对两点标定法求解气溶胶消光后向散射比Sa(z)的可行性进行了研究。讨论了利用两点标定法反演气溶胶消光后向散射比的精度和两标定点之间距离的关系：当两点之间的距离大于1 km时，利用两点标定法得到的气溶胶消光后向散射比是可靠的。对比分析了两标定点间的距离大小及两种不同的迭代方法对两标定点之间气溶胶消光后向散射比反演结果的影响。并对两点标定法用于气溶胶消光后向散射比反演时，预先对反演结果进行误差估计的可行性进行了探讨。实际反演结果表明，利用两点标定法进行气溶胶消光后向散射比的反演，当两标定点之间的距离大于1 km且标定点的气溶胶消光系数的误差为5%时，反演得到两标定点之间气溶胶消光后向散射比的误差一般不会超过6%。

分析和介绍了自适应光学闭环系统中一种实用的实时多路自适应控制算法。该多路自适应控制算法综合考虑了大气湍流扰动以及自适应光学系统时间延迟对系统控制效果的影响，其各个控制回路的控制参数能根据外界扰动的变化进行实时的迭代调整，从而使系统始终工作在最优控制状态。利用61单元自适应光学系统上模拟的大气湍流扰动信号，实现了对变形镜各路控制电压进行闭环优化控制的多路自适应控制算法，并对该算法的收敛性、控制效果、控制带宽进行了仿真研究和分析。仿真结果表明，同经典比例积分控制算法相比，多路自适应控制算法具有更强的自适应性，可以更有效地减少外界扰动对自适应光学系统校正效果的影响，提高自适应光学系统的闭环控制带宽，改善控制特性。

天体高度的获取精度是目前制约舰船自主天文定位精度的主要技术瓶颈，针对这一问题，提出了一种新颖的利用星光折射角和大气折射模型间接获取天体高度的方法。该方法通过两个星敏感器分别拍摄直射星图和折射星图，利用星图匹配与识别方法得到星光折射角；基于大气折射模型，根据测量得到的折射角精确获取天体高度值。仿真结果表明，当折射角测量精度为1″，观测高度约为6°的天体时，其天体高度的获取精度可达37″，相应的平均舰船定位精度约为23 m。对折射角测量精度、观测天体的高度和大气折射模型精度等因素对定位精度的影响进行了分析。

湍流对光在大气中的传播有重要影响。光波段折射率结构常数是描述湍流强度的物理量。通过风廓线雷达回波分析是研究湍流强度的新方法。利用风廓线雷达计算出湍流耗散率和平均风的垂直梯度，结合温度、气压等常规气象参数，可估算光波段折射率结构常数，计算的量级在10-18~10-13 m-2/3之间，符合实际情况，证明了方法的可行性。同时对不同等压面上压强梯度、温度梯度及湿度对折射率结构常数的影响进行了数值计算。结果表明，同一等压面上压强梯度改变对C2n影响很小，可忽略不计；而温度梯度改变对结果有较大影响，故对温度廓线的测量有较高的精度要求；相对湿度10%~90%的变化对光波段折射率结构常数的影响低于一个量级，因此在晴空大气条件下，湿度项可以忽略。

应用激光雷达技术探测近地面大气无组织颗粒物具有重要的理论和应用价值。 将激光雷达技术应用于探测城市建筑工地扬尘，利用建筑外墙进行激光雷达信号的相对标定，然后根据激光雷达方程求解沿光学路径的扬尘颗粒物消光系数，通过程控扫描台获取多条路径上的消光系数分布，并结合质量消光效率因子得到二维质量浓度分布情况。结果表明，基于扫描平台的微脉冲雷达系统可以快速获取建筑扬尘二维分布和随时间变化情况，结合粒径谱和风速风向信息进一步得到重型车和小型施工车辆的PM10 排放因子分别为8.99×103 g/km和1.75×103 g/km； 重型车和小型施工车辆的PM2.5排放因子分别为4.57×102 g/km和8.91×101 g/km。该方法为城市扬尘快速实时监测提供了一种新思路。

利用气象模式预报大气光学湍流，能够使地基望远镜根据不同的大气视宁度条件，选取相应的观测目标和终端设备，还可以优化自适应光学系统性能和激光器打击目标的发射时机。介绍了采用天气预报模式建立的大气光学湍流预报方法。利用该预报方法，采用数值和分析两种模型，分别提前3 d、2 d和1 d预报出2011年11月6日夜间阿里天文站的气象参数、大气光学湍流强度C2n廓线和视宁度。共计6次的预报结果均显示近地面层、边界层2 km高度以及对流层12 km高度存在强湍流层。与单星闪烁测量层析(SICDAR)的实测数据对比结果表明，本预报方法能够反映大气光学湍流廓线的结构特征。预报的视宁度反映出夜间的增大趋势和差分像运动视宁度仪(DIMM)实测结果相似。

