为了研究飞行参数对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响，利用FLUENT软件计算不同飞行参数下的尾焰流场，利用HITEMP数据库计算燃气的辐射参数，使用有限体积法(FVM)计算尾焰在2.0~5.0 μm波段光谱辐射特性。据此研究了火箭飞行高度和飞行速度对尾焰2.0~5.0 μm波段光谱辐射强度以及2.5~3.0 μm和4.2~4.7 μm两个波段辐射强度影响。研究表明，飞行高度和速度对液体火箭尾焰红外辐射强度的影响主要是通过改变流场的温度和尺寸实现的。飞行速度不变，在0~40 km范围内，随着飞行高度的增加，尾焰辐射强度呈增大趋势，并且在4.2~4.7 μm波段的辐射强度增幅较大；飞行高度不变，随着飞行速度的增加，尾焰辐射强度呈先减小后稳定趋势，且2.5~3.0 μm波段的辐射强度减幅较大。

与传统的商业网络不同，航空机载波分复用网络要求强实时性以保证消息的传输性能。实时调度算法是保证机载网络中消息传输性能的关键。针对机载波分复用网络的实时性要求，采用实时通信中的周期性任务模型，提出了满足机载波分复用网络实时性要求的加权轮转调度算法，其中轮转周期的选择、权值匹配方法和多信道分配方法是影响调度算法参数设计的重要过程。通过多信道分配方法有效减少了消息拆分次数；结合实例比较确定了算法中消息分配权值的计算方法；并指出了最优轮转周期无法保证最小的消息延迟时间率。研究结果对机载波分复用网络的工程设计与优化有一定的指导意义。

相干光通信系统中由于色散(CD)和采集信号时钟偏差导致了位同步的不准确，影响整个数字接收系统性能。提出了一种适用于相干光差分正交相移键控(DQPSK)信号的改进型Gardner定时恢复方法，该方法综合考虑正交相移键控(QPSK)信号自身特点以及由传输系统中色散而产生的码间干扰的特征，融合了信号时域和频域信息，来降低色散和噪声对时钟恢复的干扰。对40 Gb/s偏振复用相移键控(PM-DQPSK)信号传输相干检测数字通信系统进行了实验验证，结果表明，该方法能有效抵抗色散影响，具有较好的抖动性能。

在研究长周期光纤光栅（LPFG）谐振透射光谱对横向负载变化的敏感特性的基础上，提出了将锈蚀过程中钢筋体积膨胀状态与LPFG光谱特性相结合的传感理论，设计了一种基于LPFG横向负载测量的钢筋锈蚀监测传感器。利用LPFG透射光谱检测技术，对钢筋锈蚀过程中不同锈蚀状态所对应的LPFG透射光谱曲线族进行分析，得到LPFG透射光谱随钢筋锈蚀量的变化关系，进而获得LPFG谐振峰幅值变化量与钢筋锈蚀程度之间的对应关系。该方法通过对钢筋锈蚀状态进行直接监测，可实现对钢筋结构的全体积精确监测。

提出并验证了一种光生相位编码微波信号的方法，其主要原理是对编码的相干光边带进行差拍，从而得到高频率、高编码数率、低噪声的相位编码微波信号。该方法简单易行，利于集成，能适应不同的编码速率，产生的微波信号频率大范围可调，能解决电子电路方法中遇到的“电子瓶颈”问题。介绍了所提方法的原理，并进行了理论推导，在系统分析中加入了对调制器驱动信号相位噪声的分析，使得系统建模更加科学完善；实验设计制作了所需的光纤光栅带阻滤波器，产生了20 GHz和25 GHz的相位编码微波信号，实验结果与理论值几乎吻合，证明了所提方法提高脉冲压缩比的能力。

设计了一种适用于脉冲无畸变慢光传输的带隙型光子晶体光纤。用平面波展开法分析了该带隙型光子晶体光纤的能带结构、群折射率以及群速度色散等特性。分析结果表明，通过对光子晶体光纤的内包层空气孔进行微流体填充，可以有效改善光子晶体光纤的慢光特性，并且得到了群折射率为6，带宽超过100 nm的超宽带光子晶体慢光光纤，实现了宽带的平坦慢光传输。该带隙型光子晶体光纤在光纤通信、信息处理、光纤传感及光与物质相互作用中有广泛的应用前景。

