赤潮爆发时水体叶绿素a质量浓度升高，引起浮游植物吸收系数、光束总吸收系数等水体固有光学性质（IOP）的变化，并导致水体表观光学性质（AOP）的改变。海洋光学浮标可实现水体表观光学性质的定点连续时间序列观测，基于此发展相应的模型方法有望实现赤潮生消全过程的监测。利用一次赤潮生消过程的海洋光学浮标数据，发展了一种赤潮半分析监测方法。该方法首先由光学浮标数据得到的水体光谱漫衰减系数Kd(λ)和遥感反射率rrs(λ)，结合经验确定的水下光场平均余弦进行水体光束总吸收系数a(λ)的半分析估算，然后再半分析反演浮游植物吸收系数aph(λ)和叶绿素a质量浓度。经检验，该方法估算a(675)，aph(675)和叶绿素a质量浓度的中值相对误差分别为8.6%，34.9%和38.9%。将本方法与半分析方法(QAA)和统计回归方法进行了对比分析，本方法的优势在于反演精度较高，所采用的经验参数大都源自辐射传输理论计算、不依赖于浮标数据且对反演结果的影响有限。

边界层作为地面与自由大气的过渡带对人类活动影响很大。边界层湍流结构尤其是夹卷层的湍流特征，是边界层研究的一个重要方面，这对于加深对边界层的认识以及研究边界层参数化具有十分重要的意义。由于边界层上部位置较高，难以进行精细结构观测。在室内对流水槽(150 cm×150 cm×60 cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数据。利用改进协方差法对光斑图像进行功率谱分析，找出功率谱密度最大值所对应的频率即峰值频率，峰值频率对应的波长为涡的特征尺度。研究结果表明，在混合层，峰值波长较小，说明此处混合比较均匀，小尺度结构占主导地位。而夹卷层的峰值波长较大。夹卷层的平均峰值波长与对流Richardson数存在一定的关系，这种关系受下垫面类型以及对流状况的双重影响。

使用选区电子衍射软件模拟机载光学平台绕流流场，根据绕流流场定量研究了气动光学平均流场效应的性质及其随激光传输角度的变化。发现平均流场气动光学效应引起的波前畸变主要是低阶像差，整体倾斜占比约92%，整体倾斜、离焦和像散三项总和占比平均值99%以上；随传输方向变化，波前像差均方根值以及波前性质有显著不同：对于不同的传输方向，光程差(OPD)均方根值(RMS)的变化范围从0.13~1.20 μm，光轴偏向角的变化范围从1~12 μrad。去倾斜后的波前像差引起的光束质量因子β值，对所有方向的统计平均值为1.8；校正了离焦和像散后，光束质量因子β值的平均值为1.16。光束质量因子β值随口径增加而增加，无自适应光学校正时变化规律接近线性。

为了实现对傅里叶望远镜成像系统更接近实际的仿真，改进了外场实验系统结构。采用反射式目标，利用准直扩束镜替代空间滤波器和准直透镜，使用大靶面电荷耦合器件作为监视器。在无大气和包含200 m水平大气两种情况下，分别对2.5 mm的4种不同空间频谱分布目标进行实验。实验选用9×9,17×17,33×33和65×65傅里叶分量分别进行重构。最高成像角分辨率为3.5″。结果表明含大气与无大气重构结果的Strehl比值相近，从而证明傅里叶望远镜成像系统能够克服下行链路低阶大气扰动的影响。

基于水动力模型和辐射传输模型，模拟不同风速条件下水体组分（浮游植物和悬浮颗粒物）垂直分布对遥感反射率的影响，对比分析现有的两种水体光学均一函数（Zaneveld权重函数和Gordon权重函数）在不同层化程度水体中的应用。结果表明，悬浮颗粒物垂直分布对500~650 nm范围内的遥感反射率（Rrs）影响较大，随着参考深度悬浮颗粒物质量浓度增加（由5~70 mg/L），悬浮颗粒物垂直分布对Rrs的影响不断减小 (变异系数由27.46%减小到3.38%)，同时Rrs受到悬浮颗粒物影响的最大波长位置向长波方向移动(由585nm逐渐移动到685 nm)；在浮游植物垂直分布影响下，400~725 nm范围内的Rrs值随着风速的增加呈现先增加再逐渐减小趋势， 400~450 nm范围内的Rrs受浮游植物垂直分布影响较小，变异系数仅为1%； 500~600 nm范围内的Rrs受浮游植物垂直分布影响较大，最大变异系数可达27.18%。在水体组分层化较弱水体中，Zaneveld与Gordon权重函数对水体光学均一处理效果较为相似；但在水体组分层化较为严重的水体中，Zaneveld权重函数光学均一处理效果要好于Gordon权重函数。

