监测地气间动量、热量和痕量气体等的交换对水文、气象和生态环境等有着重要的意义。阐述了一种利用自行研制的大口径闪烁仪(LAS)、光学温度梯度仪和基于可调谐二极管激光吸收光谱术(TDLAS)的开放光路痕量气体监测系统，实现了较大区域热通量和二氧化碳等气体通量快速监测的方法。实验结果表明，所测数据与涡动相关(EC)仪的数据比较，显热通量的相关系数为0.91，二氧化碳通量的相关系数为0.74。由此，用大口径闪烁仪监测区域热通量和基于TDLAS光学技术连续可靠监测陆地区域碳通量是完全有可能的，这种方法在大区域热通量和气体通量监测将会有很好的应用前景。

研究红外光线经过高速流场时由于折射产生的瞄视误差(BSE)，对于红外末制导拦截弹的命中精度有重要意义。考虑高温真实气体效应，求解热化学非平衡Navier-Stokes (N-S)方程得到导引头的流场，采用光线追迹的方法，对红外光线经过流场后到达导引头光学窗口的瞄视误差进行了计算分析，研究了光线入射角、飞行马赫数、攻角、高度及红外导引头外形对瞄视误差的影响。

介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所研制成功的我国第一台测量低对流层大气CO2时空分布的拉曼激光雷达系统，选用波长355 nm的紫外激光作为光源，利用光子计数卡双通道采集大气中N2和CO2的拉曼后向散射信号。详细分析了拉曼激光雷达系统的定标方法，提出采用Li7500型H2O/CO2分析仪与拉曼激光雷达系统进行对比与标定，结果显示激光雷达与CO2分析仪数据变化趋势一致性较好，激光雷达具有很高的探测灵敏度与准确性，通过线性拟合水平方向标定误差小于0.2%，垂直方向小于1.4%。由标定关系反演出大气中CO2的时空分布，给出了合肥西郊低对流层大气CO2水平方向0~2.0 km与垂直方向0~2.5 km分布的典型测量结果。

利用通用大气辐射传输（CART）软件模拟计算了0.4~2.5 μm波段卷云大气反射率，分析了卷云大气的反射率随波长、光学厚度、有效尺度、卷云高度和地表类型变化情况，并模拟计算了0.55，1.38，2.75 μm波段卷云大气反射率间关系。结果表明，可见光到近红外波段，卷云大气反射率随卷云光学厚度的增大而增大。 可见光波段，卷云大气反射率随卷云粒子有效尺度变化很小；近红外波段，卷云大气的反射率随卷云粒子有效尺度增大而减小；近红外大气强吸收波段，卷云大气的反射率随卷云高度的增大而增大。大气窗口区卷云大气的反射率随地表类型的变化有显著的变化。通过0.55 μm和2.75 μm波段，1.38 μm和2.75 μm波段的卷云大气反射率间关系可以反演卷云光学厚度和有效尺度。

自适应光学系统的性能受限于伺服系统的延迟误差和波前传感器的光电子噪声。提出了一种多模型单变量预测模型，该模型采用基于Levenberg-Marquardt学习算法的前馈型神经网络。利用计算机多核处理器，设计了一个具有并行处理能力的预测控制器，来实现对自适应光学闭环控制电压的预测，以消除延迟误差的影响。通过数值仿真实验，研究了预测控制器对控制电压和远场斯特雷尔比的影响，与未采用预测控制器的系统进行了比较，并对预测算法的并行性能进行了分析。实验结果表明，使用并行化方法的预测控制器可以有效缩短系统的预测时间，提高预测算法的加速比，与经典比例积分（PI）控制算法相比可以更有效地降低系统由于伺服延迟引起的误差，远场的斯特雷尔比有明显地提高。

报道了一种新的测量大尺度冷原子团温度的方法。这种方法利用反亥姆霍兹线圈产生四极磁场，探测光沿着竖直方向逐点测量冷原子团的分布情况，获得冷原子团在不同自由下落时间下的密度分布曲线，进而拟合出冷原子团的温度值。通过实验，利用这种方法测量了积分球中冷原子团的温度，为73±12 μK，并与飞行时间(TOF)方法的测量结果进行了比较。

