作为具有国际先进水平的第三代同步辐射光源，上海光源的X射线亮度比普通X光管高12~16个量级，基于它的X射线成像具有高空间分辨、高衬度分辨和快时间分辨的特点，同步辐射X射线可对样品实现原位、无损、高分辨、三维和动态成像，而且可以实现相位衬度成像，从而将X射线成像的应用领域拓展到软组织、聚合物等低Z材料。自2009年正式向用户开放以来，上海光源已在生物医学、材料科学、古生物学、土壤学等领域取得了一大批重要研究成果。为更好地支持用户，上海光源X射线成像组在定量成像、CT成像、快速CT重构等成像方法学领域开展了较为全面、系统的研究，大幅提高了实验效率和对不同样品的适应性。本文简要介绍了上海光源X射线成像方法学发展及相关应用研究进展。

利用光在镀膜玻璃管中传输的特点，介绍了一种测量大气气溶胶消光系数的新方法。该方法将某一波长的光以一定角度入射到充满气溶胶的玻璃管中，经管壁的多次折返大大增加了光程，气溶胶对光的衰减信息可以通过玻璃管两端的探测器测量得到，利用比值计算方法消除光电转换过程中因光强波动、管壁不均匀以及分子散射等带来的测量误差，提高了气溶胶消光系数测量的灵敏度。将用该方法测量气溶胶在波长550 nm上的消光系数，与能见度仪测量结果对比表明此方法测量结果是合理的，且该方法具有原理简单、操作方便等特点。

采用变形镜影响函数对畸变波前的校正过程进行模拟，并利用超高斯滤波函数对模拟的校正效果进行拟合和统计，确定出变形镜交连值与滤波函数平滑因子的定量关系，进而建立和完善了基于滤波函数的分立变形镜波前校正预估模型。在此基础上，针对具有随机畸变波前的环状光束，对波前校正预估模型的有效性和适应性进行了验证和分析。在实际工作中，只要给定分立变形镜的驱动器间距和变形镜交连值，即可利用给出的超高斯滤波函数波前校正预估模型，从而简便而准确地预估变形镜对不同畸变波前的校正效果。

采用单针电极放电装置在氩气中产生了稳定的均匀等离子体。利用光学方法对单针放电特性进行了研究，结果表明单针放电等离子体的长度随外加电压峰值、气压的增大而增大，随空气含量的增大而减小。利用光电倍增管对单针电极放电等离子体羽的发光信号进行了空间分辨测量，发现靠近单针电极的羽头和等离子体羽其余部分放电行为不同。其中羽头源于针尖附近的电晕放电，它仅在外加电压负半周期的发光较强，正半周期发光几乎探测不到。而等离子体羽其余部分的放电在外加电压正、负半周期均存在，且正半周期强于负半周期。研究表明，外加电压正半周期的等离子体羽是源于发光光层（等离子体子弹）的传播，而负半周期等离子体羽的不同位置几乎同时放电。

针对高空平台不稳定性以及大气湍流对平台光通信性能的影响，提出利用空间分集技术改善高空平台光通信链路性能。在系统采用开关键控(OOK)调制条件下，利用矩母函数特性分别得到采用协作分集技术和多输入多输出(MIMO)技术的高空平台光链路误码率表达式，并求解协作通信系统中继平台的最优位置。仿真结果表明：协作分集技术与光MIMO技术对高空平台光链路性能的改善效果受到跟瞄误差的限制。采用发射选择分集的光MIMO技术对光链路的误码率性能最好。与采用重复码的MIMO方法相比，协作分集技术更适用于跟瞄误差大的通信系统。中继平台的最优位置与中继策略以及跟瞄误差无关。在中继平台最优位置附近，采用协作分集的光链路性能优于采用重复码MIMO光通信链路。

针对无线紫外光散射通信中非视距(NLOS)传输特点和信道干扰模型，采用基于粒子群的无线紫外光网络快速信道分配方法，充分考虑了空间角度对信道冲突矩阵的影响，实现了一种定向、快速的信道分配新方法。仿真分析了该算法的平均迭代次数、平均干扰度以及收敛时间与粒子群数目和信道数目的关系。实验结果表明此紫外光网络信道分配方法具有收敛速度快、冲突度小的优势，保障了无线紫外光网络信道分配的快速性和准确性。

