运用维格纳分布函数与广义惠更斯菲涅耳原理，推导出部分相干光束在任意折射率起伏功率谱模型的大气湍流中斜程传输时，其束宽传输的一般解析表达式。在此基础上，以部分相干平顶(PCFT)光束为例，给出了PCFT光束在大气湍流中斜程传输的束宽扩展解析表达式。在合肥地区大气折射率结构常数高度分布模式下开展了数值计算和分析，并与水平传输时的结果进行了比较。研究结果表明，光束在斜程传输时的束宽不仅与光束阶数、空间相干度、束腰半径、湍流的强弱和传输距离有关，还与天顶角密切相关。光束的阶数越高，空间相干性越差，天顶角越小，则其束宽扩展受湍流的影响就越小。当天顶角小于60°时，大气湍流对斜程传输光束束宽的影响明显小于水平传输的情况。

提出了一种掩星状态下获得太阳形状及强度的方法，并进行了理论推导，建立了数值仿真模型。建立了无大气折射效应下的太阳形状及强度矩阵，并以此作为参考，通过阿贝尔积分公式及折射率垂直剖面反演得到经大气折射后的太阳像面任意位置处的大气弯曲角，根据弯曲角计算得到掩星后太阳像面各个点位置相对于不发生掩星时的位移，根据参考像面即可得到掩星后的太阳像面形状及强度矩阵。 仿真结果表明，采用此模型能实现掩星状态下，不同轨道位置，任意切点下的太阳形状及强度分布。 同时，以卫星轨道高度600 km作为仿真算例，模拟获得了从5~60 km不同正切点高度位置处相应的太阳形状及强度分布，并且仿真得到了云层遮挡下的太阳强度分布图。此模型对应用于卫星姿态部件的测试标定、遥感技术及材料测量等领域，实现能够较为真实地反映太阳形状及强度的太阳模拟器，具有较高的参考价值。

瞄准偏差和光束抖动，会导致光束到达靶面能量的损失，是光束瞄准系统中两个最主要的误差。分析了以高斯光束和高斯抖动为基础的光束在照明目标时产生的光回波信号的特性；在此基础上，搭建了实验室平台，实现了基于二维爬山法的光束闭环瞄准，讨论了光束抖动对光束瞄准实时性的影响，分析了不同抖动强度下光束瞄准的精度。实验结果表明：爬山算法无需已知目标和光束分布的任何信息，即可实现光束回波闭环瞄准，且性能优良；但随着光束抖动的增加，其瞄准所需回波信号样本增大，瞄准精度降低。

根据气动光学效应定义了绕流流场厚度，分析了气动光学平均流场效应的时间特性与绕流流场厚度的关系，给出特征时间的粗估公式。使用大型流体计算软件SAED模拟计算了机载光学平台绕流流场随时间的变化，计算了绕流流场厚度，研究了气动光学平均场效应随时间的变化规律。计算结果验证了粗估公式的可靠性，表明与湍流效应的特征时间相似，气动光学平均流场效应的特征时间，正比于绕流流场厚度与飞机速度的比值。在给定的计算模型中，特征时间约为5 ms量级，特征频率低于300 Hz；平均流场气动光学效应引起的光程差均方根随时间围绕平均值变化，方差与平均值之比约为8%。

从理论上分析了大气湍流引起的球面波波前到达角的时空统计特性。讨论了在近地湍流环境中，利用光学倾斜测量方法实现高精度、高带宽的拼接望远镜主动对准的可能性。在研究到达角的空间相关性时考虑了有限湍流外尺度效应。同时，为研究时间相关性，计算了到达角的时间互谱密度。通过数值计算得到了单次短曝光测量误差的均方值以及时间积分抑制误差的效应。给出了在不同湍流环境和0.01″测量精度要求下的倾斜控制带宽。

器件的调制传递函数(MTF)表征了光电成像器件对空间频率的对比度传递特性，可以全面地评价其成像性能。随着器件的发展，用MTF来评价器件越来越受到重视。针对近红外InGaAs焦平面器件MTF的测试需求，搭建了一套用狭缝法测试该波段线列器件MTF的系统。系统采用全反射式Offner光学结构将狭缝高质量地成像在待测器件上。成像光学结构由两块共轴的球面反射镜构成，11成像，F数为4；在芯片工作波长为1.7 μm时，在高达8 mm×30 mm的宽视场内，20 lp/mm（对应尺寸25 μm×25 μm的芯片特征频率）处的实测MTF高于0.8，接近衍射极限。利用该系统对8元InGaAs线列探测器进行MTF测试（标称光敏元尺寸为100 μm×100 μm），6次重复测试得到的MTF数据的标准偏差与均值之比，在截止频率10 lp/mm内小于2%，测量的相对不确定度小于4.7%。