介绍了一种基于发光二极管 (LED) 的光纤耦合长程差分吸收光谱(LP-DOAS)系统，用于测量大气中的SO2和O3。根据SO2和O3所在的吸收波段，选择了两种不同波长的紫外LED作为系统光源。当吸收光程为700 m时，SO2和O3的探测限分别为0.8×10-9和7.4×10-9。将该系统测量结果与传统基于氙灯LP-DOAS的测量结果进行了对比，结果显示两者具有较好的一致性，测量SO2和O3的相关性分别为0.987和0.992。测量结果表明，通过光纤耦合方式来提高光源耦合效率后，采用以LED为光源的LP-DOAS系统来探测紫外波段的气体吸收是切实可行的。

以多像素光子计数器（MPPC）的光电特性和实验结果为基础，通过对传统的工作在线性模式下的雪崩光电二极管的信噪比公式进行修正，得到了适用于MPPC的信噪比表达式。对在随机光子探测模式下的信噪比表达式进行了数值计算和实验验证。数值模拟结果显示在随机光子照射下，最小可探测光子通量的量级为103 count/s, 最小可探测功率量级为10-15 W。对短脉冲光子探测模式下的光子计数信噪比表达式进行了数值分析，结果显示，利用调节合适的光电子数等效阈值进行光子计数的方法能够大大提高探测器的信噪比，该方法相比于传统的光子探测器有明显而独特的优势，在短脉冲弱光探测的场合，诸如脉冲激光测距、高能粒子物理等方面有较大的应用前景。

对于短时间内X射线脉冲星信号形成的脉冲轮廓的信噪比低，提出基于提升小波的X射线脉冲星信号的降噪方法。分析了基于提升小波的信号降噪理论模型。在周期叠加的基础上，利用探测设备及空间环境的先验信息建立预降噪模型，并对X射线脉冲星的脉冲轮廓做降噪预处理。通过选择小波和自适应的阈值函数，利用提升小波对脉冲轮廓降噪。通过对多组罗西X射线计时探测器(RXTE)卫星探测的实测X射线脉冲星数据的仿真分析，结果表明，降噪后的脉冲轮廓信噪比得到提高,且算法有更快的处理速度。

光栅作为光通信系统中的色散型波分复用器，系统通常要求其在近掠入射条件下具有高衍射效率，传统设计方法给出的光栅闪耀角大，工艺上不易实现。基于光栅电磁场理论，提出用光栅互易定理计算光栅槽形初始值，结合衍射效率等高线法优化光栅槽形的设计方法—互易定理优化法。结果表明，C波段TM波-1级峰值衍射效率理论值为94.9%，测量值为92.1%。较传统光栅设计方法，互易定理优化法的应用降低了光通信光栅的制作难度，提高了衍射效率，为掠入射光栅的研制提供了更好的途径。

内面镀有碘化银和银(AgI/Ag)的空芯光纤在中红外波段已有较成熟的制备工艺并得到广泛应用。由于AgI膜厚和表面粗糙度的控制存在较大难度，近红外低损耗的AgI/Ag空芯光纤尚未见报道。通过一系列工艺改进，包括以酒精作为碘的溶剂，在低温中对银膜进行碘化，并采用真空泵提高并稳定碘溶液流速，制备了碘化银膜厚为70 nm的AgI/Ag空芯光纤。实现了AgI/Ag空芯光纤在近红外区域的低损耗传输。采用发光波长为1.064 μm的二极管抽运固体激光器系统测得长度为1 m、内径为0.7 mm的AgI/Ag空芯光纤损耗约为1.15 dB/m。进一步研究了碘溶液浓度、温度等参数对碘化银膜镀膜工艺的影响，并评价了多种内径AgI/Ag空芯光纤在近红外波段的传输特性和弯曲损耗特性。

提出并分析验证了一种光电混合结构的光时钟分频/倍频器系统，该系统通过光电转换后的反馈调制来实现光时钟信号的分频/倍频操作。分频过程类似于D触发器的输出信号反馈控制输入端信号的原理；在不更换器件的情况下，简单改变反馈顺序，还可以实现光时钟信号的倍频。从时/频域的角度分别讨论了分频/倍频的原理，在实验上验证了所提方案的可行性，从一路10 GHz的光时钟信号出发分别得到了5 GHz的光、电分频时钟信号和20 GHz的光时钟倍频信号。该系统结构简单，性能稳定，对光信号的波长透明且无需光、电滤波，并同时具有光、电信号输出，因此可以方便地配合后续信号处理环节，具有良好的实用性。

