基于矩阵算法建立了一个可用于模拟水体非弹性散射过程的水体辐射传输数值模型。该模型采用单个均匀介质层中辐射能量随深度增大而呈指数衰减的假设，将非弹性散射作为源矩阵算子引入到矩阵算法当中进行解算。通过Mobley水体辐射传输标准问题7的验证以及与Hydrolight 5.0结果的比较，说明该模型对多次散射和非弹性散射的处理是正确的，是一个适合于全面模拟水体各种辐射传输过程的数值计算模型。同时在该模型的基础上利用三分量模型，模拟分析了水体各成分对水体非弹性散射的影响以及非弹性散射在遥感反射率中所占的比重。分析结果表明拉曼散射只在清洁水体中对遥感反射率的贡献较大。而随着水体中黄色物质浓度和叶绿素浓度的提高，相应波段的遥感反射率中非弹性散射所占的比重不断提高，但是叶绿素和黄色物质彼此之间却是相互抑制对方的非弹性散射作用。另外悬浮泥沙对非弹性散射作用的削弱非常明显，在高浓度悬浮泥沙水体中非弹性散射过程甚至可以忽略。

利用地基探测仪器监测大气痕量气体的区域分布及动态变化，对于有效评估和预测局部地区的大气环境以及星载大气成分探测仪器性能指标的提出具有重要的意义。在现有痕量气体反演算法SFIT2的基础上，通过改进最优化寻优策略，建立了基于信赖域的痕量气体反演的新模型，解决了实际应用中大气先验信息与实际状况差异较大时的算法全局收敛性问题，实现了大气参数获取困难时痕量气体的有效反演。基于北京地区9~10月间地基红外超光谱数据，对大气中重要痕量气体CO的柱状总量和混合比廓线进行了反演实验，结果表明，该改进反演模型的有效性，能够为后续研究痕量气体含量的变化规律及其对环境、气候的影响程度提供支持。

为了提高光学折射法海水盐度检测精度，综合分析现有检测方法，认为其海水盐度检测精度低的主要原因是其检测光路为平行平板模型。由此，提出了棱镜模型多次折射法检测方案。利用棱镜模型而不是平行平板模型，提高了光线的偏折角；通过设置多个棱镜模块，进一步扩大偏折角，从而大大提高系统的分辨力。设计了光路并进行仿真分析，研制了样机并进行了海上实验。结果表明，盐度检测的分辨力达0.0012‰，重复性不大于±0.016‰。由海上与ALEC温盐传感器比测实验表明，与ALEC传感器一致性好，稳定性好，比测误差在±0.1‰以内。

针对有色溶解有机物(CDOM)和颗粒物在短波波段的强吸收特性对海冰内部及下层海水生物的区大影响，研究了辽东湾海冰内部CDOM和颗粒物的吸收特性。海冰内部CDOM的吸收为下层海水CDOM吸收的1/5~1/2，海冰内部CDOM吸收的最大值一般出现于海冰的表层和底层。由于大气的沉降作用，海冰内部颗粒物吸收的最大值出现于海冰表层。辽东湾海冰CDOM斜率范围为0.0122～0.0231 nm-1，下层海水CDOM斜率范围为0.0174～0.0190 nm-1。海冰生长速率和下层海水CDOM决定着海冰CDOM斜率剖面分布。较高的海冰内部CDOM和颗粒物浓度导致衰减系数的谷值向长波方向移动。

利用米氏散射理论分析O2,N2,CO2，水滴和气溶胶等粒子的散射与偏振特性，通过随机传输理论仿真不同粒子影响下的偏振分布，并与检测结果进行比对，对粒子散射特性及其对空间偏振特性分布的影响进行了系统的理论研究。计算了不同粒子的散射系数和吸收系数随尺寸和复折射率的变化规律，研究了典型气态分子和非气态粒子偏振度及散射光强随散射角度的变化规律。通过检测结果与气态分子与非气态粒子影响下的模型之间的对比，得到空间中的偏振分布主要由气态分子决定，而地平附近中性点的出现与太阳高度角较低时刻偏振度的衰减与非气态粒子密切相关的结论。

