针对红外遥感图像非均匀性的定量评价问题，研究了基于场景的红外焦平面阵列响应非均匀性的定量评价方法。利用真实红外遥感图像序列量值分布的特点，针对小序列图像提出了基于序列排序和小波变换的标准图像构建算法；结合非均匀性评价指标，提出了利用构建标准图像的响应非均匀性对红外图像的非均匀性进行定量估计；分别利用黑体定标实验和统计方法对标准图像构建算法进行了验证，同时进行了不同校正算法的剩余非均匀性评价实验。结果表明，128 frame序列构建得到的标准图像的非均匀性分别比同温黑体图像小0.92%，比统计标准图像大0.59%。该方法可用于定量估计红外遥感图像的非均匀性。

采用多项式校正方法对光子计数位置灵敏探测器成像畸变进行校正。介绍光子计数位置灵敏探测器工作原理并分析其畸变产生原因；介绍多项式校正原理，并给出光子计数位置灵敏探测器畸变多项式校正流程；采用该方法对两种不同畸变程度的基于楔条形阳极该类探测器进行了畸变校正，校正后残余误差分别为2.5 pixel和1.2 pixel。实验结果表明，多项式校正法能够有效校正光子计数位置灵敏探测器成像畸变。

利用有限元法和传输矩阵法，对柚子型结构的光子晶体光纤啁啾光栅的反射谱进行了理论分析。得到了啁啾光栅参数和光纤参数对光子晶体光纤啁啾光栅反射谱的影响规律。结果表明随着啁啾系数和折变量的增加，光栅反射谱呈规律变化，当啁啾系数增大到一定程度时几个反射峰会连到一起，形成一个大的反射带宽。光纤的内包层直径和纤芯直径的改变能够影响各反射峰之间的间距。同时研究了切趾变迹对光子晶体光纤啁啾光栅反射谱的影响，研究表明，所用切趾函数会同时对多个峰进行切趾，每个峰的切趾效果都很好。对反射谱波动较大的几个峰相连的啁啾光栅经过柯西切趾后反射谱曲线平滑，适合于实际应用。

自由空间光通信(FSO)系统的性能由于受大气湍流影响会产生剧烈波动。根据系统和大气参数评估系统差错性能的研究具有现实意义。以大气湍流信道和光电探测两个模型为基础，建立了FSO系统差错性能的数学仿真模型，提出了湍流条件下系统误码率计算公式。对仿真结果与弱湍流条件下获得的实验数据进行了比较，并依据此模型对光强起伏和背景噪声等因素的影响进行仿真。仿真结果表明，基于该模型的仿真结果与实验数据一致，光强起伏是引起系统性能波动的主要因素，最优判决阈值需根据实际大气条件进行调整。该模型可有效评估湍流条件下FSO系统性能，并为相关理论研究提供参考。

在线光栅用于纳米光刻对准理论的基础上，为实现光栅方向的标定和掩模硅片对准，提出一种利用相位斜率消除角位移的新方法，并给出线光栅标记及其对准原理。在对准前，掩模对准标记和硅片对准标记存在角位移，重点讨论了此种情况下叠栅条纹的特性以及与光栅物理参数的关系，并给出了相应的计算公式。基于傅里叶频域分析法，对叠栅条纹频率成分与条纹的关系做了简要分析。利用提取叠栅条纹行列方向的一维相位，通过数据拟合，得出了相位斜率与角位移的内在关系，实现了条纹方向的标定。模拟实验结果表明，该方法简单可靠，可分辨的最小角位移低于0.02°。

由于光谱分辨率或光谱信噪比只能作为光谱仪干涉系统的性能评价指标，但不能用于光学系统的公差分析与优化，所以将系统分为三个子系统：前置光学系统、干涉系统与后置光学系统，分别采用不同的评价标准分析系统公差。前置光学系统采用波像差为评价标准，给出波像差与光谱噪声的关系，分析误差对波像差的影响，间接给出各种误差对系统性能的影响。干涉系统直接采用光谱噪声作为评价标准，可直接给出各种误差对系统性能的影响。后置光学系统采用光斑尺寸作为评价标准。通过这种方法，计算出三个子系统的灵敏度矩阵，并且给出了前置光学系统与后置光学系统的公差分配。

