为了在光栅制作中对光栅掩模占宽比及槽深加以控制，结合光刻胶在显影过程中的非线性特性，建立了光栅掩模槽形演化的数学模型，由此分析和模拟曝光量、条纹对比度对光栅槽形的影响。结果表明：在显影条件确定时，光栅掩模占宽比随光刻胶曝光量的增大而减小，条纹对比度减小，则不仅使光栅占宽比减小，同时也是使光栅槽深减小的主要原因，这样做的前提是预先通过实验和计算确定出一个曝光量上限Ec。该方法能够反映光栅掩模形状的演化规律，为全息光栅参数预测和工艺控制提供依据。

信号光与本地光的夹角是影响探测器输出外差信号强度的主要因素。当夹角过大时，甚至不能检测到外差信号。通过分析提出，外差信号的振幅实际上是接收孔径透射率函数的傅里叶变换，以此为依据提出一种降低失配角对外差信号影响的方法，即在接收孔径处放置透射率分布满足一定函数形式的透过型元件，使其傅里叶频谱满足预定的要求，这种情况下两光束夹角增大时，探测器输出的外差信号强度能得到增强,从而降低了对探测系统瞄准精度的要求。

针对无线紫外光散射通信MAC层多信道接入技术的特点，结合紫外光散射通信的基本原理，对紫外光非直视通信的三种工作方式进行分析，在通信节点处配置多套紫外收发器的情况下，建立了紫外光通信的节点模型和信道模型，进行多信道的接入研究。利用NS2仿真软件，对紫外光非直视的三种多信道通信方式在不同的拓扑结构下进行了仿真，结果表明，该紫外光多信道接入技术能在一定程度上利用多个信道同时进行通信，大大增加网络的有效吞吐量。

提出并实验研究了在60 GHz正交频分复用(OFDM)光载无线通信(ROF)系统中采用压扩变换技术降低OFDM信号峰值平均功率比（PAPR），并提高系统的接收灵敏度。实验结果表明，携带基于压扩变换的2.5 Gb/s 60 GHz的OFDM-ROF信号经标准单模光纤传输50 km后，在无色散补偿和误码率为10-3的条件下，当入纤功率为12 dBm 时，系统接收灵敏度提高约2.3 dB，并且当互补累积分布函数（CCDF）为10-4时,OFDM信号的PAPR下降约3 dB。

信道容量是通信系统能够达到的最大传输速率，是衡量通信系统通信能力的重要指标之一。在建立了光多输入多输出(MIMO)的信道模型之后，结合脉冲位置调制(PPM)分析了光MIMO系统的平均容量和中断容量；在无背景辐射的条件下，分别推导出了有无衰落时光MIMO平均容量封闭形式的近似表达式。在相同发射功率和传输带宽条件下，得到了光MIMO技术能成倍提高现有系统信道容量的结论。通过Monte Carlo仿真实验进一步证明了理论的正确性。

研究结构化光纤Bragg光栅（FBG）在折射率（RI）呈线性分布的液相介质环境下的响应特性。数值仿真结果表明，结构化FBG的反射谱特性强烈依赖于液相介质折射率（RI）的线性分布函数的某些特征参数，比如液相介质的RI沿FBG轴向的分布梯度、RI在FBG两端的差值等。基于理论仿真结果，建立了结构化FBG在低RI区（1.330~1.360）对液相介质的RI梯度进行测量的线性近似理论模型。通过相关实验研究，证明了理论仿真和分析的合理性及基于结构化FBG的RI梯度传感器在现实应用中的可行性。

为了改进传统掺铒光纤超荧光光源的输出稳定性，提出基于掺铒光子晶体光纤的超荧光光源。构建了单程后向结构掺铒光子晶体光纤超荧光光源，研究了这种新型光源的输出特性。分析了掺铒光子晶平均波长体光纤长度和抽运功率对光源输出功率、光谱谱宽和平均波长的影响。结果表明，通过优化选取光纤长度28 m和抽运功率220 mW，获得了单程后向结构超荧光光源输出如下：输出功率45.74 mW、光光转换效率20.79 %、谱宽31.5 nm和平均波长1548.003 nm。该实验结果为进一步研究掺铒光子晶体光纤超荧光光源在不同环境下的稳定性奠定了基础。

