整体匹配算法较好地解决了纹理单一区域的立体匹配问题，其关键步骤是纹理单一区域的分割和匹配。针对纹理单一区域的特点，提出利用Laws纹理模板对图像纹理特征进行分析描述，然后进行基于直方图的分割，得到纹理单一区域。对于各种场景图像，通过分析比较各种Laws纹理模板组合，能够得到最好的分割效果。在国际标准图像上测试的实验结果表明，相对于灰度共生矩阵描述纹理单一区域和基于区域生长的方法，该方法能提高纹理单一区域的识别率和分割阈值选取的稳健性，这有助于提高基于区域整体匹配算法的匹配精度和实用价值。

提出了一种基于视觉熵的模拟生物视觉信息处理的视觉注意计算模型，在使用图像的低层特征的基础上，充分考虑了视觉熵中人眼对图像信息的主观量度。该模型首先将图像分成4×4的图像块，分别计算每个图像块的均值、方差、幅度和亮度变化率；采用中央邻域差算子得到各图像的特征图，合并成一个显著图；计算该图中每个显著区域的视觉熵，将最显著区域作为视觉注意的焦点，利用人类视觉注意的抑制返回机制，实现视觉注意焦点的转移，从而完成模拟人类视觉注意的整个过程。实验结果表明，该模型基本上能够模拟视觉注意的过程，而且复杂度较低，具有较高的实用价值。

基于导光板底面直接熔合微棱镜取代目前背光系统平面反射膜和网点两层结构，推导了棱镜底角和出射亮度方向角之间的关系，提出导光板出射亮度方向角与棱镜远近光源底角的解析公式。用LightTools软件对导光板进行建模仿真，通过改变棱镜两个底角，得到出射亮度峰值方向和底角之间的变化规律。理论值与模拟仿真值基本符合，为背光模组一体化的研究提供理论和实验依据。依据上述规律，设计出一体化导光板结构，其中，微棱镜近光源角为86°，远光源角为37°，亮度达到现行3M背光系统指标。

极紫外投影光刻用14 nm波长的电磁辐射，可以在实现高分辨率的同时保持相对较大的焦深，有希望成为制造超大规模集成电路的下一代光刻技术。极紫外投影光刻工作于步进扫描方式，采用全反射、无遮拦、缩小的环形视场投影系统。无遮拦投影系统的初始结构设计困难且重要。介绍了一种近轴搜索方法，该方法引入了像方远心、物方准远心、固定放大率、Petzval 条件和物像共轭关系等约束，通过计算确定第一面反射镜、最后一面反射镜、光阑所在反射镜的曲率，以及物距和像距。编写了近轴搜索程序，搜索出初始结构。从初始结构出发，优化得到两套物镜，一套由四反射镜组成的系统，数值孔径0.1，像方视场26 mm×1 mm，畸变10 nm，分辨率优于6000 cycle/mm。一套系统由六反射镜组成，数值孔径0.25，像方视场26 mm×1 mm，畸变3 nm，分辨率优于18000 cycle/mm。

基于银板超透镜和多带相位二元光学衍射理论，提出一种超聚焦透镜结构。利用时域有限差分和标量衍射理论数值分析显示，这种超透镜在可见光范围，具有单一焦点，焦斑尺寸约0.36 λ，聚焦位置和焦深可达10 λ以上，在近场光学扫描显微镜和超分辨成像及光刻等系统中有潜在应用前景。

利用半导体光放大器非线性偏振旋转效应实现全光采样具有采样速度高、输入抽运功率小的优点，为高速全光模数转换提供了可能途径。提出了半导体光放大器全光采样线性度和转换效率的表征方法，该方法利用传输曲线的多项式拟合函数表征采样系统，通过多项式的余弦代换和级数展开，得到全光采样线性度和转换效率与多项式系数的解析关系，从多项式系数直接计算线性度和转换效率。该方法无需复杂的傅里叶变换运算，其计算结果与傅里叶频谱分析结果吻合，可用于全光采样线性度和转换效率的精确表征，还可以拓展用于信号调制的非线性失真分析。

为了满足光纤射频链路和相位阵列天线应用要求，提出并实验验证了基于半导体光放大器(SOA)的全光微波滤波器，该结构利用SOA的放大自发辐射的交叉增益调制(XGM)原理，可以实现通带和阻带的相互切换。它是基于由SOA和可调谐窄带光学滤波器构成的光纤延时环，利用SOA的放大自发辐射谱的交叉增益调制产生负系数。当可调谐窄带光学滤波器的中心波长对准激光器的波长时，可获得一个高Q的带通滤波器频率响应；当可调谐窄带光学滤波器的中心波长偏离激光器波长一定量时，可获得陷波宽度较窄和通带相对较平的陷波滤波器频率响应。此结构通过调节可调谐窄带滤波器的中心波长可实现高Q与通带相对较平的陷波频率响应的切换。