在Mazurenko提出的时域超短脉冲光谱全息结构的基础上，提出了改进型的飞秒脉冲光谱全息结构，并推导了当输入脉冲光场中包含时、空分布时光谱全息的记录和再现。结果发现当在光谱全息记录和再现时，如果频谱面上添加空间滤波器，可以实现飞秒脉冲包含的空域信息向时域信息的转换。结论可以应用到超短脉冲整形，超高速光通信和光信息处理等领域。

数字全息成像中往往包括再现像、共轭像和零级项，再现像的分离是常见而又难以彻底解决的问题。提出一种新的全息图重建算法，即利用相干衍射成像（CDI）中的迭代方法处理数字全息图，实现仅有一个实像的再现结果,从而彻底解决该问题。该方法包括两个步骤：首先通过CCD分别测量样品单独存在、样品和参考光同时存在以及参考光的远场衍射分布；然后通过计算机进行迭代运算。由于干涉光的存在，该算法比传统的CDI算法有更快的收敛速度和重建质量。同时进行了数值模拟验证并对生物切片进行了物像重建。

针对红外鱼眼告警系统在对几公里以外的目标成像时表现为点目标，无距离、几何形状和纹理信息可以利用，很难对来袭目标的威胁程度做出较准确的评估问题，研究了红外鱼眼系统下的多目标威胁评估排序方法。提出了一种红外鱼眼系统下的多目标威胁评估模型。该模型利用激光测距机所获取的各目标的初始距离信息推导出了目标在各时刻的距离和径向速度，从而建立起了以目标的距离、径向速度、航向角和高低角为威胁指标的多目标威胁评估模型。然后根据多目标威胁评估的非线性特点，以及神经网络在解决非线性复杂问题所具有的良好的自适应能力和自学习能力，利用径向基函数(RBF)神经网络对多目标威胁程度进行评估并讨论了训练样本的生成方法。实验结果证明了该方法的可行性和有效性。

由于光声效应产生光声压分布图像，所以当强散射介质中的模拟吸光组织在受到短脉冲激光照射时，该声压分布会经声透镜成像在像平面上。在像平面上利用线性超声探测器阵列获取光声信号并传递给高速数据采集卡进行数据采集，可由程序重构出光声图像。设计的光声层析成像系统可以采集记录一定深度的数据，成像时只要在所采集到的数据中选取不同列数即可同时获得强散射介质多层样品不同层面的光声图像。实验成功地获得了强散射介质内多层样品不同层面的光声层析图像。该成像方法无需进行复杂的算法重建，且可以同时实现多层样品不同切面的光声成像。

目前太赫兹技术的研究主要集中在它的产生、探测机理研究上。由于太赫兹波处于微波和可见光之间的频率范围，已有的微波和光波理论是否能适用于太赫兹波或者具有某些共同的特性仍需实验验证。通过实验分析验证了太赫兹波在空气介质中在垂直于传播方向的平面内场振幅是服从高斯函数分布的，测量给出了太赫兹波的能量分布图。根据测试数据推导出太赫兹波在空气介质中能量衰减公式，利用法布里珀罗(F-P)干涉仪原理设计出太赫兹波长仪，对美国Corehent公司SIFIR-50 THz太赫兹激光器发射的1～3 THz波长进行了测量。讨论分析了远场发射角、光束入射角度、机械振动、温度波动和折射率n波动等相关因素对测量精度的影响。

利用啁啾脉冲的频域干涉测量技术，可实现对超快光学瞬态过程的单发诊断，此方法的时间分辨率和单发时间测量范围分别与啁啾脉冲的谱宽和脉冲宽度及光谱仪的工作性能有关。当两束线性啁啾脉冲进入光谱仪后，相同的频谱成分会发生干涉形成频谱干涉条纹，如果其中一束脉冲受到外界扰动的影响，可根据干涉条纹的形状重构出扰动的具体形式。理论研究和数值模拟了由频谱干涉图重构外界附加扰动的过程，模拟结果显示重构出的扰动同附加的真实扰动符合得较好；在频谱记录面有限的情况下，重构出的扰动信号带有强烈的振荡，通过平滑处理有效地抑制了振荡。

彩色结构光系统利用彩色投影机与摄像机中的三个颜色通道，同时投影和采集三幅条纹图像，拍摄一次即可实现形貌测量，但其无法测量彩色物体，通道间的串扰也降低了精度。提出了一种新的系统，利用三个摄像机采集三个通道，并利用严格设计的分色棱镜和滤光片，消除了彩色结构光系统中常见的波长通道间的颜色串扰。基于三步位移法，分析了拍摄两次图像获得彩色物体形貌的过程，并针对该系统提出了校正方法。利用上述方法，拍摄两次即可得到彩色的物体形貌。

