基于MODTRAN辐射传输模型，假设近红外波段地物反射率随波长线性变化，考虑程辐射的影响，发展了一种通过双查找表反演高光谱遥感数据水汽含量的方法。建立查找表过程中，使用三次样条插值方法对查找表水汽含量值加密以减少MODTRAN运行时间。使用两个查找表，通过逐步搜索法对高光谱遥感数据进行水汽反演，得到水汽含量分布图。结果显示，使用三次样条插值方法得到的辐亮度值与MODTRAN计算结果只有0.1%的误差。对两景机载可见光/红外成像光谱仪(AVIRIS)高光谱数据进行水汽反演，得到水汽含量分布图，并用其对辐亮度数据进行大气校正，得到反射率数据。水汽含量分布图变化平缓，无亮/暗点出现，反射率数据在水汽吸收波段的光谱曲线没有过/欠校正现象，这表明水汽反演方法有效。

针对超声速飞行器在大气中飞行时由于气动光学效应产生的成像偏移，推导了光线偏折角和流场折射率梯度之间的关系，给出了小入射角情况下，离散折射率场光线偏折角的一种计算方法；利用不同流场的计算流体力学数据计算出对应的折射率场；使用光线追迹法得到光线通过不同流场后的偏折角和传播路径上的折射率梯度分布。仿真结果表明，新的偏折角计算方法所得结果在入射角小于30°时与Runge-Kutta和Snell光线追迹法具有很好的一致性；同一高度下小入射角时，光线的偏折角并不随着飞行速度的增加而增加，而是基本保持稳定；光线通过流场的偏折是正负折射率梯度区域共同作用的结果，负的折射率梯度区域可以减少光线偏折，起到部分“校正”作用。

采用多种波段内激光辐照带有电容反馈互导放大器（CTIA）读出电路的PV型线阵HgCdTe探测器，实验均发现，当激光功率密度增强到约10-2 W/cm2时，未辐照像素也存在响应，且其基底信号出现以前未曾发现的反常响应，即随功率密度的增加，未辐照像素基底信号的响应值先下降后上升，并且噪声增大。针对这一反常响应现象进行了深入研究，结果表明器件内部公共P级结构、电路共用Vref电压结构是导致这一反常响应的主要原因。

综合考虑卫星的背景特性、材料特性、结构特性和轨道特性，研究了在轨运行卫星存在的自旋稳定、三轴稳定和“翻滚”三种运动状态对卫星光学特性的影响。基于光辐射理论，结合探测器的性能参数，建立了自旋稳定、三轴稳定和“翻滚”三种运动类型卫星的多谱段光学特性计算的数学模型，并进行了实验验证。以海洋一号卫星和实践二号卫星为例，进行了运动状态对卫星多谱段光学特性影响的仿真分析。仿真结果表明，不同运动状态的卫星多谱段辐射特性存在较大的差异。分析结果可为卫星的探测和辨识提供一定的参考价值。

在彩色波导全息平视器的设计中，易出现色彩不均和结构复杂的问题。将折射率、厚度各异的膜层，分别嵌入双层波导中，对一种新型的双层耦合光栅结构进行了优化设计。基于严格耦合波理论(RCWA)的计算表明，该双层光栅可实现主视场内较均匀的彩色成像，且结构精简。相较于传统的体全息元件，该结构批量制造的可靠性更高。双层光栅的设计分别以470 nm和632 nm为中心波长，实现衍射能量的相互补偿。优化结构参数后，当入射角在［-11°，11°］内变化时，主视场内RGB三波长的衍射效率(DE)可大于85%，各波长间最大的效率差异可小于5%。

光子晶体光纤(PCF)与普通单模光纤(SMF)的低损耗熔接技术是光子晶体光纤走向实用化必须解决的关键技术问题。提出一种基于光纤拉锥模场匹配技术的光子晶体光纤低损耗熔接的新方法，利用熔融拉锥机对模场不匹配的两类PCF进行预处理，结合常规电弧放电熔接技术对三种不同类型的PCF与SMF的熔接损耗进行实验研究。在实验中通过精确控制熔融拉锥机各种参数，实现了不同模场直径PCF和SMF的模场匹配，该方案同时通过优化各种电弧放电参数，使熔接后的损耗降到了0.3 dB以下,实现了PCF-SMF之间低损耗、高强度的熔接，满足了不同模场PCF实际应用的要求，具有很好的潜在应用价值。