研究了影响干涉型光纤水听器远程无中继传输系统性能的各种噪声，分析了分布式拉曼光纤放大（DFRA）与掺铒光纤放大（EDFA）混合放大方案对光放大相位噪声抑制的效果，并通过实验得到了与仿真分析一致的结果。研究了相位产生载波（PGC）调制解调对相干双重瑞利散射（DRS）噪声的抑制原理，并对不同距离的DRS噪声抑制效果进行了讨论。远程实验结果表明，PGC技术可使相干DRS噪声降低19 dB，混合放大可使光放大噪声降低7.2 dB。经噪声综合抑制后，100 km传输系统的相位噪声降至-113.2 dB(即2.2 μrad/Hz1/2)，与短程系统噪声基本相当；200 km传输后噪声降至-104 dB(即6.3 μrad/Hz1/2)，相比短程系统增加的部分主要为残留的DRS噪声。

提出了计算槽式太阳能聚光器焦面能流密度分布的一种新方法。根据抛物槽式聚光器(PTC)的几何光学特性，给出了入射光线在接收平面上(沿宽度方向)的入射点坐标计算公式，将太阳的圆盘模型(Buie模型)改写成轴对称的线性模型，采用Origin软件中的频数统计工具对平面焦线的能流密度分布进行了计算，并利用CCD工业相机进行了实测实验。该计算方法函数关系较为简单明确，无需编程，计算量少，且适用于任意面型的槽式聚光器和线性接收器，可为槽式太阳能聚光系统的优化设计提供参考。

针对现有算法难以利用单帧红外图像实现空间邻近目标(CSO)的超分辨问题，提出了一种基于稀疏重构理论的单帧超分辨方法。该方法充分利用了目标在焦平面阵列(FPA)分布的稀疏性以及光学系统点扩展函数(PSF)的结构特性，通过对FPA离散化网格采样构造稀疏量测模型，并将建立的1范数正则化问题转化为二阶锥规划问题求解；然后针对稀疏度过估计的重构结果，采用贝叶斯信息准则(BIC)实现模型选择，最终获得对目标个数和位置的准确估计。多组仿真场景验证了算法的有效性和超分辨能力；相比于已有算法，所提算法不仅提高了分辨正确率和位置估计精度，同时大幅缩减了计算耗时。

从理论上证明了光声成像系统的点扩展函数是边缘响应函数的一阶导数，提出了用阶跃法测量光声成像系统的点扩展函数，用染色琼脂对本方法进行了实验验证，理论计算结果和实验测量数据有很好的一致性，为复杂光声成像系统提供了一种简单实用的点扩展函数测量方法。

在光学设计时应尽量避免鬼像的产生，所以快速、准确地进行鬼像分析就显得尤为重要。提出利用Code V和Tracepro软件对光学系统中的鬼像进行仿真分析，用Code V确定会产生严重鬼像的光学工作面；将光学系统在Tracepro中建模，在物面取不同的位置设为点光源，分别对每个点光源进行分析。分析时可利用表面属性设置限制产生鬼像的工作面，并利用阈值设置限制鬼像的阶数，最终获取一阶鬼像相对位置，以及其和正常像之间的能量大小、分布关系。

定义了调制传递函数相似度作为优化波前编码系统的评价函数，并在光学设计过程中通过引入数学软件实现了波前编码系统的快速优化。在优化过程中，通过引入数学软件与光学设计软件的动态数据交换接口实现了优化函数的快速计算和高速数据交换，并通过采用遗传算法加快了评价函数收敛速度。经过优化系统调制传递函数相似度由原来的0.0187降为0.0119，且调制传递函数幅值均高于0.18，处于设定的范围内。研究结果表明动态数据交换和外部程序的引入可以进一步提高具有特殊性质的非常规光学系统优化效率。

为提高光电编码器的分辨力，并缩小体积，提出一种基于图像处理技术的面阵图像式光电编码器。根据光电编码器的性能指标要求设计了光学码盘；然后，通过互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器采集旋转码盘的图案，由复杂可编程逻辑控件(CPLD)，数字信号处理器(DSP)组成的处理电路接收图像数据，通过图形识别算法得到粗码角度，并采用改进的基准线质心算法，计算亚像素级的精码角度信息。最后由粗码和精码组成光电编码器测角数据。实验结果表明，设计码盘直径为45 mm的图像式光电编码器，在不配备光学镜头的前提下，采用精码细分技术，可实现4096份细分，测角分辨力达到5″，角度测量误差峰峰值为51″。且改进质心算法能有效地抑制噪声，提高测量精度。该图像式编码和精码细分技术可以提高编码器的分辨力，缩小编码器体积，减轻重量。满足航空航天领域对小型化光电编码器的需求。