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论，提出了一个聚合物微环谐振器电光开关阵列的模型。该器件由N－1个微环和N条平行信道构成，在微环上施加不同方式的驱动电压，可以实现N条信道的开关功能。以7微环8信道结构为例，在1550 nm谐振波长下对该器件进行了优化和模拟。结果表明，微环波导芯的截面尺寸为1.7 μm×1.7 μm，波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm，电极厚度为0.2 μm，微环半径为13.76 μm，微环与信道间的耦合间距为0.14 μm，输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm，开关电压约为8.1 V左右，插入损耗约为0.23~4.6 dB，串扰小于－20 dB。

为了研究电火花加工过程的机理，基于光子发射计算了阴极、阳极的能量分布。首先得到了放电通道中的正离子及电子的物质波长，发现正离子主要以振动的形式运动在放电通道中向外辐射光子，而电子主要以衍射的形式运动在阳极表面向外辐射光子。通过假设光子以等概率的形式辐射，计算了阴极、阳极表面获得的热流密度、热流量以及平均热流密度的方程，重新解释了小脉宽电流加工的明显极性效应，以及大脉宽条件下的不明显极性效应。最后，阐述了这一原理对电火花微细加工，精加工以及粗加工的影响，说明小脉宽电流应该用正极性加工且可设法压缩放电通道提高精度，大脉宽应该用负极性加工且不必压缩放电通道提高效率及表面质量。

运用矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法，进一步推导了倾斜离轴高斯光束通过猫眼光学镜头的解析传输公式，通过数值计算分析得到了倾斜系数和离轴量对猫眼效应反射光光强分布的影响规律。结果表明，斜入射情况下猫眼效应反射光光强分布发生非对称畸变，且倾斜系数较小和较大时有着不同的分布规律。并且，离轴量与倾斜系数共同决定着猫眼效应反射光应用于激光主动探测的可行性。

对平面波经过轴棱锥——透镜系统的整个演绎过程进行详细的理论分析，数值模拟和实验验证。平面波经过轴棱锥产生横向光场不变的近似无衍射光，在最大无衍射距离内加入合适透镜将产生局域空心光束(Bottle beam), 而空心光束的尺寸可通过改变透镜焦距进行控制。 当光束继续传播，贝塞尔(Bessel)光发生自重建(Self-reconstruction), 但重建的Bessel光将会发散，光强随着传播距离增大而迅速下降，且中心亮斑尺寸也迅速增大。通过引入另一聚焦透镜对光束进行修正，恢复了Bessel光束的无衍射的特性。利用显微镜-CCD光束分析系统获得不同传播距离的截面光强分布，实验结果和理论分析及数值模拟相吻合。

针对三倍频过程的逆问题，即如何在给定三倍频脉冲形状及三倍频系统参数的前提下，通过逆算得到输入基频光脉冲形状，并采用脉冲堆积法来获得所需的基频光脉冲，提出了相应的计算模型和方法。以分步傅里叶变换和四阶龙格-库塔法为基础，通过数值拟合等方法，建立了三倍频光强与输入基频光强之间的定量关系。以预期输出三倍频光脉冲为具有特定形状的整形脉冲为例，通过逆算得到了相应的输入基频光脉冲波形。在此基础上，计算获得了脉冲堆积器的衰减系数、延时等控制参数。进而通过对基频光时间波形的整形，实现了所要求的三倍频激光脉冲输出。研究结果表明，该逆算方法具有原理简单、计算快速准确等优点，可为三倍频过程激光脉冲整形设计提供参考。

光学耦合腔可以模拟原子系统中的电磁感应透明(Electromagnetically induced transparency, EIT)效应。采用分离光学腔镜建立耦合腔，该系统易于调节腔的各种参数。通过改变中间耦合腔镜的不同透射率，实验测量了两耦合腔的反射谱，观测到两耦合腔由于经典相消干涉产生的类EIT现象。由于该系统简单灵活，可用于慢光速和超光速的实验研究。