根据大气光学湍流的光纤干涉测量技术原理及其信号表现形式，提出了一种基于希尔伯特(Hilbert)变换的动态相位差解调算法。数值模拟结果表明，该算法能够解调出波形相位差和符合湍流频谱特征的随机相位差，且绝对误差小于10－3，与相关法的解调结果一致。两者对比分析表明，Hilbert变换算法无需设定相关长度，对信号无平滑效应，因而能够更好地反映信号的频率特性。该研究为湍流随机相位差的检测提供了一个新方法。

平场全息凹面光栅的制作和使用中不可避免地存在结构参量误差，包括曲率半径误差、制作结构误差以及使用结构误差。利用光线追迹方法研究了像宽随波长的变化曲线与子午焦线的对应变化关系，有助于光谱仪的设计和装调。通过分析各种结构参量误差对像宽曲线的影响发现，在较大误差范围内，光栅参量误差对子午焦线的影响作用为平移作用和倾斜作用。数值计算结果显示，光栅结构参量误差之间存在普遍的补偿作用，误差补偿之后光栅的成像质量能够达到与设计结果相近的水平。

为了获得准确的平面光栅衍射效率测量结果，需要对平面光栅效率仪的测量过程进行分析。通过对测量过程中影响测量结果的光栅出射光谱增宽和衍射光束截面变化等主要因素进行分析，给出了两者关于入射波长和光栅刻线密度的关系式。运用多元线性回归分析的数学方法，在大量实验数据的基础上，建立了回归修正公式，分别从理论和实验上验证了修正公式的准确性和可靠性，并将此修正公式编入测量程序，可以在测量结束的同时自动修正测量结果。结果表明，经过修正后的测量值更加接近理论值，偏差均在±2%以内，可以实现对光栅衍射效率的准确测量。该方法不仅实时性强，而且不必对仪器部件做出任何改动，满足仪器操作简单、测量快速准确的要求。

基于折射率匹配耦合原理，提出并设计了一种新型宽带单偏振单模光子晶体光纤，阐述了工作原理并利用全矢量有限元法对其进行了数值模拟。当中间纤芯和边芯之间空气孔1和2的直径为2.4 μm时，波长在1.26~1.7 μm的范围内，偏振相关损耗大于4.08 dB/m，单偏振单模的带宽高达440 nm；当空气孔1和2的直径为2.6 μm时，在波长1.31 μm处，x偏振模的限制损耗为26.93 dB/m，而y偏振模的限制损耗仅为0.01 dB/m，在波长1.55 μm处，x偏振模的限制损耗为38.66 dB/m，y偏振模的限制损耗仅为0.05 dB/m。这种光子晶体光纤具有高带宽特性，并且在1.31 μm和1.55 μm两个通信窗口存在高相关偏振损耗。

针对空时编码技术在空间激光通信应用中受到的限制，提出了一种基于强度叠加编码的空间光多输入多输出(MIMO)通信算法，设计了算法中使用的码元光强码的编码和解码规则，分析了不同天线阵列组合下的系统信道容量，给出了最佳判决门限选择方法，并在此基础上计算了不同系统组成下的误码率。仿真计算表明，与单发单收系统相比，强度叠加编码的光MIMO系统在信道容量方面有1倍以上提升，而误码性能优势也在10 dB以上的信噪比条件下得到充分发挥。

研究了光频域反射技术（OFDR）中因激光线宽有限而造成的激光相位噪声对系统性能的影响。理论推导了相位噪声的分布函数，仿真分析和实验测试了激光相位噪声与激光相干长度、反射信号强度之间的内在关联性。研究结果表明，激光相位噪声是OFDR中的重要噪声来源，影响着系统的测试精度和可测距离，当测试距离接近相干长度、链路中存在强的反射信号时，激光相位噪声的影响将更加严重、影响范围也将增加。因此，在OFDR的设计和应用中必须对激光相位噪声问题予以高度关注和设计考虑。

研究了基于双臂马赫曾德尔调制器（MZM）产生全光正交频分复用信号的原理，讨论了正交光子载波的产生由MZM的射频驱动和直流偏置电压决定的特性；并对基于载波抖动对系统的损伤定义了一个新的参数载波均衡，以准确地描述产生全光正交频分复用载波的传输性能。根据选择的载波均衡参数，得到了产生2,3,4和5条正交光载波的最佳工作点；在接收端采用改进的马赫曾德尔延时干涉仪和光门实现全光离散傅里叶变换，并测得了光门的相位取值和接收端滤波器带宽对接收信号误码性能的影响；最后研究了基于5条正交光边带100 Gb/s全光正交频分复用的传输系统性能。