分析了光纤时间传递中Sagnac效应产生的原因，详细推导了地球表面任意两点间Sagnac效应授时误差的计算公式，仿真研究了Sagnac 效应对光纤时间传递精度的影响。结果表明，Sagnac效应授时误差取决于光纤的纬度及其轨迹，当进行长距离时间传递时其误差值可能达到纳秒量级，必须对Sagnac效应进行精确的时延补偿或校准。

为揭示拉曼奈斯衍射条件下超声驻波成像的物理本质，澄清以往超声驻波成像问题分析中所存在的一些理论上的混淆，提出一种基于傅里叶光学的新的分析方法。通过这种方法分析发现拉曼奈斯衍射条件下激光垂直穿过超声驻波后的光场中含有一系列不同频率的非相干光，分别求出这一系列非相干光单独产生的干涉光强分布，将这一系列非相干光进行强度的线性叠加得到了此光场总强度分布的严格表达式，为目前已有的但尚无严格理论解释的一种声速测量方法提供了理论依据。实验中根据实际条件对此表达式进行了简化并进行了验证。

在一种改进的光学联合变换相关加密系统中，将附加密钥改为圆形并提出了基于附加密钥旋转复用而实现多幅二值图像加密的方法。加密时，对于不同的待加密的图像，将附加密钥旋转至不同的角度，生成相应的联合功率谱。将这些得到的联合功率谱进行叠加，得到的复合联合功率谱即为最终的密文。解密时，将附加密钥旋转至加密时所处于的对应角度，对复合联合功率谱进行解密，即得到相应的解密结果。理论分析和计算机模拟结果表明，解密结果对附加密钥的旋转角度非常敏感，因而该旋转角度可作为一个有效的参数来实现多图像加密。同时，也分析了加密图像的数量对于解密结果的影响。

太阳能聚光系统接收面能流密度的均匀性对系统的性能及转换效率有着重要影响。为了提高聚光系统接收面上能流密度分布的均匀性，提出了一种对聚光系统接收器的布局及几何形状进行设计和优化的方法。该方法通过蒙特卡罗光线追迹法确定聚光系统接收面上的辐射能流分布，同时考虑了太阳形状。建立了以接收面口径大小为约束，以接收面辐射能流密度分布均匀度最高为目标的优化模型，并利用Kiefer-Wolfowitz 随机逼近算法进行求解，从而实现了系统的优化。对二维抛物柱面聚光系统实例进行设计优化，在接收面上获得了光强的最佳均匀分布，同时能保持78.25%的高能量接收率，证明了该方法的有效性。该优化方法相比传统的试凑法计算效率高，并且得到的设计结果更接近最优解。

快速准确地获得变形镜各驱动器应加载的电压是自适应光学波前相位控制算法的核心研究内容。基于驱动器位置波前相位特征计算驱动器应加载的电压可以大幅降低数据计算量和收敛步数，有利于实现变形镜的高速实时控制且达到波前控制的精度要求。利用该算法建立神光II升级激光装置45驱动单元变形镜控制的计算模型，对第2～36项泽尼克(Zernike)多项式像差[峰谷(PV)值为2 μm]逐项进行拟合的结果显示，收敛步数在9次以内驱动器位置相位控制精度即可达到0.01 μm。面形拟合结果显示该变形镜可对前15项泽尼克多项式像差进行有效控制，满足神光II升级激光装置对光束波前相位控制的要求。

用于交通监控或区域安防监控的主动近红外摄像机是夜视系统的一个重要应用，作用距离是它重要的性能指标和进行系统设计的主要依据。针对主动近红外成像系统的设计与分析需要，提出一种用于评价主动近红外成像系统作用距离的方法，用于判定系统对给定距离上的目标的探测能力。该方法在利用大气传输理论计算主动照明光源在标称距离处目标上的辐照度分布的基础上，采用等效照明的原理实现了对辐照度分布的近距离模拟；结合约翰逊准则和成像理论评价了待测系统对标称距离处目标的探测能力。根据该方法对主动近红外摄像机进行了检测，并与室外实测结果进行了对比分析；检测方法适用于一般的光电成像系统。