从理论和实验两方面研究了在非周期性多层光纤上写入布拉格光栅的光学特性。从耦合模理论出发，讨论了光纤具有多于一个光敏层的情况。在实验室自制的两类多层光纤上写入光栅的实验也表明，该类光栅具备有一般光栅的普遍光学特性，说明在使用多层光纤作为关键部分构建器件时，需要的各类光栅部件能够通过直接在该类光纤上写入光栅实现。紫外光在氢载掺铒多层光纤上写入光栅的实验说明分层的异种元素掺杂将导致芯区应力增加，从而辅助提高光纤的光敏性。

随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求，研究高速率激光通信的组网技术迫在眉睫。分析了空间激光通信链路组网所需要满足的基本要求及其实现中必须解决的技术难点，提出了组网光学原理，同时研究了一种可用于多目标间同时进行激光通信的技术方案，设计了以旋转抛物面为基底的多反射镜拼接结构的光学天线、中继光学系统以及发射接收与捕获、跟踪和对准(APT)系统，为空间激光通信链路组网提供了新的技术途径。

对于高速光通信系统中的相干检测来说，盲均衡是一项常用的恢复传输符号的技术。目前应用最广泛的盲均衡算法是恒模算法，但是一方面它不能兼顾收敛速度和收敛精度，另一方面在偏分复用系统中很容易陷入奇异性。因此提出了一种改进型的恒模算法自适应步长恒模算法，并在112 Gb/s偏分复用16进制正交幅度调制系统中对提出的算法进行了测试。与传统的恒模算法相比，改进后的算法收敛速度仅为恒模算法的1/20；收敛稳定后误差函数的方差比恒模算法降低了0.7 dB；对偏分复用系统中的奇异性有很好的抵抗能力；在不考虑奇异性问题时，光信噪比代价与恒模算法相比降低了1.5 dB。

提出并验证了一种基于光纤参量环形镜（OPLM）和光纤光栅（FBG）的60 GHz光毫米波副载波产生方案。理论上分析了OPLM的原理特性，发现可以利用OPLM同时完成光子微波信号的高次谐波产生和抽运滤波，直接获得光毫米波副载波信号。在实验验证中，从5 GHz的基频信号出发，通过调制非线性和OPLM中的四波混频和滤波过程，完成高次谐波产生和抽运分离，成功得到60 GHz的光毫米波副载波信号，表现出良好的性能。

基于光纤光栅的模式耦合理论，采用传输矩阵法对啁啾长周期光纤光栅(LPFG)的超宽带滤波特性进行了分析。研究表明当啁啾LPFG的纤芯模同时与同向传输的多个阶次的包层模发生耦合，且与多个不同阶次包层模对应的谐振峰交叠时，其传输谱带宽可扩展到500 nm以上，可用做超宽带带阻滤波器。传输谱带宽随模式序数、啁啾系数、光栅长度、周期和折射率调制量的增加单调递增，但随光纤包层半径的增大单调递减。采用高斯折射率切趾技术抑制了传输谱旁瓣，为设计超宽带滤波器提供了新的方法。

提出了一种虚拟光学加密系统。该光学加密系统采用了同轴全息技术的基本架构，将被加密图像作为被记录物体，而在参考光波及干涉场光路中分别引入两个独立的随机相位板,全息面上的输出即为加密结果，这两个随机相位板即为加密及解密所用密钥。理论分析表明，在恰当设置物光波与参考光波衍射场比例的情况下，任意一灰度图像均可被加密为平稳的复随机白噪声，可以抵御盲反卷积攻击。采用计算机模拟，证实了该系统的加密效果及对抗暴力攻击的能力。研究了解密时附加参数及噪音攻击对解密结果的影响，结果表明本系统抗噪音攻击能力一般，但对附加参数有极高的敏感性。

