为探索舰船尾流后向光学检测方法，研究了尾流气泡对水中激光脉冲后向散射特性的影响。首先基于Fournier Forand 体积散射函数，利用蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法理论分析了近距离尾流气泡对激光脉冲后向散射特性的影响。然后，采用蓝绿激光脉冲作为光源，实验研究了模拟尾流气泡对激光脉冲后向散射信号的影响。研究表明，尾流气泡的存在会使得激光脉冲后向散射信号前沿位置在时域左移，后沿位置在时域右移，信号时域宽度增加，能量增强，峰值增大且位置在时域左移。最后根据研究结果提出了一种基于激光脉冲后向散射信号特征变化的舰船尾流气泡后向检测方法。

根据Mie散射理论，以对数正态分布函数描述沙尘气溶胶粒子群的粒径尺度分布，计算了沙尘气溶胶粒子群在0.2~40 μm波段间对太阳短波辐射和地球大气长波辐射的单次散射反照率、散射相矩阵函数，揭示了不同相对湿度时，沙尘粒子群对入射辐射的散射和偏振的特征。结果表明，沙尘粒子群的单次散射反照率随着入射波长的增加有较大起伏，不同相对湿度条件下，变化趋势基本一致；在可见光、近红外波段单次散射反照率随湿度增加而变大，湿度95%时非常接近于1；大于10 μm的热红外波段单次散射反照率随相对湿度增加而减小，具有较强的吸收辐射能力。散射辐射强度受湿度影响较小，随散射角的增加呈现先减小后增大的趋势，且增大的趋势随着波长的增加而减弱；不同波段上，线偏振和圆偏振随散射角和相对湿度变化存在差异；在前向和后向仅对入射辐射为圆偏振辐射产生圆偏振散射；散射光的偏振特性及其湿度差异主要表现在后向散射区，多以拱形形式体现。拱顶峰值散射角位置存在差异，且峰值散射角随相对湿度的降低向后向漂移。

基于颗粒物米氏散射特性、激光自混合三镜腔理论和激光器稳态条件，推导出在大气颗粒物光反馈下激光器频率、功率、线宽的理论表达式，建立了大气颗粒物光反馈下的激光自混合理论模型。同时，数值模拟和分析了大气颗粒物物理参数对激光自混合干涉信号的影响。结果表明，在一定粒径范围内，激光自混合反馈强度随大气颗粒物粒径增大先增大后减小，且反馈强度峰值出现的位置随颗粒物折射率实部的增大、虚部的减小向粒径较大处移动；自混合系统的外腔长度影响自混合干涉信号的波动深度，激光器输出光信号的幅值随外腔长度增大呈指数衰减；自混合干涉信号波动频率与大气颗粒物运动速度呈线性关系。分析结果对基于激光自混合效应的大气颗粒物多物理参数传感具有重要作用。

为进一步提高紫外臭氧垂直探测仪(SBUS)在轨探测及数据反演精度，提出了SBUS地面定标的一系列改进方案，其中为实现地面定标与在轨工作环境一致的全波段真空辐射定标是改进的第一项。通过构建SBUS大气/真空光谱辐照度响应度比对测试装置，实测了两种环境下SBUS整机对同一光源的光谱辐照度响应。结果显示，在250~300 nm波段，真空/大气相对偏差约0.8%；在300~400 nm波段，真空/大气比对结果随波长变化，最大偏差略高于15%。而仪器250~400 nm波段定标环境引入的单项不确定度，真空定标比以往大气定标减小了1.8%。理论分析及实验验证后发现SBUS反射元件Al+MgF2膜层在真空/大气下光谱反射率会发生变化，从而证实了SBUS在真空环境下定标的必要性。

为确定三维显示中视差障栅(PB)的最优参数，提出一种基于彩色叠栅条纹的PB参数设计方法。液晶显示器(LCD)和PB简化为相应参数的黑白光栅模型，而具有特定参数的特定辐射光栅作为周期和倾角变化的PB模型，通过序数方程和傅里叶分析方法分析特定辐射光栅和LCD单色等效黑白光栅的叠加图样，由此推断出不同PB周期的低频主导条纹频率组项，然后利用傅里叶理论的部分和提取方法（PSE）分析不同PB周期的低频主导叠栅条纹的强度轮廓，得出PB的最佳节距和相应倾斜角度。实验结果表明，所设计的PB三维显示系统没有出现降低像质的叠栅条纹，具有较好的三维显示效果。