研究了偏振分集技术消除干涉型光纤传感器中偏振衰落问题的基本原理及实现方法。理论分析表明，偏振二分集可大大缓解偏振衰落。搭建光纤传感系统对偏振二分集技术进行了实验验证，实验中单路最小可视度接近0，而偏振二分集得到的最小可视度为0.4。实验结果表明系统采用的相位载波调制解调技术实现了信号的稳定检测。

宽视场成像光谱仪采用线列光纤束进行视场折叠以改进其性能。作为一种特殊的光学元件，线列光纤除了具有传像功能外，还具有离散采样特性，这需要采用新方法评价其成像性能。以对比度传递函数的定义为基础，推导出线列光纤束的对比度传递函数解析表达式，据此研究了线列光纤传像束对比度传递函数的特性。结果表明，在极其靠近Nyquist频率及其分频的频域，对比度传递函数呈现出振荡现象，收敛速度与频率偏离量、光纤数相关，随着光纤数的增多呈现出明显的收敛趋势；在其他频域，当光纤数小于100时，对比度传递函数就收敛于平均值。对比度传递函数随初位置呈现出周期变化。

实验发现飞秒激光单步刻蚀的光纤微腔两个反射壁与纤芯轴向并不完全垂直，微腔形状与飞秒激光经显微物镜聚焦后的焦点相对于光纤的位置有关。当激光经显微物镜聚焦于光纤侧表面时，刻蚀的微腔形状近似V型。与常规的光纤法布里珀罗(F-P)腔相比，V型光纤微腔干涉谱出现了自由光谱范围、微腔光损耗以及干涉条纹对比度与波长有关等反常现象。通过引入倾斜因子概念，构建了V型光纤微腔模型，推导出V型F-P腔干涉公式，初步建立了V型光纤微腔干涉理论。利用该理论研究了V型光纤微腔的干涉谱特性，数值模拟了不同倾斜度对光纤微腔干涉谱的影响。理论分析结果与实验光谱测量结果相符。

调制传递函数（MTF）是高空间分辨率光学卫星相机的重要参数之一。提出一种基于周期靶标的直接检测方法，从遥感影像数据计算得到成像系统在奈奎斯特频率处的MTF值，同时利用参数化模型获取全频率的MTF曲线。试验结果表明，在均匀的暗背景上，沿遥感器的垂轨方向与顺轨方向上分别布设5组非整像素（地面像元分辨率）间隔的三线靶标，并在大面积靶标的配合下，可直接测得光学卫星相机的MTF值，检测误差优于5%，满足在轨检测的应用要求。

将数字微镜器件（DMD）应用于压缩感知(CS)关联成像，在该成像方案中，只需用无空间分辨能力的桶探测器，并结合相应的算法就能得到物体的像；将此成像方案应用于多光谱成像，仅需用线列探测器就能得到物体多光谱像,简化了多光谱成像探测的光电记录过程。通过对关联成像和CS理论的介绍阐明了成像原理。在实验平台上搭建演示装置，分别用强度关联算法和CS算法计算得到物体像，通过比较表明CS算法提取信息的效率更高；且实验表明在透镜口径足够大时，成像系统的分辨率由DMD面元大小决定。在原成像装置上，对桶探测器接收的光强信号进行谱分辨测量，线列探测器记录各光谱信号,利用CS关联成像方法得到物体多光谱像。

为实现λ/100峰谷值(PV)的光刻投影物镜面形检测精度要求，深入分析了自重变形对大口径超高精度Fizeau干涉仪的光学性能产生的影响。设计的球面标准具结构，其系统波像差达到λ/1000(PV)、像方数值孔径（NA）值为0.36，用于口径超过300 mm的球面镜面形检测。使用Patran/Nastran软件通过有限元方法（FEM）对标准具镜组中一块镜子在胶结辅助支撑和压圈切向支撑两种支撑方式下的自重变形进行分析的基础上，得出在假定载荷作用下各光学元件表面的变形量及刚体位移量。利用泽尼克多项式将变形量大小进行拟合，得到镜子的波像差大小，完成光机转换，分析得到适合的支撑方式。将此支撑方式运用到整个系统，实现了在自重变形下系统的波像差大小优于λ/100(PV)水平。结果证明采用这种支撑方式，可以满足超高精度检测要求，为合理的干涉仪设计提供了数据依据、为提高系统精度奠定了基础。