研究一种能够进行远程及绝对测量的光纤低相干干涉传感系统。该系统包含两个光纤干涉仪，其中一个光纤干涉仪置于被测场中感应被测量的变化，可实现远程测量；另一个光纤干涉仪解调被测量的值。运用波分复用技术，使用于解调的光纤干涉仪同时工作于低相干干涉和高相干干涉状态。用低相干干涉信号决定被测量的幅值，对被测量实现绝对测量，并使测量量程不受波长限制；同时，用高相干干涉信号对被测量进行高精度的测量。系统的测量量程为6 mm，测量分辨率小于1 nm，位移实验结果的线性相关系数R为0.99。

针对多尺度窗口傅里叶变换中，窗口尺寸的自适应选取及提取基频时的频谱混叠等问题，提出基于希尔伯特黄变换(HHT)的自适应窗口傅里叶相位提取法。对变形条纹信号进行HHT后，通过谱分析，自适应确定能够准确描述条纹信号变化情况的瞬时频率及条纹图的背景分量。根据所得的瞬时频率，给出自适应定位条纹信号局部平稳区域的步骤，进而确定窗口尺寸。不需额外计算，可有效去除背景分量以减少基频提取过程中零频频谱的干扰。与现有的用最大脊法确定窗口尺寸的方法相比，本方法不受被测相位必须线性逼近且变化缓慢的前提约束。实验证明本方法有效、可行，且对测量携带陡峭边缘或面形复杂的物体也能进行较为精确有效的测量。

针对SiO2光波导声光布拉格器件，计算了SiO2非对称平板波导TE模式的横向场分布；给出了SiO2/ZnO/Air层状介质结构的性能方程、运动方程和麦克斯韦方程，推导出这种层状结构的特征方程，并结合所满足的边界条件，得到了各层介质的位移及电磁场分布；计算了声表面波所引起的光学相对介质隔离率张量的变化，最后讨论了声光衍射效率和光场与声场的重叠积分、声功率、声频率、声孔径和光波导参数之间的关系。结果表明，在低频范围内光场与声表面波场重叠良好；低阶模的重叠积分始终大于高阶模重叠积分，最低阶模与声表面波相互作用最强，所需声功率最小；当声功率一定时，增加声孔径可以提高衍射效率。

提出了一种计算温度场的面热源自适应调整算法，该方法通过在研究对象的封闭边界上引入虚拟面热源来求解稳态热传导方程的边值问题。建立了导热联结的具有粗糙表面介质的接触模型，在此基础上建立了随机分布的表面散热边界条件，并用面热源自适应调整算法计算了激光介质的温度场。结果表明，由于实际激光介质散热表面不能完全紧密接触，其温度场呈现一定程度的随机起伏，越靠近边界，随机起伏越明显，介质中心区域随机起伏则不明显；有效热接触面积越小，这种随机起伏越强烈。计算表明热接触面积占50%时，比接触面积占75%时温度场的随机性更明显。

理论分析了Er:YAG激光晶体的热退偏效应，模拟计算了该晶体棒端面退偏的分布，并进行了偏光干涉实验验证。结果表明，数值模拟和实验结果完全一致，热退偏效应随抽运能量增大而增强，退偏分布呈十字形，最大退偏发生在晶体棒端面上与起偏器偏振方向成45°方位处。同时，还阐明了一种利用临界稳定腔来测量灯抽运脉冲Er:YAG激光器有效热透镜焦距的简单方法，测量出不同抽运功率下Er:YAG晶体的等效热焦距。

利用电光调Q的Nd:YAG激光器抽运非临界相位匹配(θ=90°，φ=0°)环形腔KTP光学参变振荡器（OPO），实现了高能量人眼安全波段的1.57 μm激光输出。理论与实验结果表明，减小谐振腔长度和注入种子源激光可以有效降低阈值，提高输出能量。当Nd:YAG激光器抽运能量为88 mJ时，注入种子源功率由0 mW增加到6 mW，输出能量由8.8 mJ增加到14 mJ。当抽运能量为167.7 mJ，注入种子源功率达到6 mW时，最大输出能量达到46 mJ，峰值功率7.44 MW。