研究了频率变化的相干态光场中两个二能级原子的纠缠演化,主要讨论了光场频率随时间作正弦调制和脉冲调制两种典型情况下两原子纠缠随时间演化的特点。 数值计算结果表明,当光场频率随时间作正弦调制时,光场频率,光场平均光子数均对原子纠缠演化有影响, 且在少光子数的情况下, 在光场频率变化的半周期内纠缠值出现小幅快速振荡; 而当光场频率随时间作脉冲调制时,由于脉冲频率的突变,也在脉冲出现的区间内诱导出了原子纠缠值的小幅快速振荡现象。分析表明光场频率的改变可以改变原子相干性, 进而改变了原子间纠缠效应, 这对量子信息技术中纠缠制备与控制有积极意义。

提出了利用贝叶斯推理选择混合像元内端元的模型。考虑到端元光谱的不确定性, 基于贝叶斯推理和线性光谱混合模型得到了像元内端元集合的后验概率表达式。在获得端元共存的先验知识基础上, 结合端元光谱的正态分布函数, 通过最大后验概率得到最佳的端元集合。通过对包含147431个像元的ETM+影像试验表明, 相对于IDRISI软件的MRES和PG算法,该算法可削减至少70%的冗余端元, 使端元选择错误导致的分解误差降低至少28%。结果表明, 由于充分考虑端元光谱的不确定性和端元的共存性, 通过贝叶斯推理可以大幅度提高端元选择的正确率, 从而改善混合像元的分解精度。

研制了一台机载三维激光雷达系统，它采用Nd:YAG高重频激光器作为光源，检流计和摆镜构成扫描机构，C30659-1060-R8B雪崩激光二极管作为望远镜回波探测，Si的PIN管作为发射光触发脉冲的探测，时间间隔测量卡用来探测距离。探测的距离精度35 cm, 振镜摆动频率:50 Hz(光学角±10°),20 Hz(光学角±25°);振镜摆动角度:机械摆角±12.5°(实现光学摆角±25°);回波强度8 bit;高重复频率累加可以得到三维的距离和强度信息。

研制成FY-3A气象卫星紫外臭氧垂直探测仪，于2008年5月发射。它是一台小型化、高精度、紫外-真空紫外光谱辐射计，用于测量大气太阳后向散射光谱辐亮度和太阳光谱辐照度，通过数据反演得到大气臭氧总量的垂直分布。在轨道高度830 km处获得160~400 nm太阳连续光谱和250~340 nm间12个特征波长的太阳分立光谱及太阳后向散射谱，在轨测试结果表明：FY-3A气象卫星紫外臭氧垂直探测仪全部功能正常，性能稳定。

实验测定了激光诱导Al等离子体中390.068,394.4,396.152,466.3056 nm等谱线的时间、空间分辨特性，由发射光谱线的强度和Stark展宽计算了Al等离子体中的电子密度，并由实验结果讨论了电子密度的时间空间演化特性。实验结果表明，当延时在100~1500 ns变化时，等离子体中的电子密度变化范围为0.02×10¹⁷~1.4×10¹⁷ cm^-3，在沿激光束方向上，当距离靶表面0~1.8 mm范围内变化时，相应的电子密度范围为0.28×10¹⁷~0.95×10¹⁷ cm^-3, 等离子体电子密度在沿激光束方向上具有很好的对称性。

偏振光谱技术是一种高灵敏度和高分辨的光谱技术。提出一种基于可调平衡探测偏振光谱的实验方法，研究了不同偏振面下偏振光谱线型的变化趋势，观测到光谱线型随偏振片旋转产生的翻转现象。通过结合偏振理论与平衡探测理论，对线型翻转现象进行了解释，理论与实验符合得很好。同时，研究了色散型谱线峰峰值与抽运光强之间的依赖关系，发现在抽运探测光强比约为100时谱线强度出现饱和现象，为利用偏振光谱进行激光器频率稳定时选择参数提供了理论依据。

针对一对一策略的支持向量机算法进行了加权改造，提出一种新的基于非线性相关系数的核方法，在没有地物真实参考图的情况下进一步提高了超谱数据的分类精度。该方法考虑到遥感超谱数据信息依波段分布不均匀的特性，采用非线性相关系数对各波段数据在核函数内部进行加权，使得与参考图相关信息多的波段在分类器中发挥更为显著的作用。同时还提出一种基于非线性相关系数的参考图估计算法，解决了实际应用中真实参考图难以获取的问题。实验对比了采用径向基函数核的支持向量机分类器，结果显示在内部参数为典型值时，所提方法可在无需地物真实参考图的情况下将多分类平均精度和总体精度提高2.90%和3.11%，且运算耗时无明显增加。