主要研究在波长间隔50 GHz的密集波分复用系统中，112 Gbit/s偏分复用差分四相移键控信号在不同速率的相邻信道影响下经过长距离传输后的非线性容忍度。实验结果表明，112 Gbit/s信号结合43 Gbit/s信号或者10 Gbit/s信号传输时系统得到较好的非线性容忍度，验证了在严重的非线性效应存在的情况下同步传输系统的可行性。

采用半导体光放大器和可调谐法布里珀罗滤波器，以环路结构组成高速扫描激光器，结合光耦合器、光环路器和光电二极管等，形成4通道大容量高速光纤光栅解调仪。系统采用2 kHz的类三角波调制信号，驱动法布里珀罗滤波器在50 nm的光谱范围内进行快速扫描。通过引入光纤梳状滤波器和单峰滤波器组成的参考通路，消除法布里珀罗滤波器的非线性效应和扫描波长漂移问题，使得解调仪具有很好的稳定性和线性度。高速光纤光栅解调仪的稳定性为2 pm，分辨率为1 pm，线性度为0.99957，测量精度为5 pm，解调频率为2 kHz。

基于纯相位空间光调制器的全息显示系统在重构显示时，再现像的视觉效果受到空间光调制器像素结构引起的多级衍射光和多级再现像的干扰。在分析具有有限填充因子空间光调制器的像素结构对再现像影响的基础上，提出了一种提高全息再现像的视觉效果并且再现像成像位置和大小可调节的方法。先加载闪耀光栅到纯相位全息图，其次通过叠加会聚球面波相位，分离再现像与空间光调制器像素结构引起的多级衍射光的聚焦平面的位置，再利用光阑和高通滤波器的共同作用，消除高级衍射光、多级再现像以及零级光干扰对重构视觉效果的影响，最后引入成像透镜，调节再现像的成像位置与大小。建立了一套基于硅基液晶的全息显示系统用于实验验证。实验结果表明，最终的单一再现像清晰且可以方便地调节成像位置和大小。该方法同样适用于各种基于像素结构空间光调制器的全息光学系统。

电子散斑干涉术条纹图在成像时不可避免地受散斑噪声调制，去除噪声是散斑干涉条纹处理的一项重要任务。利用散斑条纹图的方向性，提出一种基于模糊方向的旋滤波：在当前点的领域内定义4个模糊方向窗口，将传统旋滤波的一维、精确方向窗口的确定，转变为模糊方向窗口的确定；在确定的窗口内进行低通滤波时，采用自适应加权均值滤波代替传统的中值滤波。利用该方法分别处理模拟散斑条纹图和实验所得的真实条纹图，并与传统旋滤波、双边滤波和小波丢弃子带方法比较。实验结果表明，该改进算法在滤除散斑条纹图噪声的同时，有效保护了条纹的细节信息。

微分相位衬度成像及其计算层析(CT)技术是近年出现的无损检测新方法。但是，相位衬度CT往往需要对样品进行多次扫描，这必将导致非常长的辐射时间和巨大的辐射剂量。稀疏角度重建在降低辐射剂量方面有着非常明显的优势，因此，研究针对相位衬度CT的稀疏角度重建算法就显得尤为重要。在分析了相位衬度CT的特点之后，将压缩感知理论引入相位衬度CT重建中，并在该理论框架下将L1约束融入代数迭代重建(ART)算法中，提出了一种微分相位衬度CT重建算法。数值模拟和实际实验表明，该方法可以根据少量投影数据给出较好的重建结果。

为了减小空间紫外遥感仪器(SURSI)光谱响应度定标不确定度，实现SURSI在轨的高精度探测，对SURSI定标环境进行了深入的分析研究。利用光学薄膜的电磁场理论数值计算出铝+氟化镁膜在250~400 nm波段，真空和大气两种环境下的反射率值并进行比对。通过构建SURSI真空/大气响应度比对测试研究系统，对SURSI整机光谱响应度在两种环境下的差异进行了实验研究，在250~400 nm波段，平均偏差可达3.8%。理论分析及实验结果表明：受仪器内部光学元件铝+氟化镁膜光学性质的影响，SURSI光谱响应度在真空和大气不同环境下存在明显差异，且偏差值具有波长相关性，直接说明SURSI辐射定标在真空环境下完成的必要性。