椭偏仪是薄膜测量的重要工具。从模拟和实验两方面，描述一种新颖的单波长椭偏仪的校准方法。该方法的基本思路是：如果被测样品的相关信息(折射率n,吸收系数k,厚度d)已知，则可以通过测量光强变化的傅里叶系数，采用最小二乘法原理反演出此时椭偏系统的信息（即校准参数，包括起偏器方位角P，检偏器方位角A，波片起始旋转角Cs，波片位相延迟δ，系统入射角θ0）。利用校准得到的系统参数和测量未知样品得到的光强傅里叶系数，求得未知样品的厚度。该方法具有操作简单、节约成本等优点。分别针对2~6个样品尝试了校准，对该校准方法做了模拟分析。将该方法用于实际测量，考证校准后的测量效果，并做了误差分析,最大误差为0.26 nm。

提出了一种对镜面对称法绝对测量中的原理性误差进行补偿的方法。镜面对称法绝对测量中，需要旋转其中一块平板，由于旋转次数的有限性，重构的三板波前均存在缺失cNθ项的原理性误差。通过增加一次不同角度的旋转，根据Zernike多项式在极坐标系中形式的旋转不变性，对旋转前后的波前差值求解多项式系数方程，获得了cNθ项的多项式系数，进而对原理性误差进行了补偿。由于cNθ项包含无穷多项，根据精度的需要和计算开销决定补偿的项数。模拟实验证明了该补偿方法的有效性。

通过比较变形前后同一平面物体表面的两幅数字图像，二维数字图像相关方法可获得亚像素精度的像面位移（以像素为单位）和应变。但在实际测量中，变形物体表面的离面位移、相机传感器平面位置的微小改变以及镜头的成像畸变，都会使原先假设的物、像面位移间的线性对应关系不再严格成立，在某些情况下会引起不能忽略的测量误差。详细分析了被测物体的离面位移、相机自热和镜头畸变对二维数字图像相关方法位移和应变测量结果的影响。通过实验研究了3种典型的成像镜头（标准成像镜头、物方远心成像镜头和双远心成像镜头）对以上不利因素的抗干扰能力。实验显示高质量的双远心镜头不仅对被测物体表面的离面位移和相机自热不敏感，并且镜头畸变也小到可以忽略不计的程度，因此该镜头是高精度二维数字图像相关测量中的关键光学元件。

三维显示以其直观自然的表现方式获得了广泛关注，三维交互技术也随之迅猛发展。提出了一种基于红外结构光、单摄像头的实时交互系统。红外结构光投影对空间进行编码，摄像头实时采集用户手部红外图像，经由OpenCV实现的图像处理算法比较两帧图像，获得结构光在手部移动的信息，从而实现对包括深度方向在内的三个维度的平移、缩放和旋转动作等用户交互动作的解析，并导入三维显示设备，对三维显示的虚拟物体进行实时控制。利用商用CMOS摄像头和红外LED搭建了交互样机。实验结果证明，该方案能以较低成本实现实时徒手三维交互。

空间飞行器上普遍具有星箭对接环部件，可以提供单圆特征，但基于单个空间圆的单目视觉位姿估计有两个位姿解，无法应用到实际工程中。为了有效剔除虚假解的干扰，利用对接环平面外一参考点到圆心距离的欧氏不变性作为约束，提出一种虚假解剔除方法，给出了在该约束条件下有唯一解的证明，并对位姿求解方法进行了误差仿真分析，给出了提高测量精度的可行策略。根据空间圆在图像上的投影计算出空间圆位姿的两个解；利用参考点到圆心的距离已知且不变作为约束剔除虚假解，得到星箭对接环的真实位姿；对该方法的有效性进行了仿真和实验验证。实验结果表明，该方法可有效剔除虚假解，计算过程简单，结果稳定可靠，对接环圆心计算误差小于0.5%，姿态角误差小于0.8°。