暗电流在科学级电荷耦合器件(CCD)长时间曝光测试实验中是主要的噪声之一。实验测试了暗电流信号平均计数随曝光时间的变化关系，并经过计算得出-10 ℃和-20 ℃下暗电流分别为2.43 ADU/(s·pixel)和0.4854 ADU/(s·pixel),同时测试了暗电流随CCD制冷温度的变化特性，结果显示暗电流随温度类似指数函数形式变化。由于CCD机械快门的时间响应特性对科学级光学CCD的短时曝光计数的影响比较大，实验测试了CCD平均计数和曝光时间的关系，得出实验所用的TEK 512 pixel×512 pixel DB CCD的机械快门在18 ms时能够完全打开。

不同于传统的非制冷红外成像技术，提出了基于微电子机械系统(MEMS)的新概念光学读出非制冷红外成像技术。它的光学读出系统基于空间刀口滤波原理，具有高灵敏度、高分辨率和高抗震性等优点，但同时也受到了反光板的弯曲变形、粗糙度等复杂因素的影响。在大量实验数据的基础上，利用夫琅禾费近场衍射理论，建立了复杂因素下光学灵敏度的理论分析模型，详细分析了刀口滤波位置、反光板的长度、曲率半径、粗糙度、LED光源的强度以及扩展宽度等对光学灵敏度的影响，并提出了通过极限操作使系统的光学灵敏度最大化的光学优化方法。

对开关键控（OOK）、脉冲位置调制（PPM）、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)下强度叠加编码多发多收(MIMO)光通信系统的性能进行了比较分析。研究表明：随着调制阶数的提高，后三种调制在平均发射功率需求方面较OOK调制有很大优势，但是相应的传输容量却有所下降。在差错性能方面，OOK调制在接收功率较低时误包率相对其它三种调制要小，当接收功率提高到一定程度时，PPM，DPPM和DPIM调制相对OOK调制均体现出了3~10 dB的误包率优势。

基于布里渊效应的分布式光纤传感器以其可在沿光纤中同时获得被测量场时间和空间上的连续分布信息，成为当前国际的研究热点。根据光纤中布里渊散射谱的传输特点和高精度特征提取的要求，提出了利用莱文伯马夸特(L-M)算法调节权值的径向基函数神经网络(RBFN)对布里渊散射谱进行特征提取。通过与反向传播(BP)神经网络、五次多项式曲线拟合法和三次样条插值法进行预测比较，在中心频率为11.213 GHz，权重比为4∶1的仿真散射谱模型中，本方法相对误差最小，仅0.0015179%，温度相对误差仅为0.152 ℃，且拟合度较好。在不同脉宽和不同温度下的同一检测系统中，前者的综合评价指标优于其他三种拟合方法。数值分析和实验研究均表明径向基函数神经网络适用于对布里渊散射谱进行拟合，有效提高了预测精度。

设计了一种适用于偏振复用相干解调光纤通信系统的色散均衡器，用于补偿信道传输的色散损伤。该均衡器采用半码元间隔的蝶形有限脉冲响应滤波器结构，与此结构配合的自适应算法分别采用最小均方算法和递归最小二乘算法。通过仿真实验，分析了两种算法对残留色度色散和偏振模色散的补偿容限。仿真结果表明，递归最小二乘算法的补偿效果优于最小均方算法，它可以同时补偿1760 ps/nm的残留色度色散和104.9 ps偏振模色散引起的差分群时延，比同等条件的最小均方算法提升性能2.23 dB。

提出了一种基于多波长光纤激光器的可调谐的带通微波光子滤波器。它以可调谐多波长光纤激光器作为光源，将相位调制器和色散器件相结合，通过在普通单模光纤中相位调制到强度调制的转换效应消除了低频谐振峰实现了带通微波光子滤波器。利用双折射光纤环镜输出谱中的一个窗口对多波长激光信号频谱进行加窗处理，使微波光子滤波器的边瓣抑制比提高了约11 dB。通过调节多波长光纤激光器中的偏振控制器可以使输出多波长激光信号的相邻波长间隔得到调节，从而结合普通单模光纤的色散延时作用可以使微波光子滤波器的通带中心频率在7.66 GHz范围内调谐。

干扰消除是无线光码分多址(CDMA)通信系统中的一项关键技术。分析了基于递归最小二乘(RLS)算法的盲多用户检测算法的原理及性能，并将其应用于采用光正交码的无线光CDMA系统中。讨论了该系统中遗忘因子的选取原则及其对算法的收敛性和系统误码率性能的影响。为了克服固定遗忘因子所带来的矛盾，提出了一种改进的变遗忘因子RLS盲多用户检测算法，并对遗忘因子进行了修正。结果表明，采用改进的方法后系统能获得较快的收敛速度和跟踪速度，收敛时的估计误差也较小，而且信号干扰比由传统算法的6 dB提高到9 dB。说明采用变遗忘因子的RLS算法不仅适合于采用光正交码的无线光CDMA系统,而且跟踪期望用户信号的性能良好。