提出一种基于偏振模式转换的声光陀螺，分析其原理与结构并对该陀螺进行实验测试。静态测试结果表明，当声光作用长度为15 mm，声表面波输入功率为100 mW，频率为168.201 MHz时，偏振模式转化效率为80.02%。在偏置条件下进行旋转测试，得到输出电压随陀螺转速呈线性变化的曲线，其灵敏度约为1 mV/[(°)/s]。偏振型声光陀螺保留声表面波陀螺体积小、成本低等优点，而在灵敏度上有大幅提高。

利用光折变晶体材料，可实现宽带、微小振动测量。测量系统采用零差干涉结构，使用硅酸铋(BSO)晶体记录信号光与参考光干涉所形成的动态全息，并实时衍射，再由光电探测器探测从BSO晶体出射的透射信号光与衍射参考光所形成的干涉信号，从而实现对振动的测量。通过对BSO晶体中全息记录条件，包括两光束夹角、光强比，与衍射效率关系的研究，确定了最佳记录条件。在参考光路中利用1/4波片改变光束偏振态，使干涉系统在BSO晶体不加外电场情况下，具有较高测量灵敏度。以一定频率驱动的压电陶瓷为被测物体，在0.5~90 kHz的频率范围内所测量到的振动频率与预先加载的频率一致。

移动式多普勒激光雷达在外场实验过程中，考虑到工作平台的随机性，测量坐标系很可能不再是地面参考坐标系，这为三维矢量风场的反演带来困难。提出采用三维空间坐标旋转变换的方法建立了测量坐标系与地面参考坐标系的一般关系式，并进一步导出了反演三维风场的普遍公式。此外，在光束扫描过程中，由于二维扫描仪加工精度等的限制，光束存在一定的定向误差。采用Monte-Carlo模拟方法定量研究了光束指向偏差引起的风场测量误差，结果表明，当水平风速为100 m/s时，1°的光束定向误差引起的水平风速大小误差为0.712 m/s，方向误差为0.704°，与理论计算结果一致。理论分析结果还表明：当水平风速为100 m/s时，1°的光束最大定向偏差引起的水平风速大小的最大偏差为1.16 m/s，方向最大偏差为1°。

为利用相机进行天文观测以实现高精度的相机姿态测量，必须先对相机参数进行精确标定。针对传统相机标定方法工作距离有限的问题，提出了以恒星为控制点的相机标定方法，根据球面天文学方法计算观测时刻控制点的世界坐标，利用摄像测量原理建立了恒星观测模型，求解相机的内外参数并分析了误差因素。实验结果表明，该标定方法在不依赖于精密、复杂的外部设备情况下可达到较高精度，并具有较强的抗噪声能力。将标定结果用于天文观测并求解相机姿态，航向角和俯仰角的解算重复性优于10″，能够满足高精度姿态测量的需求。该方法可进一步推广应用于星敏感器的标定。

基于多光束干涉理论和摄像系统的光谱响应特性，建立了润滑油膜彩色光干涉测量的色度学模型，以红绿双色光干涉测量为例设计了计算机程序复现了油膜厚度测量的干涉图像。双色光干涉的理论计算和实验测量取得了很好的一致性。进一步的计算表明，润滑油膜双色光干涉图像的色彩主要受光源双色光的半峰全宽、析光膜厚度、垫层厚度及润滑介质特性的影响。在所设定的计算参数条件下，双色光的半峰全宽较窄，析光膜厚度为4~10 nm和垫层厚度较薄时图像的对比度较高。

设计并制作了一种基于激光直写技术的光学触摸传感器件。该器件采用光学微流结构实现对外加压力的连续比例测量。器件制作采用紫外激光直写技术配合高精度平移台实现，整体工艺过程在3 min内完成。对所设计的传感器件的性能测试表明，光强信号随外力变化的曲线平滑，实测灵敏度为0.995 mV/kPa。同时设计并制作了基于传感单元的阵列结构，不仅消除了光学累积误差，而且对集成化触摸传感的应用具有优势。

设计了级联式全光纤1018 nm光源。该光源采用两级级联放大方案，实现了对低功率1018 nm种子光的放大，获得了4.2 W的最大输出功率，并分析了影响放大效率的因素。以获得的1018 nm激光为抽运源，进行了1070 nm信号光的同带抽运放大器实验研究，测量了放大器的输出特性。在纤芯抽运实验中，获得了明显的放大效果和较高的功率转换效率。进行了瓦量级包层同带抽运的实验研究，分析了导致包层抽运实验中功率转换效率偏低的原因并提出了解决方案。