介绍了正弦相位调制型激光自混合干涉仪位移测量原理、光路搭建和信号处理方法。正弦相位调制由外腔中的电光晶体引入，调制后的自混合干涉信号采用傅里叶分析的方法完成相位解调。这项技术已经应用于纳米精度微位移测量，为了拓展其应用领域，将该技术应用于大范围位移测量。在实验过程中，使用自混合干涉仪和Agilent 5529A校准仪同时对大尺度和小尺度范围内的位移进行测量，通过比较测量结果来检验干涉仪的性能。实验结果表明，在普通的实验室噪声环境中，自混合干涉仪在毫米范围内的位移测量精度在亚微米量级，在微米和纳米范围内的位移测量精度分别可以达到18 nm和7 nm。并分析了位移测量过程中的误差来源，分析结果与实验相符。

由于工艺水平的限制，相机靶面不可避免地存在位置安装误差和指向安装误差，为了消除靶面安装误差的影响，定性分析了靶面安装误差；理论推导出显式包含指向安装误差的误差模型及成像模型；得到综合考虑靶面指向安装误差和镜头畸变的全像差模型；利用标定结果对实际像点进行修正。仿真和半实物实验验证了模型和标定方法的正确性，比较得知全像差模型相对于传统像差模型对实际像点有更好的修正效果。

采用光刻离子交换法制作六角形孔径的高填充率梯度折射率(GRIN)平面微透镜阵列可有六角形和圆形两种开孔方式。通过设计两种孔径的六角形排列模板，采用光刻离子交换法并分时段取样，分别对形成高填充率GRIN平面微透镜阵列的两种开孔方式的离子扩散特性进行测试和分析，得到了这两种开孔方式在r方向和z方向的离子扩散和开孔表面凸起的特性，为制作不同孔径大小与开孔间距的高填充率GRIN平面微透镜阵列提供了工艺和理论参考。

在掺铒光纤环形腔内插入未抽运掺铒光纤可形成自组织激光腔。在环形腔多模激光器稳态方程中引入饱和吸收体光栅非线性耦合模方程，建立了全光纤自组织激光腔稳态模型，并得到了边模平坦的单纵模解。仿真分析了激光运行过程中输出耦合器位置、输出比例以及抽运功率等参数对饱和吸收体光栅特性的影响。仿真结果表明，在同等抽运参数与输出比例下，输出耦合器前置式结构较后置式结构中的光栅具有更高的纵模边模抑制比；两种结构下纵模边模抑制比均随输出比例增加而增加，并随抽运功率增加而减小。对前置式结构优化的输出耦合比例取值范围在60%~80%之间。对两种结构激光器的稳定性地图测量证实了仿真结果。

提高扩散光层析成像(DOT)重建质量的一个有效方法是增加光源和探测区域的采样密度。针对可提供大量测量数据的非接触式空间光DOT系统，研究了一种针对平板透射式模型的快速层析图像重建算法。该方法对源侧、探测侧两个平面以及成像平面均作了空间频率域编码，并基于组织的传递函数对参与重建的有效空间频率进行了选择，从而在不牺牲图像重建质量的情况下，极大地减少了重建时的计算量。而由空域变到空间频率域的过程，也降低了重建逆问题的病态性。数值模拟验证表明，在源-探对的数目为81×81的情况下，该算法重建一次图像的时间仅为10 s左右，计算效率较常规的DOT成像算法提高了近400倍，且图像的重建量化率及噪声稳健性均明显优于常规DOT算法。

基于具有非线性自聚焦 (自散焦) 效应的光波传输模型，经无量纲化后得到一个(2+1)维变系数非线性薛定谔方程。引进相似变换，将该方程变换为标准的(2+1)维非线性薛定谔方程；在此基础上通过数值模拟分别研究了涡核间距和初始相位差对2个涡旋光孤子、4个涡旋光孤子、5个涡旋光孤子和6个涡旋光孤子相互作用的影响。对结果进行分析得出新的结论：1)涡旋光孤子在传播时保持形状不变，具有自相似特性；2)多个涡旋孤子沿着z轴方向传播时，会发生相互作用，只有当涡核之间的距离小于某持定值时，相互作用明显，当涡旋之间存在相位差时，涡旋孤子之间在传播过程中会发生能量转移，有的部分被加强，有的部分被减弱。