在各向同性高非线性光纤中同时考虑光纤损耗和抽运消耗对单抽运四波混频参变过程的影响，得到了导波光之间功率转化关系所满足的椭圆方程，计算结果与OptiSystem软件仿真的结果一致。利用该椭圆方程分析了基于四波混频的全光2R再生器的性能，研究表明，光纤损耗系数的增加不但会劣化再放大性能，还会分别减小和增加高低电平上的输入噪声容限。

从非线性薛定谔(NLS)方程出发，用分步傅里叶方法结合对数值解的波形分析，确定了色散渐减光纤(DDF)中能实现自相似脉冲传输的区域，并研究了初始脉冲和光纤参数对自相似区域和演化速度的影响。结果表明，初始脉冲能量的减小有利于扩宽自相似区域，但会使自相似演化进程略为减慢；初始脉宽有一个最佳值，在最佳值上自相似区域最宽，演化较快且输出脉冲和啁啾较为稳定；高斯脉冲比双曲正割脉冲更快转化为自相似脉冲，传输区域也更广。选择具有较小非线性参量的DDF可以获得较广的自相似区域，同时非线性参量的增大可以加快自相似演化，而群速度色散参量和增益系数必须选择在最佳值附近，才能获得最大自相似区域和最快演化速度。

根据紫外波长光束在空气中传输时的非线性效应得到包含氧分子三光子电离等非线性效应的薛定谔方程。由该非线性薛定谔方程出发，研究了紫外波长光束在空气中传输时局域涡旋光孤子的形成。将涡旋孤子的形成和粒子在势阱中的运动联系起来，讨论了光束在空气中形成局域涡旋光孤子的初始条件。数值求解了柱坐标下的涡旋孤子解，随着初始幅值的变化，方程出现单环、双环等孤子解；分析了孤子解光强分布随着传播常数的变化情况，并得出光束尺度和脉冲能量对应初始幅值的变化关系。同时分析了孤子解的扰动稳定性，验证了Skarka所推导的一般性判据。

为获得尽可能大的差频转换效率，基于准周期极化铌酸锂(QPPLN)光学超晶格，提出了级联电光和差频理论，用于高效的差频转换。其方法是沿QPPLN光学超晶格的y方向施加一个外加电场，用来控制能量在抽运光、信号光、o偏振的差频光和e偏振的差频光四个光波之间的转移。计算结果表明，在一个100 ℃，40 mm长的QPPLN光学超晶格中，当1550 nm信号光与1064 nm抽运光光强比值r<0.324时，对光强超过特定值的任意抽运光都可以通过施加一个适当的外加电场将抽运光完全转化为1550 nm信号光和3393.4 nm 差频光；当r≥0.324，只当抽运光光强落在一定范围内时，才可以通过施加外加电场使抽运光完全转化为信号光和差频光；超过该范围，外加电场不能增加差频光转换效率。计算结果还表明，电光调制差频转换效率对温度和畴构造误差都不敏感。

实验上分析了在多模激光抽运的条件下，水中宽带受激布里渊散射（WSBS）及前向受激拉曼散射（FSRS）产生的物理机制及二者之间能量变化的关系。实验结果表明，在多模激光抽运过程中，WSBS能量与FSRS能量处于不断变化的状态。聚焦长度较短或抽运光能量相对较低时，WSBS在散射过程中占据主导地位；随着聚焦长度和抽运光能量的增加以及光学击穿的产生，FSRS在散射过程中逐渐占据优势。

生长了系列掺杂低铁(质量分数分别为0×10-6，3×10-6，5×10-6，10×10-6，25×10-6，50×10-6、100×10-6)的近化学配比铌酸锂(SLN)晶体，测量了它们的紫外可见光谱，并通过477 nm处的线性吸收系数估算晶体中Fe2+和Fe3+的浓度。利用抽运（365 nm）探测（632.8 nm）法测量不同掺杂浓度晶体光致吸收的动态过程和稳态特性，结果表明光致吸收是以扩展指数的形式衰减的，其衰减时间常数(即小极化子的寿命)随掺杂浓度和抽运光强增加而减小，扩展指数因子随抽运光强的增加而减少。根据电子的输运方程，利用四阶龙格库塔方法对电子输运过程进行数值求解，模拟了掺铁铌酸锂(FeSLN)晶体的光致吸收的全过程，与实验所得结果符合得很好。