利用矩形靶标测量CCD相机的整机调制传递函数时，由于靶标与CCD像元之间存在初始角度误差与初始位置误差，实验测得的调制传递函数小于CCD相机实际调制传递函数。根据调制传递函数的定义，模拟CCD对具有初始角度误差与初始位置误差的矩形靶标成像，推导出了CCD像元的亮度分布公式，从而给出了调制度与初始角度误差和初始位置误差的关系，并分别对具有初始角度差、初始位置差的情况进行分析。最后利用像元间的亮度差推导出计算初始角度误差的理论公式并进行了仿真验证。

采用Kogelnik耦合波理论讨论了透射型体布拉格光栅(TVBG)的角度选择特性；结合分波面双光束干涉法和两步热处理法在光热敏折变玻璃中制备了周期为1 μm的TVBG，TVBG相对衍射效率可达91.1%；利用发散光束研究了TVBG的角度选择特性，验证了TVBG具有良好的角度选择特性，可以应用于角选择滤波，抑制中高频调制，提高激光的近场均匀性。

根据角谱理论建立不同偏振照明条件下的光子筛矢量衍射模型。在此基础上，对入射光分别为线偏振光、径向偏振光、切向偏振光三种特殊偏振状态下的光子筛聚焦光强分布进行了模拟分析。研究结果表明，对于大数值孔径光子筛，入射光的偏振特性将对光子筛聚焦光强分布产生巨大影响。线偏振光将使聚焦光斑沿偏振方向拉伸，切向偏振光产生的聚焦光斑具有“中空”结构，而径向偏振光所产生的聚焦光斑呈较为规则的圆形，且其焦深优于线偏照明情况。在激光直写及高分辨成像等光子筛典型应用中采用径向偏振照明将进一步提高系统分辨力。

针对激光会聚铬原子沉积实验，运用标量衍射理论，通过数值模拟研究了基片衍射对会聚激光驻波场中原子波包几率密度演化的影响。结果显示基片衍射的影响会随激光中轴线与基片沉积表面距离b0的变化而变化。相对于非衍射情况，衍射效应会提高激光驻波场中会聚平面内原子波包几率密度分布的中心值，同时减小其半峰全宽。当参量b0=－0.2w0(w0为高斯光束的束腰半径)时，原子波包几率密度的会聚平面和基片沉积表面完全重合。此处，衍射时原子波包几率密度分布的中心值为1.26，其半峰全宽为5.62 nm，两者分别为非衍射时的1.1倍和0.94倍。

基于纤芯失配理论，提出了一种多模单模多模（MSM）结构与光纤布拉格光栅（FBG）级联实现温度和应变同时测量的光纤传感器。利用MSM结构的干涉谱和FBG对温度和应变的不同响应灵敏度，实现了对温度、应变的同时测量。实验结果表明，在20 ℃~80 ℃的温度范围内，MSM结构的干涉谱和FBG的温度灵敏度分别为0.091 nm/℃和0.0102 nm/℃；在0～650 με的应变范围内，应变灵敏度分别为 -0.0013 nm/με和0.0012 nm/με。因此利用敏感矩阵，即可实现对温度和应变的同时测量，且温度和应变的最大测量误差分别为±0.2 ℃和±8.25 με。该结构灵敏度高，结构简单，且不易受电磁等干扰，实验结果具有良好的线性度，在工程领域应用前景良好。

在传统LiNbO3马赫曾德尔调制器偏置控制理论的基础上，提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)算法和低频小信号扰动的谐波响应反馈控制方法，实现了一种与调制器输入光功率及插入损耗无关、任意工作点可偏置并锁定的精密光电控制系统。利用比例积分微分（PID）控制方法，实现了任意工作点偏移小于0.5°的控制精度，实验结果亦证明该控制系统能够实现强度调制器任意工作点的偏置及锁定。这些结果对于将LiNbO3强度调制器稳定在最佳工作点并实现高速长距光纤通信系统是很有帮助的。

通过激光信号在雨介质中传输的实验发现，在大雨环境下，激光信号透射率要比在小雨或微雨的情况下大。这说明光信号在小雨时衰减较大，在大雨时衰减较小。这一现象与人们通常所认为的有所不同。针对降雨对激光信号的影响，根据Mie散射理论和Weibull雨滴尺寸分布模型，分析了不同尺寸的粒子对光的散射作用以及对衰减效率因子的影响，推导出单球粒子对光波的衰减公式，得到了衰减与降雨率的确定关系。通过数值计算发现，与小粒子相比大粒子的前向散射光强更大且更加集中；激光信号在雨介质中传输时，衰减系数在小雨时较大，中雨、大雨时较小，暴雨时不断增大。这一结果与实际情况较吻合，为激光在通信系统中的应用提供了一定的理论依据。