建立了偏分复用(PDM)系统中信道串扰的数学模型，并提出了消除该串扰的方案，即用解复用端一路光信号的射频(RF)功率作为反馈信号以监测光信号在链路中偏振态的变化和在接收端的串扰情况，用粒子群优化(PSO)算法作为逻辑控制单元的算法，控制偏振控制器以消除信道间的串扰。数值仿真了RF功率与信道串扰大小之间的关系，并在2×50 Gb/s偏分复用差分正交移相键控(PDM-DQPSK)传输系统平台上仿真验证了消除串扰方案的效果。结果表明该方案能够大幅降低系统误码率，改善系统性能。

信噪比(SNR)是评价多光谱遥感成像性能的重要指标，在设计多光谱遥感成像仪的最初阶段应进行分析，从而确定各分系统相关参数。多光谱遥感系统的成像链模型综合考虑辐射源、地物光谱反射、大气辐射传输、光学系统成像、分光元件特性、探测器光谱响应和相机噪声等各个环节，可用于进行成像过程端对端的完整分析。以基于滤光片阵列的多光谱遥感系统为例，采用MODTRAN软件进行大气辐射传输计算，对不同太阳天顶角下，不同目标地物计算像面的照度，根据电荷耦合器件探测器的噪声模型，计算出不同工作条件下多光谱遥感系统的SNR。通过对SNR的分析，可给出该类型多光谱遥感系统获得最佳性能的工作条件，并能够结合使用要求进行光学系统参数的优化选择。

压缩成像是一种基于压缩传感(CS)理论的新成像方法，其优点是可以用比传统的Nyquist采样定理所需测量数目少得多的测量值重建原稀疏或可压缩图像。在研究Bernoulli和Toeplitz测量矩阵的基础上，提出一种新的随机间距稀疏三元Toeplitz相位掩模矩阵。实验结果表明，在可压缩双透镜成像系统中，与Bernoulli和BernoulliToeplitz相位掩模矩阵相比，新相位掩模矩阵的成像信噪比与之相当。但是随机独立变元个数和非零元个数显著减少，在数据存储与传输时更具优势，物理上更易实现，甚至重建时间是只有它们的21%~66%。

反射层析激光成像雷达只能获得目标的二维轮廓像，不能对平面目标进行成像。报道了聚束模式下的非相干合成孔径激光成像雷达实验，在这种成像模式下，可以对二维平面目标进行图像重构。采用侧视观察的模式获取目标的角度距离强度信息，然后通过滤波反投影实现平面目标的图像重建，并进行了计算机仿真，证明了实验结果的正确性。该系统作为非相干合成孔径激光雷达的一种，实现了区别于目标轮廓的二维成像，具有一定的实际意义和使用价值。

针对光刻对准中双光栅产生的具有多频率的干涉条纹，提出了一种基于二维解析小波变换进行条纹分析的方法。该方法首先通过二维小波变换的多尺度对条纹的多频率进行分析，并通过解析小波基函数将条纹的幅度与相位进行分离，最终通过二维小波脊方法提取出与偏移量相关的相位。在相位提取的同时通过二维小波脊所处点的角度分布来移除封闭条纹处理中常见的相位符号不确定性。数值模拟与实验验证了该方法的可行性并与传统的基于频域的相位分析方法进行了对比分析。结果表明，该方法能在获得所需相位信息的同时较好地滤除掉由光路抖动引起的噪声，具有很强的适应性。

针对传统彩色编码光栅三维轮廓术中光栅易受到物体表面彩色纹理的干扰，从而造成编码条纹颜色误判和相位误差增大这一问题，提出一种基于互补彩色光栅的三维测量方法,给出了理论分析、光栅设计原理、补偿算法与实验分析。对图像进行初步的解耦校正后，通过预先设计的光栅互补特性，依据彩色响应模型求取物体表面逐点的反射率,并对红绿蓝(RGB)三通道反射率的不平衡进行补偿，消除物体表面彩色纹理的干扰,改善光栅的正弦性。以补偿后的图像来指导彩色编码条纹的分割解码并用傅里叶变换法提取出包裹相位，依据解码结果指导相位展开，继而完成整个三维测量过程。实验证明该方法对彩色纹理的补偿准确有效，降低了彩色纹理对测量的影响。