搭建了基于光纤迈克耳孙干涉仪的跳模检测系统，对抽运调制条件下的超窄线宽掺铒光纤环形激光器的跳模特性进行了实验研究，测量了由抽运电流标定的表征跳模规律的跳模数据图。结果表明，随着抽运电流的不断增加，激光器先后经历模式稳定区、模式非稳区以及多纵模区三种状态；存在第二抽运阈值，当抽运强度超过这一阈值时激光器由单纵模跳变为非稳定的多纵模。掺铒光纤环形激光器的谐振腔因抽运热效应或外界扰动而变化时，会引发频率漂移与连续跳模现象。

研究了一种激光二极管(LD)抽运的频差可调谐双频固体激光器，对耦合腔实现双频的方法进行了分析。实验中使用输入镜与腔内插入标准具形成耦合腔实现单频运转，双λ/4波片使单纵模激光频率分裂，通过改变两个λ/4波片快轴之间的夹角来实现频差调谐。在LD抽运光功率为290 mW的条件下，获得了频差在0~1.1 GHz范围内可调、功率为34 mW的双频激光输出。

针对高分辨率遥感图像中道路、建筑物和水域等的特征识别难题，提出了一种基于边缘局部方向信息的平行边缘自动识别算法。该算法首先定义平行边缘由一系列相互平行的短直线组成；然后提出了交叉点共线约束的8-邻域边界追踪和9-像素滑动窗口内直线检测算法，实现了边缘连续线条局部方向信息编码；最后通过分析连续线条结构及方向编码规律，提出了主元分析及方向一致性判别准则进行平行特征识别。实验结果表明，该算法能够有效提取高分辨率遥感图像中具有最近邻关系的平行直线和曲线特征，平均识别准确率在95%以上，但算法执行速度有待提高。

基于立体视觉的大尺度三维几何尺寸测量技术是对外形不规则的大型物体进行几何量测量的有效方法。与传统的视觉测量技术不同，大尺度视觉测量的精度随测量距离的增加而迅速下降，同时大尺度空间下照明条件难以控制，也使得测量变得不稳定。因此如何在大测量尺度的前提下提高测量精度成为这一领域的研究难点。从立体视觉测量系统的原理出发，分析了影响系统精度的各种因素，将相位一致性变换与极线约束条件引入结构光光条中心提取之中，显著提高了图像分析的精度。研制了测量系统的样机并给出了实验结果，现场测试表明该系统可以有效地保证大尺度条件下的测量精度。

分析了双目视觉传感器的数学模型，提出了一种基于同心圆合成图像匹配的双目视觉传感器的标定方法。在测量范围内任意多次摆放同心圆靶标，由两台摄像机拍摄靶标图像。根据摄像机模型与已知同心圆在靶标坐标系上的位置关系，构造合成图像，将合成图像与观测图像进行相似度匹配，通过优化定位得到靶标上每个圆的圆心点图像坐标。利用左右图像对应的圆心图像坐标和双目视觉的约束关系，对双目视觉传感器参数进行非线性优化，并得到最优解。所提出的标定方法是在张正友方法的理论基础上，利用了图像的整体性进行的优化。实验结果表明，该方法提高了标定精度。

基于产生负介电常数的周期性金属线单元结构,利用平行金属双柱设计了具有双负通带的两种太赫兹波段二维左手材料。应用时域有限积分算法研究了二维左手材料的传输特性,仿真结果表明，在0.76 THz附近，平行金属双柱的表面电荷振荡与反向平行电流引发了电磁谐振，出现良好的负折射效应。 在0.75~0.78 THz之间同时具有负等效磁导率和负等效介电常数, 双负通带带宽约为0.03 THz。进一步研究了金属双柱间距、长度及基板厚度等结构参数对双负通带带宽的影响。研究结果为太赫兹波段左手材料的设计和研制提供了参考。

应用激光镊子拉曼光谱技术收集500 L发酵罐中木薯淀粉浓醪乙醇发酵过程底物、产物及酵母单细胞的拉曼光谱，以期从单细胞水平为乙醇发酵提供新的认识。结果显示：1)拉曼光谱可以实时监测浓醪乙醇发酵过程底物与产物的变化；2）酵母细胞胞内物质的变化存在类似于产物变化的前发酵期、主发酵期和后发酵期3个阶段，但出现的时间要比产物变化晚约4 h；3）为适应浓醪发酵环境，酵母细胞的生理状态和胞内物质在不断地进行调整，随着环境乙醇浓度的升高，酵母细胞在胞内累积蛋白质和脂类物质，蛋白质二级结构逐渐变为以无规则卷曲为主；4）发酵后期，酵母细胞在胞内累积大量的嘌呤类物质，但细胞间含量存在异质性。上述结果表明，单细胞拉曼光谱技术提供了一种研究微生物发酵的新方法，可从新的角度获知乙醇发酵过程酵母细胞内外的变化信息。