对激光偏振成像系统的散斑统计特性及其相应的散斑去除方法进行了理论和实验研究。运用穆勒矩阵法建立了该激光偏振成像系统散斑光强的概率分布模型。针对现代电荷耦合器件(CCD)的成像特点，通过比较散斑与像素的大小，将散斑分为两种情况进行研究，即小散斑和大散斑。得出散斑的归一化方差与像素成线性关系，均值不受像素的影响。进而提出了统一的散斑噪声概率模型，即改进的伽马分布模型。基于此模型，提出了改进的贝叶斯非局部滤波模型。通过处理真实的偏振图片，综合等效视数、边缘增强指数等指标，表明该算法比传统的散斑去除算法具有更好的散斑去除和边缘保持能力。

在红外系统中，冷屏的开孔形状直接影响着它对杂散光的抑制效能。利用光度无效性来评价冷屏形状抑制红外系统杂光的能力，提出了利用叠加积分精确计算任意形状冷屏的光度无效性的新思路和算法，建立了数学模型，通过对一个典型288×4热像系统的实例计算，与光线统计法的运算结果进行比较，结果相一致，且与光线统计法精度相同的情况下，具有运算速度快的优势。

为了解决运动载体（如车辆、船舶和飞机等）实时精密水平姿态测量的问题，基于液体自动水平原理，提出了采用“光学编码精密测角＋惯性同步复示平台＋水平误差检测工具”的水平姿态测量方案，并进行了码头船舶动态原理验证试验。结果表明，测量原理正确、有效、可行，试验设备与惯导设备的水平姿态的差分差值小于等于2.0″[均方根(RMS)值]。该方法可以为运动载体（例如各类军用**发射平台）实时提供高精度的水平姿态信息，并用于运动载体水平结构变形测量、惯导水平精度鉴定等。

根据微钻头检测的要求，提出了基于混合变异神经网络模糊自适应粒子群优化拟合微钻头特征曲线的新方法。实验中所设计的神经网络与需要拟合的方程相一致，在神经网络训练以及粒子个体的每一次迭代之后，对所得到的神经网络的权值进行归一化处理，该处理相当于权值一种特定的变异操作。同时为了获得全局最优解，在求解中引入模糊自适应粒子群优化被，并根据粒子个体纵向与横向运动轨迹的特性，采用模糊逻辑推理，自适应地调整惯性因子。在求解系统达到全局平衡点时，根据最优粒子的位置矢量获得微钻头的特征曲线的拟合方程，并据此求得微钻头的结构参数与刃面缺陷。所提出的方法为微钻头以及其他工件特征曲线的拟合提供了一个新的解决方案。实验结果表明，与传统的检测方法相比较，该方法具有较高检测精度。

为抑制Φ600 mm相移式菲佐干涉仪中波长调谐误差以及振动带来的测量误差，提出了一种可用于波长调谐移相干涉仪的误差校正方法。将4幅载频干涉图按列交叠重构得到时空条纹图，由于载频的存在实现了误差谱与相位谱的分离，提取相位谱就可以正确解包相位。存在波长调谐误差和振动的情况下，仿真结果表明利用载频交叠重构干涉术，相位恢复精度是传统移相算法精度的10倍以上；实验结果显示，载频交叠重构干涉术的测量精度为0.0066λ。利用载频交叠重构干涉术能够有效抑制Φ600干涉仪中波长调谐误差与振动造成的测量误差。

提出一种基于机器视觉的单相机大幅面陶瓷地砖尺寸高精度测量方法。设计一种由多个反射镜组成反射光路的光学系统。该光学系统采用单个相机采集陶瓷地砖4个角的图像，而不是整幅图像，避免了采用多个相机采集测量图像导致不同步的问题，提高了测量精度。提出一种基于边界搜索拟合和动态补偿的瓷砖测量算法。在该算法中，考虑实际生产中瓷砖的偏移和旋转，利用采集的瓷砖4个角图像，通过对图像进行边界搜索和测量尺寸动态补偿，获取陶瓷地砖高精度的对角线和边长尺寸。设计的系统用于测量600 mm×600 mm及800 mm×800 mm瓷砖的对角线和边长尺寸时，其标准差均小于0.02 mm，重复性精度接近0.06 mm。实验结果表明，该测量系统能够在高档陶瓷地砖生产企业得到广泛的应用。

为了在大视场范围内同时探测来袭激光的方向和波长，设计了一种基于光栅衍射的广角凝视型激光告警系统，推导了入射激光方向和波长的解析表达式，分析了系统的成像特性。以1064 nm脉冲激光为例，实验测试了系统对入射激光方向和波长的探测性能。结果表明，该告警系统将入射激光成像为等间隔的三个亮斑，根据中央亮斑中心坐标和相邻亮斑间距可确定入射激光的方向和波长。随激光入射角度增大，鱼眼镜头的像差使告警系统的成像光斑变大、变模糊且形状由圆形畸变为锥形；该系统的半视场角为35°，激光方向和波长的最大探测误差分别为1.5°和60 nm。