使用两个不同的波长分别记录数字全息图，分别由数值再现得到每个波长对应的包裹相位图，再求得两者的相位差得到等效波长的相位图，通过此双波长相位解包裹方法得到连续的相位分布以消除相位包裹。通过数值模拟研究了双波长相位解包裹方法，搭建了双波长数字全息实验系统，并利用660 nm和671 nm两个波长的激光对标准石英平片和平凹透镜进行了相衬成像。通过双波长相位解包裹方法得到了连续的相位分布，实验结果与数值模拟结果具有较好的一致性，证明了双波长相位解包裹方法的有效性。

方孔微通道板（MCP）作为一种新型X射线波段光学成像系统,因其具有大视场、高分辨率、能够收集大量辐射并将其准直或聚焦等优点,越来越多地受到了人们的关注。但在MCP制作和加工过程中，难免会使微通道产生一定的结构缺陷，对其成像质量造成严重的影响。利用Tracepro软件建立了标准方孔MCP模型和具有不同结构缺陷的MCP模型，并基于蒙特卡罗（MTC）光线追迹方法对这些模型进行模拟成像。分别讨论了Taper型、Twist 型和Nonsquare型结构缺陷对成像质量的影响。然后以溴钨灯作为光源，在可见光波段对实验室现有的4块方孔MCP进行了成像实验，所得实验结果与模拟结果基本吻合，验证了模拟结果的正确性。模拟和实验结果表明，以上3种结构缺陷均会造成十字像中央亮斑面积增大、强度降低等情况,所不同的是Taper型结构缺陷使会聚光线分裂成两条，而这两组平行的会聚线相交形成4个焦点，其能量要比单一聚焦能量衰减很多，从而对成像质量影响更大。该研究为今后研究曲面MCP和基于MCP的X射线光学系统奠定了重要基础。

为仿真地物长波红外场景图像，根据地表温度随时间变化的规律，并结合气象状况、背景材质、热特性参量、热状态等参数，在对太阳辐射、大气长波辐射、大气温度和地表热传导等影响地表温度变化的因素进行分析的基础上，建立了基于热平衡理论和热传导过程的方程。解算出多种常见地表一日之中的温度变化情况，并将其应用于由相同景物可见光纹理图像反演出的相应红外纹理图像中。在考虑景物表面自身发射、反射的辐射计算模型的前提下，生成了具有相似红外纹理细节的地表红外场景。结果表明，该方法可生成接近真实感的红外场景，有效地模拟仿真地物的长波红外特征。

利用液晶空间光调制器和夏克哈特曼波前探测器作为核心器件搭建了一套开环双光源液晶自适应光学视网膜成像系统。系统采用人眼屈光0D基准设计并使用动态视标定位人眼，提高了人眼在测试时的稳定性，有效降低了由不同人眼个体差异带来的影响。通过补偿镜预补偿，配合微调照明光焦面，使照明光聚焦在眼底视觉细胞层，保证了像差探测精度和成像质量。利用人眼的偏振特性，采用偏振光照明的方式，将系统的能量利用率提高了20%。优化了系统的工作流程，优化后系统连续工作频率可超过20 Hz。对4名志愿者进行了实验，均获得了清晰的眼底视网膜细胞图像。

针对传统基于正弦波磁光调制的方位失调角测量系统存在测量精度不高的问题，提出了一种新的系统方位失调角测量模型以提高系统测量精度。通过分析传统的基于正弦波磁光调制的方位失调角测量原理发现，由于采用省略高阶项的贝塞尔函数展开式表示磁光调制后的信号，引入了信号截断误差和方法误差，影响了系统测量精度。在分析基础上推导建立了一种基于纯三角函数表示的无理论误差的方位失调角测量新模型并进行了仿真。仿真结果表明，利用推导建立的失调角测量新模型，系统测量精度明显高于传统方法，这对重新理解基于正弦波磁光调制的方位失调角测量系统原理、提高系统测量精度具有一定的参考意义。