人眼视网膜是一种具有高散射特性的生物组织。基于米氏散射理论研究光在视网膜组织中的传输过程对生物组织散射成像具有重要意义。根据解剖学上视网膜结构与细胞分布的特点，引入分子动力学领域的静态结构因子修正辐射传递理论，并采用离散坐标法求解视细胞对散射光偏振性的影响。结果表明散射光偏振性取决于视细胞尺寸与浓度分布等因素。在不同的极角和光程位置，散射光束的偏振性呈现波动性变化，视锥细胞核比视杆细胞核具有更强的散射特性，散射光束的偏振特性变化随散射角的增大而增大。

提出了一种实现共焦显微镜空间微分成像的新方法。为了获得空间微分图像，首先利用时间分辨技术结合互补调制技术，获得两束相位相反的调制光，然后利用这两束相位相反的调制光结合共焦扫描技术，实现共焦显微镜的空间微分成像。实验表明：这种空间微分技术可以准确实现共焦显微镜的空间微分成像，从而获得成像物体的边缘轮廓和实现边缘增强。

将1560 nm光栅反馈复合腔半导体激光器产生的连续激光注入掺铒光纤放大器，放大至约5 W，分别采用周期极化铌酸锂(PPLN)和周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体单次穿过进行准相位匹配倍频，对应获得约336 mW和210 mW的780 nm激光输出，倍频效率约为7%和4.4%。通过监视倍频光纵模，显示其具有良好的单频输出特性。此外，还扫描测得了Rb原子D2线的吸收光谱，表明780 nm激光的频率调谐范围大于10 GHz。采用无调制偏振光谱技术将1560 nm半导体激光器频率锁定至87Rb 5S1/2(Fg=2)-5P3/2(Fe=3)超精细跃迁线上。相对于自由运转450 s内1560 nm激光频率起伏约4 MHz，锁定后可将残余频率起伏压低至1.5 MHz左右。

设计一有效口径为120 mm的连续镜面、分立促动器的变形反射镜并进行了检测实验。以产生离焦、像散和彗差为目标，对变形镜的各项参数进行了优化，优化后的变形镜支撑有9个促动器和3个固定支撑点。固定点用于实现变形镜的定位，促动器用于镜面面形的控制。促动器采用了直线步进电机配合弹簧的结构，将电机的步进位移转换为力，在一定的线性范围内实现高精度的力促动。变形镜的检测设备采用了4D动态干涉仪，经响应函数的确定、校正力的求解和施加以及镜面再检测的步骤后，得到的实验结果表明变形镜能够产生高精度离焦、像散和彗差，且具有较大的动态范围。

大口径轻质反射镜采用柔性支撑结构可以降低外界力载荷、惯性载荷及热载荷的负作用，从而保证光学系统的成像质量。为消除加工、检测与系统装调过程的定位误差，研究了应用于计算机控制能动磨盘加工(CCAL)技术抛光的柔性限位支撑模型。利用有限元分析软件(Ansys)，分析1.8 m轻质镜采用柔性限位支撑时， CCAL技术抛光引起轻质镜的最大倾斜量、最大主应力以及主镜面变化范围，对支撑盘的口径及位置进行了优化设计，模拟仿真18点弹簧在不同压缩量下的镜面变形。仿真分析结果表明，柔性限位支撑的结构刚度、轻质镜底板倾斜量满足能动磨盘加工条件，最大主应力强度远小于主镜的许用应力，主镜面变形符合加工要求。

根据目前搜索和跟踪系统要求其红外成像光学系统具有高成像质量、超轻小型化和高温度适应性的特点。采用折反射式光学系统结构形式，基于J-T制冷型320×320凝视焦平面阵列探测器，设计了一种大相对孔径紧凑型无热化红外光学系统，光学系统远摄比达到0.6。采用光学被动消热差方法进行设计，使该系统在-40 ℃~60 ℃温度范围内实现了无热化。同时采用杂散辐射分析软件对系统进行杂散辐射分析，提出合理杂辐射抑制方案，给出了完整的光学系统设计。结果表明，光学系统在不同温度环境下所有视场的调制传递函数(MTF)（17 lp/mm）均接近衍射极限，80%的能量集中在1个像元内，且具有结构紧凑、体积小等优点，可满足搜索和跟踪红外光学系统的使用要求。