提出并制造一种新颖的椭圆芯中空光纤，采用热极化方法使其具有高二阶非线性，可用作相位调制器。该光纤在300 ℃温度、大于1×108 V/m强电场和9 cm有效电极长度条件下热极化30 min后，产生大的线性电光相移。基于双椭圆芯中空光纤构建一种纤内马赫曾德尔干涉仪，通过观察干涉条纹的移动来评估相移，最终得到1.16 pm/V的高二阶非线性系数和0.52 pm/V的线性电光系数。该技术具有简单、灵活的特点，可以用来制作高电光系数器件，降低制作成本，并能进一步提高全光纤器件的集成度。

以空间链路方程为基础，详细推导了具有不同像差时的星间相干光通信接收系统信噪比表达式。以通信距离为60000 km、速率为2 Gb/s的2PSK零差同步轨道接收系统为例，通过数值仿真，全面比较了接收天线的倾斜、离焦、彗差和像散等像差对接收系统误码率(εBER)的影响。结果表明，不同像差单独作用时，倾斜像差的影响最大，象散的影响最小；不同像差相互作用时，它们中的某些能部分实现相互校正，从而降低误码率。以εBER≤10-6为比较标准，当彗差W31/λ≤1.00时，调整倾斜像差能实现它们之间的部分校正；当像散W22/λ≤0.53时，调整离焦能对像散进行部分校正。因此，在设计接收系统时，接收天线的像差所产生的影响不容忽视。这将为设计星间相干通信接收系统提供必要的理论依据。

对于干涉型光纤法布里珀罗（FFP）传感系统，外界环境对解调干涉仪的扰动是其主要噪声源之一。在光纤布拉格光栅构成的FFP传感系统中，对比分析了采用参考传感器和参考光源两种抗噪方法。实验结果表明，对于单频和宽带干扰，两种方法均可提高信噪比到40 dB。而且由于采用窄线宽光纤激光器作为参考光源的噪声水平较低，其差分探测结果具有更好的抗噪效果。

正交频分复用（OFDM）技术加相干接收与数字信号处理法(DSP)的组合是超长距离光通信的理想模型。光OFDM系统对相位噪声十分敏感，必须对相位噪声进行补偿。提出一种基于正交小波基变换的光OFDM系统的联合相位均衡方案。该方案将块状导频周期性地插入OFDM信号，在接收端利用导频信息首先消除各个子载波的公共相位误差，然后采用自适应均衡方式消除每个子载波自身相位误差。仿真结果表明，对于二进制正交振幅键控(4QAM)调制信号，在采用常规的G.652光纤、100 Gb/s的相干光OFDM系统中，该联合相位补偿方法可使信号在满足传输系统的误码性能要求下，传输距离达到1000 km。

为了探求对无线激光通信最有效、最实用的干扰方式，针对目前应用范围最广泛的强度调制/直接检测无线激光通信系统，采用理论分析、仿真和实验相结合的方法详细地研究了无线激光通信系统的弱光干扰的原理和条件，验证了弱光干扰的可行性，发现其干扰现象主要表现为误码率升高。同时，研究了干扰光的不同重复频率、功率和占空比对采用不同通信体制、速率、发射功率等设计的无线激光通信系统产生的不同的干扰原理和现象。发现了同步通信与异步通信因其不同的时钟体制造成的弱光干扰差异，同步通信主要发生“比特干扰”和 “时钟恢复干扰”，异步通信系统主要发生“起始位干扰”和“数据位干扰”。由于异步通信中帧结构和编码都较为简单，与同步通信相比更易受到干扰光的影响，受到干扰的程度更为严重。

在应用光电混合联合变换相关器实现运动目标相关识别的过程中，针对目标与模板由于运动所产生的差异和复杂背景影响相关器识别率的问题，采用了一种以高斯函数的一阶导数做小波多尺度边缘提取和形态学膨胀进行边缘加粗处理相结合的方法。这种方法可充分利用小波多尺度的特点，使得提取后的边缘在抑制噪声的同时，能保留更多的细节信息，明显改善复杂背景下运动目标的相关识别问题。对以低对比度和小目标为特点的动态序列进行光学相关实验，结果表明，这种方法能有效增强探测目标的相关峰亮度，验证了算法对复杂背景下运动目标识别的可行性。

利用自行开发的高稳定、低抖动和重复频率可调的“σ”型被动锁模光纤激光器作为高性能光学取样源，与待测的80 Gb/s光脉冲信号同时输入到100 m高非线性光纤中，通过四波混频效应实现了对被测光信号的全光采样。然后利用自行开发的数字信号处理与计算机图形显示软件，精确地重现了被测试的基于RZ码型的80 Gb/s光脉冲信号波形图。同时，还利用该光学取样示波器实验样机系统对重复频率为10 GHz、脉宽为1.8 ps的商用半导体主动锁模激光器的输出波形进行测量，所显示的脉冲宽度值为2.0 ps。这表明开发出的实验样机系统的时间分辨率优于900 fs。