提出了一种新的基于单幅彩色正弦光栅投影的三维形貌测量方法。利用计算机产生一幅正弦条纹图和两幅单一强度图分别通过红绿蓝(RGB)三个通道合成为一幅彩色条纹图，并由液晶投影仪投影到被测物体表面，彩色变形条纹由彩色电荷耦合器件（CCD）采集并保存在计算机中。对畸变的彩色条纹进行三色分离处理，利用其中的红色条纹分量与蓝色背景相除消除不均匀反射率的影响，进而通过条纹强度正则化与修正的反正弦算法得到物体的三维形貌。对投影仪的非线性输出响应导致条纹强度的非正弦性提出了修正方法，提高了单幅条纹图形貌测量精度。最后给出了实验结果，并与传统的四步相移方法相比较，验证了新方法的有效性。

为了保证非接触式掌纹识别系统所采集的掌纹图像清晰度能够满足识别要求，缩短用户的测试时间，建立了图像清晰度与掌纹错误识别率的关系模型，并实现改进的非接触式在线掌纹识别模拟系统。引入图像清晰度评价函数，建立图像清晰度函数与物距（手与镜头的距离）之间的关系模型；进一步建立图像清晰度与该清晰度下掌纹识别系统错误识别率的关系模型；实现改进的基于清晰度评价模块的非接触式掌纹识别模拟系统。实验结果表明，改进的模拟系统保证了非接触式掌纹识别图像采集的成像质量，降低了错误识别率，具有实用价值。

提出了基于双相位编码联合变换相关器(JTC)的图像位移探测算法。随机产生一相位码对参考图像编码，与目标图像叠加作为输入图像，通过傅里叶变换得到联合功率谱，用同样的相位码对其编码并进行滤波，傅里叶逆变换后得到涉及位移矢量的互相关峰。给出了多帧图像间位移矢量的探测技术。相比传统的相关器探测技术，此算法能更有效地利用输入平面，将自相关项以噪声的形式散射在输出面，只保留一互相关项，有利于位移矢量的探测。比较了不同位移矢量探测技术，表明所提的技术更具有优势，均方根误差能够控制在0.1 pixel内。

为完善国内星载电离层成像光谱仪研究，设计了一种适用于120~180 nm波段探测的光学系统。根据探测目标特点，结合国外方案提出了以离轴抛物镜为物镜，超环面光栅为成像光谱系统的方案；为解决传统单光栅结构像差校正不均匀、空间分辨率低等缺点，结合光栅表面方程和光程函数方程进行了理论分析，获得了全波段像差纠正的处理方法；利用Matlab编程计算初始结构，并用Zemax设计优化，成功得到了F数为6.8，焦距为102.3 mm，具有良好空间分辨率和高光谱分辨率的星载电离层成像光谱仪系统。通过对结果进行分析可知，全系统的像差得到充分校正，全视场全波段调制传递函数值在0.7以上，光谱分辨率0.56 nm，满足设计指标要求，设计方法和设计结果合理可行。

为了测量由卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机的亚像元像移，使用了光学联合变换相关器(JTC)对安装在相机焦面上的辅助面阵CCD采集到的相邻两帧图像进行相关运算。给出了使用该方法测量像移的原理，搭建了实现JTC的光学实验平台，对JTC测量相机像移的性能进行了实验研究。结果表明，使用JTC完全可以测量空间相机的亚像元像移，并且像移测量精度不随所拍摄景物的内容变化。测量误差服从均值为0的正态分布，在显著性水平为0.05下，像移测量误差的均方差不大于0.12 pixel，完全满足空间相机的使用要求。

三维视觉测量技术从一幅或多幅二维图像或者视频剪辑自动获取现实世界中目标和场景的几何模型、运动和形变等信息，从而识别和理解三维现实环境。针对传统三维视觉测量易受亮度变化、尺度变化、旋转变化及噪声影响的缺点，提出了一种基于多尺度单演特征检测与匹配的三维视觉测量新方法。该方法采用泊松（Poisson）滤波算子和里斯（Riesz）变换提取图像的多模式单演特征，包括局部幅值、局部方向、局部相位和彩色相位；模拟人眼视觉功能构建多模态的局部特征描述子及特征空间的相似性距离测量函数；将该相似性测量应用于立体匹配和三维视觉重建中，并进行了定性和定量的实验评估。