随着立体显示技术的广泛应用，立体显示图像质量受到了越来越多的重视。目前，串扰现象是影响立体显示技术中图像质量和观看舒适度最主要的因素之一。为消除眼镜式立体显示技术中的串扰现象，提出了一种基于图像处理的串扰消除方法。该方法从观看者的角度出发，将观看通道与非观看通道具有相同灰度时透过观看通道眼镜测得的亮度定义为理想输出亮度，利用亮度计测量得到的眼镜式立体显示器的光输出特性，经过计算得到左右视图灰度查找表，应用左右视图灰度查找表在显示立体图像时消除串扰。分析结果表明，提出的方法平均串扰减少率的理论值高达75%。同时，提出的方法合理利用了非观看通道的漏光等串扰信号，将立体图像亮度提高了12%。提出的方法应用简单，同时适用于时间复用和空间复用的眼镜式立体显示技术。

基于概率假设密度滤波（PHD）的检测前跟踪（TBD）技术可以有效解决未知弱小多目标检测问题。PHD-TBD算法粒子权重计算受量测噪声影响明显，导致目标数估计存在起伏现象，制约了PHD-TBD算法性能。对PHD-TBD技术进行研究，引进概率假设密度滤波平滑器，提出基于平滑的PHD-TBD算法。该算法对当前帧目标数估计时，综合利用前向递推和后向平滑结果对粒子权重进行更新，在一定程度上克服了随机量测噪声的影响。通过仿真验证，该算法能够有效发现目标，准确估计目标数目和位置，性能有较大提高。

在使用任意反射面速度干涉仪(VISAR)测量运动表面速度的过程中，利用双灵敏度方法可以获得唯一的速度。由于双灵敏度方法对速度的判断需要人为干预，所以就会出现速度的非唯一性问题。在成像型VISAR中，由于散斑和条纹质量下降等问题，该现象更加严重。提出了一种可进行自校准判断的靶型，可以在获得冲击波速度的同时获得唯一冲击波速度，从而改进了双灵敏度方法。通过积分速度曲线的面积，获得运动表面所经历的距离。比较几组相近速度曲线的积分值与已知样品的厚度，可以获得准确的冲击波速度历史曲线图。同时该方法也是一种从实验上验证VISAR系统不确定度的方法，与理论上的评估结果相互吻合，证明了该方法的正确性。这种改进的双灵敏度测速方法和不确定度评估方法，可为未来的VISAR诊断精密化发展提供技术思路。

以缩短马赫曾德尔(M-Z)电光调制器分支波导为目的，将有机聚合物非对称结构的脊波导应用于S弯波导中。采用半矢量有限差分光束传输分析法，系统地分析了不同参数下采用非对称脊波导的三种常见弯波导，即正弦弯、圆弧弯和余弦弯分支波导的TM00光场传输损耗，并与采用对称脊波导的结构相比较。研究表明，在芯层厚度h=1.5 μm、脊高为0.3 μm、脊宽w=4 μm、分支高度G=11 μm的情况下，当脊波导短边芯层平板宽度s≥2 μm时，在相同传输损耗条件下，正弦弯、圆弧弯和余弦弯分支波导长度分别可减少40%、30%和25%，该结果对有机聚合物M-Z调制器中分支波导的设计具有一定的参考价值。

针对复杂背景下的红外弱小目标检测问题，提出了一种基于形态学带通滤波和尺度空间理论的红外弱小目标检测算法。采用形态学带通滤波对红外图像进行预处理，得到红外弱小目标的潜在区域；利用高斯差分算子获得预处理后的红外图像的尺度空间，并通过尺度空间的极大值检测获得候选目标的位置和尺度；通过对候选目标的信杂比进行阈值化实现红外弱小目标的检测。实验结果和现有方法的对比证明了算法的有效性和稳健性。

针对使用主动红外光的视线跟踪系统存在的限制，构建了在自然光条件下允许头部自然移动的视线跟踪系统，该系统通过双目立体视觉系统获取眼睛特征参数，在三维空间中重构眼睛视线向量来估计眼睛的视线。通过头戴式标定板来估计头部姿态，减少了视线跟踪过程中头部移动带来的误差影响；提出了一种视线跟踪系统中个人参数的标定方法，该方法先假定眼睛视轴与光轴重合，由此计算出眼球的中心、半径、眼睛视轴与光轴的夹角的初始估计值，用非线性优化算法对这些初始值进行优化。通过实验表明，提出的视线跟踪算法对使用者限制较少，同时具有较高的视线估计精度，能满足很多视线跟踪应用场合的需要。