针对水升华器工作监测要求，基于Fabry-Perot干涉微腔研制了一种光纤声振动传感器。将耐低温聚合物薄膜材料以周边拉伸固定的方式制作成超薄膜片，膜片厚度为1.2 μm，作为探测声振动信息的敏感部件和干涉微腔的反射面。传感器灵敏度达到93 mV/Pa，线性度为99.8%，在1~20 kHz范围内具有较平坦的频率响应。利用设计的光纤声振动传感器在空间环境模拟器中进行了水升华器监测实验，结果表明该传感器在温度为77 K的空间冷黑环境中可以存活，能够实时探测到水升华器喷冰故障所产生的声振动信号。

利用偏芯熔接的方法，研制出一种可实现温度和折射率同时测量的光纤传感器。该传感器将一段多模光纤MMF2的左端与一芯径与长度均相同的多模光纤MMF1偏芯熔接，右端与一大芯径多模光纤MMF3对芯熔接构成传感头，利用多模光纤纤芯模和包层模对温度、折射率的敏感性差异，结合敏感矩阵实现了双参量同时测量。实验选取了位于1536.98 nm和1545.24 nm处的干涉谷进行了温度和折射率的测量，测得1536.98 nm处的干涉谷对温度的灵敏度为0.105 nm/℃，对折射率不敏感；1545.24 nm处的干涉谷对温度的灵敏度为0.052 nm/℃，对折射率的敏感性为32.2 nm/RIU(RIU表示单位折射率)。该传感器也可应用于其他参量的测量，具有良好的应用前景。

当前光通信网络正朝着大规模、大容量的方向迅速发展，传输带宽所面临的巨大增长压力对通信光纤提出了更高的要求。在此背景下，基于空分复用的多芯光纤充分利用了空间维度，可以有效解决传统单模光纤的理论传输容量极限导致的容量紧缩问题，而大容量传输系统要求多芯光纤具有低串扰大模场面积的光学特性。通过采用光束传输法和有限元法模拟仿真了多芯光纤中各结构参量对芯间串扰和有效模场面积的影响，并利用两种不同参数的多芯光纤进行了实验验证，对芯间距、纤芯/沟道的尺寸和折射率进行了优化，在理论上完成了串扰小于-45 dB、模场面积大于130 μm2多芯光纤的设计。

基于不失调透镜系统对高斯光束的变换机理，提出并分析了一种低损耗、高强度连接光子晶体光纤（PCF）的透镜耦合方法。与熔接法相比，该方法可实现各类PCF之间以及PCF与普通光纤之间的有效模式转换，并连接因热膨胀系数极其不同而无法拼接或熔接的光纤。在此基础上，搭建了相应的PCF透镜耦合连接及特性测试实验台，实现了单模PCF和常规G.652光纤之间以及保偏PCF和常规G.652光纤之间的高重复性、高强度连接，连接损耗均值分别为0.4 dB和0.65 dB，并对实验结果进行了误差分析，提出了存在的问题及改进设想。

为降低电路及光路噪声等对痕量气体检测精度的影响，达到进一步提高痕量气体检测系统精度的目的，选用超窄带激光器作为系统光源并以谐波检测原理及改进希尔伯特黄变换（IHHT）滤波算法作为数据处理的核心算法构建高精度痕量气体检测系统平台。选取甲烷作为被检测对象，理论计算得当光源输出中心波长为1650.959 nm时，该系统甲烷气体体积分数C与输出光强一、二次谐波比值I2f/If的相关系数为0.084639。将一定体积分数的甲烷气体通入平台光纤气室中进行灵敏度实验，实验结果表明应用IHHT降噪处理后C与I2f/If的相关系数由使用傅里叶变换(FFT)处理的0.062585提升到0.074884，且气体体积分数越低，IHHT的降噪效果越好。