针对汽轮机低压缸中水滴的平均尺度的实时测量问题，提出了一种用于从水滴散射光强分布中快速反演水滴粒径参数的半经验理论方法。根据米氏(Mie)散射理论，数值计算了不同水滴尺度对应的散射相函数曲线，并在前向小角度范围内，通过高斯函数拟合得到Mie散射理论的近似解析解，进而拟合得到水滴粒径随高斯函数参数变化的半经验理论公式。在不同条件下，用CCD相机测量得到模拟低压缸内湿蒸汽的散射光强分布图像，通过半经验理论公式快速反演得到水滴群的特征尺寸。结果表明，该方法通过约束水滴特征尺寸的有效范围，得到了散射比与水滴粒径之间简化近似的半经验理论模型，在一定置信范围内可以解决蒸汽湿度的在线测量问题，具有一定的应用价值。

设计了一种简单有效的折叠腔，采用具有部分透过率的平面反射镜作为谐振腔的腔镜，实现了激光的单路输出，提高了激光器输出的利用率，增强了激光器的实用性。利用计算机编程分析了谐振腔内元件的参数对腔内光斑分布的影响。利用自聚焦透镜对激光二极管(LD)进行整形，实现了端面抽运Nd:YVO4半导体可饱和吸收镜(SESAM)连续波锁模稳定运转。在抽运功率为3 W时，获得了平均功率为800 mW，脉冲宽度为5.2 ps的锁模脉冲，光光转换效率为27%。

利用输出波长为1064 nm、脉冲宽度为20 ns的钕玻璃YAG激光器，对2A02铝合金进行了表面冲击强化试验。测定了激光冲击后材料的表面硬度和残余应力，用快速傅里叶逆变换(IFFT)方法分析了铝合金激光冲击诱导的晶内亚结构及其演变行为。结果表明，激光冲击强化可使2A02铝合金表面硬度提高50%以上，残余压应力达到120 MPa以上。微观组织的透射电镜(TEM)及IFFT分析结果表明，激光冲击区域晶内位错组态丰富，由刃位错和中心位错带等组成；位错墙可细化晶粒；位错偶极子聚集成为激光冲击非平衡形变条件下纳米晶内亚结构特征构元。激光冲击诱发的晶格内复杂的位错组态和晶格畸变是表面硬度和残余应力提高的主因。

基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速数据处理能力，介绍了一种采用双比例积分微分(PID)算法的数字化伺服控制系统，在一定程度上改善了数字化锁相中锁定精度与控制范围之间的矛盾，大大提高了单次锁定持续时间。程序采用正弦扫描和积分扫描两种方法分别实现了相位失锁自动搜索功能，并且在实验上得到了验证。前者失锁后的搜索时间更短，而后者稳定性更高，单次锁定持续时间更长。相对于传统的模拟电路伺服系统，该数字伺服控制系统在锁定精度方面略有差距，这主要受到FPGA数字电路的电子学噪声及处理速度的限制，但在锁定持续时间上却有明显优势。

基于Hnsch-Couillaud（H-C）频率锁定技术，通过理论计算得到了用于实现激光到环形腔频率锁定的误差信号，并在实验上利用1583 nm激光与腔内含有KTP晶体的蝶形环形腔对激光到环形腔的频率锁定进行了实验研究，理论结果与实验结果相符。该方案与传统方法相比，大大简化了实验装置，而且操作方便灵活，可以广泛地应用到激光技术、污染气体检测等众多领域。

提出一种基于单幅图像的回转类锻件三维重建方法。利用图像中提取的锻件截面椭圆求解圆环点图像，并结合极线约束建立绝对二次曲线像的三参数约束方程，进而求取相机的内参数矩阵。利用平行截面椭圆间的平面投影特性，进行回转体表面经线和纬线的求解，进而通过对经线进行校正实现被测锻件形状的三维重建。利用拉盖尔(Laguerre)公式进行截面椭圆可见区域求解，提出了一种等弧长纹理采样方法，解决了传统纹理提取中纹理分辨率不一致的问题。实验结果表明，在只利用被测对象自身几何约束，不借助辅助标定设备条件下，形状重建及纹理映射结果较为有效。