极紫外（EUV）投影光刻掩模在斜入射光照明条件下，掩模成像图形位置和成像图形特征尺寸（CD）都将随入射光方向变化，即存在掩模阴影效应。基于一个EUV掩模衍射简化模型实现了掩模阴影效应的理论分析和补偿，得到了掩模（物方）最佳焦面位置和掩模图形尺寸校正量的计算公式。掩模（物方）焦面位置位于多层膜等效面上减小了图形位置偏移；基于理论公式对掩模图形尺寸进行校正，以目标CD为22 nm的线条图形为例，入射光方向变化时成像图形尺寸偏差小于0.3 nm，但当目标CD继续减小时理论公式误差增大，需进一步考虑掩模斜入射时整个成像光瞳内的能量损失和补偿。

采用全矢量有效折射率法计算光子晶体光纤的色散系数，深入分析了光子晶体光纤色散系数与结构参数之间的关系，发现色散系数随着结构参数的变化具有双极值特性：1)当Λ值保持不变时，随着d/Λ值的减小，零色散波长向长波方向移动，在达到极大值后，则转向短波方向移动，例如当Λ=2.3 μm时，极大零色散波长出现在约d/Λ=0.24处，约为1728.9 nm，当Λ取不同值时，较小的Λ值，会对应有较大的极大零色散波长；2) 当d/Λ值保持不变时，随着Λ值的减小，零色散波长向短波方向移动，在达到极小值后，则转向长波方向移动，例如当d/Λ=0.9时，极小零色散波长出现在约Λ=0.6 μm处，约为564.29 nm，当d/Λ取不同值时，该比值越大，则会对应着越小的极小零色散波长。这一发现对于优化设计特种光子晶体光纤具有一定的价值。

光纤环形谐振腔是构成谐振式光纤陀螺的核心部件。提出了一种基于微光学结构的空芯光子带隙光纤环形谐振腔。建立了这种谐振腔的归一化传递函数模型，并且仿真分析了微光学结构参数与谐振腔特性和陀螺的极限灵敏度的关系。研制出基于微光学结构的空芯光子带隙光纤谐振腔的实验样品，完成了样品性能测试，在此基础上提出了下一步优化方案。研究结果为未来进一步研究基于微光学结构的谐振式空芯光子带隙光纤陀螺提供了理论和实验依据。

提出了一种新型双包层结构的微结构光纤(MOF)，利用有限元法对其模场面积、损耗及色散系数随波长的变化规律进行了数值模拟与分析，并在相同条件下与传统的双包层MOF作了比较。结果表明，该种光纤不但结构新颖，而且较传统光纤有更优异的色散性能。通过合理优化，设计了几种在500 nm波长范围内保持低平色散和较大模场面积的新型双包层MOF。这种光纤结构的提出对以后的理论研究和工艺制备具有一定的参考意义。

利用色散位移光纤（DSF）中四波混频效应在闲频光波长处增益的指数增长特性及增益饱和特性，提出了一种基于恶化信号抽运的2×40 Gb/s的双波长全光3R(再放大、再整形、再定时)再生实验方案。对再生原理做了理论分析和实验验证，完成了1550.92 nm和1557.36 nm两个波长上不同恶化信号的全光再生实验，将恶化信号的接收机灵敏度分别由-20.3 dBm、-20.4 dBm改善到-27.3 dBm、-25.6 dBm，灵敏度改善量为7.0 dB和5.2 dB。系统实验验证了理论分析的结果，对于解决波分复用(WDM)系统中多路信号的同时再生问题提出了一种可行的解决方案。

在压缩传感技术应用中，根据稀疏基底选择抽样模型对重构结果影响很大。在傅里叶空间中，极坐标星形抽样和随机抽样的重构效果差异巨大，应用傅里叶光学理论对傅里叶空间的频谱分布进行分析，从理论上解释了原因，并且据此提出稀疏基底和抽样模型的匹配情况会影响重构效果。在小波空间中，进行了均匀抽样和随机抽样的对比重构实验，发现后者的重构效果更好，并确定了根据稀疏基底选择合适抽样模型的可行性，为实际应用中降低抽样率，提高重构效果提供了方法依据。

点衍射干涉仪(PDI)中衍射参考球面波的质量受照明物镜像差和小孔的质量、状态的影响。基于矢量衍射理论，分析计算了可见光经过带像差的照明物镜聚焦后经过有限厚度具有实际电导率小孔板的衍射。分析了照明物镜像差对远场衍射波前质量的影响，确定了PDI检测极紫外光刻(EUVL)元件和系统时的最佳直径大小。分析计算得出，当用PDI检测数值孔经（NA）为0.3的系统时，采用直径大小为800 nm的小孔较为适宜，其衍射波前均方根(RMS)偏差为6.51×10-5λ，强度均匀性为0.812。当用PDI检测NA为0.3的元件时，采用直径大小为500 nm的小孔较为适宜，其衍射波前的RMS非对称偏差为8.40×10-5λ，强度均匀性为0.664。