基于相位凝固技术的激光反馈干涉术，为验证其可行性及测量分辨率，设计了微位移测量验证系统。在系统中利用相位调制器进行外腔相位调制，采用相位凝固技术进行采样及解调，重构出外部目标物的位移信息。建立了测量系统的模型，进行了基于相位凝固技术的调制解调算法仿真及位移测量验证实验。实验验证了仿真的正确性和系统的可行性，通过比较外部目标物的实际位移与系统重构位移结果，得出测量峰谷值相对误差小于3%。研究表明，此测量方法能够准确地测量出外部目标物的位移信息，可有效提高系统测量分辨率，并可实现微位移的实时测量。

介绍了光抽运垂直外腔面发射激光器的材料增益特性，以InGaAs/AlGaAs应变量子阱系统为例，建立了将带边偏置、能带结构和材料增益系统结合起来的理论模型。用Model-Solid模型确定带边偏置比，然后采用导带抛物线近似及价带6×6 Luttinger哈密顿量精确计算了能带结构和材料增益。基于对材料增益特性的分析研究，优化设计了1 μm波段的量子阱有源区，分别对量子阱的阱宽、阱深和阱的构成形式进行了优化设计并得到了最优选择，为光抽运垂直外腔面发射激光器的优化设计提供了理论依据。

飞秒激光诱导折射率变化提供了一种灵活的三维光子器件制作方法。具有法拉第效应的磁旋光玻璃在集成光学中有广泛的应用前景。研究了1 kHz重复频率的飞秒激光在磁旋光玻璃中刻写光波导的特征，测试了不同刻写参数下波导的导光模式，研究了写入速度和写入功率对波导折射率、模场直径的影响，给出了波导形成的写入窗口范围。实验结果表明，在采用10×显微物镜，写入速度40 μm /s，写入功率3 mW时，获得了980 nm激光处模场直径为10 μm，损耗为1.53 dB/cm的波导，有利于实现波导和单模光纤之间的模式耦合，且波导区域费尔德系数只有轻微减小（约2.8％）。

为了解决大视场立体视觉传感器标定难题，提出一种基于灵活靶标的立体视觉传感器现场标定方法。该方法根据立体视觉传感器视场范围，灵活摆放多个小平面靶标，并通过刚性连接装置连接；再将灵活靶标在立体视觉传感器视场前自由移动多次（至少两次），以小靶标之间位置关系不变为约束条件，求解两个摄像机之间的转换矩阵；最后通过非线性优化方法得到转化矩阵的最优解，完成立体视觉传感器现场标定。经实验证明，该方法的标定精度优于小靶标，可得到与大靶标接近的标定精度。

大型零件三维测量过程中常需要粘贴较多的标志点来进行自动拼接。由于人工粘贴标志点的随机性与噪声等因素的影响，标志点自动匹配时极易产生误匹配标志点，影响了多次测量时点云数据自动拼合的稳定性。针对此问题，在实现标志点自动匹配的基础上引入随机抽样一致(RANSAC)算法去除误匹配标志点。该方法根据选定好的目标模型和相关评判准则，将所有的匹配标志点分为内点和外点，利用内点计算出当前最佳目标模型参数，经过一定次数的随机采样后计算出最终的最佳目标模型参数，从而有效地去除大型零件点云数据自动拼合过程中出现的距离误匹配标志点和噪声误匹配标志点。模拟实验和拼接实例表明该方法是可行的，能有效地提高大型零件点云数据自动拼合的稳定性。

直线特征反映了图像内容的几何信息，是图像理解、分析等高层处理及应用中的基本元素。针对人造目标图像，提出了一种基于边缘连接的快速直线段检测算法。此算法利用Canny检测边缘，结合主元方向和梯度方向信息连接方向相似的边缘从而得到候选直线段，最后根据主元一致性和直线误差度消除噪声、曲线等误检，并利用最小二乘拟合得到正确的直线段。实验结果表明所提算法在精确性和速度上均优于霍夫变换、相位编组、主成分分析等经典直线检测算法。

基于对现有图割算法的研究，设计了基于自适应分水岭算法并使用非参数深度平滑模型来建立图割能量方程的立体匹配方法。提出了新的自适应局部阈值方法，并将其应用于分水岭结合Prim算法的区域融合中。该方法选取相同亮度的像素作为同一个特征矢量形成像素组层，这样两幅或多幅图像的匹配可以在特征区域像素组层来计算，大大减少了数据量。在最小化能量方程时，基于像素组层优化现有的α扩展算法，降低运行时间。通过Middlebury测试平台对算法定量评估得出在所有区域的误匹配率、非遮挡区域以及深度不连续区域的误匹配率都控制在8.5%以内，在Middlebury测试平台135组数据中排名第19位。