针对飞行弹丸对空中目标近炸炸点位置测量，提出了多幕光学法测量技术。根据试验特点，分析了多光幕交汇测量弹丸炸点位置存在的问题，研究了采用侧向相机辅助多光幕交汇测量技术。通过相机采集到的炸点图像，建立相机、模拟目标和多光幕交汇光幕阵列空间几何计算模型。利用弹丸的飞行轨迹和弹丸炸点图像平面坐标，研究了弹丸炸点侧向空间坐标的计算方法和多光幕交汇测量系统二维坐标修正原理，给出了弹丸炸点坐标计算函数。利用微分法从交汇光幕夹角、光幕幕厚、测时和测距等方面分析测量误差。经计算分析，模拟目标中心高度小于50 m时，炸点三维坐标的误差小于40 mm。

为了对熔石英光学玻璃应力及光学均匀性进行测试，提出一种测试用高精度折射液配制方法。根据分子结构定量关系及组分的摩尔折光度定量可加的原理，推导了折射液配比公式并制定了折射液的配比工艺；分析了折射液的折射率随测试温度和测试波长不同的变化规律，并进行了实验验证；最后分析了折射液精度对测试结果的影响。通过上述方法在实验室环境配制出与熔石英折射率匹配精度为±2×10-5的折射液；通过对粗磨光学玻璃透射比实验表明，采用该方法配制的折射液对粗磨光学玻璃在450~700 nm光谱范围内透射比从低于20%提高到97%以上；利用该方法和选用的成分配制的折射液具有毒性小、挥发性小、无色无味、长时间保存折射率保持性好的优点，可以很好地用于熔石英光学玻璃材料特性测试。

结合表面等离波子共振(SPR)技术与免疫检测技术，研究和建立了一种响应速度快、免标记、低成本的地表水微囊藻毒素（MC-LR）检测方法。基于SpreetaTM传感器构建了小型SPR免疫检测系统，采用共价偶联方法在传感器金膜表面修饰MC-LR-BSA抗原为生物敏感膜；开展了MC-LR的SPR免疫检测方法实验研究，结果表明该方法的相对标准偏差为1.0%(n=6)，定量范围为2~32 ng/mL，检测限为0.63 ng/mL，半抑制浓度CI50为10.7 ng/mL，空白加标回收率和样品加标回收率在90%~113%之间。实样检测实验中，管道末梢饮用自来水水样未能检测出MC-LR，而某湖水水样中MC-LR的质量浓度为2.46 ng/mL。实验研究与结果表明，MC-LR的SPR免疫检测方法可以满足世界卫生组织(WHO)对于饮用水中MC-LR最低含量检测的需求。

移相干涉术由于其高精度被广泛应用在光学元件的面形测量上，而由移相算法得到的相位数据被包裹在［－π,π］之间。基于区域生长理论的相位解包算法(种子点法)可以高精度地实现连贯区域的相位解包，基于离散余弦变换的最小二乘解包(DCT)算法可以实现矩形区域的相位解包，而实际测量中，经常会碰到被测件的有效区域为非矩形的分离区域。因此，在分析前两种算法优缺点的基础上，提出了基于DCT算法的种子点相位解包算法。首先运用DCT算法对整个包裹相位进行解包，然后运用种子点法分别解包各分离区域，再通过DCT算法求得的种子点干涉级次实现各分离区域解包相位的统一。实验结果表明，该方法克服了种子点法和DCT算法的缺点，可以准确、快速地实现分离区域干涉图包裹相位的解包，且比这两种算法具有更好的稳定性和更高的精度。

辐射定标是光学遥感信息定量化的关键技术之一。随着高分辨光学遥感器定量化应用的发展，在轨绝对辐射定标精度的要求也越来越高。提出了一种基于多灰阶靶标的在轨定标方法，采用实际测量的漫射辐照度与总辐照度比来代替辐射传输计算的气溶胶散射，同时布设高反射率靶标以提高辐射定标精度。初步试验结果表明，基于多灰阶靶标的高分辨率光学卫星传感器在轨绝对辐射定标方法，对假定的理论模型依赖较少，能够实现全动态范围的高精度定标，不确定度优于4%，而且满足复杂环境条件的应用要求。

提出了在完整三角晶格光子晶体中引入两线缺陷构成的耦合型波导结构。通过分析谱带形对不同结构参数的依赖关系，在最优化的光子晶体耦合波导中，找到了一种独特的、群速近似为零的谱带。通过对波导宽度的啁啾实现了不同频率光的色散补偿，最终得到了带宽为13.24 nm、平均群折射率为28的宽带理想慢光，并进一步采用二维时域有限差分(FDTD)算法进行了验证。数值分析结果表明，高斯脉冲在耦合波导中传输后的相对时域展宽低于10%。