光谱仪器是光学仪器中一种重要的组成类型。主要研究和搭建了基于电荷耦合器件(CCD)的数字光谱分析仪，将光学系统、CCD、数据采集卡和光谱分析软件组成完整的数字光谱分析系统，实现了系统的数字化、自动化、小型化和便携化。设计了光谱分析软件以实现光谱信号的采集、显示、处理、寻峰、标定和存取，开发了光谱分析类库（SAL），提高了软件的可移植性，简化了后继软件开发。使用标准汞灯对数字光谱分析仪进行了标定，并使用激光笔发出的红光对软件的正确性进行了验证。该系统主要适用于现场远距离军用目标的实时探测，同时也可兼顾民用。实验结果表明，该数字光谱分析仪有较好的准确性及可重复性。

针对海面运动载体的可见光序列图像，紧密结合海面图像的特点，提出了一种适用于海天背景和海岸背景的海界线检测方法。根据量化子图像的区域复杂度以及单元区域上下邻域的灰度差异，来判断海界线区域是否存在，若存在则预测海界线区域的位置，若不存在则放弃后续处理。由于海界线是自然视野中最长的连续性最好的直线，所以先利用周围纹理抑制的改进Canny算子提取轮廓边缘，然后对Hough变换进行投票加权，精细检测水平或倾斜的海界线。实验证明，该方法能够快速定位海界线区域，并得出既包含有效信息又大幅缩减了无意义信息的二值图像，可在轮廓边缘中准确找到海界线，具有很好的稳健性和实时性，可以应用于需要精确的海界线信息的工程任务中。

为了获得高分辨率视网膜图像，利用液晶空间光调制器作为波前校正器建立了一套开环液晶自适应光学视网膜成像系统。与闭环模式相比，采用开环模式后，系统的能量利用率提高了1倍。系统采用双脉冲照明方式，以减少人眼曝光量，保护人眼安全。在照明光学系统中加入了大小视场切换装置使成像视场由之前的0.8°增至1.7°。同时优化了系统的时序控制流程，对人眼像差连续校正的同时快速调节成像相机的前后位置至最佳像面。对于开环模式对动态人眼像差的校正精度进行了测量，实验测得，经开环校正后，残差波面的均方根值约为0.09λ；相应的斯特雷尔(Strehl)比高于0.70，系统分辨率接近光学衍射极限的分辨率。对两名志愿者进行了实验，获得了清晰的眼底视网膜细胞图像。

通过比较旋转遮光带日射表(RSP)和参考标准表所测散射辐照度之间的数值差异，分析了太阳总辐照度、环境温度、相对湿度和太阳光谱等气象要素对RSP散射辐照度测量误差的影响关系，提出了一种修正RSP散射辐照度测量值的新算法。该算法从支持向量机回归预测角度，建立了对RSP散射误差修正值的一次预测模型，然后根据误差修正值最优预测模型推导出RSP散射辐照度修正算法模型。利用该算法对美国国家太阳辐射研究实验室和劳里观测站采集的RSP散射辐照度数据进行修正，修正后两观测站数据的平均偏差和均方根误差分别降低到-0.2 W/m2，3.3 W/m2和1.9 W/m2，8.5 W/m2，显示算法具有良好的修正性能和适用性。该算法能够有效避免Vignola算法中存在的欠修正和Vignola and Augustyn(VA)算法中存在的过修正现象。

为满足离轴非球面镜在光学检验前的面形检测需求，对使用激光跟踪仪测量离轴非球面的方法进行了研究。详细介绍了使用激光跟踪仪测量离轴非球面的检测步骤及数据处理方法。使用激光跟踪仪对一处于研磨阶段的口径为150 mm，顶点曲率半径为1200 mm，离轴量为240 mm的离轴抛物面镜进行了测量，进行了测量不确定度分析并与三坐标测量机的测量结果进行了比对。结果显示激光跟踪仪与三坐标测量机的面形测量峰谷值一致性优于1 μm。分析及实验结果表明此检测方法简单易行，灵活通用，适用于离轴非球面抛光前的面形检测。