太阳光谱中重要的He-Ⅱ谱线(波长30.4 nm)的观测对于研究太阳活动和日地空间环境具有重要意义，实现空间极紫外太阳观测需要采用多层膜作为反射元件。研究了工作在30.4 nm的Mg基多层膜。以反射率最高为评价函数设计了多层膜，采用直流磁控溅射技术制备了SiC/Mg,B₄ C/Mg和C/Mg多层膜，用X 射线衍射仪测量了多层膜的结构。研究表明虽然B₄C/Mg多层膜理论反射率最高，但实际制备结果显示，SiC/Mg多层膜的成膜质量最好，反射率最高。同步辐射反射率测量表明：在入射角10°时实测的SiC/Mg多层膜反射率为44.6%。

啁啾脉冲振荡(CPO)与飞秒激光显微系统都要求在一定带宽内能够提供大的色散补偿，如此大的色散补偿要求是之前应用于飞秒激光器的各种色散补偿薄膜结构难以达到的。为此提出一种将基于共轭腔与G-T腔混合结构的初始膜系设计，只要在此基础上稍加优化，就可以满足系统的色散补偿要求。针对CPO系统与飞秒激光显微系统的实际需求，提供了两个设计实例，验证了这种初始结构的有效性。相比与于单纯用计算机优化方法生成的膜系，该结构更加简单而规整，因而便于实际的加工制备。

直接抛光后的SiC反射镜表面光学散射仍较大，无法满足高质量空间光学系统的应用需求。为此必须对SiC反射镜进行表面改性，以获得高质量的光学表面。目前国际上较为流行的是制备Si或SiC改性层进行表面改性。分别采用离子辅助电子束蒸发方法制备Si和SiC改性层进行改性，相关测试结果表明：Si改性层结构为立方相，改性后基底表面粗糙度(rms)降到0.620 nm，散射系数减小到1.52 %；SiC改性层结构为非晶相，改性后基底表面粗糙度(rms)降到0.743 nm，散射系数减小到2.79 %。两种改性层均与基底结合牢固，温度稳定性较高。从可靠性方面考虑，目前在国内第一种方法更适于实际工程应用。该工艺改性后SiC基底表面散射损耗大大降低，表面质量得到明显改善，镀Ag后表面反射率接近于抛光良好的微晶玻璃的水平，已能够满足高质量空间光学系统的应用需要。

采用两块大小均为10 mm×10 mm×0.2 mm 的BBO晶体级联的实验方案对中心波长为800 nm、脉宽70 fs、重复频率10 Hz的激光进行了倍频，针对BBO晶体的空间走离和相速度失配，分别调节两块倍频晶体的光轴夹角和基频光的角度匹配失谐量。实验表明，两块倍频晶体光轴反向平行可以补偿空间走离效应，一定的角度失谐可以补偿基频光和倍频光的相速度失配。在无聚焦情况下，使用两块BBO晶体级联相互配合优化将8.1 mJ的入射基频光倍频后得到带宽6.7 nm(傅里叶转换极限脉冲宽度为35 fs)、2.8 mJ以上的倍频光。其倍频效率高达35.7%，是同等条件下单块晶体倍频转换效率的1.7倍。

中心波长808 nm，脉宽70 fs的钛蓝宝石激光系统三倍频后产生的中心波长268 nm、带宽1.5 nm、单脉冲能量0.58 mJ的紫外超快激光光源经凹面镜聚焦后注入到样品池氩气中，由强场非线性效应诱导形成了等离子体通道，并对紫外激光脉冲光谱进行展宽。实验着重研究了268 nm波段的紫外激光成丝特点，以及在不同气体压强、聚焦长度、气体种类等条件下紫外光丝对光谱的调制作用。在2.2×10⁵ Pa氩气气压、焦距1000 mm条件下，可以获得光谱宽度3.3 nm，加宽为入射紫外脉冲的2.2倍。实验观察到压强和聚焦长度的增加都有利于等离子体通道的增加，有利于光谱展宽。紫外激光诱导的等离子体通道为在紫外波段内获得极端超快激光脉冲提供了有效的途径。

研制了针对Z-pinch强X射线辐射源的软X射线聚束透镜，利用西北核技术研究所“强光一号”加速器产生的钨丝阵高温等离子体辐射，对在高功率密度软X射线入射条件下的聚束透镜开展了实验。研究表明：由2401根X光导管组成的透镜，在输入软X射线功率密度达1.0×10⁸ W/cm²时，透镜的平均传输效率为9.6%，在软X射线传输过程中等离子体溅射被导管内壁吸收，透镜后焦点处能获得洁净的软X射线源，平均功率密度达到1.15×10⁹ W/cm²。