提出一种新的零朗奇检测法用于测量大口径非球面镜的面形。利用光线追迹和正弦条纹的相位信息设计补偿正弦光栅。使用透射液晶显示屏显示补偿正弦光栅并作为相移装置。一个离轴点光源发出的光被镜面反射后通过补偿正弦光栅，摄像机记录携带镜面偏差信息的相移条纹图。通过对相移条纹图的分析确定被测镜面的实际横向像差以及对应的理想横向像差，然后基于朗奇检测的几何原理得到被测镜面的偏差梯度，对其积分获得被测镜面的偏差，进而重建被测镜面的三维面形。与传统的零朗奇检测法相比，这种方法可以消除补偿光栅上每个条纹带边缘的锯齿形状，而且可以获得镜面上足够多的待测点信息。计算机模拟和初步实验验证了该方法的可行性。

为了测量激光与等离子体相互作用产生的散射光份额，获得黑腔耦合效率实验中的激光注入率，研制了基于神光Ⅲ原型装置的全孔径背向散射测量系统。该系统利用聚焦透镜收集散射光，通过离轴抛物面镜进行缩束，并采用二向色镜将散射光分为两个支路后分别进行受激布里渊散射和受激拉曼散射光的能量、时间过程和光谱测量。实验测量了有、无束匀滑条件下的散射光份额。结果表明，在当前实验条件下，通过束匀滑可有效降低散射光份额，提高激光注入率。

为了研究氮气在宽光谱范围内的色散特性，基于气体色散理论，在标准条件下（温度为293.15 K，气压为101325 Pa），利用二阶Sellmeier公式和最小二乘法拟合得到氮气在0.145～2.058 μm波长范围内的色散公式。该公式在全波段范围内的不确定度约为2.1×10-7，与原始测量数据的准确度一致。与现有色散公式相比，该公式的适用波长范围更宽，可提供氮气在0.27～0.47 μm波段更多的折射率信息，具有较广泛的适用性。通过实验测量氮气在633 nm处的折射率验证了该公式的有效性。

全光纤光子多普勒速度测量（PDV）系统是一种新型的激光测速系统，可广泛用于冲击波、爆轰波以及其他短时高速运动物体的速度测量。多点测量可以获得靶面不同位置的速度，以测量靶面的形变。为提高测量的空间分辨率，提出使用裸光纤束为PDV系统的探头，并在实验上实现了空间分辨率为375 μm的双点速度测量。裸光纤探头的间距较小，一个探头的测量结果可能受到另一个探头反射光的干扰。理论和实验的研究结果表明，当靶面各点速度相同时，测量结果不受干扰光的影响；当各点速度不同时，其测速误差不但与两被测点的速度差有关，还与传感光和干扰光的光强和相位有关。

绝对检测技术是剔除干涉仪系统误差进而提高面形检测精度的有效手段。基于单次旋转的绝对检测技术由被测球面绕光轴旋转前后的检测数据，采用基于最小二乘法的Zernike多项式拟合，剔除系统误差，获得被测面的旋转非对称面形误差。详细推导了理论计算公式，分析了单次旋转角度对算法检测精度的影响，并和多次旋转法作了对比，其残差均方根(RMS)值约为1.5 nm。该方法只需一次旋转两次检测，在保证检测精度的同时简化了检测过程。

利用耦合非线性微分方程组求解饱和吸收体光栅（SAG）的损耗谱，得到了在无谐振腔时SAG参数与光栅带宽、中心频率损耗、边模抑制比等光栅滤波特性的关系。考虑谐振腔的存在，对SAG纵模边模抑制比进行修正，数值分析了优化区范围及优化程度。结果表明，当满足饱和吸收体长度约为腔内光纤长度1/3时，可实现平坦的边模损耗谱，且在小于由注入功率决定的掺铒光纤长度内，纵模的边模抑制比较无谐振腔时提高了0.3~0.6 dB。采用扫频法初步验证了达到平坦边模损耗谱的条件。