阐述了渐进多焦点眼用镜片的矢高分布设计原理，提出了一种利用调节主曲率差对平均曲率影响进行渐进多焦点眼用镜片优化设计的方法。比较设计和实际加工镜片优化前后的效果，优化前后镜片有效视区球光度保持不变，优化后镜片渐进通道最窄处宽度增加了0.7 mm，视近区有效视觉面积明显增大，最大散光度略有减小。结果表明，提出的主曲率差优化设计方法对渐进多焦点眼用镜片的设计加工有实用价值。

基于声光可调谐滤波器(AOTF)的工作原理，设计了一套工作在440～780 nm的光谱成像光学系统。该光学系统通过引入一面偶次非球面提高了系统的成像质量，简化了镜头的结构，提高了光学系统的透射率。前置光学系统采用由一组双胶合透镜构成的像方远心光路。后置成像光学系统由一组三胶合透镜构成，其中包含一面非球面，根据非球面变形系数与初级像差间的贡献关系，完成了非球面及其位置的优化和对AOTF的+1级衍射光成像。光学系统在32 lp/mm的空间频率下的调制传递函数(MTF)大于0.6，像质优良，加工装调公差适中。

由于交流发光二极管（AC-LED）在实际应用中无需交流/直流整流变压器，它的发展越来越被关注。随着器件功率的增大，芯片结温升高，对器件的光通量、光功率及寿命等产生负面影响，所以精确掌握AC-LED的温升规律就成为芯片设计的关键。运用FloEFD有限元软件进行模拟仿真1 W白光AC-LED分别在直流和交变功率驱动下的瞬态热特性，结果表明在加载交变信号情况下，器件结温会以直流信号的结温为中心周期振荡，振荡的频率与输入功率频率相同，但有明显的相位移动。同时，AC-LED在不同的输入功率和频率下的结温变化显示稳态时的平均结温和结温振荡幅度都随功率的增大而线性上升，但随着频率的增大而降低。

利用折射定律，介质膜两侧折射率不同时多光束干涉理论和菲涅耳公式，精确推导了双沃拉斯顿棱镜的光强分束比的具体表达式。以公式为基础，通过Matlab软件数值模拟作图分析光强分束比随入射角、入射波长和结构角的变化关系曲线。结果表明：在棱镜为介质胶合型时，光强分束比随入射角和入射波长的变化很小，光强分束比基本为1；棱镜为空气胶合型时，光强分束比随入射角，结构角和波长的变化很大。两种情况下，光强分束比随各参量的变化基本呈周期性变化。

光学积分器是太阳模拟器实现均匀辐照的关键光学器件，介绍了光学积分器的组成及其工作原理，阐述了方位偏移误差和倾斜偏移误差对辐照均匀性的影响。根据光学积分器的工作原理，利用软件Lighttools将两种光轴一致性误差对辐照均匀性造成的影响进行了仿真分析。结合实验结果表明，倾斜偏移误差相对方位偏移误差对系统辐照均匀性的影响更为严重。分析光轴一致性误差，可为光学积分器微调机构的设计和实际装调太阳模拟器提供理论依据。

在微光机电系统(MOEMS)技术的基础上，采用绝缘体上硅(SOI)的体硅加工工艺，设计并加工制作了一种新型的静电驱动的谐振式微机电系统(MEMS)扫描镜。介绍了其基本工作原理及结构设计特点；理论计算了圆形和方形两种结构的尺寸扫描镜的谐振频率，并利用ANSYS有限元软件进行仿真；设计并搭建了一个简单易操作的光学测试系统，对研制出的MEMS扫描镜(7.1 mm×5.2 mm)进行扫描角度测试。利用该器件参数激励的迟滞频率特性，对其谐振频率进行实际测量。同时，为验证其所测谐振频率的准确性，利用激光多普勒测振(LDV)系统对其进行测试。在工作电压10 V，方形和圆形扫描镜的驱动频率分别为556 Hz和596 Hz时，机械扫描角度分别可达到约6°和5°，谐振频率分别约为300 Hz和277 Hz。并分析误差产生的原因及其结果。

为了获取优异的光学图像质量，大口径天文望远镜通常采用主动支撑结构以校正主镜面形误差。对望远镜主镜支撑系统所需的气压驱动器进行了研究。基于气动原理设计了一种采用滚动膜片结构的气压力驱动器，其中滚动膜片结构用于消除摩擦力的影响，滚珠式力解耦器用于消除侧向力、弯矩的影响。进一步设计了针对气压驱动器带死区的比例积分微分(PID)控制算法，以实现对气压驱动器的闭环控制。实验结果表明：气压力驱动器可精确提供主镜控制所需的支撑力，在望远镜高角变化速度达到2°/s时，输出支撑力范围为0~1000 N，驱动器支撑力误差仅为满量程的±0.4%。设计的气压驱动器可实现主动支撑力的快速精确输出，能满足天文望远镜主镜主动支撑需求。