结合垂直沉积自组装法和旋涂法制备了由超薄金膜、发光层和三维光子晶体组成的三明治结构。通过对样品的衰减全反射曲线进行测量和分析，发现该三明治结构的光学特性取决于光子晶体的质量，高质量三维光子晶体使得三明治结构的衰减全反射曲线在48°和63°两个位置出现了反射波谷，而低质量三维光子晶体的三明治结构的反射波谷完全消失。与薄金膜发光层双层结构相比，该三明治结构的荧光特性曲线也出现了显著变化，单一辐射峰分裂为双峰，且位于600 nm的辐射峰比位于620 nm处的辐射峰要弱30%。

为了研究推进剂类型和铝粉含量对固体火箭发动机羽烟紫外辐射特性的影响，采用二维流场和三维辐射传输相结合的方式建立羽烟紫外辐射模型，模型中可考虑热发射、CO+O化学发光、OH自由基化学发光、以及不同状态和直径Al2O3颗粒辐射特性等紫外辐射机理。利用模型计算了双基、改性双基和复合推进剂羽烟的紫外辐射分布，并以复合推进剂为例，研究了铝粉含量对羽烟紫外辐射特性的影响。研究结果为紫外预警系统判断导弹的类型，以及导弹紫外隐身性能的提高提供了参考。

为获得一个优化的全光开关结构，在光子晶体90°弯曲波导的基础上，进一步改进光子晶体结构，并在其中加入克尔(Kerr)型非线性介质柱，得到了非线性光子晶体全光开关结构。通过时域有限差分(FDTD)法数值分析表明，该开关结构能够实现的带宽大约为50 nm，消光比大于40 dB，阈值功率密度约为5.2 W/μm。同时，该结构还可以实现基本的逻辑功能。

硫系玻璃光子晶体光纤在中远红外激光传输领域具有广阔的应用前景。制备了红外波段具有优良透过特性的Ge30Sb8Se62硫系玻璃，并以此为基质材料设计了一种适合于高功率中红外激光传输的带隙型光子晶体光纤。利用平面波展开法和有限元法分析了不同结构下该光纤的光子带隙、模场面积和限制损耗特性。通过优化光纤的结构参数，获得了在10.6 μm处限制损耗小于0.1 dB/m的大模场(模场面积大于100 μm2)光子晶体光纤。

基于腕部手厥阴心包经循行区域的解剖结构，建立了腕部手厥阴心包经和旁开非经络线区域组织光传输结构的简化模型，并利用蒙特卡罗模拟的方法分别模拟了光在腕部手厥阴心包经、相邻肌腱以及旁开非经络线上的光传输特性。模拟结果表明，光沿腕部手厥阴心包经呈优势传输，与本实验室之前实验所得的结果相一致。分别计算了三个模型中各层的光通量情况，计算结果表明，腕部心包经循行区域的光传输特性主要受该区域的底层结构和底层组织成分影响，光在底层结构中也是沿腕部心包经呈优势传输的，并且该优势传输的现象与腕部心包经底层的筋膜间隙结构有关。

为探索单细胞红外光谱技术对单基因差异的鉴别能力，利用同步辐射傅里叶变换红外显微光谱技术采集含抑癌基因p53 (野生型)和敲除抑癌基因p53 (敲除型)结肠癌细胞的单细胞显微红外光谱。研究分析光谱发现，二者在脂质、蛋白质以及核酸吸收谱带峰强度和位置都有明显的差异。敲除p53后脂质、核酸以及蛋白特征吸收峰均减弱，且几乎所有的吸收峰都向高波数位移。分析了酰胺I带与酰胺II带的相对吸收强度比，发现敲除型比值明显变大；酰胺I带拟合结果表明野生型细胞中蛋白质二级结构的α螺旋和无规则卷曲含量明显低于敲除型，转角和非典型螺旋的含量则高于敲除型，而β折叠的含量无明显变化。研究表明，同步辐射单细胞红外光谱可以在分子水平上鉴别因p53基因差异而产生的细胞代谢变化。