倏逝波抽运条件下的回音壁模式光纤激光器增益计算，涉及抽运光束在光纤内的角度分布函数及其数值计算。基于射线光学理论，推导出了高斯分布光束及均匀分布光束经透镜耦合后在光纤内表面的角度分布函数；采用复合辛普生数值积分公式对分布函数进行了数值计算，并用分布函数计算的结果研究了抽运光沿光纤轴向以受抑全反射方式传播时产生的回音壁模式激光的增益特性。所得结果对这类光纤激光器的研究具有理论和实验参考价值。

在已有理论基础之上，采用严格的计算方法对激光器实现太赫兹(THz)波的辐射进行了可能性分析。利用传递矩阵法，通过Matlab软件计算了基于AlGaN/GaN材料体系的三能级量子级联激光器导带子能级与电子波函数的分布，详细分析了由该材料特有的极化效应所产生的极化场，得出了在近共振条件下偶极跃迁元、外加电场、垒层Al组分及导带子能级能级差之间的关系，并研究了它们对激光器性能的影响。分析结果表明，实现受激辐射的条件非常严格，Al组分取0.15或0.16时较为适宜，同时外加电场需大于63 kV/cm，但不能过大，这样才能满足近共振条件，实现粒子数反转达到太赫兹量子级联激射。在Al组分为0.15，外加电场为69.0 kV/cm时激光器的偶极跃迁元最大，表明跃迁几率也最大，对激光器的性能有利，可以为量子级联激光器构造较好的有源区。

为了对宽可调谐微环耦合半导体激光器进行理论研究，提出了一种新型半导体激光器动态理论模型对其动态特性进行仿真分析。激光器的有源区采用传统的时域行波法进行模拟,由于调谐带宽大于40 nm，需要考虑增益谱线型，而无源区则先利用频域模型计算其频谱特性，再利用有限冲击响应数字滤波器转化到时域与有源区进行连接。通过仿真分析得出，微环的耦合系数对激光器的大信号调制具有十分重要的影响。低耦合系数可以获得极窄的线宽但是激光器大信号直接调制能力也会随之急剧劣化。仿真结果还显示出该类型激光器可以进行高速大范围波长调谐。

在还原气氛中采用高温熔融法制备了Eu2+-Dy3+共掺硅酸盐玻璃，热处理后得到了Eu2+-Dy3+共掺透明SrSiO3微晶玻璃。测试了样品的激发光谱和发射光谱，研究了不同Eu2+-Dy3+物质的量比下微晶玻璃发光的变化并计算了对应的色坐标。研究发现，样品发射光谱范围在400~600 nm，其中400~550 nm（绿光）的宽发射谱带来自Eu2+的5d→4f跃迁，而位于483 nm（蓝光）和575 nm（黄光）的尖峰则来自Dy3+的4F9/2→6H15/2和4F9/2→6H13/2跃迁；在紫外(UV)光（365 nm）激发下通过调控Eu2+-Dy3+物质的量比可得到发白光的微晶玻璃，当Eu2+-Dy3+物质的量比为1∶8时，Eu2+-Dy3+共掺SrSiO3透明微晶玻璃所发白光最佳，对应的色坐标（0.268,0.356）位于CIE标准色坐标图的白光区域且最接近理想白光。结果表明，Eu2+-Dy3+共掺SrSiO3透明微晶玻璃可作为一种潜在的白光发光二极管用基质材料。

利用Heck反应合成了一种新型的共轭长链的芴类衍生物，研究了它的线性和非线性光学特性。测试了它在石油醚、二氯甲烷、乙酸乙酯和二甲基甲酰胺（DMF）四种不同极性溶剂中的紫外吸收和荧光光谱特性，结果表明溶剂极性对新物质紫外吸收光谱和荧光光谱有一定程度的影响，随着溶剂极性的增加，吸收光谱和荧光光谱均红移。在激发波长为1064 nm皮秒激光器作用下，测试了新物质的光学非线性光限幅效应，结果显示其透射率随入射光强的变化呈现非线性降低，限幅效应明显。根据分析得出，此光限幅效应是由三光子吸收引起。通过数据拟合，得出了新物质的三光子吸收系数γ为5.4×10-21 cm3/W2及相应的三光子吸收截面3为7.3×10-77 cm6·s2。

高分辨熔解（HRM）曲线分析技术是近年发展起来的一种用于基因突变检测和单核苷酸多态性(SNP)分析的新方法，它通过实时监测PCR产物升温过程中双链DNA饱和染料的荧光强度变化来分析核酸序列的微小差异。根据HRM分析仪对荧光检测的时间和灵敏度需求，提出基于光开关阵列的多路高速荧光激发和检测模块实现高通量的微弱荧光快速检测；并根据HRM荧光数据特点，对原始荧光曲线进行滤波、基线探测、归一化和对温度微分等处理，从熔解曲线两端的线形区域自动提取基线作为归一化的标准，可以在不损失曲线形态特征信息的情况下获得更为精确的熔解温度，从而实现不同基因型熔解曲线的快速、准确识别。