研究填充非线性材料的金属介质金属（MIM）平面波导中的四波混频（FWM）效应，针对该类基于表面等离子体（SP）局域增强和双折射特性的微纳器件，具体分析了不同偏振态抽运光输入所对应的FWM过程。在厚度为250 nm的波导中，当入射抽运偏振态相同时FWM效应最强，FWM效率达到-33 dB；在入射抽运偏振态正交时FWM效应最弱，没有闲频波产生。在厚度为50 nm的波导中由于SP TE模式截止，仅在入射抽运偏振态均为TM时FWM效率达到-30 dB，其他偏振态下没有闲频波产生。利用上述特性可以制作基于FWM的微纳全光逻辑器件。

发展紫外全景成像仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求。提出一种紫外全景成像仪光学设计思路，利用桶形畸变和光阑像差改善像面照度的均匀性，根据应用要求采用折反式结构，设计了一个中心波长在360 nm，带宽为10 nm，视场为360°×(70.9°～73.3°)，焦距为5 mm，相对孔径为13.3的紫外全景成像仪光学系统。在奈奎斯特频率38.5 lp/mm处，调制传递函数大于0.72，点列图半径的均方根(RMS)值小于1/2 pixel，80%的能量集中在一个像素内，f-θ畸变小于0.05%，像面照度均匀性达到89%，各项指标均满足设计要求。此系统结构紧凑，适合空间大气遥感应用。分析结果表明，该紫外全景成像仪光学设计思路是可行的，可推广到其他波段应用，对全景成像仪的设计具有指导意义。

依据波像差理论和坐标变换分析了大口径反射镜面形误差对光学系统初级像差特性的影响。利用Fringe Zernike多项式表示光学系统的波像差和反射镜面形误差，通过变换矩阵分析可知当系统孔径光阑（出瞳或入瞳）光学表面存在面形误差时，将会在全视场内引入常量的波像差系数。如果非系统孔径光阑表面存在面形误差，由于孔径变换的原因，除了在全视场内引入的常量波像差系数外，还将会在全视场内引入低阶的波像差系数且其零点位于中心视场，不同的波像差系数与视场的依据关系不同。分析结果表明利用坐标变换矩阵可以对反射镜面面形误差引入的波像差进行定性分析，以提高大口径反射光学系统的装调效率。

用虚像相位阵列（VIPA）和红外成像系统来实现高分辨率的布拉格光纤光栅（FBG）的波长解调，通过VIPA结合衍射光栅，使输出的光束按波长分布到二维平面上，实现波长与成像面上空间坐标的一一映射，然后使用红外成像系统来检测。整套装置没有可移动部件，具有很好的可重复性、稳定性和可靠性。通过实验对该方法进行了验证，具有较高的分辨率，系统的分辨率小于2 pm。

针对目前利用光纤和复眼透镜获得紫外辐照均匀性较差的现象，提出添加光学积分棒和均匀磨砂石英片改善光纤照射装置均匀性的方法，实测表明改善效果十分显著。选取紫外辐照中的紫外线A(UVA)波段作为测量对象，光纤入射端添加光学积分棒后，80 mm×80 mm辐照面均匀性由原来的±8.9%提高到±3.5%，中心30 mm×30 mm区域内均匀性由±3.3%提高到±0.7%。在此基础上，再在复眼透镜入射端添加磨砂石英片后，中心30 mm×30 mm区域内均匀性可达±0.6%,且原先偏心分布的紫外辐照呈现出中心轴对称分布。另外还提出了提高紫外辐照度的同时改善辐照均匀性的多光源叠加法，结果表明，利用两个光纤照射装置叠加辐照， 80 mm×80 mm的辐照面上辐照度及均匀性分别约为30 mW/cm2和±3.9%；利用三光源叠加经复眼透镜投射，直径为80 mm的辐照面内辐照度和均匀性分别约为60 mW/cm2和±2.4%。

基于中波红外320 pixel×256 pixel制冷型探测器，采用机械正组补偿方式，并采用折叠光路，实现大变倍比中波红外变焦光学系统的设计。该系统由变焦物镜系统和二次成像系统组成，包括7片透镜和2个反射镜，并引入3个非球面。介绍了该光学系统结构参数的求解过程，并用Zemax光学软件进行了设计。对设计结果进行了像质评价、凸轮曲线求解和冷反射分析。设计与分析结果表明，该系统在3.7~4.8 μm波段实现了18~360 mm连续变焦，满足100%冷阑匹配，在空间频率16 lp/mm处调制传递函数(MTF)值均大于0.5，冷反射可忽略不计。该系统具有变倍比大、分辨率高、结构紧凑和变焦曲线平滑等特点，可应用于机载光电侦察设备中。