发展了一种新型的多焦点多光子激发荧光显微技术，通过软件控制空间光调制器，在所需要的成像区域产生相应的激发光点阵，通过扫描入射角实现激发点阵快速并行扫描激发，通过CCD并行记录所产生的荧光信号，获得任意视场图像。分别实现了10×10和50×50点阵激发下的全视场双光子荧光图像，并且实现了同时多个区域寻址的多焦点激发成像。对比其他多焦点显微技术，该技术具有明显的灵活性，不但保持了多焦点激发的快速成像的优点，而且还增加了任意数量成像区域同时寻址和阵列点密度变化，所有这些变化只需要通过软件加载相应的相位图案给空间光调制器，而不需要任何硬件更改。

提出了地基望远镜主镜在环境温度变化时的温度场理论模型，结合分离变量法和格林函数法求解出温度场的解析表达式。运用温度场理论解，分别以熔石英和BK7两种常用材料为例，在特定环境条件下,定量分析了传统主镜和薄主镜的主镜视宁度与主镜口径之间的关系；针对4 m口径的传统主镜和薄主镜定量分析了其主镜视宁度与周围空气温度下降斜率的关系。地基望远镜主镜温度场理论计算的结果在主镜设计阶段对主镜视宁度的估量具有较大的参考价值。主镜温度场理论解还可以运用于各种口径及材料的主镜热变形及热应力计算等方面，具有普适的参考价值。

为使太阳模拟器的接收靶得到高能流高均匀度光斑，需要对聚光系统进行优化设计。提出利用非共轴椭球面聚光镜优化光斑质量的方法，使光斑的能流分布均匀度有明显改善。利用蒙特卡罗光线追迹方法，设计了聚集型高焦比太阳模拟器。在第二焦面处，80 mm直径的接收靶面上可接收10 kW的辐射光能，光斑对称性和均匀性好，系统的传递效率为23.81%，80 mm直径靶面内的平均能流密度为2 MW/m2，50 mm直径靶面内平均能流密度达到3.64 MW/m2，对应的理论色温超过2800 K。采用非共轴椭球面聚光镜，成功研制了由电源控制系统、冷却系统、氙灯光源和聚光系统构成的太阳能模拟器。经实验测试，太阳模拟器的聚光光斑与光学仿真软件TracePro模拟光斑符合得很好。

反射式扩束常用于大功率的激光发射装置，但在离轴状态下，仅仅控制多组镜片之间的相对距离并不能像透射式扩束一样顺利实现变倍。从扩束望远镜系统的失调状态得到启发，提出一种两片次镜切换变倍的光学方案，针对一束CO2激光器发出的直径为54 mm的激光束，完成了离轴工作时1.5倍和3.0倍两个档位的扩束光学设计。仿真结果证明了扩束功能的正确性，而且与主次镜相同曲率半径下同轴使用的失调望远镜系统的调制传递函数(MTF)曲线基本吻合，对离焦量进行补偿之后的成像效果能够达到衍射极限。

为提高机载短波红外(SWIR)推扫式成像光谱仪遥感工作效率，获取更大的地面覆盖宽度，对视场角(FOV)达到90°的超广角前置光学系统进行了研究。针对传统折射式短波红外（1～2.5 μm）系统在长波端透射率低的问题，提出了采用新型偏轴反射型式进行前置光学系统设计的思路。归纳了矢量像差理论所描述的控制偏轴系统三阶像差的方法。通过初始结构求解，在优化中控制像方远心及畸变，设计了焦距15 mm、相对孔径1/3.5、视场角达到90°的偏轴反射式前置光学系统，在奈奎斯特频率处的平均调制传递函数(MTF)优于0.68，边缘视场的相对照度达到88％，且不存在材料吸收引起的透射率下降问题。同时对畸变影响下的推扫图像也进行了仿真。该光学设计应用于大视场短波红外成像光谱仪，可极大地提高系统的探测灵敏度。