提出一种深度分辨的色散补偿方法，用于增强频域光学相干层析成像的纵向分辨率。将频域光学相干层析成像采集的干涉谱信号傅里叶变换到空域，获取对应不同深度的干涉谱条纹相位，通过对其进行调整实现对被测样品不同深度处的色散的精确补偿。避免传统方法中采用统一色散系数进行色散补偿所带来的过补偿与欠补偿误差，可以有效消除色散引起的频域光学相干层析成像系统点扩展函数的展宽和扭曲。模拟和实验结果表明，基于深度分辨的色散补偿方法在样品的全深度探测范围内可以达到较佳的补偿效果，可有效提高光学相干层析成像系统的纵向分辨率。

为了实现高灵敏度、快速、准确鉴定痕量病原菌核酸样品，介绍了一种痕量核酸样品高灵敏度快速测量方法，并发展了一种微流控芯片核酸等温扩增实时分子诊断技术，研制了新型微纳体系生化反应载体芯片。通过表面惰性处理降低芯片表面对生物分子的吸附影响，构建一种大数值孔径、长工作距离的便携式共焦光学检测系统，有效消除背景荧光的影响，提高了检测灵敏度。在微纳升（7 μL~40 nL）试剂消耗反应体系水平，实现检测灵敏度5个DNA分子拷贝数，并以呼吸道感染疾病的大肠埃希氏菌检测为例，开展临床应用研究，满足低成本临床医疗应用需要。

为了解决现有单分子定位算法中定位速度慢和对噪声有评估依赖性的问题，基于补零快速傅里叶变换和相位梯度算子提出一种新型的噪声自由的频率域非迭代荧光单分子定位算法。计算机模拟结果表明该算法定位精度可达纳米量级，而定位速度与解线性方程组法在同一个数量级。进而在传统实验参数条件下，对不同间隔分子带模型进行了模拟超分辨成像。模拟结果表明，可以区分中心相隔30 nm的两个分子带。此外，将该算法用于HeLa细胞突起中微丝束结构的荧光超分辨成像，从重构获得的图像中可以看到微丝束的直径为75~200 nm，验证了该算法的实用性。

在聚焦光场矢量衍射理论的基础上，利用贝塞尔函数的微分递推关系，推导了聚焦光场的梯度变化表达式。根据中心对称材料二次谐波产生的唯象模型，研究了单个中心对称球形纳米颗粒在聚焦光场激发下的二次谐波产生，考察了表面响应和体效应产生的二次谐波辐射分布随着数值孔径增大的变化规律，并利用聚焦光场及其梯度场分布特性讨论差异产生的原因。研究结果表明，激发光场的聚焦程度对体响应的影响更为显著。

为研究一维光子晶体全反射隧穿效应的解析理论，利用多光束干涉理论推导出一维光子晶体的全反射隧穿导带频率满足的解析公式，从理论上解释了一维光子晶体的全反射隧穿效应产生的物理机理。利用频率的解析公式对全反射隧穿导带的频率随周期数、入射角以及周期光学厚度的变化规律进行了解析研究。并与传输矩阵法的计算结果进行了比较，结果发现两种方法得出的结论是吻合的，从而证明了解析理论的正确性。解析理论便于对各参量间的依赖关系进行解析研究，弥补了一维光子晶体研究中数值计算方法的不足。

实验用红光记录紫光敏化，研究了几种不同掺杂浓度和氧化还原状态的近化学配比铌酸锂晶体的双色全息记录特性，如其饱和衍射效率和记录灵敏度的变化规律。实验结果表明，晶体的饱和衍射效率随透射光强与紫外光强比值的增加先增加后减小，而记录灵敏度在不断减小。Mn含量相同时，Tb含量越高的晶体饱和衍射效率越高，而记录灵敏度越低。Tb含量相同时，含Mn比不含Mn的晶体的饱和衍射效率低，但记录灵敏度更高。还原晶体的饱和衍射效率和记录灵敏度均比氧化晶体高。记录光与敏化光的比值、掺杂浓度和氧化还原状态对晶体的全息特性产生影响。通过适当调整上述参数之间的关系，可对材料的全息记录特性进行优化。