针对砖瓦自动码坯中人工值守效率低、劳动强度大以及易漏检等问题，提出基于机器视觉的坯体异常自动检测与识别方法。分别采集分坯机和窖车上的坯体图像，采用改进的准十字中值滤波进行降噪处理；利用Canny算子提取坯体边缘；在分析坯体外形结构特点的基础上，采用极角约束的Hough变换对坯体纵向边缘直线段进行检测，提取每列坯体纵向完整度和横向宽度两个特征量对坯体进行异常识别。实验结果表明：在单层码坯和多层码坯方式下对掉坯、坯体错位和坯体倾斜的平均识别正确率为98.2%。能满足自动码坯系统中烧结普通砖坯体异常自动检测与识别的需求。

针对目前扩散光学断层(DOT)成像空间定位精度较低的特点，采用与磁共振成像结合的成像方法，通过有限元网格引入磁共振先验解剖信息，可有效提高重建图像的空间分辨率和定位精度。定义了多个评价指标，利用点扩展函数(PSF)仿真，在不同组织分类和不同的光学参数条件下，定量评估了重建图像空间位置的准确性、有效分辨率和对称性，并给出了具有深度信息的三维重建图像。仿真结果表明，将大脑组织分成头皮、头骨、大脑和脑脊液可以得到最优的扩散光学断层成像的图像质量，且图像质量在三维空间分布较为均匀，同时验证了在一定范围内改变组织的光学参数大小，重建图像指标仅在较小的范围内浮动，对仿真结果影响可忽略。

提出了一种利用啁啾匹配光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)来提高超短脉冲激光信噪比(SNR)的方法。通过与传统的光参变啁啾脉冲放大方案对比，发现啁啾匹配的光参变啁啾脉冲放大方案可以更好地提高信噪比，同时保持较高的转换效率。利用满足啁啾匹配条件的啁啾参数的计算方法，分析了非线性晶体长度、噪声带宽、抽运啁啾大小以及抽运光信号光同步程度等因素对信噪比提升效果的影响。

基于双光子荧光法测量原理，实验研究空气中飞秒激光成丝区域内飞秒脉冲的时域特性。实验结果证明，该测量技术可以同时对成丝区域内飞秒脉冲的宽度、啁啾率以及光束半径进行测量，在空气中飞秒激光成丝的动态过程的研究中具有应用价值。

根据磁光光纤的椭圆双折射特性，提出了导波光脉冲演化的本征型和非本征型非线性耦合模方程，分析了非线性效应和椭圆双折射对光脉冲传播行为的影响。通过分析光脉冲的自相位调制特性，得到了磁光光纤等效非线性系数与本征椭圆偏振光椭圆率的关系，磁光光纤中自相位调制引起的最大非线性相移会随着外加磁场的增加而减小，从而揭示了非线性光学器件的磁控机理。研究表明，本征型非线性耦合模方程对分步傅里叶算法的适应性最好；对于线偏振光入射情形，增加磁场有助于减弱光纤非线性的偏振依赖性。在光通信领域中，可应用于对光纤非线性效应的控制。

成像型任意反射面速度干涉仪（VISAR）是激光驱动聚变实验中诊断冲击波速度的重要设备，能对在透明聚变材料中传播的冲击波进行速度测量。介绍了在已有的神光Ⅲ原型装置的VISAR系统基础上进行改进获得的30倍成像型VISAR系统。详细阐述了其光学系统的构成和部分光学元件参数，综合考虑已有VISAR系统存在的一些问题，对系统光路进行了重新设计，放大倍率适合光学条纹相机的记录长度，设计结果表明空间分辨率优于5 μm，照明均匀，结构简洁易于加工安装，较以往系统有所提高。

随着航天技术的发展，轻质反射镜的研究正朝着径厚比更大、轻量化更高的趋势发展。然而，当轻质镜面形精度峰谷(PV)值低于0.1λ时，镜面面形会明显产生波浪形的“压印效应”。重力及磨头压力所引入的“压印效应”已成为轻质结构反射镜高精度加工的技术壁垒。通过有限元Ansys软件仿真分析，采取从轻质镜结构内部施加反向压强的方法，消除轻质镜面抛光区域由于磨头压力及重力作用产生的镜面弹性形变，在满足普林斯顿去除函数方程条件下消除轻质镜面的“压印效应”。由仿真结果得到浸入充气式方法不但能消除“压印效应”，反射镜抛光面面形精度更优于重力状态。