高重复频率飞秒脉冲激光辐照钼酸镝玻璃表面后，通过显微拉曼测试，发现在辐照区域内形成了含有MoO4四面体结构的β′-Dy2(MoO4)3晶体和含有MoO6八面体结构的α-MoO3晶体。通过电子能谱(EDS)测量辐照前后样品中钼(Mo)元素的含量，发现在辐照中心位置形成α-MoO3晶体相的区域内出现了明显的Mo元素缺失现象，表明了在高温场作用下，微爆现象引起了材料中心密度的降低。此外，随着辐照时间的增加辐照中心位置还出现了由Dy2(MoO4)3相向MoO3晶体α相的相变。这说明随着激光作用程度的加剧，中心区域Mo元素浓度降低，使得钼氧结构由MoO4四面体向MoO6八面体转变，导致在Mo元素浓度较低的区域更容易形成八面体结构的α-MoO3。

采用高温二次化料的方法制备了一种SiO2-Al2O3-ZnO-Na2O（F、Br）玻璃体系的光热敏折变（PTR）玻璃，通过紫外曝光、透射率光谱、X射线衍射(XRD)和差热分析等方法研究了其光热敏析晶机理。研究表明，PTR玻璃的光敏区为280～350 nm，工作区为 400～2700 nm，最佳成核温度和析晶温度分别为490 ℃和595 ℃，析晶组分为NaF晶体。采用双光束干涉方法与“两步法”的热处理工艺在PTR玻璃中制备了周期为1000 mm-1的布拉格体光栅，光栅的相对衍射效率达到91%，并验证了制备的布拉格体光栅具有角选择滤波能力。

提出用碱溶液修饰硅纳米线阵列制作太阳能绒面的方法。实验中首先采用金属催化化学腐蚀法在Si(100)基底上制备了定向排列的硅纳米线阵列，然后将纳米线阵列浸入碱溶液中进行修饰，修饰时间分别为10，30，50，60，90 s。通过扫描电子显微镜（SEM）对硅纳米线阵列进行形貌分析，采用太阳能测试系统附带的积分球测量纳米线阵列绒面结构的反射光谱。通过测量和分析发现硅纳线阵列在碱溶液中修饰30 s时表面分布均匀，在400~1000 nm波段的综合反射率低于4%。结果表明碱溶液修饰纳米线阵列的方法能够有效分散束状硅纳米线阵列，明显降低绒面的反射率，并且初步分析了碱溶液修饰硅纳米线阵列的分散机理。

建立了一套最新的优化概念，以便于液体透镜在一般光学系统中的优化设计。 由于液体透镜拥有多个离散的变焦位置，设计时不得不在其中选择多个位置作为阻尼最小二乘法(DLS)的初始优化点。而这些位置通常是由设计者凭经验来选择的，不同的选择不仅会对设计过程带来不同的影响，而且会给设计结果带来本质的不同。基于此提出了一套改进禁忌搜索（ITS）算法，从而实现在DLS算法优化的过程中液体透镜变焦位置的自动选取，从而得到更佳的成像效果。

提出了一种可用于指导非旋转对称、折反射式光学系统设计的Wasserman-Wolf曲面设计方法，并将其用于设计椭球形整流罩光学系统，得到的系统具有结构尺寸小的优点。利用最小二乘拟合的方法使系统初始结构兼顾各个扫描视场的像差校正需求，克服了以往只针对零视场计算校正元件初始参数致使扩展至整个扫描视场时系统评价函数难以收敛的弊端。同时，从平面对称的矢量像差理论出发，分析了平面对称反射镜的像差特性，阐述了在不同扫描视场中，利用反射镜倾斜来进行动态像差补偿的原理。设计了一套工作波段为中波红外的椭球形整流罩光学系统，该系统的调制传递函数(MTF)在整个扫描视场内接近衍射极限。

设计了一个F数为2，工作波段为3.7~4.8 μm，全视场2ω=111.2°的高分辨率制冷型中波广角红外成像光学系统。该系统采用二次成像构型，通过Si、Ge、ZnSe三种材料六片式对称布局，利用折/衍混合器件及非球面,实现了光学被动消热差设计，使系统在-55 ℃至+80 ℃的宽温范围内，在空间频率为33 lp/mm处的光学传递函数（MTF）均大于0.4，系统在15 μm的像素尺寸内，能量集中度大于70%；采用f-θ设计，使成像系统对不同视场具有相同的角分辨率；通过引入光阑像差和控制像方视场角，使像面具有较好的均匀性，边缘视场最低相对照度为中心视场的90.9%，且具有近100%的冷光阑效率，同时，系统具有较好的冷反射抑制效果，该光学系统适用于像素为15 μm，分辨率为640 pixel×512 pixel的中波制冷探测器。