为提高大视场光学系统像面照度的均匀性，从理论上分析了光学系统像面照度的影响因素，提出使用中心遮拦产生的轴外斜光束截面积与轴上光束截面积之比对像面照度进行优化的思路。以理想系统建立数学模型，得到了中心圆形遮拦影响下不同视场角光束截面积比值的变化规律，并分析了遮拦对调制传递函数(MTF)的影响。进一步提出采用Zemax与Matlab软件动态数据交换(DDE)进行像面照度自动计算优化的方法。以某焦距 56 mm，相对孔径=1/5.6，视场角2ω=80°的航测镜头为例进行了优化，通过在光学系统第5表面上增加半径为4.384 mm的中心遮拦，像面照度的不均匀性由优化前的22.3％降低至3.5％，均匀性明显改善。在优化实例中讨论了MTF曲线的变化，指出采用中心遮拦后的传函指标仍满足CCD探测器成像使用要求。

极紫外光刻技术（EUVL）是半导体制造实现22 nm及其以下节点的下一代光刻技术。在曝光过程中，EUVL物镜的每一面反射镜吸收35%～40%的入射极紫外（EUV）能量，使反射镜发生热和结构变形，影响投影物镜系统的成像性能。基于数值孔径为0.3，满足22 nm技术节点的产业化EUV投影物镜，采用有限元分析(FEA)的方法研究反射镜变形分布，再将变形导入光学设计软件CODE V中，研究反射镜变形其对成像特性的影响。研究结果表明：当达到硅片的EUV能量为321 mW，产量为每小时100片时，反射镜最高升温9.77 ℃，通光孔径内的最大变形为5.89 nm；若采用相干因子0.5的部分相干光照明，变形对22 nm线宽产生6.956 nm的畸变和3.414%的线宽误差。

对流层内，环境温度随海拔高度的升高而降低。为了补偿温度变化对成像质量的影响，设计了主动调焦式航空相机物镜：f=400 mm、视场角2ω=10° 、F数为8、波段460～750 nm、总长380 mm、后截距150 mm；该物镜在常温常压下，调制传递函数(MTF)fMT≥0.52（70 lp/mm），接近衍射极限；各视场弥散斑均方根(RMS)直径大小约3.6 μm；该相机包括一调焦组，移动范围为±5 mm，调焦组每移动0.1 mm，焦平面约移动0.026 mm。针对设计结果，随后进行了温度水平分析和温度梯度仿真。对于温度水平分析，在-60 ℃～+60 ℃下进行了稳态调焦分析，分析结果表明经调焦组主动调焦后，物镜成像质量与常温下相差不多，可成清晰像；于此同时，相机可在调焦完成后，在温度宽度为±16 ℃的范围内保证像质。对于温度梯度仿真，人为地对各透镜单独设定温度场得到20 ℃轴向、径向温度梯度，有限元仿真及相应的计算结果表明，经主动式温度调焦后，在温度梯度情况下，相机物镜依然保证成像清晰。

像散是目前影响Czerny-Turner结构成像光谱仪空间分辨率最大的像差。首先引入柱面反射镜，利用光焦度衡量像散大小，推导出易于计算的像散校正公式，有效地校正了像散。给出准直镜到光栅距离的计算方法，有效校正了成像光谱仪边缘视场像差。给出了成像光谱仪像面倾角的计算方法，实现了宽波段的像差校正。最终利用上述方法设计了一套用于115~200 nm的改进型Czerny-Turner成像光谱仪，焦距f′=48 mm，F数为5.0，全视场、全波段调制传递函数(MTF)在0.7以上。全波段光谱分辨率为0.22 nm，像面大小为8 mm×7 mm。设计方法适用于多种结构要求的成像光谱仪。

为了寻找简单的多组全动型变焦系统的解算方法及降低全动型变焦距系统设计时对经验的过分依赖，提出了一种全新的方法来计算系统组元的光焦度分配。以组元之间的间隔为初始量，把组元的运动形式作为自由量，通过计算公式求出满足间隔要求的光焦度分配和组元运动形式。该方法在一定程度上降低了变焦系统光焦度分配的难度，更重要的是，为探寻新的变焦运动方式提供了一种新的思路。在得到系统的光焦度分配之后又推导出一种求解系统组元移动曲线的简单方法。为了验证该方法的可行性，设计了一个四组式全动型变焦系统。所设计系统优化后的光焦度分配值和计算的结果都很接近，并且得到了组元的移动曲线，从而验证了该方法的正确性。