应用米氏理论，对银膜包覆PMMA纳米核壳结构的局域表面等离激元共振行为进行了模拟计算，研究了颗粒尺寸、核壳比等参数对纳米核壳结构局域表面等离激元共振消光光谱的影响；同时将其与实心银纳米球的局域表面等离激元共振光谱行为进行了比较。结果表明，相对于实心银纳米球，银膜包覆PMMA纳米核壳结构的共振峰位更加红移，且共振峰的宽度更窄。这些性能上的提高，是由于纳米PMMA介质核的存在减弱了电子云振荡过程中的滞后效应，利于化学生物传感器方面的应用。

基于一阶玻恩近似条件，分别得到了标量和电磁平面波经过准均匀(QH)介质散射的二阶强度相关场对比度解析式。解析结果显示，对于标量平面波入射的情况，其对应的强度相关场对比度与散射势强度及比率D/R(D为光纤探头的口径，R为散射体至光纤探头的距离)有关。而对于电磁平面波入射情况，其对应的对比度与散射势强度、入射光偏振度及比率D/R均有关。此外，针对上述两种入射条件下的对比度数值受到各类参量的影响变化关系分别进行了数值仿真研究。仿真结果进一步表明，通过获取强度相关场的对比度数值并利用逆散射问题的求解，可以达到对准均匀介质散射势强度参量的反演和测量。理论结果对赝热光应用于光学相干层析术和鬼像实验中未知散射介质的测量有一定的潜在应用价值。

提出了一种用于单频激光干涉仪的非线性误差被动补偿方法。利用干涉仪中波片位置的在线预置，实现干涉仪偏振态的超前调整，补偿干涉仪中由偏振分光棱镜、消偏振分光棱镜以及波片的性能和位置非理想导致的非线性误差。构建干涉仪非线性误差在线检测装置进行实验研究。结果表明，通过被动补偿方法集成的干涉仪输出信号的交直流抑制比大于500，非线性正交相移m减小至0.003 rad(0.15 nm)。通过连续24 h的稳定性测量实验可知，参数m变化幅度在0.024 rad(1.21 nm)内，极大地抑制了干涉仪的非线性误差。

就时间抖动对相位编码量子密钥分发(QKD)系统量子误码率(QBER)的影响进行了系统的分析，建立了相位编码QKD系统量子误码率和时间抖动关系的物理模型，给出了单光子脉冲的一般波形函数和量子误码率之间的关系。针对高斯脉冲分布，导出了时间抖动引起的相位编码QKD系统的量子误码率与脉冲宽度和时间抖动分布参数之间的定量关系。得出高斯分布的单光子脉冲在确定的时间抖动分布的情况下系统的量子误码率。提出了通过控制系统抖动参数和单光子脉冲宽度来减小系统量子误码率的方法。

考虑将W态中的两个二能级原子分别注入耦合腔A和B中，并且原子与腔场发生共振相互作用的情况。利用Negativity熵来描述两子系统间的纠缠，采用数值计算方法研究了腔内原子与原子间、腔场与腔场间和原子与腔场间的纠缠特性。通过对是否进行腔外原子选择性测量的结果的比较，讨论了原子选择性测量对纠缠性质的影响。研究了腔场间的耦合强度变化对纠缠特性的影响。研究结果表明，对腔外原子的选择性测量，可增强腔内原子间、腔场间和原子与腔场间的纠缠。

高分辨率反射式转镜干涉光谱仪是一种新型傅里叶变换光谱仪，它利用倾斜旋转镜的转动产生非线性的光程差(OPD)。光程差的研究对于干涉光谱仪的性能指标分析、设计和研制具有重要意义。在介绍反射式转镜干涉光谱仪的原理基础上，描述了利用基于马吕斯定律的光线追迹法和基于镜面成像原理的像点法分析其光程差的方法。利用光线追迹法导出了任意时刻光程差的表达式，分析了影响光程差的因素和影响最大光程差的因素及其权重。像点法直接利用计算机仿真计算，是一种新的分析光程差的方法。计算结果表明，光程差与主、次转镜中心之间的空间距离、转镜倾斜角以及光线入射角密切相关；同时，用这两种方法计算光程差行之有效且结果一致。