提出了一种将光场显微镜与裸眼三维显示技术相结合的方法，实现了利用光场显微镜对微观样品进行三维裸眼实时观察的技术。该技术将光场显微镜得到的子图像阵列直接投影在微透镜阵列的焦平面上，在空间一定区域内双眼可分别观看到两幅不同视角图像，使观察者产生立体视觉。该系统具有结构简单，无需相干光源，无需佩戴特殊眼镜，可多人同时观看等优点，应用前景广泛。

在LED照明应用中为实现矩形均匀照度分布要求，提出了一种基于一阶线性偏微分方程的自由曲面反射器设计方法。基于微分几何理论和折射定律描述了光线与自由曲面的相互作用。根据LED光源特性建立了朗伯光源与矩形被照面之间的能量拓扑关系，推导了自由曲面反射器的一阶线性偏微分方程和边界条件。分别使用Runge-Kutta法和有限差分法对边界条件和偏微分方程进行数值计算，并对计算结果进行光线追迹仿真。仿真结果表明自由曲面反射器光通利用率达到了94%，矩形被照面横向照度均匀度达到了0.9，纵向照度均匀度达到了0.8。程序计算时间少于1 s。

提出了一种准相位型光子筛。该准相位型光子筛通过改变暗环上小孔直径与带宽的比值，对焦点处的相位分布进行调制，使通过亮环和暗环上小孔的光波在焦点处发生相长干涉，生成聚焦光斑。该准相位型光子筛无需对基底进行特殊处理，即可完成相位型光子筛的制作，降低了加工难度。和普通振幅型光子筛相比，在相同最小加工尺寸的条件下，准相位型光子筛具有较大的数值孔径，可降低聚焦光斑尺寸。并且，和多区光子筛相比，在同样的最小加工尺寸及数值孔径的条件下，准相位型光子筛光斑尺寸及质量均优于对方。为大数值孔径光子筛设计提供了一种新的设计方法。

采用聚焦毛细管将通用的极紫外光源引出法兰口之外，并控制光束发散角，以匹配平行光管孔径角。分析计算了直接用光源照亮靶盘的情形，光束不能充满有效主镜面上的直径；设计使用聚焦毛细管，使光束充满平行光管孔径角，并对极紫外平行光管有无毛细管两种状态进行测试。测试结果表明，采用聚焦毛细管后，扩大了光束的发散角，并且无毛细管的最大光子计数接近1×105个，加毛细管后最大光子计数能达到1×104个。测试数据说明极紫外聚焦毛细管的传输效率可以达到10%，能够满足极紫外平行光管的各项技术指标要求。

考虑腔场处于弱相干态的情况，研究了两个全同的二能级原子与耦合腔相互作用系统中原子的偶极压缩和原子间的纠缠特性。研究结果表明，随耦合腔耦合系数增大，原子的偶极压缩减弱。另一方面，随耦合腔耦合系数增大，原子间的纠缠也减弱，这一结果与耦合腔处于真空态的情况相反。

研究了和平面刻槽离子阱中的电压热涨落噪声引起的离子加热和离子加热的直接计算模型，给出了离子加热的加热尺度，并利用有限元分析方法计算了当刻槽宽度和射频电极宽度比例α发生变化时加热尺度的变化。同时，还利用涨落耗散原理计算了控制电极的阻抗热涨落对离子产生的加热效应，并给出了x和y方向电场涨落的谱密度表达式，通过计算给出了较好的α值。

空间外差光谱仪采用特定楔角的棱镜实现视场拓展是提高仪器通量和辐射灵敏度的重要手段之一。借鉴传统傅里叶变换光谱仪视场展宽基础理论，结合空间外差光谱仪的技术特点，研究了基于数值归纳方法进行视场展宽棱镜设计的理论依据和实现途径。分析了不同Littrow角和目标波数下视场展宽棱镜顶角的最优取值及最大视场展宽容限。结果表明数值归纳方法全面衡量各级次视场对相位差的影响给出视场展宽棱镜顶角的最优取值，与传统理论推导方法相比，沿色散主截面方向视场容限提高了10%~30%，且数值归纳方法设计空间外差视场展宽棱镜简单、直观，在设计过程中可同时分析仪器参数对视场展宽容限的影响。