以Ce:YAG单晶取代传统Ce:YAG荧光粉用于制备白光发光二极管(LED)，研究了Ce:YAG单晶厚度及驱动电压的变化对其发射光谱、色坐标、亮度、光视效能和色温的影响。研究结果表明，在基于Ce:YAG单晶的白光LED中，发射光的色坐标以及蓝光与黄绿光之间的相对强度可通过对Ce:YAG单晶片厚度的改变进行调整。在恒定电压驱动下，白光LED样品的亮度、光视效能和色温均随单晶片厚度的减小而增加。当Ce:YAG单晶厚度为0.6 mm时，可获得较纯的白发射光，并且其色坐标具有较高的可靠性和稳定性，基本不受驱动电压变化的影响。研究结果表明Ce:YAG单晶是一种可用于新型白光LED的理想荧光材料。

基于旋转调制的自补偿技术是进一步提高激光陀螺仪捷联惯导系统导航精度的有效方法。研究了旋转调制捷联惯导系统中的激光陀螺仪误差补偿方法。建立旋转式捷联惯导系统激光陀螺仪的误差传播方程，分析激光陀螺仪旋转误差效应及误差传播特性，在此基础上建立了调制策略编排目标函数；研究了双轴交替旋转调制模式下的调制策略编排方案，提出了一种改进的16次序双轴交替旋转调制方法，建立了基于双轴转动角速度的动态误差方程，实现了转动过程中激光陀螺仪的常值项误差、标度因数误差、安装误差的有效补偿，进一步抑制速度误差积累所引起的位置误差。仿真结果验证了该方法的有效性，提高了捷联惯导系统导航精度，可为旋转调制光学捷联惯导系统设计提供理论参考。

基于van Cittert-Zernike定理，从理论上计算出大功率单色发光二极管(LED)辐出光，在空间中传输后的空间相干性分布。计算结果表明，自发辐射的LED光源其辐射光在空间中传输后，由非相干光变为部分相干光，且其空间相干性与LED芯片的结构有关。实验上采用双缝干涉对LED辐射光的空间相干性进行测量，由干涉条纹的可见度与两点间的相干度之间的关系得出，非相干LED光源的辐射光在传输后为部分相干光。而采用间隔可调的双缝干涉测量两点间的相干度后发现，LED的芯片发光区域决定了其辐射光在传输中的空间相干性分布。理论计算的空间相干性分布与实验测量结果基本吻合。

为了实现星敏感器高斯灰度扩散模型的参数估计，设计了平行光管成像标定实验及相关算法。基于高斯规律建立并求解了以高斯扩散半径和像点质心坐标偏差为变量的方程组，进一步求得灰度能量系数；在3个不同平行光源方位拍摄图像，利用图像灰度数据计算模型参数的系列测量值，分别取均值作为其估计值；建立实验验证方法，将3个估计参数代入模型模拟静态星像点，将模拟图像与存在噪声的实拍图像做相似度比较，3 pixel×3 pixel窗口内相似度高于0.97，5 pixel×5 pixel窗口内高于0.98，7 pixel×7 pixel窗口内高于0.98。结果表明，方程组求解得到的高斯扩散半径、像点质心偏差的值可信，推导公式正确。

砷化镓光阴极的量子效率大大优于超二代多碱光阴极，但由于微通道板（MCP）输入面上的离子阻挡膜的存在，第三代像增强器，即使是薄膜第三代像增强器，相比于同时期技术水平的超二代像增强器，在标准测试条件下的信噪比和分辨力等参数上并无明显优势。通过引入MCP噪声因子的概念，对像增强器光阴极量子效率的有效利用率进行了评价。强调了实现无膜MCP第三代像增强器的必要性，并指明了目前的无膜MCP第三代像增强器开发中所存在的问题，对改善MCP耐电子清刷除气能力及进一步地减少MCP中的有害物种含量的有效方法进行了研究，进而明确了实现高可靠性高性能无膜MCP第三代像增强器的可行性和有效技术途径。