研制了一种直径为13 mm的空气腔推挽式双臂对称补偿结构的光纤水听器，介绍了该光纤水听器的工作原理，优化设计了光纤水听器结构。在小直径情况下，保证了较高的声压灵敏度，同时获得了较低的加速度灵敏度。实验测得在80～2500 Hz频段内，该光纤水听器的平均声压灵敏度为-142.5 dB，灵敏度的起伏小于±0.8 dB，加速度灵敏度小于-20 dB。实验结果表明，研制的空气腔推挽式双臂对称补偿结构的光纤水听器，能很好地满足拖曳细线阵的使用要求。

针对理论上推导轴锥镜的衍射光场分布解析式较为困难，且用菲涅耳衍射理论分析时存在近轴近似及不能适用于近场衍射光场分析的问题，采用了严格遵从标量衍射亥姆霍兹方程的角谱衍射波前重建方法，对轴锥镜在单色和准单色高斯光波照射下的横向和轴向衍射光强分布特性，以及在单色均匀平面光波照射下的轴向衍射光强分布进行了数值计算和分析。结果表明，轴锥镜后单色光衍射光强分布在几何光束重叠的菱形区域内为近似无衍射贝塞尔光强分布，轴上光强沿光轴方向呈振荡变化，轴上光强分布规律与入射光波的垂轴横向光强分布有关；入射光的准单色性使得贝塞尔衍射条纹对比度略下降、轴上光强沿光轴方向振荡程度减小，但分布规律与单色光一致。

S变换是一种集合了窗口傅里叶变换和小波变换优点的时频分析技术，目前一维S变换已成功应用于结构光投影的条纹相位解调中。由于二维S变换可以对图像在两个方向上进行时频分析，具有更优于一维S变换的分析和处理能力。为了完善S变换的条纹相位解调理论，将二维S变换方法引入到基于结构光投影的三维光学测量中，研究了二维S变换在条纹相位解调中的原理及应用，给出了详尽的理论分析,并同一维S变换结果进行了比较。模拟和实验都表明，在条纹图解相中，二维S变换比一维S变换提取的相位精度更高，即使在存在较严重噪声污染的情况下也表现出良好的可靠性，体现出二维S变换提取相位的优势。

利用光线追迹的方法，考虑太阳形状、余弦损失、阴影及遮挡损失的影响，建立线性菲涅耳反射（LFR）聚光器的三维光学几何模型，给出其光斑能流密度分布的计算式，采用Matlab软件编程实现该算法。将计算结果与美国国家可再生能源实验室（NREL）开发的SolTrace软件仿真结果相对比，光斑能流密度分布曲线基本吻合，证明了该算法的正确性。为了获得更高的镜场聚光效率，对比了不同反射镜面型对LFR聚光器的影响。

针对太阳能槽式系统反射镜玻璃厚度对聚光特性的影响进行了理论、模拟和实验研究。研究结果表明，平行光下反射镜玻璃越厚，入射光线距光轴距离越远，ΔX、ΔY越大。对焦距为1200 mm，反射镜玻璃折射率为1.6的槽式系统进行了理论计算，玻璃厚度为1 mm的反射镜，当距光轴距离为200 mm和2000 mm时，ΔX为0.03 mm和1.69 mm，ΔY为0.19 mm和0.31 mm；当距光轴距离仍为2000 mm时，玻璃厚度为5 mm的反射镜，ΔX为8.41 mm，ΔY为1.55 mm。通过TracePro模拟以及实际实验测量，结果与理论计算相符。

用实验方法研究了光致聚合物中全息存储再现图像质量的动态特性，以信噪比损失作为图像质量变化的衡量指标，进行了暗增长和均匀后曝光过程监测图像实验。实验结果表明，在暗增长和均匀后曝光过程中，再现图像强度和质量经历先增长后下降的动态过程。以噪声光栅的形成和发展对实验结果进行了初步的解释。以信噪比损失不大于3 dB为判据考察了全息图对暗反应和均匀后曝光过程的宽容程度，对于不同的记录条件确定了暗反应和均匀后曝光过程的特征时间。在特征时间内，再现图像的质量和强度都是可以接受的。在复用记录时，为保证所有全息图有均衡的衍射效率和良好的图像质量，必须考虑再现图像质量和强度的动态变化因素。