提出了一种基于全景环带透镜（PAL）的全景与长焦组合成像系统设计方法。该系统由沿光轴放置的反光镜单元、长焦单元与PAL单元组成。长焦单元通过二次成像的方式与PAL单元成像于同一传感器上，其像面利用了PAL单元中央的盲区。反光镜单元可绕光轴旋转与俯仰摆动，能将全景环带像面上的任意物点放大10倍。该系统在实现360°全景探测的同时还能将重点区域实时放大，且只使用单一光学系统与传感器，弥补了PAL单元的盲区。此外该系统还可计算环带视场中物点与光学系统的距离。系统总长约300 mm，最大口径为160 mm，PAL单元视场角为360°×(30°~100°)，长焦单元视场角为±3°，两单元全视场在100 lp/mm处的调制传递函数(MTF)值均高于0.55。

从断裂力学的角度进行分析，在考察断裂强度的基础上，对机载多光谱相机光学窗口的厚度进行了详细的设计。相关分析解决了光学窗口厚度的工程设计问题，使光学窗口的设计更加合理可靠。同时，结合窗口工作环境，利用有限元方法计算其稳态温度场分布，再结合分析结果中的温度载荷和相关的广义力载荷，计算光学窗口在力热耦合情况下玻璃表面的变形。利用Zernike多项式对最终变形值进行拟合，得到变形后的光学窗口面形，输入到Zemax软件中，以波像差和调制传递函数(MTF)作为光学系统成像质量评价指标，分析了在这种工作环境下光学窗口变形对多光谱相机光学性能的影响。结果表明，在已知的环境条件下，窗口变形对系统成像质量的影响可以忽略。

为了提高如拉曼光谱仪和高分辨率成像光谱仪等微弱信号光谱仪的信噪比，应尽可能增大其相对孔径、增强其集光本领。Littrow-Offner型分光系统兼具Littrow型和Offner型分光系统的优点：结构简单紧凑、全部球面元件同心、固有初级像差小、可实现的相对孔径大和集光本领强。简要介绍该系统的结构与原理，并分析了该系统的成像特性。运用球面反射镜和衍射光栅的弧矢和子午成像公式，分析该系统的像散特性，给出波长范围内消像散的方法。引入弯月透镜来进一步消除系统中的固有像散，以拉曼光谱仪的分光系统为例，优化设计得到体积小、相对孔径大、分辨率高且成像质量优异的分光系统。

为了研究Lyot改进型退偏器对单色光的退偏性能，采用多光束叠加的方法，得到该退偏器的退偏度关于入射线偏振光振动方位角和总延迟量的表达式。分析表明，在退偏器的楔角达到一定值的前提下，总延迟量δ=（N+ 1/2）π（N为整数）时，所有方位角入射的线偏振光都有理想的退偏效果；δ=Nπ时，方位角对退偏度的影响最大；δ为其他值时，方位角对退偏度的影响介于以上二者之间。采用405 nm的激光光源，经过扩束准直，对楔角为6°的石英晶体Lyot改进型退偏器的退偏度进行了实验测试，结果验证了理论分析；通过调节入射角使总延迟量δ接近（N+ 1/2）π，此时退偏度超过98.8%。

设计了一种基于正方形晶格二维光子晶体自准直效应的1×3分束器。使用平面波展开法对正方形晶格椭圆介质柱光子晶体进行分析，计算出其等频线，讨论自准直光波频率和传播特性。逆时针旋转椭圆介质柱到一定角度，同样使用平面波展开法计算其等频线并分析光波传播特性。根据以上分析，基于自准直效应，使用不同偏转角度的椭圆介质柱光子晶体设计出1×3分束器。使用时域有限差分法对工作状态下光波在分束器中的传播特性进行分析，并给出了电场分布图，实现了1×3分束功能。此结构的分束器期望能推进光子晶体在光集成回路中的应用。