运用平面波展开法（PWE），针对光子晶体在短波长段发光二极管（LED）领域上的应用，主要选择高频禁带模式，研究了4种具有较大应用潜力的二维光子晶体结构，包括正方空气柱结构、三角空气柱结构、正方介质柱结构和三角介质柱结构。在不同晶格常数、占空比（AFF）、柱半径和晶格常数比下，分析了TE模式和TM模式光子禁带的变化。数据分析表明，光子禁带中心波长随AFF增加而变小。相比于其他结构，正方介质柱结构更适于短波段光子晶体LED来提高其出光效率，三角介质柱结构和三角空气柱结构适合用于构造短波段偏振光LED。

基于Richards-Wolf矢量衍射积分公式，数值分析了同轴三环非均匀混合偏振矢量光束经过高数值孔径透镜的聚焦特性。该矢量光束由同轴三环局域线偏振矢量光束通过一个相位延迟角为δ的液晶相位延迟器产生，光束偏振变为包含线偏振、圆偏振和椭圆偏振的混合态。同轴三环局域线偏振矢量光束的偏振分布是由径向向内偏振的外环光束、径向向外偏振的内环光束和线偏振方向与径向方向夹角为φ2的中环光束构成。数值模拟结果显示该混合偏振矢量光束的聚焦强度分布与参数φ2和相位延迟角δ密切相关，当选取适当的φ2和δ时，在焦平面附近产生沿光轴方向的三维多点光俘获结构暗光链，这在光学微操纵领域具有潜在的应用价值。

介绍了非近轴光束的表示理论，利用该表示理论很好地解决了非近轴光束的角动量问题，发现非近轴光束的总角动量可以严格地分解成自旋和轨道两部分，但是两者都依赖于由偏振椭圆度表征的光束的偏振状态。主要研究了柱矢量光束的角动量问题。给出了动量空间和位形空间中的柱矢量光束表达式和角动量算符表达式。通过分析两个空间中的角动量算符及柱矢量光束表达式，发现在这两种空间中，具有螺旋型相位的柱矢量光束是角动量算符沿着传播方向的分量的本征态，其本征值与偏振椭圆度无关，这为计算这类特殊光束的角动量提供了一种新方法。

给出了利用两个二能级原子和耦合腔双光子过程相互作用系统实现量子信息转移的方案。该方案中二能级原子通过双光子跃迁与单模腔场发生共振相互作用。通过控制原子与光场的相互作用时间，实现量子信息从一个原子转移到另一个原子。

Cluster纠缠态是执行单向量子计算的基本资源。星型Cluster态可用于构建量子信息网络。以非简并光学参变放大器产生的双模压缩态光场为基础，设计了产生连续变量六组份和八组份星型Cluster纠缠态光场的实验方案，并推导了相应的量子不可分判据。计算结果指出，当量子不可分判据中的增益因子取为1时,需要一定的初始压缩度才能制备星型Cluster纠缠态；但当选取最佳增益因子时，极低的压缩也能产生星型纠缠。计算为实验系统设计提供了直接参考。

设计了一种基于表面等离子体共振原理，使用空芯光纤作为光波导、外表面镀金属膜的光学材料圆柱体作为探头的新型折射率传感器。通过建立光学模型进行分析，在理论上推导出了这种传感器的传输光谱损耗公式，并针对该传感器在不同的光纤长度、探头材料、检测物质折射率等参数设置下的检测性能进行了分析，获得了各种参数对其性能的影响。由于该传感器可针对不同折射率的检测物质灵活地更换合适探头材料，相对于传统的表面等离子体共振光纤传感器，在易用性和性价比等方面具有更好的应用价值。