施密特光学系统由施密特校正板和球面反射镜组成，校正板设置在球面反射镜的球心处，系统的焦点不一定和反射镜的焦点重合。为了得到精确的校正板面形初始结构参数，基于波像差函数建立了带有离焦量的大口径施密特校正板的数学模型，同时校正了系统的三级和五级球差。利用光学设计软件对校正板口径为1000 mm、主镜的曲率半径为2000 mm、F数为1的系统进行了设计和分析，来验证校正板面形数学模型的正确性。结果显示此校正板的数学模型与优化后结果吻合得较好，校正板面形初始结构参数的精度得到了极大的提高，这为大口径、大相对孔径的施密特光学系统的设计提供了理论基础。

针对医用无影灯的应用要求，提出了一种利用非球面透镜实现对目标平面均匀照明的方法。基于能量守恒定律得到光源出射角与目标面之间的关系，利用Zemax的宏语言编写优化操作数使透镜优化满足上述关系，在非序列模式中对结果进行模拟和优化，并分别对透镜的前表面三种情况进行模拟，提出并模拟了LED球面阵列，并分析了角度及距离的偏移对照明均匀度的影响。结果表明，1 m距离处实现了直径为25 cm的平面内的均匀照明，均匀度（平均照度/最大照度）达到96%以上；球面阵列的设计可以满足无影灯的光分布要求，照明深度达到1 m。

随着户外物性分析实验的日渐增多，开发轻小型、便携式，且响应波段范围宽的光谱仪器的需求越来越迫切。根据凹面全息光栅均方根优化理论，设计了一款轻小型宽波段单色仪。该单色仪主要由三块IV型凹面全息光栅和上下两层可旋转的平台组成，三块光栅对称地固定于上层平台上，由一台步进电机带动上层平台旋转实现光栅之间的切换，另一台步进电机带动下层平台旋转实现单块光栅的扫描。三块光栅的响应波长范围分别为400~1000，1000~1700和1700~2500 nm，其理论分辨极限分别优于2.5，2.8和4.0 nm。并对三块光栅的制作误差和双层平台结构误差进行了分析，结果表明，在能够保证的误差范围内，该单色仪的光谱质量可以较好地满足户外光谱分析的要求。

从平衡两路图像对比度的角度，采用双硅基液晶(LCoS)芯片设计了一种实用的微型立体投影光学引擎。光学引擎中双LCoS芯片分别用于调制左右眼的图像，一个白光LED作为投影光源，两个标准的MacNeille偏振分光棱镜(PBS)用于产生两路偏振方向相互垂直的高偏振度光束。整个引擎设计简单，结构紧凑，其尺寸约为105 mm×28 mm×25 mm。测量了本设计中光学引擎的各部件的实际参数值，根据所测量的数据通过理论计算得到：左右两光路的对比度完全平衡且均为641，光效率均为3.61%，整机的光通量为20 lm。

设计一种特殊的应用于计算全息法(CGH)高精度检测离轴凸非球面系统的照明系统。该照明系统一方面用作参考系统，另一方面将检测光近似垂直投射到待检测镜面上，使得检测系统为近似共光路系统，降低照明系统的制造精度。分析了照明系统的几何光路模型，将复杂的两用途系统简化，得到照明系统工作距离、照明系统焦距以及参考面曲率半径三个特征参量之间的关系。设计时，通过控制这几个特征参量，得到满足检测要求的系统初始结构。设计结果表明，该方法可以满足系统使用要求。

对基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪进行了光学分析，研究了光源尺寸、光强分布的不均匀性和光学系统像差等因素对光谱复原的影响。发现光源尺寸影响光谱分辨率，光强分布的不均匀性和光学系统像差会产生基线噪声。数值计算的结果表明，当光阑的尺寸小于2.5 mm，不均匀的标准偏差小于0.5，准直系统的波像差均方根值小于0.05，以及缩束成像系统的光斑直径小于30 μm时，光谱复原的噪声可以忽略。给出了光学系统的设计结果。

利用光学不变量对焦平面系统进行近轴分析，得到了量化焦平面系统冷反射集中程度和变化率的两个一阶参量。以热辐射理论为基础，推导并总结了冷反射引入温差（NITD）和成像系统参数及环境参数的关系式。以焦距为90 mm，视场角4°，F数2.75的中波焦平面成像系统为例，在CODE V软件中对其冷反射效应进行了定量分析，并以一阶参量为约束，实光线追迹辅助验证的方式进行了冷反射优化,优化后光学系统的冷反射降低了70%。在杂光分析软件(ASAP)中根据系统的实际参数对冷反射分布进行了模拟，结果表明对冷反射进行优化控制后，系统的NITD减小到了预设值之下，冷反射效应得到了很好的控制。