通过热传导方程，根据不同的边界条件，分别计算了多晶硅酸腐蚀反应时腐蚀坑周围的温度场分布。模拟计算表明：如在酸腐蚀液中采用制冷措施，使酸腐蚀液本体温度维持在15 ℃，会使硅表面腐蚀坑底部与腐蚀坑开口温度差变大，有利于绒面获得开口小深度大的陷阱坑；如不控制酸液温度，则会导致腐蚀坑底部与坑开口温度差较小，从而使硅片表面产生深度浅、开口大的陷阱坑。在不同的温度下对多晶表面进行酸腐蚀制绒，样品表面的扫描电子显微镜(SEM)图显示，低温下绒面腐蚀坑密度大、深度大且开口小，与模拟分析结果基本相符。

在热原子束中利用锶原子互组跃迁塞曼子能级构成的V型能级结构，通过荧光观测实验研究了互组跃迁中的原子相干效应。对互组跃迁简并能级构成的V型能级结构的电磁诱导透明(EIT)效应进行了理论计算，且详细分析了耦合光失谐、线宽和拉比频率对互组跃迁EIT效应的影响。实验测量了不同耦合光失谐和功率条件下的互组跃迁电磁诱导透明效应。

为了快速、准确地在轨估算空间光学遥感成像系统的点扩展函数(PSF)，提出了基于多通道盲反卷积（MBD）的估算方法，避免了以往方法依赖靶标及时间开销大等缺点。从单幅遥感图像中，提取多幅具有局部一致背景的目标子图像，进行交替最小化的迭代盲反卷积计算。在Intel Core i5-2400 3.1 GHz主频的计算机Matlab软件平台上，使用两幅无噪子图像只需0.4917 s即可达到均方误差百分率为1.1%的PSF估算结果；使用信噪比为45 dB的两幅含噪子图像，其均方误差百分率可达到5.9%。由估算的PSF复原图像时，可以将灰度平均梯度由5.7提高至7.1，拉普拉斯能量由29提高至46。估算精度与运行速度均优于常用的倾斜刃边法。

用于视场扫描或者像移补偿的指向反射镜在摄像时的低频角度抖动导致相邻帧间推扫距离产生差异，按照帧间等像素间隔方式输出图像会导致局部畸变。为研究角抖动引起畸变的原因、特点以及校正方法，在航天遥感器像移补偿模型基础上建立图像畸变计算模型，准确引入轨道参数、卫星姿态和指向镜安装方位等因素。在具体参数下仿真得到靶标畸变图样，并采取以特征点像移量来校正图像输出的方法。分别对指向镜无抖动、有抖动两种情况下校正后的图案做最小二乘拟合。仿真结果表明畸变大小除了与轨道、抖动参数有关外，还与景物方向有关，理想状况下采用的畸变校正方法精度优于1 pixel；实验验证也取得了较好效果。

为了提高融合后多光谱(MS)图像的质量，提出一种基于稀疏表示的遥感图像融合方法。建立MS图像与其亮度分量之间的线性回归模型；利用训练的高、低分辨率字典分别对全色图像和MS图像进行稀疏表示，并根据线性回归模型获得MS图像亮度分量稀疏表示系数；根据全色图像和亮度分量的稀疏表示系数提取细节成分，并在通用分量替换(GCOS)融合框架下注入到MS图像各波段的稀疏表示系数中；进行图像复原得到高空间分辨率的MS图像。由于稀疏表示可有效地刻画信号的内部结构与特征，融合后的MS图像能够在提高空间分辨率的同时，较好地保留原始MS信息。IKONOS MS图像的融合结果表明，该方法在光谱保持和空间分辨率提高方面优于其他传统的遥感图像融合方法。

基于激光吸收光谱技术和代数迭代算法，在非规则光线分布条件下，实现温度场二维重建。通过计算重建区域所有网格穿过光线数目的权重因子，得到优化的非规则光线分布方式，提高了温度场重建精度。数值仿真结果表明，采用优化的非规则光线分布温度场重建结果相对原始模型偏差在15%以内，优于未优化光线分布得到的结果；随着发射数目的增加，投影光线数目增多，不同离散网格数目下，重建质量均提高；在相同光线数目条件下，非规则光线分布重建结果优于平行投影重建结果。实验中采用时分复用技术，在1 kHz扫描频率下分别扫描H2O的两条吸收谱线7205.25 cm-1和7416.05 cm-1，通过实验对比优化与非优化光线分布和多发射端重建结果，数值模拟结果与实验结果相一致，验证了光线分布优化方法的正确性。