在曝光线宽为90 nm节点的投影光刻机照明系统中，针对准分子激光光源扩束后出射光束均匀性较差的问题，用高斯光束边缘叠加能够提高均匀性的原理对反射式扩束单元进行了分析。结果表明，平行反射式扩束单元出射光束之间叠加尺寸与反射板某区域透射率存在矛盾，制约了照明光束均匀性的提高。为此，提出了非平行反射扩束镜组，推导了出射光束尺寸、叠加子光束个数与两反射镜楔角之间的关系式，确定了楔角的取值范围和扩束单元的结构形式。通过建模分析，验证了设计的扩束单元在实现光束一维扩束的同时，不仅减小了叠加光束的干涉散斑效应，还提高了光束均匀性。

基于微机电系统(MEMS)技术，提出了一种光栅与法布里珀罗(F-P)腔相结合的新型MEMS F-P滤波器结构，这种滤波器既能保证较宽的自由光谱范围又能够获得较窄的半峰全宽。从实现机理、参数设计和选择对F-P滤波器的结构进行了深入分析，并着重对微桥桥面的机电性能进行了仿真计算。通过选择不同的微桥桥面厚度（0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1 μm），比较微桥在静电力作用下的平整度，发现当微桥表面厚度为1 μm时，得到了一个较优结果，在5 V电压下，上反射镜的倾斜位移ΔL为9.11 nm，最大腔长变化量为242 nm，这样能保持前后腔面反射光的平行要求，从而保证滤波器的滤波效率和对选择光的利用率。该滤波器能够解决传统微型滤波器自由光谱范围与半峰全宽相互限制的矛盾，提高微型滤波器的性能。

作为色球层光谱的主要成分，莱曼阿尔法辐射在太阳物理学和日冕物理学中具有非常重要的地位。通过观测莱曼阿尔法光谱，可以分析出太阳色球层的主要结构和动态。采用内部遮挡结构，从光学要求出发设计了口径40 mm、焦距590 mm的反射式日冕仪，用以观测太阳在1.1R⊙~2.5R⊙(R⊙为太阳半径)范围内莱曼阿尔法波段日冕的辐射。该结构应用两片非球面反射镜和一片球面反射镜成像，一片平面反射镜对光路进行偏折。该系统的光学传递函数接近衍射极限，杂散光水平为太阳光球辐射的10-6倍，满足莱曼阿尔法波段日冕的测量要求。

近红外光谱技术检测速度快，不破坏样品，可在线分析，是血液无创生化分析能够获得应用的最具潜力的方法之一。但是由于人体血液的吸收光谱信号微弱，而常规光谱仪器在近红外无创生化分析中的光能利用率较低，给无创检测技术应用在临床分析上带来了困难。为了解决此问题，利用椭球反射镜的聚光特性，从几何光学角度出发，分析了椭球镜像点位置分布情况，并采用光线追迹方法优化其初始结构，从而将手指漫反射光高效收集到探测器上。通过仿真分析计算，该椭球反射镜的光能利用率比常规无收集装置的利用率提高了近5倍，增强了仪器检测血液吸收光谱信号的能力，有助于提高仪器信噪比。

LED的输出光通量、输入电功率、结温以及寿命之间互相影响、紧密联系。在设计、使用LED时需要综合考虑各个参数才能使LED工作在最佳状态。针对LED提出了光电热寿命理论，该理论揭示了LED的输出光通量、输入电功率、结温以及寿命这4个参数之间的内在联系。使用该理论可以建立LED寿命预测模型，找到LED的输出光通量和寿命之间的关系式，根据该关系式可以预测LED的寿命，评估LED的可靠性。由此可以找到合适的LED工作点，兼顾LED输出光通量和LED寿命，实现LED在全生命周期内输出光通量最大，从而达到优化LED工作状态的目的。

为了研究用于表面等离子（SP）波的可集成表面等离激元受激放大辐射(SPASER)放大器，设计了植入饱和吸收体的金属绝缘体金属(MIM)结构放大器的基本组成。根据SPASER的基本原理，对激射条件进行了分析，给出了放大器的制作工艺和抽运脉冲的设计以及性能指标。结果表明研制的放大器在选择566 nm波长的入射光和532 nm波长的抽运光，放大区采用长度范围为1~1.5 μm的条件下，其脉冲响应时间可达100 fs，带宽为1.5~2 THz，SP的放大增益为30~60 dB。该SPASER放大器研究将为大规模集成光子学芯片设计提供理论和技术基础，可在下一代高速通信系统中得到广泛应用。