基于香农采样定理和傅里叶频谱分析，通过模拟数字全息光栅的实验，对非同步采样数字全息图的一些基本问题进行了分析。模拟实验结果表明：全息图透射率函数中的低频调制现象随非同步采样光栅空间频率的增大而变得更明显；全息图再现过程中的频谱泄漏使再现波前发生高频起伏，其影响大小取决于非同步采样的偏离程度，与光栅本身的空间频率无关。另由数值模拟实验表明，频谱泄漏对再现波前的影响可通过数字全息图加窗切趾方法来抑制，以提高再现像质量。

在对地面目标光学伪装评价的研究中，根据地面背景伪装图像的特点，提出了一种基于容限近集理论的评价地面目标光学伪装效果的方法。提取伪装图像中的目标和背景区域，将这些区域作为容限空间中的集合分别进行分块，每块子图像作为集合元素，提取各子图像的统计、颜色和纹理等特征，在容限空间中计算背景与目标并集集合的所有容限近似类，用近似测量(tNM)指标评价伪装效果，并将tNM与豪斯多夫距离（tHD）比较。结果表明，容限近似理论作为一种新的评价伪装图像伪装效果的方法能很好地代替人眼主观评价；tNM作为评价伪装效果的指标优于tHD。

傅里叶望远镜成像技术，综合了激光主动成像技术、光学合成孔径技术和相位闭合技术是一种新的高分辨率成像探测技术。激光频移的效果是影响傅里叶望远镜成像质量的重要因素，特别是使用大功率、宽光束和宽调制带宽激光的系统。构建了不同的误差模型，推导了频移误差在系统中的传递函数，利用仿真实验分析其对系统成像的影响，得到了对应的误差影响分析。结果表明，频移精度和稳定度严重影响到系统的成像效果，部分情况下含有误差的反演图像与理论反演图像的施特雷尔值已降到0.2，因此合理的设计和选择声光频移器是改善系统成像的一个关键因素。

目前的手掌静脉识别系统均采取主动光源来获取掌脉图像，光源波长的选择直接影响掌脉图像的清晰度与识别性能。典型的掌脉识别成像波长为760，850，890，940 nm，但没有指出哪种波长识别性能最佳。从两个角度解决此问题，从识别特征提取角度，建立了基于Fisher判别率的掌脉成像清晰度模型，对4种波长拍摄的掌脉清晰度进行比较；从特征匹配角度，以3种典型的生物特征识别算法对4种波长拍摄的掌脉图像进行识别性能比较。在包含4种波长共2400幅掌脉图像的自建图库中进行实验，模型选择和典型算法实验结果都表明，850 nm优于其他3种波长。证明了850 nm拍摄的掌脉图像的识别性能最佳。

离轴照明技术(OAI)是极紫外光刻技术中提高光刻分辨率的关键技术之一。为了实现考虑掩模阴影效应情况下离轴照明的优化选择，构造了一种新型实现OAI曝光的成像模型。将照射到掩模上的非相干光等效为一系列具有连续入射方向的等强度平行光，基于阿贝成像原理分别对掩模进行成像，最终在像面进行强度叠加实现OAI方式下空间成像的计算；并通过向投影系统函数添加离焦像差项实现不同离焦面上空间成像计算。该模型极大地简化了OAI条件下对掩模阴影效应的计算，提高了成像质量计算效率。结合光刻胶特性及投影曝光系统焦深设计要求，以显影后光刻胶轮廓的侧壁倾角为判据，获得了采用数值孔径为0.32的投影系统实现16 nm线宽黑白线条曝光的最优OAI参数。

论述了地球临边及天底模式大气探测的原理，依据应用要求设计和研制出了具有全新探测模式的在近地球轨道能同时对地球临边和天底大气进行探测的紫外环形成像仪原理样机。该样机采用折反式光学系统，它的三个工作波段分别为285～295 nm、305～315 nm和350～360 nm，能实现地球临边（对应大气垂直高度0~120 km）多方位以及天底10°视场角内的成像探测，其探测数据被用于反演大气辐射多方位的空间分布及动态结构。最后对该原理样机的310、355两个通道进行了性能评价。结果表明，其空间分辨率和信噪比均达到设计指标要求，满足空间紫外遥感的应用。

依据全反射理论和棱镜耦合原理，实现了对棱镜折射率及波导薄膜材料折射率和厚度的同步测量。使用高准直半导体激光器激光入射到棱镜内部与波导膜的分界面上,逐步旋转棱镜或改变棱镜的入射角，得到棱镜耦合M线，曲线前面几组的波谷为波导模激发，在M线左侧收尾处有一个不完整波峰，其反射光强随入射角迅速衰减，为全反射时的临界点，由此可实现棱镜及波导薄膜参数的同步测量；用此法测量了棱镜耦合一体化平面波导棱镜的折射率和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物波导薄膜的折射率和厚度。测量棱镜折射率精度为±1.9×10-4，波导薄膜折射率和厚度的精度分别为±6.2×10-4 μm和±1.6×10-2 μm。