为了实现大口径光学系统波前子孔径拼接干涉测量，保证子孔径采样数据准确定位，提出了子孔径拼接定位补偿算法。介绍了该算法原理，分析了该算法子孔径定位误差补偿能力。首先根据被检光学系统和子孔径口径大小规划出采样子孔径布局，在子孔径采样装置机械精度误差范围内对子孔径进行拼接，根据所求子孔径定位误差补偿系数和调整误差系数，得到被检全孔径波前，完成大口径光学系统波前的拼接检测。通过仿真验证了该算法的可行性，在机械平移定位精度为1 mm和转动角定位精度为0.5°时，用该算法实验检测口径为200 mm的光学系统平面波前。检测结果表明该算法稳定可靠，能有效补偿机械精度引起的子孔径定位误差，从而可放宽对机械定位精度的要求。

为了应对国际上“坎德拉”新定义的动向，开展了利用纠缠光子法测量光电探测器量子效率的研究，并建立了测量装置。装置采用351.1 nm连续激光抽运BBO晶体产生纠缠光子场，然后通过双通道门控计数器组成的符合测量系统在702.2 nm和788.7 nm两个波长点对光电倍增管的量子效率进行了测量。同时对单光子脉冲信号获取、噪声抑制及提取、符合时间特性、偶然符合、暗背景计数和器件透过率等影响测量结果的关键因素进行了实验分析并给出了修正分量，最终在两个波长点量子效率测量不确定度小于0.7%。

针对精密测角法标定测绘相机内方位元素中理论误差和观测点分布状态对标定精度影响的问题，提出了一种基于精密测角法的分组渐进标定算法。提出的算法包括2个部分：采用分组渐近方式调整精密转台零点位置，减小了理论误差；对每组观测数据引入了数据一致性约束，消除观测值分布、数量对标定结果的影响。最后，给出了分组渐进算法的精度分析。实验数据显示，在相同试验环境条件下，分组渐进标定算法中主点、主距标定精度比精密测角算法分别提高了2.43倍和2.00倍，可达到2.12 μm和4.02 μm，表明分组渐进标定算法提高了标定精度。

现有基于正弦波磁光调制偏振光的方位失调角传递方法存在精度不高的问题，提出了一种利用原始光强信号中极值点信息实现方位失调角高精度传递的新方法。建立了基于任意位置光强信号求解初始光强的模型，推导了大角度范围内粗略失调角的计算公式并给出了实现方案，提出了在小角度范围内比现有方法近似精度更高的获取失调角信息的方法。仿真结果以及误差分析表明：利用该方法得出的方位失调角传递误差远远小于现有方法，为实现空间方位失调角高精度传递提供了一种参考。

利用掺铒光纤环形激光器(EDFRL)，基于光纤的非线性克尔效应，实验实现了多波长混沌激光输出。实验研究了EDFRL在时序上通过倍周期进入混沌的路径，并进行了理论分析，理论研究与实验结果一致。实验结果表明，随着抽运功率的增加，其光谱的输出呈现多波长，激光器最多可输出5个不同波长的混沌激光。采用光纤光栅进行滤波后，各个波长的输出均呈现混沌状态。

提出了一种利用两个正交一维物体构成“T”型靶标进行摄像机标定的新方法。该方法只需对“T”型靶标上已知坐标的5点投影一幅图像，然后根据柔性靶标原理计算出由虚点和标记点组成的共直线的4点，由射影变换同素性、接合性以及交比不变性标定出镜头的一阶径向畸变参数。利用已知畸变参数对图像进行畸变校正，然后由基于两个正交一维物体坐标变换的方法即可标定出相机的内外参数。该方法线性求解镜头畸变参数，避免了传统方法非线性迭代优化过程中产生的参数耦合现象。实验表明，不进行镜头畸变校正则相机标定精度随着图像噪声的增加呈不稳定状态；进行畸变校正后对简单标定计算的初始值进行优化得到稳定的高精度标定结果。整个实验设备简单，操作方便，只需一幅图像即可实现镜头畸变和相机内外参数的标定，可以达到实时的效果。

由于制造和装配误差难以完全消除，导致摄像机的光学系统存在不同程度的非线性光学畸变现象。为此，利用不同视角采集图像上同名像点共面的基本原理，推导包含非线性畸变模型的共面条件方程，并采用最小二乘解的广义逆法求解非线性畸变参数，确保摄像机的自校正精度；因无需加工和维护成本很高的精密标定板，也不用制作高精度摄像机运动平台，仅通过自由拍摄方式就能够从多视角获得含6个以上编码点的图像，即可获得摄像系统的非线性畸变参数。因此，较传统的摄像机畸变校正方法而言，自校正过程简单快捷，成本低，多个实例证明技术的正确性与实用性。