研究了用于光互连的聚硅氧烷多模光波导直接弯曲时弯曲损耗与圆弧曲率半径的关系。用Marcuse的直波导近似法理论计算了其弯曲损耗，理论计算表明弯曲损耗随模阶数的增加而变大，随半径的减少而变大；光在波导中传输时，总弯曲损耗出现阶跃式变化，并且曲率半径大于4 mm时，波导的弯曲损耗小于1 dB/cm。用BeamPROP仿真软件仿真了5、10、20 mm三种曲率半径下的传输光场情况。利用数字化散射法测量了其弯曲损耗，实验结果显示曲率半径在5~6 mm时弯曲损耗值在0.55~0.8 dB/cm之间，考虑所制备的聚硅氧烷直波导固有的传输损耗，实验值与理论值基本相符。

利用苯二甲酸丙二醇酯（PTT）聚合物微米线从生物相容性聚合物材料聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水溶液中提拉制备得到直径为10~300 μm的橄榄球形光学微谐振器。将波长为532 nm的绿光和波长为671 nm的红光分别耦合到最大直径为94.7 μm和68.3 μm的橄榄球形微谐振器，观察了其谐振特性。利用1549~1552 nm的连续光源对直径为94.7 μm的橄榄球形微谐振器进行了光学性能测试，测量了其吸收光谱。观察到明显的回音壁模式吸收峰，测得其品质因子为1.05×105。

针对光纤陀螺温度稳定性低、受环境温度影响参数变化，导致使用精度不高的问题，提出了一种光纤陀螺静态温度综合误差建模补偿方法。综合考虑温度、光纤陀螺标度因数非线性以及零偏漂移的影响，建立了以时间、温度和输入角速率为参量的光纤陀螺静态温度混合模型；采用分类拟合方法确定模型阶次，辨识模型参数；基于温度速率实验，提出迭代补偿算法。实验结果表明，经过综合误差补偿后的光纤陀螺消除了温度和标度因数非线性对其性能的影响，使它在全温度和全速率下的测量精度得到了极大提高，从而证明了该方法的有效性。

对GaN基蓝光功率型LED在老化前和老化期间施加反向人体模式静电放电(ESD)，并对静电打击前后及老化前后的LED光学电学参数进行分析。实验结果及理论分析表明，ESD使LED芯片有源层及限制层中产生缺陷，最终导致电学特性及光学特性的变化。ESD给LED带来的损伤可在老化前期过程中被局部恢复，但随着老化时间推移，电参数漂移程度及光衰幅度不断增大，而老化过程中LED对ESD的敏感度增加，使LED抗ESD能力减弱。

为了实现频率选择表面(FSS)的双带特性，设计了由矩形栅格和三圆环组合单元FSS。对FSS的谱域求解方法进行了详细的描述。采用谱域法分析了不同角度和极化入射波下FSS的频率响应性能。结果表明，所设计的FSS对于不同入射角度和极化电磁波具有稳定的双带、平顶传输及陡峭下降边缘特性。双带特性大致表现为1.8~5.4 GHz的阻带和5.4~20.0 GHz的通带。阻带谐振频率稳定在3.1 GHz左右，而通带在-4 dB的平顶传输带宽达14.3 GHz以上。其陡峭下降边缘特性表现为S波段信号强烈反射，而其他波段信号通过，从而实现多波段通讯。该结构FSS可应用于卫星通信、雷达罩及其他相关领域。

从经典电动力学出发，研究了由折射率梯度导致的反转光自旋霍尔效应。通过分析光从光疏介质入射到光密介质和从光密介质入射到光疏介质两种情况，揭示了光自旋霍尔效应中的横移与偏振态、折射率梯度以及入射角等因素的定性关系。当入射角一定时，光从光疏介质入射到光密介质时的水平偏振横移绝对值大于垂直偏振横移，而从光密介质入射到光疏介质的情况正好与之相反，并且传输场的横移方向取决于折射率梯度方向，增大入射角能明显增强光自旋霍尔效应，对某一特定的线偏振光束，其左、右旋圆偏振光分量的横移等值反向。这些研究结果为调控光自旋霍尔效应提供了有效途径。

提出一种产生尺寸可调局域空心光束的新型光学元件——可拆式组合轴棱锥，这种新型光学元件是在传统轴棱锥的中部沿其轴线方向贯通开设一圆孔，在圆孔内嵌设一第二轴棱锥组成。通过更换不同底角的第二轴棱锥（或第一轴棱锥），可形成不同尺寸的单个局域空心光束或周期性局域空心光束。从几何光学出发分析了产生局域空心光束的原理，计算了局域空心光束的相关参量。由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件的光强分布特性。几何光学和衍射理论所得分析结果基本吻合。