全波形回波信号建模仿真与分析是全波形激光雷达探测技术的一项重要研究内容。针对激光束在目标场景中投影点的获取问题，提出了一种基于激光束空间边界的光线求交快速算法，运算效率高，稳定性好。基于激光雷达信号的时空分布特性，推算出目标场景对信号的响应函数，建立二者的作用过程模型。并针对全回波检测技术中的距离选通探测模式，对目标回波信号与距离选通门限的位置关系进行了分类建模和分析。在研究以上三项关键技术的基础上，构建了全波形激光雷达回波信号仿真系统，仿真实现和分析了不同距离选通门限条件下的全波形回波信号特性，并生成了复杂场景下隐蔽目标的全波形激光雷达数据。

以包含灰尘、黑碳和水三种成分的单分散内混合初次气溶胶为例，利用消光、吸收、散射效率因子和不对称因子，探讨了以等效折射率描述具有不同成分的内混合气溶胶粒子系统的适用性。结果表明，在尺度参数为0.1~25时不同半径比下，消光、吸收和散射效率因子的等效性较好，相对误差分别在3%、3%和4%以内；不对称因子的等效性相对稍差，相对误差在13%以内。当半径比a/b小于1/5，即内混合体中所含灰尘和黑碳较少时，等效折射率实部和虚部值基本可以确定，而不必考虑尺度参数的影响。用除散射相函数之外的其他光学量来等效时，较为容易找到等效的气溶胶粒子。

与单角度动态光散射技术相比，多角度动态光散射(MDLS)颗粒测量技术能够提高颗粒粒度分布的测量准确性。但在MDLS技术中，测量角度的选择常常与被测颗粒体系的分布有关。对100 nm、500 nm的单峰模拟分布和300 nm与600 nm混合的双峰模拟分布的颗粒体系，分别在1、3、6、9个散射角条件下进行了测量。颗粒粒度反演结果表明，随着散射角个数的增大，颗粒粒度分布更趋于真实的颗粒粒度分布。对数量比为51的100 nm与503 nm双峰分布的聚苯乙烯颗粒，分别在1、3、5、10个散射角条件下进行了测量，实测结果表明采用单角度测量只能得到单峰分布，3个及更多散射角可得到双峰分布，并且双峰的数量比随散射角数量的增加逐渐趋近真实的数量比。因此，MDLS颗粒测量技术能够改善颗粒粒度分布的测量结果，但这种改善程度会随散射角的增多逐渐降低。由于散射角个数的增多会增加散射角的校准噪声和光强相关函数的测量噪声，因而会导致在有些情况下颗粒粒度分布的测量结果反而变差。

结合光学表面无损检测工艺实际情况，给出基片与镶嵌及掩埋的球体/回转椭球体缺陷粒子的散射特性分析。针对基片与缺陷粒子的半空间问题，结合时域有限差分方法使用广义完全匹配吸收层（GPML），结合三波技术引入激励源，给出了相应的连接边界条件，并将互易性定理应用到近远场外推中，使过程简化。数值计算给出了镶嵌及掩埋的球体/回转椭球体缺陷粒子的散射场的角分布。结果显示：镶嵌比掩埋的缺陷粒子受粒子尺寸的影响更明显。在大散射角下，缺陷粒子的位置因素带来的贡献较大。粒子分别掩埋或镶嵌于基片时，在-10°、30°、70°附近的球体粒子和回转椭球体粒子的微分散射截面(DSCS)差别较大。在基片无损检测工程中可以通过对特定角度散射场的测量定标诊断出缺陷的方位和形态。

基于对椭偏测量数据中难以消除的系统误差的作用机理分析，提出了一种新型的薄膜光学参数表征误差处理技术。建议选取薄膜椭偏角关于折射率和几何厚度的一阶偏导数，对大部分测量入射角满足符号相反或只有其中一个为零的条件的波段，剔除偏导数对全部测量入射角满足符号相同或同时为零的条件的奇点波长附近波段，作为反演表征用的椭偏测量数据采集区域，以最小化椭偏测量系统误差引起的薄膜光学参数反演表征值相对真实值的偏差大小。其本质是通过一阶偏导数筛选测量数据，来最小化椭偏测量系统误差对薄膜光学参数表征的误差传递作用。通过数值模拟实验，对比研究了该技术对不同测量入射角范围的适用性及实施技巧，以可复现的数值实验数据和合理的理论解释支持和验证了这种误差处理技术的可靠性，为薄膜在线表征和镀膜监控提供了一定的参考价值。