提出一种快速的绝对方位问题算法，通过最小二乘法构造目标函数，对目标函数中的旋转矩阵和平移向量进行分离，利用矩阵的Fobenius范数、行列式以及伴随矩阵等构造旋转矩阵和平移向量封闭形式的最优估计。这种算法具有较高的计算精度和抗噪声性能，并且避免了目前常用算法中的奇异值分解运算，从而提高了计算速度。数学实验结果表明，在计算精度与抗噪声能力上与目前性能最优的Umeyama算法相当，同时计算速度较之有大幅提升，尤其适用于对实时性要求较高的领域。

针对目前散射激光告警中只能定位到散射激光光斑，而不能追溯到敌方来袭激光源的现状，构建了战场环境下包括敌方威胁激光源、照射于某平台上的散射激光光斑以及全向激光告警系统在内的空间三维几何模型，推导了平台上散射激光光斑轮廓解析表达式，以及轮廓上任意一点相对鱼眼镜头的物方半视场角表达式。将成像于探测器上的光斑进行鱼眼成像畸变校正并取光斑边缘点，计算得到三维几何模型诸参数。再将模型参数与传感器阵列信息相结合，可最终获取敌方威胁激光源相对系统的方位和距离信息。最后对以上方法进行了实验验证并对产生误差的原因进行了分析。

高速线扫描共焦检眼镜使用线光束照明眼底视网膜，同时利用线阵CCD对视网膜平面的单次散射线光束探测成像。系统光学放大率为7倍，横向分辨率小于10 μm，对于58 kHz线频的1024 pixel×512 pixel成像模式，成像帧频高达110 frame/s。该系统实现了高分辨率、高帧频模拟人眼实验图像的获取。

将自主研发的新型光敏剂叶绿酸f与T24细胞共同孵育后,以650 nm激光照射，通过MTT法检测光动力处理后T24细胞的生长抑制率，流式细胞术检测凋亡情况，同时利用激光共聚焦显微镜488 nm和405 nm双波长激发，应用线粒体探针,进行叶绿酸f的亚细胞定位。结果显示叶绿酸f为浓度2.5，5和10 μg/mL对T24细胞生长抑制率在光能量密度4 J/cm2下为17.68%，49.35%和84.42%，在1 J/cm2时为4.34%，37.42%和78.38%；流式细胞术显示T24细胞光动力处理后，凋亡率为(45.23±1.2)%，显著高于对照组；激光共聚焦显微镜显示504 nm激发叶绿酸f发出的红光与488 nm激发线粒体探针产生的绿光分布基本一致。实验证明叶绿酸f对T24细胞杀伤效果明显，主要是通过作用于线粒体，诱导细胞凋亡来完成的。

采用在Fe:LiNbO3中掺入了铟离子生长的双掺杂InFe:LiNbO3晶体，以波长为1064 nm的近红外会聚光束作为记录光源，通过数字观测装置，对比研究了铟离子掺入前后Fe:LiNbO3晶体和InFe:LiNbO3晶体的光折变性能。实验研究结果表明，铟离子掺入后晶体的光折变响应速度和抗光折变能力明显提高，饱和折射率变化量降低。初步分析认为，InFe:LiNbO3晶体光折变性能的增强是由于掺入的铟离子取代了部分光折变敏感中心，降低了光敏中心的数量，导致晶体光电导增大，响应时间随之缩短。

使用脉宽为1.6 ps的脉冲光抽运0.6 m长的光子晶体光纤，测量由光纤中自发四波混频过程所产生光子对的频谱，并利用所获得的相位匹配数据确定了待测光纤的色散。当抽运光的中心波长以1 nm的步长，在1037 ~1047 nm的范围内变化时，通过可调谐滤波器和单光子探测器测量光子晶体光纤产生的信号和闲频光子对的频谱，从而获得11组四波混频相位匹配数据。然后使用阶跃有效折射率模型对所获得的相位匹配数据进行拟合，得出待测光子晶体光纤的纤芯半径和包层空气比的有效值分别为0.949 μm和29.52%，并在此基础上计算了光纤的色散及全频谱范围内的四波混频相位匹配曲线。实验结果显示，曲线预测值与实测值之间误差小于0.1%。

基于Czerny-Turner分光结构的成像光谱仪光学系统，介绍了一种用于电离层观测的远紫外成像光谱仪光学系统设计方法。分析了该结构的像差来源，提出了使用发散光照明光路的消像差方法，计算了像差校正条件。设计了工作在120~180 nm波长范围内的远紫外成像光谱仪光学系统，视场角为6.0°×0.1°，焦距为121.8 mm，F数为6.2。利用调制传递函数(MTF)和成像仿真分析的方法对该系统的主要性能参数进行了评价，验证了设计的成像光谱仪的光谱分辨力优于1.0 nm，空间分辨力优于0.1°，完全满足电离层观测的应用要求。与同类设计相比，该系统不含非球面光学元件，加工装调简单且易于工程实现。