在外弹道测量系统中，将光学设备与无线电设备测量数据进行融合处理，可以提高系统的综合测量水平和设备的使用效率。利用部署在光电经纬仪附近的雷达，建立光电经纬仪和雷达联测定位模型。由全微分公式，根据测站站址差将光电经纬仪的测角信息与雷达的测距信息进行数据融合，可以得到目标相对于雷达的方位角和俯仰角，从而确定目标的空间三维位置；分析了定位模型的主要误差来源和对定位结果的影响。结果表明，光电经纬仪雷达联合定位算法得到的精度优于雷达单台定位精度，联合定位的精度达到2 m以内，同时发挥了光电经纬仪和雷达跟踪测量的长处。

提出了一种可抑制角漂移的表面等离子体传感器结构，并结合相位测量设计了相应的气体折射率测量系统。分析表明激光入射角、金膜厚度以及反射光p、s分量的相位差与气体折射率之间的固有非线性是影响相位响应度与折射率测量精度的主要因素。计算表明所提出的自适应结构将角漂移引起的误差降低了一个数量级并很大程度提高了测量灵敏度。同时分析设计了金膜厚度参数，并评估了反射光p、s分量的相位差与气体折射率之间固有非线性带来的误差。应用于空气折射率的测量比对实验显示其测量精度达到了10-6量级。

数字投影和成像系统的Gamma非线性效应是导致相位测量轮廓术（PMP）测量误差的重要原因。目前大多采用多帧条纹图进行Gamma校正，使测量的实时性受到限制。提出了一种Gamma校正方法，利用正交光栅像的傅里叶频谱分布计算Gamma值，再根据此Gamma值对投影相移条纹进行Gamma逆变换，实现投影条纹输入值的提前校正，以获取具有良好正弦性的结构条纹，从而降低PMP相位测量误差。校正过程中只需一帧条纹图，而且考虑了测量系统的离焦效应。实验证实了该方法的有效性和正确性。

支撑方式对大型光学元件的镜面变形及应力集中具有重要影响。以大口径、非均匀质量分布、二维旋转棱镜为研究对象，综述了多点支撑和面支撑方式，提出了可调分段面支撑方法，并给出具体的方案设计。系统地分析了面支撑方式下棱镜的运动过程，得到最危工况。采用两步优化方法对该工况下的支撑夹角进行优化，优化后棱镜运动过程中的最大变形峰谷值与最大等效应力值相比优化前分别减小了7.40%和11.45%，支撑效果得到了明显改善，验证了该支撑方式的合理性及可行性。

在航天、**等领域往往需要传递无机械连接的设备之间的空间方位信息，而传统的方位测量系统测量范围小、测量精度低，难以满足系统高精度大范围传递的要求，为此改变传统方法中的调制方式，将方波磁光调制引入了方位测量系统，建立了基于方波磁光调制的方位测量模型。根据马吕斯定律，建立了方波磁光调制后的输出信号模型，并分析了调制后信号的特点。根据调制后信号的表达式与方位角的关系，推导、建立了调制后信号与方位角之间的关系方程，并利用调制后信号的增减性去除了方程的增根，结合调制前后信号的相位对比扩大了方位角的测量范围，最终得到了基于方波磁光调制的方位测量模型，实现了无机械连接的设备之间方位信息的传递。仿真结果表明，提出的基于方波调制的测量方法与传统方法比较，理论测量精度更高、测量范围更广，这为实现空间方位角高精度大范围测量提供了一种参考。

基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)的自旋反转模型(SFM)，研究了弱光反馈下正交时变光注入VCSEL的双稳特性。研究结果表明，当副激光器(S-VCSEL)受到主激光器(M-VCSEL)正交时变光注入时，弱光反馈的引入不改变正交时变光注入VCSEL的双稳宽度随光注入扫描速率增大而增大的性质；对于确定的光注入扫描速率，随着反馈强度的增大，双稳宽度将变窄；当M-VCSEL与S-VCSEL之间存在频率失谐Δν(等于νm-νs,νm、νs分别为主、副激光器自由运行时的频率)时，随着Δν从负值逐渐增加到正值，双稳宽度总体呈现先减小后增大的趋势，无反馈时在负频区域双稳环宽度呈现的较大波动在引入光反馈后可得到一定程度的抑制。