根据高层大气遥感的应用要求，设计了一个全反射式的远紫外高光谱成像仪光学系统，该系统由扫描镜、离轴抛物面望远镜和超环面光栅光谱仪组成。提出了一种凹面超环面光栅光谱仪像差校正方法，根据凹面光栅的几何像差理论求解初始结构参数，然后利用光学设计软件Zemax进行优化，完成了超环面光栅光谱仪的设计，在工作波段内，点列图半径的方均根均小于16 μm，实现了宽波段像差同时校正，满足光谱分辨率0.6 nm的指标要求，也证明了提出的像差校正方法是可行的。运用光学设计软件Zemax对远紫外高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹，并对设计结果进行了分析，分析结果表明，各波长的光学传递函数均达到0.8以上，完全满足设计指标要求，且结构紧凑，适合空间遥感应用。

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪通过获取地球大气或地表反射、散射的紫外/可见光辐射，监测大气痕量气体的全球分布。为实现大视场、紫外/可见光宽波段探测、高光谱分辨率和小型化等研制目标，设计了一种前置光学系统，具体由前置望远镜和中继光学系统构成。其中，前置望远镜通过两片偏轴球面镜实现在交轨方向114°视场的覆盖；中继光学系统则通过中继反射镜、分色片及中继镜头将探测光谱（240~710 nm）分为4个光谱通道，并将各谱段的光分别导入各自光谱成像系统中进行探测。设计结果表明，前置光学系统在大视场范围内、在探测的紫外/可见光宽波段内均能具有良好的成像结果，为后续的光谱成像达到高光谱分辨率提供了保障。前置光学系统整体体积紧凑，重量轻，在无摆扫前提下，满足大视场需求以及适应星载等平台的搭载需求。

太赫兹滤波器在成像、光谱技术及传感等领域有着广泛的应用。提出并制备了一种基于三个方形封闭谐振环(CRR)结构的太赫兹多频带滤波器。利用时域有限差分法分析了共振峰产生的机理，讨论了CRR结构尺寸与共振频率之间的关系。三个CRR滤波器共振峰的产生除了有自身电场耦合作用和相邻环间的磁场耦合作用外，还有内、外环的作用。对所制备的滤波器进行了透射性能测试，获得该滤波器三个共振峰的中心频率分别为0.33、0.68、1.13 THz，实验结果与仿真设计基本相符。

由于光通信网络的“最后一公里”问题有望通过650 nm的聚合物光纤系统得到解决，制备了与之匹配的16×16信道聚合物阵列波导光栅波分复用器。器件设计采用了矩形波导结构，针对650 nm波长的光，选用的芯层与包层折射率分别为1.4888和1.482，通过软件进行光传播模拟，信道插入损耗为2.3~5.1 dB，串扰水平为-24 dB，模拟信道的间隔为1.6 nm。器件的制备选用了实验室自主合成的折射率不同的聚甲基丙烯酸甲酯材料作为芯层与包层，利用光刻和感应耦合等离子体刻蚀工艺得到了较为完好的器件形貌，最终制备出的样品面积为4 cm×3 cm。通过聚合物光纤（POF）将650 nm波长的光耦合进入器件进行测试并获得了良好的波分复用效果。红光波段的阵列波导光栅波分复用器在未来的光通信及传感领域中将起到重要作用。

在对影响星敏感器精度的误差源做出权重分析和比较的基础上，提出一种基于蒙特卡罗模拟的星敏感器精度误差分析方法，避免冗长和繁琐的理论推导，直观且系统地分析了星敏感器误差传播关系，建立星敏感器误差传播模型，为星敏感器的优化设计、标定补偿提供依据和准则，通过仿真验证误差传播模型及误差分析方法的准确性，为高精度星敏感器的设计制造提供重要基础和保证。

采用基于传输矩阵法的光学模型模拟活性层为P3HTPCBM的太阳能电池，研究了器件结构以及活性层厚度对其光学性能的影响，并分析了相关原因。研究结果表明短路电流密度随活性层厚度增加而增大，倒置结构器件性能优于正置结构器件。由于光的干涉作用，结构不同的器件中光电场强度呈现不同的分布，对于器件性能有很大的影响。通过计算得出了两种结构中短路电流密度随活性层厚度的变化规律，优化了器件的结构。计算结果表明当器件为倒置结构，且活性层厚度为225 nm时，器件性能最优，此时短路电流密度为15.5 mA/cm2，效率为5.77%。