采用基于传输矩阵法的光学模型及Matlab软件，模拟了以聚合物P3HTPCBM为活性层的倒装太阳能电池，并分析了模拟电池的吸光率及其内部光电场分布。探讨了厚度、入射角度以及新结构对电池光学性能的影响。模拟结果表明，电池的光吸收主要由活性层厚度决定，分别随着电子传输层和空穴传输层厚度的增加而下降。当光入射角度增大时，由于光程的增加电池的吸光率随之增加，在40°入射角时达到最大；由于其他光学作用，器件吸光率在40°入射角以后反而降低；证明了光斜入射时电场在整个器件中分布是不连续的。通过在基本结构的适当位置插入一层薄膜构成的微腔器件,由于光学共振效应能够有效提高电池的光吸收。

通过对RhB/PMMA和Rh6G/PMMA染料薄膜的荧光光谱和放大自发辐射(ASE)光谱的实验测量和理论分析，研究了准波导结构染料薄膜的荧光光谱和ASE光谱特性。实验上采用连续激光和脉冲激光照射，分别测量准波导结构RhB/PMMA和Rh6G/PMMA染料薄膜的荧光光谱和ASE光谱，发现荧光峰和ASE峰随着染料掺杂浓度和薄膜厚度的增加产生红移；理论上考虑准波导结构下薄膜中染料的自吸收效应，类比激光器谐振腔模型，分析低阶导模传输的增益特性，获得了荧光光谱与ASE光谱中荧光峰和ASE峰对应波长与染料掺杂浓度的关系，数值计算与实验测量相吻合。结果表明，准波导结构下薄膜中染料自吸收效应导致荧光峰及ASE峰发生红移，改变染料掺杂浓度，可以在较大调谐范围实现ASE。

超分辨薄膜是一种能够实现突破光学衍射极限的功能薄膜，它在超分辨近场光存储技术中起到至关重要的作用。采用磁控溅射共溅的方式制备了Ag掺杂一定量Si的超分辨复合薄膜，测试了其作为掩膜层的超分辨光盘读出性能，并获得了最佳的薄膜制备条件，即当Ag溅射功率为55 W，Si为95 W，溅射时间为80 s，薄膜厚度为39 nm时，超分辨光盘的读出信号载噪比(CNR)最高为28 dB。用X射线光电子能谱测量了上述薄膜的组成，用扫描电子显微镜观察了薄膜微区形貌，并用椭圆偏振光谱仪测量了薄膜的光学常数和厚度。超分辨复合薄膜的读出机理可以用Ag的散射型机理解释。光盘在持续读出10万次以后读出信号基本没有下降。

采用射频反应磁控溅射方法在硅衬底制备了HfSixOy薄膜，用X射线光电子能谱(XPS)分析了HfSixOy薄膜的成分，用X射线衍射(XRD)检测了薄膜的结构, 并用椭圆偏振光谱仪研究了退火处理对薄膜光学性质的影响。XRD谱显示,HfSixOy薄膜经700 ℃高温退火处理后仍为非晶态，而在900 ℃高温退火处理后出现晶化。采用Tauc-Lorentz (TL)色散模型对测试得到的曲线进行拟合并分析得出薄膜的光学常数，结果表明，薄膜的折射率随退火温度的升高而增加，而消光系数随退火温度的升高呈降低趋势。薄膜的光学带隙随着退火温度的升高增加，采用外推法得到薄膜沉积态和经500 ℃，700 ℃，900 ℃退火后的带隙分别为5.62，5.65，5.68，5.98 eV。

利用磁控溅射法在K9玻璃基底上制备了Ag8In14Sb55Te23(AIST)纳米薄膜，并利用激光抽运探测技术测量了薄膜的时间分辨反射率变化特性。研究结果表明，在合适能量密度的单脉冲纳秒激光脉冲作用下，AIST薄膜可以快速从沉积非晶态转化为晶态结构，晶化过程包含中间熔化态。在较低能量密度范围内，反射率变化量和晶化时间都随能量密度变化呈线性增加趋势。

提出了一种基于色域分析与聚类分析结合的基色筛选算法。该方法对传统4色色域和目标高保真色域进行分析，筛选出4色色域外的特征点，并对其光谱反射率进行主成分分析，确定基色的个数m。以m作为分类数，对集合中特征色光谱反射率进行聚类分析，在m个分类光谱中选择和特征色平均光谱距离最远的m个光谱作为基色光谱，在基色库中选择和m个光谱相关距离最小的实际专色作为最终基色。实验结果表明，提出的基色选择算法能够准确估计出新基色的光谱反射率，最大程度实现了目标高保真色域的再现。