点聚焦碟式太阳能聚光反射器，应用光线追迹法模拟分析了存在太阳张角时，相同开口采光面积、不同形状的聚光器分别在相同焦距、相同边缘角情况下的聚光特性。考虑到太阳形状、开口采光面形状、抛物面焦距、抛物面边缘角及接收器的遮挡作用等几何因素，并结合旋转抛物面聚光器的光学特性，建立了模拟仿真的几何模型。采用光线追迹法直观地模拟了聚光接收面上的平均能流分布特性。为对聚光器的聚光特性进行定量评价，采用了面积效率因子的概念。模拟结果表明，采光面积相同时，等焦距的4种不同开口形状的聚光器具有相近的聚光能流比；等边缘角时，除圆形聚光器外的3种聚光器有较大光能损失。设计了多碟共焦聚光器，用低聚光比聚光器组合达到高倍聚光效果，并分析了聚光特性，为碟式太阳能聚光反射系统的设计和优化提供了参考。

道路照明的首要目的是满足使用者的视觉需求，在此前提下还应尽可能降低能耗实现节能环保，这两点均与道路灯具的光强空间分布密切相关。而很难用一种通用的光强分布适用不同的道路和灯具安装条件。针对主干路、次干路、支路3种典型道路类型，提出了根据具体道路、安装条件以及驾驶员视觉光环境需求逆向设计灯具最节能光强空间分布的思路，并建立了以驾驶员视觉光环境需求为约束、以灯具总光通量最小为目标的非线性优化模型，将路面照度分布表述为余弦多项式并利用分级优化方法进行了求解。得到了3种典型道路条件下发光二极管(LED)路灯的最佳光强空间分布，相比现基于照度均匀分布设计的LED路灯光强分布，驾驶员视觉光环境质量显著改善，且灯具节能30%左右。

在二维矩形阵列结构硅光子晶体中去除中间一排硅柱形成线波导，在线波导右侧引入点缺陷。利用时域有限差分法（FDTD）模拟仿真以及数值分析研究线波导中光耦合特性，计算出两个通道的分光比，发现改变光子晶体的温度可以明显改变这两个通道的光功率比。基于此结构，提出了一种新的光功率分配器，可以获得大范围的光功率比值，从11~901都可以通过改变光子晶体的温度来实现，并且当温度从0 ℃~200 ℃就可以实现这一功能，最后设计了一款三通道可调谐光功率分配器，通过调节两个点缺陷区域内温度来实现光功率的分配。

提出并实验研究了利用石英晶体自身特性产生光学偏置的线性电光调制器。利用某些电光晶体的自然旋光性和自然双折射，并合理设计晶体尺寸及其晶轴与光传播方向之间的夹角，可以提供所需要的光学偏置以实现大动态范围的线性电光调制。对于兼有电光和电致旋光效应的晶体，例如石英晶体，应考虑综合利用这两种效应对电光调制的贡献。实验研究了一块石英晶体的电光强度调制特性，在27 V~4.5 kV工频调制电压范围内，调制输出信号与调制电压之间的线性相关系数大于0.9999。

荧光集光太阳能光伏器件在平面光波导效应的作用下实现等效聚光，可以减少太阳能电池的用量，有效降低光伏发电的成本。将胶体化学法制备的吸收和发射在近红外波段的单分散球状PbS量子点荧光材料封装于两片光伏超白玻璃间的正己烷溶液中，构成溶液夹层封装的平面光波导，并和效率为17%的单晶硅太阳能电池耦合，制作出了吸收在700~1000 nm，效率约为1.31%的近红外荧光集光太阳能光伏器件。

鉴于在微观领域光波的缩束对实现光电集成的重要意义，提出了基于硅纳米线波导的两级光子晶体缩束器。其中一级压缩基于W5型和W1型光子晶体波导间的高效耦合。二级压缩则由宽为0.1 μm，长为3.06 μm的纳米线波导和W1型光子晶体波导构成，通过二者的高效耦合实现光束压缩。当W1型光子晶体波导和纳米线波导间介质柱的半径为0.04 μm时，对于1550 nm波长的电磁波，缩束器的通光效率可达93.4%，压缩比为16.08，出射光束半峰全宽仅为0.148 μm。