建立了百纳秒级单频脉冲光纤激光极限输出功率的理论模型，分析了影响Yb3+掺杂的硅玻璃光纤和磷酸盐光纤最大输出功率的影响因素，计算结果表明影响硅玻璃光纤极限输出功率的因素有抽运光亮度、透镜效应和受激布里渊散射(SBS)效应，而对于磷酸盐光纤除了上述三种因素外还包括纤芯的熔化。在单频脉冲极限输出功率方面磷酸盐光纤的性能要优于硅玻璃光纤。

宽带放大逆问题对于研究高功率激光系统的放大性能十分重要。将极化强度时域解析法应用于亚纳秒量级的宽带放大研究，通过Gerchberg-Saxton(GS)和遗传算法的混合算法，详细模拟和研究了脉冲激光的宽带放大逆问题，即给定输出脉冲的时间和空间分布，结合放大系统参数，逆向反演注入放大器脉冲的时空波形。极化强度时域解析法应用于宽带放大具有计算耗时少的优点，混合智能算法简化了激光放大器的逆问题模型，加快了逆问题求解的收敛速度。

由于球体具有轮廓连续性好等优点，在摄像机标定,尤其是多相机标定方面获得了广泛的应用。利用球作为标定靶标可以弥补平面靶标在多相机标定中出现视角过大时畸变太大甚至于观测不到的不足，但是空间球经透视投影后成像一般并非标准圆，而是一个椭圆。椭圆几何中心与球心真实成像中心并不一致，从而影响了标定精度。造成球心成像误差的因素主要有两个，即球的相对大小及相对于相机的位置。通过分析空间球成像模型，仿真研究了各因素对球心成像误差影响的大小，寻找球心的透视投影像点与其成像椭圆几何中心之间的误差变化规律，并建立了两者之间的误差校正模型，最后通过实验验证了该校正模型的可行性和有效性。通过校正，球心投影像点定位精度可达到亚像素级。

研究了不同尺寸SiO2胶体微球形成纳米结构薄膜的光学传输特性和光子带隙。通过在玻璃基底上自组装透光的SiO2胶体微球形成胶体晶体薄膜, 依据布拉格定律，分析微球尺寸对胶体晶体光子带隙的影响。为实现可见光波段的全方位减反射，提出通过改变胶体粒径将胶体晶体带隙位置移动至紫外波段，理论计算得出当粒径为112 nm，占空比为0.45时能实现可见光波段0.5%的平均反射率。实验结果表明，玻璃基底在400~800 nm间的平均反射率从4.3%降低至0.7%，最小反射率达0.3%。通过控制微球粒径移动光子带隙位置，优化晶体结构参数实现了可见光波段的减反射，有效提高了光学组件对可见光的利用率。

在LED光学设计中，传统方法多以LED光源的远场测试数据为设计依据，而远场测试仅仅是对LED光源相对粗糙的测量，并不能精确地描述光源的空间光分布情况。对LED光源详细空间光分布信息的获取，即LED光线集的获取已经成为LED光学设计的瓶颈问题。获取并合理利用精确、详实的LED光源信息尤其是光源空间光分布信息是LED光学设计的关键点。分别利用单颗LED芯片和LED模块做了两组对照实验，并利用照明解析软件对获得的实验数据进行处理和分析，通过对比实验中光源远场测试和近场测试获得结果之间的差异，强调了通过LED光源近场测试获取光源光线集对LED光学设计的重要作用。实验结果表明，LED光源近场测量获取的光源光线集可以为LED光学设计提供更为详细的光源的光空间分布信息。

为了分析表面纳米半球微镜结构对GaN基发光二极管（LED)光提取效率的影响，利用时域有限差分法(FDTD)分别对GaN、ZnO、SiO2、聚苯乙烯组成的半球微镜结构进行了分析和比较，同时用模式分析方法从理论上对FDTD计算结果进行了进一步验证。研究发现，在亚波长范围，折射率较小的材料不利于导模与表面结构层的耦合，不会对光提取效率的提高产生明显影响。相比之下，折射率较大的材料会使更多的模式耦合到半球微镜阵列层，更有利于光提取效率的提高；当材料选定，纳米半球半径增加时，光提取效率也逐渐增加，优化后半径为600 nm的半球微镜阵列结构GaN基LED，其光提取效率比没有结构的普通平板LED增强5.66倍，在以上波导材料结构中最为优化。在此基础上，通过等效折射率的计算得到半球微镜结构的等效折射率模型，并利用非对称平板模式分析的办法对以上得到的结论进行了分析和验证。这些结果对实际的高性能GaN基LED的设计与优化具有重要意义。