利用传统熔融淬冷法制备了系列Tm3+/Yb3+共掺复合银纳米颗粒铋锗酸盐玻璃样品。测试得到表征银纳米颗粒存在的表面等离子体共振(SPR)峰位于556~581 nm，透射电镜图像中观察到均匀分布的Ag纳米颗粒，尺寸约为5~25 nm。通过测试玻璃样品在400~900 nm波段的上转换光谱，对铥镱共掺复合银纳米颗粒铋锗酸盐玻璃的上转换发光机制进行了探讨。结果表明，由于银纳米颗粒表面等离子体共振导致的局域场增强以及Ag0→Tm3+的能量转移， Tm3+离子476 nm处的上转换蓝光（1G4→3H6）、649 nm处的上转换红光（1G4→3F4）和801 nm处的近红外光（3H4→3H6）在AgCl掺杂质量分数为0.2%时达到最大值，与未掺杂AgCl的样品相比，分别提高了约18.1,8.3,6.4倍。

为了满足设计和生产多层膜系时精确确定薄膜材料光学常数的需要，建立一种基于透射率光谱包络来获取弱吸收光学薄膜光学常数的均匀模型。为消除基底背面反射对光学薄膜光谱性能测量的影响，给出一种非破坏性的薄膜光学特性校正方法，校正实测光谱数据获得光学薄膜的单面光谱，并给出确定基底光学常数的方法。研究钼舟热蒸发工艺制备的沉积在CaF2基底上的LaF3薄膜样品，并获得了刚沉积的和紫外照射处理40 min后的LaF3薄膜以及CaF2基底在160~340 nm的光学常数。结果表明，紫外照射处理可以提高LaF3薄膜的光学特性（增加折射率和降低消光系数），并降低LaF3薄膜的物理厚度。

根据多光束干涉原理设计出用于薄膜太阳能电池的异型布拉格背反射器(IDBR)。该异型布拉格背反射结构由两对非晶硅(36.5 nm)/二氧化硅(81 nm)分布式布拉格反射器（DBR）结构与三对非晶硅(73 nm)/二氧化硅(162 nm)DBR结构组合而成。讨论了不同结构的背反射器性能，分析了IDBR中心波长与层数的选择依据。采用迭代法计算了IDBR的反射性能。用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）在硅衬底上生长出具有5对α-SiH/SiO2结构的IDBR，并测试其反射光谱曲线。实验证明该反射器在420～1400 nm的光谱范围内设计反射率达到87%，在600~1300 nm波长范围内的平均反射率高达91.6%，从而具有显著提高太阳能电池的宽谱吸收效率的潜力。

借鉴颜色分区理论，以青、品、黄、黑、桔红、绿为基色构建6色印刷分色模型。从现有6色国际色彩联盟(ICC)特性文件中获取光谱反射率数据，计算纽阶堡基色的色度数据，并创建各分区纽阶堡印刷呈色模型。在利用迭代法对分区纽阶堡方程组进行反向求解的过程中，引入了基于节点地址的色域压缩方案，成功地解决了对目标色域外样本点进行分色求解所出现的异常值问题。基于新分色模型制作相应的多色ICC特性文件。采用主观评价方法设计了模型评价实验。纵向和横向评价实验结果表明，提出的6色分色算法在精度上与主流色彩管理软件的分色算法相当，且通过完善纽阶堡方程的修正和灰色成分替代实验能够进一步提高算法性能。

Morpho蝴蝶的颜色效应是由蝴蝶鳞翅上特殊的分级微纳结构与光发生干涉、衍射和散射等作用引起的，是一种典型的结构色。以严格耦合波理论（RCWA）为基础，借助光学衍射结构综合设计工具，建立了仿蝴蝶鳞翅分级结构的二维模型，系统分析了底层电介质单元横向周期占空比、纵向相邻电介质单元宽度差值、介质层纵向周期占空比以及脊柱与基底之间夹角等结构参数对Morpho蝴蝶鳞片光学特性的影响。揭示了蝴蝶鳞翅结构色的显色机理，为具有环境检测功能的仿生微纳结构和器件的设计、制造和应用提供了理论指导。