以4,4′-二(2,2)-二苯乙烯基-1,1联苯(DPVBi)为蓝光发光层，将荧光材料2-(4-二苯基)-5-(4-叔丁)(DCM2)以亚单层的方式插入DPVBi后作为红光发光层，将绿光三(2-苯基吡啶)铱磷光染料掺入到母体4,4′-N,N′-dicarbazole-biphenyl(CBP)中作为绿光发光层，制备了一种荧光与磷光相结合的白色有机电致发光器件(WOLED)。器件结构为ITO/NPB（40 nm ）/DPVBi (8 nm)/DCM2(d)/CBPIr(ppy)3 8% (15 nm)/4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(BPhen) (60 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm)，通过改变亚单层的厚度，得到了高效率的WOLED，当亚单层厚度为0.05 nm时，器件的最大电流效率可达7.60 cd/A，当电压为13 V时亮度达15420 cd/m2，当电压从4 V变化到12 V时，色坐标从(0.34,0.44)变化到(0.27,0.33)。为了进一步提高器件的性能，在红光和绿光发光层间加入激子阻挡层BPhen，当其厚度为5 nm时，电流效率达到10.56 cd/A，亮度在电压为13 V时达到25960 cd/m2，当电压从4 V变化到12 V时，色坐标从(0.34,0.44)变化到(0.28,0.36)，处于白光区。结果表明，加入激子阻挡层BPhen后，器件的光谱和色坐标仍相对稳定，器件性能得到提高，获得了色稳定性较好的白光器件。

对贝塞尔光束和局域空心光束的轴上相位分布进行分析。用衍射理论分析了理想贝塞尔光束和用轴棱锥产生的贝塞尔光束的光强和相位变化，得知贝塞尔光束在轴上的相位呈周期性的锯齿状分布。由两束理想贝塞尔光束干涉得到的自成像局域空心光束轴上相位分布也呈锯齿状，但在光强为0的位置出现相位奇点。而仿真实验中自成像局域空心光束轴上光强最小位置处由于光强不为0，并没有出现相位奇点。研究结果对于用相位调制法产生暗域光强为0的局域空心光束具有指导意义。

模拟了拉盖尔高斯光束照射弱随机散射屏散射后在近场形成的光强和相位的分布，发现散射光场的光强分布图中有轮廓类似于孔雀羽毛状的光斑。这些光斑均匀分布在中心黑暗区域周围，且光斑的个数与涡旋光束的轨道角动量量子数有关，无论涡旋光束的轨道角动量量子数是整数还是分数，光斑的个数恰好是涡旋光束轨道角动量量子数的4倍。只是在分数轨道角动量量子数的光强分布图中，有一条狭缝沿水平方向将光斑均匀分裂成两瓣。该方法可用于探测涡旋光束的轨道角动量量子数。

激光雷达点云数据的滤波处理是激光雷达数据处理的基础和至关重要的步骤，基于数学形态学的滤波算法应用广泛。针对现有基于数学形态学的滤波算法在处理包含大面积空白区域的点云数据时遇到的问题，提出了一种改进的渐进多尺度数学形态学滤波算法，通过改进形态开运算来处理空白区域。根据数学形态学滤波的基本原理，证明了改进形态开运算的可行性。详细阐述了所提算法的基本步骤及流程，并分析了其性能特点。利用仿真数据和公开测试数据，对所提算法进行了实验验证。实验结果表明，所提算法对存在大面积空白区域的点云数据具有良好的滤波性能；与其他典型滤波算法相比，滤波性能更优。

夏克哈特曼波前传感器因其可以同时测量激光的强度及相位信息，已广泛用于激光光束质量检测中。根据实际检测的要求，设计夏克哈特曼传感器系统的参数是构建检测系统的重要一环。综合考虑了夏克哈特曼传感器的动态范围、灵敏度和精度等要求及其相互制约问题，进行了夏克哈特曼传感器的参数设计。 说明了具体的指标设计过程，并根据设计指标，研制了激光光束检测系统。系统实际达到的单孔径的动态范围为3.7λ(λ=632.8 nm)，灵敏度为0.01λ，菲涅耳数为2.468，符合激光光束检测系统的要求。