波导式光学吸收腔在气体和液体浓度测量等领域有广泛的应用前景。空芯光纤作为光学吸收腔具有很多优点。空芯光纤的参数与传感系统的性能有直接的关系。提出了一种能同时考虑空芯光纤的损耗和系统信噪比的数学模型。从理论上分析了光纤的长度、内径、目标气体浓度以及输入光场能量分布等因素对传感系统信号输出强度和灵敏度的影响。给出的最优化参数为提高系统灵敏度和补偿系统误差提供了参考。

分析了多光子晶体谐振腔的并联耦合模理论，并根据该理论设计了单通道光子晶体侧面耦合波导以实现光子晶体器件与光源间的高效耦合。理论研究表明并联谐振腔的耦合效率与谐振腔数量、间距以及品质因子相关。经优化耦合面积和耦合效率，最终选择了5个谐振腔并联作为单通道侧面耦合波导的耦合部分。通过设置谐振腔间距改变其对称性，从而实现侧面耦合波导的单通道传播。在1.55 μm工作波长下，单通道侧面耦合波导的耦合效率可达94.49%。

利用光学傅里叶变换研究多晶硅绒面微结构形貌与反射率之间的关系。理论分析表明：多晶硅绒面反射率与表面微结构形貌、单位面积上陷阱坑数量有关。如绒面由V字型槽或坑构成，则绒面反射率比较高；如多晶硅表面上密集布满U字形坑或槽、内表面绒面化，这种结构构成的绒面反射率低。实验上用不同比例的酸液刻蚀多晶体表面，用扫描电镜(SEM)观察多晶硅表面SEM图，测量了其表面反射率，分析表面结构形貌与反射率的关系。实验结果与理论分析相吻合。

研究了双光子过程原子与耦合腔相互作用系统，给出了系统总激发数等于2时态矢的演化。采用负本征值来描述两个子系统间的纠缠，利用数值计算方法研究了系统中原子与原子间、腔场与腔场间和原子与腔场间的纠缠特性。讨论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：随着腔场间耦合的增强，两原子间的纠缠增强，但原子与腔场间和两腔场间的纠缠却减弱。

通过对五参数半经验双向反射分布函数（BRDF）模型进行修改，并吸收其它模型的优点，提出了一个六参数BRDF模型，该模型形式更简单，拟合效果更好，并且模型满足了能量守恒和互易性，使该模型更趋于实用化。利用模拟退火算法对多种不同样片的BRDF进行了拟合建模，获得了相应模型的参数值和偏差，结果证明了该模型的正确性，尤其适合对散射特性较弱样片BRDF的拟合建模。对于散射特性较弱的样片，与常用的五参数模型进行了比较，该模型的漫反射部分拟合效果更好，总体精度还略有提高。最后，为了更直观地表示目标样片的BRDF，分别给出了各个角度BRDF的三维拟合图。

利用共振激发技术和电场电离（EFI）方法研究了铕(Eu)原子偶宇称高激发态。实验共探测到89个态，其中报道了56个态的能级位置和光谱归属等信息。经过对有效主量子数和量子亏损进行理论分析，并结合文献结果的对比，不但认定它们属于4f76s(9S) np（8PJ或10PJ）里德伯系列，还填补了该系列中n=19~39各态的文献空白。另外，建议将Eu原子第一电离限修正为45734.2 cm-1，同时解释了在其附近所观察到的宽峰的物理机制。

为制备出在130~210 nm波段具有良好光谱性能的铝反射膜，优化设计了铝反射镜中铝层和保护层氟化镁的厚度，理论确定铝层和氟化镁保护层最佳厚度分别为80 nm和33 nm。采用热舟蒸发工艺，在BK7基片上制备了Al反射膜样品，获得了130~210 nm波长范围内反射率均大于80%的金属铝膜。研究了铝层沉积速率和紫外辐照处理对薄膜性能的影响，并考察了铝膜光谱性能的时效性。结果表明铝层沉积速率越快，制备的铝膜反射率越高；合理地存放铝膜元件，可以长时间内保持铝膜的光谱性能。适当的紫外辐照处理能进一步提高铝膜在真空紫外波段的反射率。

根据金属光栅结构变化对TE波异常透射特性影响的研究需要，建立了相应的模型。应用时域有限差分(FDTD)方法分别计算了单缝结构、多缝结构、不同宽度和不同周期等结构下的透射分布特征。研究发现添加凹槽会对金属表面能量的传递起阻碍作用。透射频域宽度随薄膜宽度增加而增加。随着狭缝宽度的增加，透射率分布曲线包络线趋于平坦，主透射峰短波长侧透射曲线分布基本不变，而主透射峰及其长波长侧的透射曲线分布变宽。这说明宽度的变化影响了表面共振模式，从而影响透射的分布。单个狭缝的透射与多周期结构相比，透射率曲线几乎重合，表明狭缝对表面模式没有调制作用，各狭缝的透射相对独立。