研究了一个由两个同向驻波场和一个微波场相干驱动的五能级87Rb原子系统，并在探测场共振频率处实现了可调谐三光子带隙。 利用激光场与多能级原子系综相互作用的密度矩阵方程，结合光脉冲在具有空间周期性介质中的相干传输矩阵理论，推导出了描述相干原子系统稳态条件下的反射谱和透射谱。由数值模拟发现，通过改变驱动场的失谐和拉比频率可以动力学地调控光子带隙的位置和宽度，而且这种相干诱导三光子带隙能够同时操控三个不同中心频率光脉冲的传播。

设计了一种基于角度多普勒分辨的接发同轴反射层析激光成像雷达系统，给出了基本成像原理和数学表达，相应分析了目标横向距离分辨率和单个角度采样时间的关系。并在实验室平台上模拟远场衍射传输，获取探测目标的角度多普勒分辨的反射投影图，采用滤波反投影算法实现目标横截面图像重建。此方法采用相干外差探测，可以大大提高雷达接收信号灵敏度，同时不涉及光频空间相位和时间相位，成像中没有相位匹配过程，降低了实施技术难度，具有一定的实际意义和使用价值。

使用新版(Version 3.01)星载激光雷达CALIPSO Level 1剖面数据和Level 2的大气气溶胶光学厚度(AOD)数据反演全球海面风速。将AOD数据用于大气双程透射率的校正。对CALIPSO 所采集的2007年1月、4月、7月和10月532 nm 波长无云激光测量数据进行应用计算，采用532 nm退偏比经验修正海面白帽及水下次表层水体散射的影响，同时选用准同步的AMSR-E海面风速测量值为真值进行对比。对应2007年的4个月，由CALIPSO星载激光雷达532 nm单脉冲测量数据反演海面风速的标准偏差分别为1.24、1.24、1.24、1.20 m/s，由5 km滚动平均数据反演海面风速的标准偏差分别为0.98、1.02、0.98、0.94 m/s。结果表明，采用的数据反演方法可行且数据利用率得到提高。

多角度和偏振遥感可解决传统遥感所不能解决的大气探测和目标识别等方面的问题。为实现气溶胶偏振信息的多角度探测，提出了一种新型的多角度偏振辐射计。该辐射计可以在多个角度上测量大气的偏振光谱信息，为大气光学和微物理特性的高精度反演提供重要的实测数据源。作为航天载荷的原理样机，多角度偏振辐射计的光机系统由多路并行望远光学模块组成，可在110°视场范围内，以0.5°间隔实现偏振信息的多角度探测；采集控制与数据传输系统由双控制核心和高速接口组成，大大提高了系统的并行处理能力和数据传输速度，可在高速运动的平台上实现多路偏振光谱信息的同步采集与实时传输，避免了由平台移动和信号的异步采集引入的误差。航飞试验结果表明，多角度偏振辐射计可实现气溶胶偏振信息的高精度探测。

相关向量机(RVM)高光谱图像分类算法是一种基于贝叶斯概率模型的监督机器学习算法，其分类精度较高、测试时间较短。然而算法本身存在训练时间随着训练样本增加直线上升、分类效率整体降低等问题。针对这种情况，提出一种基于改进型相关向量机(VRVM) 的高光谱图像分类算法。本算法在传统概率模型中引入一个新的分布，使得计算复杂度较高的积分运算可近似地拆分成两个较为简单的对数和形式。实验结果表明，VRVM高光谱图像分类算法的总体分类精度和相关向量的数量与RVM基本相同，但训练时间随样本数的增加有明显的减少。

离焦模糊图像的清晰度较低，因此必须对其进行复原。传统方法通常采用圆盘或高斯函数来近似离焦造成的点扩散函数，复原效果不够理想。为此，提出利用哈特曼夏克波前传感器探测离焦波前，根据所得波前计算光学系统的点扩散函数，并采用Richardson-Lucy算法对模糊图像进行复原。搭建了实验用的光学系统，采集了离焦模糊图像以及相应的波前信息，获得了清晰的复原图像，并利用客观图像评价方法对退化图像和复原图像进行了评价，同时与传统方法得到的复原图像进行了比较。实验结果表明，该方法能精确重建点扩散函数，有效提高图像的质量。