分别用黄色、红色荧光粉和黄色、红色、绿色荧光粉制备了两种高显色指数白光发光二极管(LED)，调整荧光粉的比例使显色指数达到最高。对两种样品进行光学测试，发现加绿粉的样品光通量比较大，这是因为加绿粉后绿光成分较多，而绿光的视效函数比红光的大得多。对两种样品进行10 ℃~90 ℃的变温测试，发现发光效率都降低，显色指数反而升高。发光效率降低一方面是由芯片的内量子效率降低引起的，另一方面是芯片的发射波长红移使其与荧光粉的激发波长不匹配，并且荧光粉在升温时激发效率会降低。显色指数升高是因为高温时芯片发出的蓝光光谱变宽，使得整个光谱相对于室温时的光谱更平滑，更接近太阳光谱。

对金属介电常数随温度变化的计算进行了修正，提出了利用表面等离子体共振(SPR)实现温度控制镜面反射率的方法。在Kretschmann结构中的金属膜上涂覆热光系数较大的聚合物材料，考虑该结构中各种材料介电常数以及金属膜厚度随温度的变化，利用特征矩阵法进行了数值模拟，得到SPR反射率曲线随温度的变化。模拟结果显示，当波长为532 nm的p偏振光分别以70°和75°入射时，在10 ℃~90 ℃范围内调节温度，可实现反射率在52.8%~41.5%和31.1%~18.8%范围内的调节。

采用二维时域有限差分(FDTD)法，分析并对比了弯曲分叉部分的形状分别为正弦形和圆弧形的基于金属绝缘体金属（MIM）型表面等离子体光波导的Y形分束器的反射率、传输率以及能量分束比随几何结构参数的变化关系。数值计算表明，波导宽度对这两种Y形分束器传输特性的影响较为明显，两个输出分支的偏移量和弯曲分叉部分的长度对这两种Y形分束器传输特性的影响比较微弱。在600~1500 nm波长范围内，弯曲分叉部分为圆弧形的Y形分束器的传输特性比弯曲分叉部分为正弦形的好。对于非对称型Y形分束器，当弯曲分叉部分为正弦形时，偏移量对反射率、传输率和能量分束比的调节作用较为明显，能量分束比最大可达到2∶1。当弯曲分叉部分为圆弧形时，偏移量对反射率、传输率和能量分束比的调节作用较为微弱。

研究了双层堆垛InAs/GaAs/InAs自组织量子点的生长和光致发光(PL)的物理性质。通过优化InAs淀积量、中间GaAs层厚度以及InAs量子点生长温度等生长条件，获得了室温光致发光1391~1438 nm的高质量InAs量子点。研究发现对量子点GaAs间隔层实施原位退火、采用Sb辅助生长InGaAs盖层等方法可以增强高密度（2×1010 cm-2）InAs量子点的发光强度，减小光谱线宽，改善均匀性和红移发光波长。

在外加垂直磁场的石墨烯系统中，基于格林函数方法以自能的形式理论研究了电荷杂质散射和光学声子散射中心对朗道能谱的影响，采用久保(Kubo)公式研究了单层石墨烯的磁光电导谱以及跃迁选择定则。具体计算中电子杂质库仑相互作用考虑了介电环境的屏蔽效应，对由散射引起的自能以及单粒子格林函数做自洽计算，另外在强磁场下单杂质散射是一个很好的近似模型。理论计算结果表明电荷杂质散射引起朗道能级对称展宽；同时考虑电荷杂质和光学声子两类散射后态密度表现为非对称的展宽。研究结果表明磁光电导谱的峰值和强度强烈依赖于填充因子和态密度。

平衡零拍探测技术是连续变量量子信息科学研究中测量量子态量子噪声的最佳方法之一。在平衡零拍探测系统中，需要一对性能和结构尽量相同的光电探测器，以便很好地减去经典噪声，有效探测散粒噪声基准及光场噪声。根据基尔霍夫电流定律及光电二极管串联的办法，设计并制作出一种性能优良的低噪声平衡零拍探测器。该探测器从光电二极管串联节点处取出光电流相减信号，然后对信号进行放大，在对两探测器全同性要求降低的同时提高了平衡零拍探测的性能。实验结果表明，该探测器在2 MHz处共模抑制比达39 dB，能很好地满足量子信息对低噪声、线性增益及高共模抑制比的要求。