针对便携式拉曼光谱仪的小型化、高分辨率需求及弱信号能量探测问题，设计了基于高分辨率光栅光谱仪和物方大数值孔径光学探头的便携式拉曼光谱仪的光学系统，完成了样机性能测试。利用Czerny-Turner (C-T)结构光栅光谱仪的像差特性，在实现消彗差的条件下，建立了像面大小与光栅光谱仪系统参数的关系，保证了系统的像面大小与线阵CCD尺寸之间的完善匹配，完成了新型消彗差C-T结构光栅光谱仪系统。通过采用厚双胶合透镜形式的摄远光学结构，完成了物方数值孔径为0.33，并与光栅光谱仪入射光瞳完善匹配的紧凑型光学探头系统。实现了光谱分辨率优于0.6 nm、拉曼光谱范围为781~1014 nm的便携式拉曼光谱仪的优化设计和样机研制，样机尺寸为243 mm×25 mm×71 mm。通过样机实验成功获得了CCL4的5个拉曼光谱特征峰，验证了整机拉曼光谱仪系统光学设计的可行性和合理性。

建立了基于自适应核的激光诱导击穿光谱支持向量机回归定量分析模型。通过石墨富集、洛伦兹拟合和碳内标归一化，增强等离子体信号强度，减小环境噪声和能量抖动对水体重金属浓度测量的影响。实现了基于支持向量机回归智能算法的激光诱导击穿光谱定量分析。铅铜的平均相对标准偏差分别为6.4361%和6.9291%，最大相对标准偏差分别为9.1009%和8.9280%，平均相对误差分别为1.6765%和1.2478 %，最大相对误差分别为5.5759%和4.2604%，相关系数分别为0.9979和0.9997。该研究为进一步实现水中痕量金属元素的快速定量分析提供了方法和数据参考。

针对新型超分辨空间外差光谱技术特点，研究了其相位误差形成机理，采用连续可调单色光计算仪器各波长实际相位，用频率定标方式获取理论相位，在频谱域进行卷积从而剔除相位误差。利用光谱仪实测的连续光源、大气CO2吸收干涉图进行相位误差校正实验，结果表明，该算法能够达到很好的空间外差光谱仪相位误差修正效果。

通过柱面反射镜调整光谱仪子午面与弧矢面光焦度，有效地校正了系统的像散。同时分析了Czerny-Turner结构成像光谱仪的球差、彗差及校正方法，通过控制系统F数校正球差，通过控制准直镜与聚焦镜的离轴角达到校正彗差的目的。利用基于蒙特卡罗方法的成像光谱仪的公差分析方法，设计了一套成像光谱仪样机，样机的工作波段为200～700 nm，在紫外波段和可见光宽波段范围内均实现了像差的校正，狭缝方向上空间分辨率达到320 pixel，光谱仪的焦距f′=100 mm，F数为5.2，全波段光谱分辨力优于2 nm。

由于光学薄膜的透射光谱和反射光谱受表面粗糙程度的影响很大，因此在确定表面粗糙薄膜的厚度及光学常量时，如果不考虑这种影响必然会引起较大的误差。利用标量波散射理论，引入表面均方根粗糙系数，对粗糙薄膜表面的光散射进行了细致分析，得出了光散射影响下薄膜系统透射系数的表达式。在此基础上计算的薄膜厚度以及透射光谱与制备的氢化非晶硅薄膜的相应测量结果基本一致，由此确定的光学常量也更接近实际量值。该方法的运算过程不基于最小值优化算法，无需复杂软件辅助，是准确确定表面粗糙薄膜的厚度以及光学常量的一种有效方法。

为满足现代军用综合性光学仪器一机多用的要求，研制了500～1200 nm波段宽带减反膜。采用混合H4、SiO2和MgF2三种材料制备宽带减反膜。通过实验分析了误差产生的原因，并借助膜系设计软件，对结果采用变尺度法进行模拟优化，最后在制备过程中通过改变每层的修正系数，解决了厚度误差对光谱特性的影响，最终用国产真空镀膜机制备了超宽带减反膜，在500～1200 nm波段反射率平均小于0.5%。

激光预处理后的高反膜表面会形成等离子体烧蚀，等离子体烧蚀结构的存在会对传输光束的光强分布产生调制效应，引起光束畸变。实验测试了1064 nm连续光束经过烧蚀样品后的光斑能量分布，分析了产生调制的原因并讨论了这种调制效应随距离的变化情况，为功能性损伤阈值判断及安全有效使用预处理样品提供依据。实验结果表明，等离子体烧蚀结构中的锥形坑可引起峰值强度增强并形成环状条纹，经烧蚀斑结构调制的光束与未经调制的光束之间的峰值强度对比度和调制度都随传输距离的增加逐渐降低，即调制效应随光束传输距离的增加而逐渐减小。