激光诱导击穿光谱（LIBS）谱线具有很窄的展宽，且光谱仪因外界温度条件的变化存在波长漂移，光谱数据为离散数字信号，受噪声、谱线重叠及连续背景的影响，信号存在失真和变形。而目前光谱仪自带谱线识别分析软件主要以“就近原则”为主，错误率较高，必须依赖于人眼的观察对比。针对这个问题，在研究LIBS光谱特性的基础上，提出了一种窗口可变滑动相关分析方法（CAASW），用于激光诱导击穿光谱谱线自动识别。以土壤标准物质为样品，对该方法进行了实验分析和评价，与光谱仪自带分析识别软件相比，CAASW明显提高了识别准确率和识别速度，最终实现了谱线的自动识别。

在短波红外区域（1~3 μm）,硅薄膜材料因其具有折射率高、透明性好、膜层应力易匹配等诸多优点而得到广泛应用。基于改进后的Sellmeier模型拟合出了制备的硅薄膜的短波红外光学特性，以此为基础，选用硅和二氧化硅两种材料，设计并制备出中心波长在1.30 μm，相对带宽2.46%的带通滤光片。利用了硅薄膜在波长小于1.0 μm波段的吸收特性较好地扩展了带外截止范围。测量结果表明，具有2个谐振腔的带通滤光片峰值透射率达到85.8%，半功率带宽控制在约32 nm，带外截止范围覆盖了波长小于1.75 μm的光谱区域。

极紫外光刻是实现22 nm技术节点的候选技术。极紫外光刻使用的是波长为13.5 nm的极紫外光，但在160~240 nm波段，极紫外光刻中的激光等离子体光源光谱强度、光刻胶敏感度以及多层膜的反射率均比较高，光刻胶在此波段的曝光会降低光刻系统的光刻质量。从理论和实验两方面验证了在传统Mo/Si多层膜上镀制SiC单层膜可对极紫外光刻中的带外波段进行有效抑制。通过使用X射线衍射仪、椭偏仪以及真空紫外(VUV)分光光度计来确定薄膜厚度、薄膜的光学常数以及多层膜的反射率，设计并制备了［Mo/Si］40 SiC多层膜。结果表明，在极紫外波段的反射率减少5%的前提下，带外波段的反射率减少到原来的1/5。

为精确测量超快激光色散补偿薄膜的群延迟色散，提出了一种基于窗口傅里叶变换和样条插值去噪算法的新型白光干涉测量方案。计算机模拟表明此方法测试精度可达0.58 fs2。分析了高斯噪声和光强平均效应对测试精度的影响，并使用此方法对实验制备的Gires-Tournois干涉反射镜和啁啾镜进行了测试，在宽光谱范围内测试误差小于10 fs2。该方法相比其他算法可以更快速、更精确地实现薄膜相位信息的提取，具有更高的测试精度和实用性。

基于膜层结构的弛豫现象，建立了一个多晶膜的应力演化模型，并通过线性组合给出了复合膜的生长应力模型。利用双光束基底曲率测量装置实时测量了电子束蒸发氧化铪、氧化硅多晶膜及其复合膜的应力演化过程，并对测量结果进行了拟合分析。

采用自主研制的双弯曲磁过滤阴极真空电弧(FCVA)技术，在不同衬底负偏压下制备了四面体非晶碳(ta-C)薄膜。通过分光光度计和椭偏(SE)联用技术精确测量了薄膜厚度，重点采用椭偏法对不同偏压下制备的ta-C薄膜sp3C键和sp2C键结构进行了拟合表征，并与X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱的实验结果相对比，分析了非晶碳结构的椭偏拟合新方法可靠性。结果表明，在-100 V偏压时薄膜厚度最小，为33.9 nm；随着偏压的增加，薄膜中的sp2C含量增加，sp3C含量减小，光学带隙下降。对比结果发现，椭偏法作为一种无损、简易、快速的表征方法，可用于ta-C薄膜中sp2C键和sp3C键含量的准确测定，且在采用玻璃碳代表纯sp2C的光学常数及拟合波长选取250～1700 nm时的椭偏拟合条件下，拟合数值最佳。