在光学波长的尺度上，几乎没有目标可被认为是静止的，因此，目标振动对合成孔径激光雷达（SAL）成像可能有较大影响。对此问题，基于衍射光学，建立了在目标作简谐振动的情况下，采用准单色光线性调频光源照明的条带模式SAL的成像数学方程，分析和讨论了目标振动参数对SAL成像的影响，并给出了若干数学仿真演示。结果表明，SAL成像对目标振动非常敏感，在距离方向上目标微小的振动可使SAL系统在方位向上产生一系列虚假像，严重影响SAL高分辨率成像的实现。

纺织纤维的光散射特性在纺织材料微观结构、光学性质以及无损检测中至关重要。利用纺织纤维各向异性的结构特点改进现有的角谱展开法，得到纺织纤维对倾斜入射平面波的散射以及表征其光散射特性的Mueller矩阵。采用蒙特卡罗算法模拟了平行棉纤维束对倾斜入射偏振光的多次散射，并对其计算结果进行了实验验证。结果表明理论计算和实验测量的散射光斑在形状特征、光强分布上均一致，从而验证了蒙特卡洛方法模拟纺织纤维光散射的正确性。结果同时也表明蒙特卡罗方法在纺织材料光传播特性的理论研究中具有重要的指导意义。

无衍射光束球散射性质的研究目前一般采用贝塞尔光束，但是贝塞尔光束在物理上是不可实现的。贝塞尔高斯光束作为近似无衍射光束，是亥姆霍兹方程在傍轴条件下的解，并且可以用激光振荡器直接产生，但其光束宽是有限的。应用傅里叶变换,平面波谱展开和球面矢量波函数展开法，推导了非偏振贝塞尔高斯光束的球散射远场的无量纲散射函数。通过数值模拟，对非偏振的贝塞尔高斯光束与贝塞尔光束，高斯光束的球散射远场进行了比较，比较发现：当球散射体偏离光轴时，非偏振贝塞尔高斯光束跟贝塞尔光束散射远场的差异主要是散射强度的差异，但是散射极点所在的方向基本保持不变；贝塞尔高斯光束和贝塞尔光束的散射在光束圆锥角方向上比较显著,但高斯光束的前向散射比较显著。

建模方法是影响可见近红外光谱定量结果的主要因素之一。在470~1000 nm波段的12个土壤剖面对48个剖面样经过风干、研磨、过筛后进行光谱采集。经一阶微分变换及Savizky-Golay平滑处理后，分别应用主成分回归(PCR)、偏最小二乘回归(PLSR)和反向传播神经网络(BPNN)3种方法建立土壤全氮(TN)的定量模型。 PCR与PLSR两线性模型的决定系数(R2)分别为0.74和0.8，其剩余预测偏差(RPD)分别为2.23和2.22，但两模型仅能用于TN的粗略估计。由PCR提供主成分数，PLSR提供潜变量(LV)数分别作为BPNN的输入所构建的两个非线性模型均明显优于线性模型PCR和PLSR。其中以4个LV作为输入的BPNN-LV模型预测性能最优，R2 以及RPD分别达到0.9和3.11。实验结果表明，提取可见近红外光谱的PLSR LV因子作为BPNN的输入，所建定量模型可用于土壤氮纵向时空分布的快速准确预测。

在洁净K9玻璃基底上沉积TiO2薄膜，将透射光谱和X射线反射光谱相结合分析获得膜层的厚度和光学常数。X射线反射谱拟合能精确得到膜层的厚度、电子密度及表面和界面粗糙度，其中膜层厚度的数值为透射光谱的分析提供了重要参考。基于Forouhi-Bloomer色散模型拟合膜层透射光谱，得到薄膜折射率和消光系数，理论曲线和实验曲线吻合良好。对于同一样品，两种光谱拟合分析得到的厚度数值非常接近，差值最大为4.9 nm，说明两种方法的结合能够提高光学分析结果的可靠性。

综合考虑纳米硅结构薄膜的特殊性质，如量子限制效应、光学带隙和光跃迁振子强度对纳米硅粒径的依赖特性以及光学带隙和光辐射的温度依赖特性等，给出了一个解析表达式来分析具有一定粒径分布的纳米硅结构薄膜的光致发光（PL）强度分布，其中选取了两种纳米硅的粒径分布，即高斯分布和对数正态分布。结果表明，随着平均粒径和粒径分布偏差的减小，纳米硅薄膜的PL谱峰蓝移。随着环境温度的升高，纳米硅结构薄膜的PL谱峰红移且相对发光强度减弱。纳米硅结构薄膜光辐射拟合的结果与实验数据的比较分析表明，该模型能够很好地解释纳米硅结构薄膜在不同温度下的PL特性。