面对可用焦深日益缩短的趋势，高精度的焦面控制技术显得尤为重要。针对双工件台光刻机中采用的焦面控制技术，介绍了基于偏振调制的光栅检焦技术及其测量原理，研究了双工件台光刻机中的调平调焦技术。基于平面拟合、最小二乘法及坐标变换公式推导了曝光狭缝内离焦量计算公式；研究了一种离焦量解耦算法，该算法将曝光狭缝内离焦量解耦为调平调焦机构三个压电陶瓷的独立控制量，并使狭缝曝光场中心在调平调焦运动过程中不发生平移。经仿真分析表明，该算法可用于调平调焦精度优于10 nm 的高精度调焦调平系统, 能满足线宽小于100 nm 投影步进扫描光刻机的需要。

提出了一种基于双通道马赫曾德尔调制器(DPMZM)调制边带滤波的微波光子移相器。在双通道马赫曾德尔调制器的结构中，在一路马赫曾德尔干涉仪上实现抑制光载波的双边带调制输出，而在另一路马赫曾德尔的相位调节臂上通过调节偏置电压实现光载波信号的光学移相，两路光信号经过干涉合路后由光纤布拉格光栅(FBG)滤除其中一个一阶边带，最后输入到光电探测器(PD)进行光电转换得到移相的微波信号。实验结果表明，基于DPMZM调制边带滤波的微波光子移相器具有传输特性稳定、输出幅度波动小的优点。该结构还具有相移调节响应速度快、应用频带宽以及移相范围大于360°等特点。

基于聚合物材料的波导型电光器件对提升光通信网络的带宽容量具有重要的意义。设计并制备了一种基于有机/无机杂化非线性材料的准矩形聚合物电光波导，采用SiO2作为下包层，紫外胶SU-8作为引导芯层，掺有生色团DR1的有机/无机杂化非线性材料DR1/SiO2-TiO2作为电光层，通过优化感应耦合等离子体刻蚀工艺的天线功率、偏置功率和氧气流量，将SU-8同时作为引导芯层和刻蚀工艺的掩模，制备了准矩形电光波导。实验测得波导传输损耗为-3.5 dB/cm。

考虑了双模腔内含有N个三能级V型原子的系综与两个量子化场之间的相互作用。在非绝热消除原子变量的条件下，分析了两个初始为相干态的输入场从腔内输出后的量子关联性质。结果表明在恰当的条件下，在中心频率处可以获得量子纠缠，但随合作参数的增加，中心频率处的纠缠变小甚至消失。与此同时，在高频区间则产生了一对边频量子纠缠。这是由于合作参数增加引起的真空拉比分裂导致了高频处获得量子关联。此外，通过调节量子化场的强度以及原子和场的反对称失谐，还可获得两对边频量子纠缠。这对边频量子关联的研究具有十分重要的价值。

推导了任意形状金属纳米结构对复杂环境折射率的局域表面等离子体共振(LSPR)光谱响应的解析解，给出了体折射率和局部折射率灵敏度公式，并进行了详细的理论分析和数值验证。结果表明，金属纳米结构的光谱响应与被分析物厚度呈指数增长关系，并与被分析物的折射率、敏感层厚度、金属纳米结构的材料和形状等因素有关。被分析物折射率越高，光谱响应越大。敏感层越厚，局部折射率灵敏度越差。同时，尖锐的金属纳米结构形状可以获得更大的体折射率灵敏度。对金属纳米结构光谱响应及折射率灵敏度的研究对制作高灵敏度LSPR传感器具有重要的指导意义。

对具有一维高斯分布粗糙表面的半透明介质层光谱散射，基于微面斜率法建立了考虑遮蔽效应的粗糙表面光谱辐射传递概率模型，采用蒙特卡罗法模拟光谱辐射能束在粗糙表面、半透明介质层介质与镜反射基底之间的多次反射、折射和吸收等传递过程。通过数值模拟，分析了介质层表面粗糙度、光谱光学厚度、折射率和基底反射率对介质层双向反射分布函数(BRDF)的影响。结果表明，表面粗糙程度不同时，反射峰值随入射角度呈现不同的变化趋势；表面粗糙度增加或折射率增大都将导致漫反射份额增大；介质层光谱光学厚度和基底反射率主要影响BRDF的数值大小，而对BRDF的分布形态影响很小。

像面干涉高光谱成像技术主要应用于遥感成像领域，为了实现不同距离目标的光谱成像探测，提出了一种基于二次成像的像面干涉高光谱成像方法。通过在无限远成像系统中加入前端成像物镜、中继准直物镜和横向剪切分束器，构建一个二次成像的干涉系统。通过采用分离式的前端成像物镜方案，选用变焦镜头或不同焦距的定焦镜头，有效地兼顾远、近距离目标的成像光谱探测。对该方法的成像系统、光谱分辨率和推扫方式等方面进行了分析，进一步搭建了实验装置，对室内近场目标和室外远场目标进行了成像实验，并对生物组织进行了显微光谱干涉成像实验。实验结果表明，该成像方法能够有效用于不同距离目标的高光谱成像探测。