提出了多晶硅表面陷阱坑内表面高次绒面的陷光模型。利用测不准原理，分析了光子散射方向与绒面上凸点大小的关系，利用光学傅里叶变换推导了光子逃逸陷阱坑概率与绒面陷阱坑形貌的关系。理论分析结果表明内表面布满凹凸点的U字形陷阱坑反射率比V字形的低；而内表面光滑的U字形陷阱坑的反射率比V字形的高。利用扫描电子显微镜拍摄了碱液刻蚀的多晶硅样品表面图像，分析了碱液刻蚀的不同晶面陷阱坑的形貌。\[100\]晶面呈峡谷状的陷阱坑，\[111\]晶面呈扭曲的U字形凹坑，\[110\]晶面则显示混合结构。实验测量了样品不同晶面的反射率曲线，证实了U字形陷阱坑的绒面具有相对低的反射率，与理论分析结果基本吻合。

提出了一种基于单光子脉冲时间随机性的光量子随机源。利用衰减成单光子态的光强恒定光源和一个单光子探测器产生单光子随机脉冲，通过连续比较单光子随机脉冲序列中相邻两个脉冲的时间间隔来提取随机位。通过设计高速响应的微通道板单光子探测器和基于现场可编程门阵列(FPGA)的随机位提取电路, 获得了超过10 M bit/s的随机位产生速率。通过采用恒比定时和对计数时钟倍频的方法提高时间间隔的测量精度，从而减小随机位序列的相关系数。当光量子随机源的随机位产生速率在10 k bit/s以下时，所获得的二进制随机位序列的相关系数小于0.001。运用随机性测试程序ENT和DIEHARD对所获的随机位序列进行测试，测试结果表明序列的随机性非常好且不需要后续处理，完全满足真随机数的标准。

通过计算并发度研究了两个处于初始激发态的两能级原子与数态场相互作用系统的纠缠动力学特性，并讨论了场的光子数、原子和场的失谐量以及原子操作对并发度的影响。结果表明当不存在原子操作时，两原子之间的纠缠出现突然产生现象，并且可以通过调节光子数和原子与场的失谐量来控制产生纠缠的阈值时间和纠缠的最大值。当存在原子操作时，两原子之间的纠缠随着时间的演化可以立即产生，而且通过对经典场的操作和控制可以实现两原子之间纠缠的调控。

频率调制(FM)光谱技术中由于激光偏振态变化产生的残余幅度调制(RAM)使其在微量气体检测中的应用受到极大的限制。理论上详细分析了这一过程产生的原因，获得了存在RAM时FM光谱线型的表达式，同时给出N.C.Wong和J.L.Hall(W-H)方案抑制RAM后的FM光谱线型表达式；在实验上通过对乙炔气体的测量获得了存在RAM时的光谱线型，同时采用W-H方案对RAM进行了抑制，并获得了优化的光谱线型；最后基于理论结果对实验线型进行了拟合，两者差值小于信号峰峰值的4%。

建立一种高分辨率的气体吸收光谱的逐线计算模型，分子谱线参数数据库采用了最新的低温库HITRAN2008和高温库HITEMP2010，能根据温度条件自动选择合适的谱带参数库，并可同时满足高温和常温气体辐射计算。计算波数采用等间隔取样，取样间隔大小以能分辨出典型分子谱线为条件确定。线翼截断采取等波数截断，总内配分函数由Gamache拟合三次多项式计算。谱线线型根据气体温度和压力来选择，最后，利用该模型计算了压力为1atm，不同温度、浓度和路径长度下CO2在4.3 μm和2.7 μm的透射率。考虑FTIR仪器增宽，将逐线计算结果降为窄带透射率，与中分辨率的试验结果对比均吻合，并能在较宽的温度范围内保证精度。

针对高光谱分类中对光谱信息和空间信息利用不足的问题，提出了一种基于稀疏表示模型和自回归模型相结合的分类算法。该算法利用稀疏表示模型和自回归模型，设计联合字典：在光谱维上，利用稀疏表示模型将高光谱的每个光谱向量表示为字典中训练样本的稀疏线性组合；在空间维上，利用自回归模型对每个光谱向量的8邻域进行约束。针对不同样本分别构造一个字典，在减少计算量的同时减小重构误差，最后在最小重构误差和邻域相关性的约束下求解稀疏表示问题，以最小重构误差为准则实现高光谱数据的分类。仿真结果表明，该方法能够有效地提高高光谱数据的分类精度。