研究多脉冲激光雷达目标信号模拟器，用以评估回波数字信号处理算法及其实现平台的性能。结合信号能量与波形关系指出由激光雷达方程建立回波信号波形模型是不充分的。对空中目标回波脉冲展宽进行建模及数值仿真，得到不同倾角、目标距离及目标尺寸下的波形展宽时间数据。根据展宽前后能量保持不变的性质，利用高斯脉冲函数特征参数求解建立回波波形数学模型。基于目标距离误差及目标回波噪声统计特性建立回波仿真模型，提出了依信噪比发生回波观测信号的方法。对比两种模拟器的信噪比误差、最小模拟信噪比、连续工作时间等性能指标，总结了新型模拟器的优势。

受自吸收等因素的影响，由发光二极管（LED）归一化光谱模型得到的光谱与实测LED光谱之间存在差异。为得到与实测LED光谱相吻合的归一化光谱模型，将由归一化光谱模型得到的理论光谱与实测光谱相减得到近似的自吸收谱。通过分析自吸收谱的峰值强度和半峰全宽与温度之间的关系以及其峰值能量与实测光谱峰值能量之间的定量关系，结合LED光谱的高斯模型和归一化光谱模型给出了自吸收谱的拟合表达式，并作为归一化光谱模型的修正项，对归一化光谱模型进行修正。在不同测试温度下的实验结果表明修正后的平均模型误差小于4%，证明由修正后的归一化光谱模型得到的光谱与实测光谱相吻合。

快速准确地测定煤质硫含量，可为企业、环境监督部门提供重要的技术依据。国内外已有多种煤质硫含量分析仪器，但或多或少存在令操作人员不满意的地方。提出一种基于紫外(UV)差分吸收光谱(DOAS)的煤质硫含量测量方法。针对分子数分数测量范围宽、光程短等问题，在传统算法的基础上，提出基于有限脉冲响应(FIR)滤波和四阶多项式非线性补偿的改进DOAS算法。搭建了实验测量系统，对5种标准煤样进行了实验研究。结果表明，测量系统的下限为0.014%，能够去除烟尘和背景气体的影响，降低系统的维护量，单次测量时间在4 min左右，测量系统的重复性满足国家标准的要求。

用全相对论量子力学计算H2O和HLi的双光子偶极激发。为对比起见,同时用非相对论的对称匹配团族组态相互作用法(SAC-CI)计算其单光子激发。对于无对称中心的H2O和HLi,符合相应群的对称选择原则。双光子跃迁几率一般比单光子跃迁的小3~5个数量级。在计算双光子偶极激发时,应采用同时包含了空间的对称性和时间反转对称性的全相对论。

针对当前可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)技术中调谐范围、调谐时间以及系统复杂性方面存在的不足，提出了利用激光器模块中的热电制冷器(TEC)和负温度系数(NTC)热敏电阻等元件对激光二极管(LD)进行温度宽谱调谐的方法，并在快速温度调谐过程中精确计算激光器的辐射波长。利用温度调谐二极管吸收光谱技术在3 s的时间内测得了CO2气体在6320~6336 cm-1波段的高分辨率吸收光谱。在此波段共测得8个较强吸收线。将得到的光谱参数与HITRAN 2008中的数据比较，吸收线位置、线强以及半峰全宽（FWHM）的偏差分别小于1%，3%以及6%。另外，测得的14条较弱的吸收谱线也与谱库中的谱线参数吻合。

半波孔问题严重影响了倍频分束镜在高功率激光系统中的应用。为研究半波孔的产生机理，分别模拟了由高、低折射率膜层厚度失配和膜料色散失配引起的1/4波长对称规整膜系的半波孔。基于等效层理论，在Matlab平台上计算膜系的等效折射率E，绘出其对应的反射率极值包络曲线。通过研究对称膜系的等效折射率、反射率光谱和反射率包络之间的关系，从原理上分析了半波孔的大小、位置和变化趋势等特点。结果表明，膜层的厚度失配使对称膜系的等效折射率在光谱半波处产生截止带。膜层数越多，膜层厚度和膜料色散的失配越严重，则倍频分束镜的半波孔越深。

根据激光敌我识别系统的使用要求，选择H4和SiO2作为高低折射率材料，借助Macleod和TFCalc软件进行膜系优化设计和分析。采用电子束真空镀膜的方法并加以离子辅助沉积技术，通过正交矩阵实验对材料的工艺参数进行调整和优化，利用基片的正反面分别对带通滤光片的长波反射带和短波反射带进行展宽，解决了单面膜层过厚难以控制的问题，制备了符合要求的激光滤光膜。镀膜后的基片在532，632，905，1064和1550 nm波长处的透射率小于0.2%，808 nm波长附近的平均透射率大于95%。并在532 nm和1064 nm波长处具有较高的激光损伤阈值，能承受恶劣的环境测试，满足激光敌我识别系统中光学仪器的使用要求。