通过理论分析和实验测量，研究准波导结构染料薄膜中荧光和放大自发辐射（ASE）的泄漏模特性。理论上，考虑薄膜传输损耗及染料吸收损耗对准波导结构中泄漏模特性的影响，通过计算准波导结构中泄漏模的光强分布，给出了相应的物理机制分析；实验上，以棱镜为衬底制备染料薄膜，根据棱镜耦合法测量不同出射角对应的泄漏模的荧光与ASE光谱，验证理论的正确性。此外，采用光束分析仪探测各泄漏模式对应的荧光及ASE的光强分布，研究了准波导结构中ASE的激励特性。结果证明，荧光峰及ASE峰的红移以及泄漏模的激发是界面反射率、薄膜传输损耗及染料吸收损耗等共同作用的结果，而界面反射率对ASE泄漏模激发特性有重要影响，染料的自吸收是荧光峰及ASE峰产生红移的主要因素。

利用激光诱导与化学镀铜的方法在聚酰亚胺薄膜上制备了太赫兹线栅偏振器和带阻滤波器，用太赫兹时域光谱系统对所制备的器件进行了测试。测试结果表明，该方法制备的太赫兹线栅偏振器在0.2～1.5 THz范围内的消光比优于20 dB，耶路撒冷十字结构带阻滤波器的3个中心频率分别为0.41、1.07、1.47 THz。实验结果与时域有限差分法的仿真结果基本相符。研究表明激光诱导与化学镀铜是一种简单灵活且能有效地制备太赫兹器件的方法。

为改善氧化钨薄膜的电致变色性能，通过溶胶凝胶法钨粉过氧化路线制备了聚乙二醇改性的氧化钨电致变色薄膜。采用X射线衍射仪、光谱椭偏仪、紫外可见分光光度计和电化学工作站对薄膜的微观结构、光谱调制能力、着色效率、离子扩散能力、可逆性和响应时间及循环稳定性进行了表征和分析，并研究了聚乙二醇对氧化钨薄膜结构及电致变色性能的影响。结果表明，聚乙二醇可以使氧化钨薄膜结晶延迟；添加一定量的聚乙二醇可以得到纳米晶/非晶复合结构薄膜，从而更有利于离子在薄膜中的扩散与迁移；相对于未添加聚乙二醇改性的氧化钨薄膜，聚乙二醇改性的薄膜具有更宽的光谱调制范围和更高的着色效率，亦表现出良好的可逆性和循环稳定性。

对数字硬拷贝成像ISO13660标准的线条客观属性量与其形成文本的感知清晰度的相关性进行了研究。实验针对6.5 磅和10.5磅简单笔划的黑体汉字、Times New Roman西文字符，以及等价宽度的线条组成的等宽度明暗条纹，进行了清晰度感知质量的主观测评和相应单线条客观质量属性的测量，并建立了两者间的相关模型。结果表明，线条的对比度、粗糙度、相对模糊度及线宽与文字的感知清晰度具有线性相关性，且感知清晰度与线条的对比度正相关，与粗糙度和相对模糊度负相关；对少笔划或多笔划但间距较大的情况，感知清晰度与线宽正相关，反之，负相关。此外，各线属性量对感知清晰度的影响权重相互间至少有1倍的差距。

为缩短实验前的等待时间，减小热辐射对光学元件的损伤以及热变形对实验的影响，充分利用同步辐射X射线获得稳定有效的实验结果，对X射线干涉光刻(XIL)光束线偏转聚焦系统进行了热结构耦合分析。针对上海光源(SSRF)的光源参数，计算偏转聚焦系统所受的热功率密度分布，在此基础上对偏转聚焦系统在相同载荷、不同边界条件下进行了瞬态热平衡分析，得到双柱面镜M1、M2达到热平衡所需的时间、温度分布，并做了比较分析。结果表明，对XIL光束线上偏转聚焦系统的M1、M2采用间接水冷方式可削弱热载效应，达到热平衡的时间分别由8677 s和7850 s缩短到960 s和840 s，最高温度分别由182.73 ℃和129.73 ℃降低到57.94 ℃和47.29 ℃，此时的最大面形误差分别为7.23 μrad和9.24 μrad，缩短了从开机到实验的等待时间，在提高实验效率的同时能够获得稳定有效的实验结果。