采用8 μm室温连续量子级联激光器开展对HONO的痕量监测。利用纯甲烷气体估算和描述该装置的特性，用直接吸收光谱技术结合125 m的多次反射吸收池进行HONO气体检测。由H2SO4和NaNO2发生化学反应而产生的HONO气体浓度用一个溶蚀器系统和一个NOx分析仪来量化，得到HONO的最低探测浓度在1 s的积分时间内为7.3 μg/m3。研究了由光学池壁表面而导致的HONO的衰减效应并得到一个反应率常数，这个常数有望应用于真实大气HONO的现场测量，特别是采用吸收池的测量。

利用空心针板放电装置，在大气压环境下，得到了1.6 cm长的氩气射流等离子体弧。利用射流等离子体的发射光谱，研究了等离子体转动温度、分子振动温度及电子激发温度的空间分布。沿等离子体弧采集了空间不同位置的300~800 nm范围内的发射光谱，光谱主要成份为氩原子谱线及氮分子第二正带系谱线，另外还包括微弱的氮分子离子以及OH－谱线。利用LIFBASE数据库对OH－谱线进行拟合，得到了转动温度，结果表明，沿着等离子体弧转动温度基本不变。利用氮分子第二正带谱线计算了振动温度，发现振动温度从弧根到弧梢先降低然后逐渐升高。利用氩原子谱线计算了电子激发温度，电子激发温度空间分布与振动温度相同。

等离子体温度和电子数密度是激光诱导击穿光谱(LIBS)测量中的重要因素。采用两台532 nm NdYAG脉冲激光器作为光源击穿CaCl2样品溶液液体射流形成等离子体，得到了300~450 nm波段的发射光谱图，定性分析了Ca II离子发射谱线。实验中假设等离子体处于局部热平衡状态，根据LIBS公式，利用Ca的6条一价离子谱线的相对强度，通过Boltzmann斜线法得到了液体双脉冲LIBS等离子体温度约104 K，其等离子体电子温度和单脉冲LIBS相比要高，但和固体双脉冲LIBS相比略低。通过拟合Ca II 393.366 nm离子线得到等离子体电子数密度约为1017 cm-3，并由实验结果讨论了等离子体温度和电子数密度随延时时间、脉冲间隔的变化规律，也证明了双脉冲LIBS较单脉冲LIBS更有优势。最后基于实验计算结果证明本实验的Ca等离子体满足局部热力学平衡。

等离子体发射光谱学是探究等离子体参数、等离子体基团分布的有效工具。利用发射光谱技术对CH4/H2微波等离子体进行原位在线测量，研究了微波等离子体气相沉积过程中等离子体内部的基团种类以及甲烷体积分数对等离子体中各基团谱线强度的影响,测量分析了等离子体中各基团的空间分布以及甲烷体积分数对空间分布的影响。结果表明，C2基团的发射光谱强度随甲烷体积分数的升高而迅速增强，CH、Hβ、Hγ与C2相对强度的比值随甲烷体积分数的增加而降低，并逐步趋于饱和；各基团空间分布的均匀性随甲烷体积分数的增加而变差。

在应用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术的开放和密闭式气体检测中，提出一种基于无吸收谱线区域检测谐波（HDINASR）的背景消除方法。分析了背景信号成分，设计了背景信号搜索方法和谱线选取原则，给出相邻吸收谱线之间的最小波长间距公式。以氟化氢（HF）气体为检测对象，利用TDLAS实验系统设计相应的实验，确定HF目标吸收谱线、激光器工作温度、背景搜索温度范围和采样周期。实验结果表明，使用HDINASR背景消除前后的曲线相关度提高了3.4%，体积分数精度提高的相对幅度为5.8%。HDINASR为开放和密闭式的气体检测提供一种有效的背景消除方法。

在探索空间分束法消除椭偏测试中背反杂光干扰的过程中，发现该方案能够使光束在待测样品前表面聚焦，后表面发散，发散的背反光将无法进入到探测器中，从而消除背反光的影响。选用石英玻璃和氧化铌单层膜为实验样品，分为3组，分别采用直接测量、背部打磨和空间分束三种测量模式。实验结果表明，样品未经处理情况下，不同角度直接测量得到石英玻璃折射率值差别较大，经过背部打磨后不同角度下得到石英玻璃折射率趋向一致，而采用空间光学分束处理后，石英玻璃折射率在不同角度下测试获得相同的数据。最后采用空间分束法对氧化铌单层膜进行椭偏测量，获得了较好的拟合数据。