为实现在轨卫星机动成像条带的快速准确拼接和应用，针对高分辨力卫星在轨推摆扫相结合的机动成像模式，提出了一种光线追迹像移匹配数学建模方法。通过对卫星机动过程中的摆角变化、地球表面面型的影响分析，利用摆扫过程中姿态对地指向不断改变导致的交轨方向速度失配量和成像变形量，补偿相机像面各点处的像移量从而进行快速几何校正。利用小卫星姿态控制系统全物理仿真平台对成像进行了仿真分析。分析结果表明，成像过程中随着扫描角的增加，像面上的像移量增大，成像变形情况也变严重。利用均方误差分析仿真成像与实验成像质量，仿真成像与实验成像相差-0.000011左右，较好地满足地面卫星相机成像仿真需求。对不同扫描角下存在速度失配的图像进行快速几何校正，该校正后图像的均方误差变小。该校正方法具有效率高，便于拼接应用的优点。

基于压缩感知（CS）理论，提出使用高功率纳秒脉冲激光器照射远距离目标物体，通过望远系统将目标物体成像到数字微镜阵列（DMD）上，利用DMD加载的调制图像对目标物体的像进行调制（后调制），采用光电倍增管（PMT）作为单像素探测器收集调制后的光强，通过压缩感知计算，完成对远距离目标物体的三维图像重建。将此系统应用于远距离三维成像，通过搭建实验系统，分别对距离为230 m和4.5 km左右的目标物体完成了绝对距离的测量，实现了64 pixel×64 pixel的三维成像。同时也证实利用压缩感知进行远距离图像恢复，随着采样率的提高，图像恢复的质量和对比度都有一定程度的提高；目标物体图像越稀疏，重构图像所需的采样次数越少。

微分相位衬度计算机层析成像法(DPC-CT)是一种新的X射线无损检测方法。与传统方法相比，该方法在检测弱吸收物质时优势明显。但DPC-CT技术需要进行多次扫描后才能获取足够的样品信息，这必将导致很长的辐射时间和巨大的辐射剂量。因此，研究在稀疏角度条件下的DPC-PC重建算法就显得尤为重要。分析了DPC-CT的特点，在凸集投影(POCS)的理论框架下，将L1范数、曲波系数约束和经典的代数迭代算法(ART)相结合提出了一种适合DPC-CT的重建算法。数值模拟和实验的结果表明，该方法可以根据少量投影数据获得较好的重建结果。

星载光电成像系统可实现远距离空间目标的探测与识别，而探测距离是系统的主要性能参数。以空间目标反射太阳光为基础，建立了系统极限探测距离的数学物理模型，分析了影响探测距离的因素，对极限探测距离与太阳光入射方向、光学系统的有效通光口径、探测器的信噪比阈值以及曝光时间的定量关系进行了数值模拟研究。研究结果表明：增大光学系统的有效通光口径可实现系统探测能力的显著提升；当信噪比阈值和太阳光入射角同时变化时，降低信噪比阈值可有效提高系统的探测能力，并且此时太阳光入射角的变化对系统极限探测距离的影响较小。

光学压缩光谱成像是融合了压缩感知原理的新型光谱成像技术，具有降低数据采集量、能对景物实施凝视拍摄、提高信噪比等优点。考虑到采样质量对最终成像质量的影响，在现有成像系统中均采用采样间隔与调制间隔匹配的方法，但此方法降低了系统的采样率，损耗了原始光谱分辨率。针对上述成像方法缺陷，克服采样间隔和调制间隔匹配的成像系统设计要求，所设计实验装置使其光谱分辨率理论值提高至原先方法的3倍以上，并对最优化方法进行改进，在正则化函数中增加表征数据光谱维连续性的变差项，增强数据重建可控性及可靠性。实验结果表明，新方法下实验装置的光谱维通道数提升，各波段图像和特定位置光谱曲线能精确反映目标物的空间特性和光谱特性。

为实现高精度瑞奇康芒法检测，利用检测系统光瞳面与被测平面镜二者间的坐标转换关系，结合最小二乘法直接对测得的系统波像差进行恢复，通过两角度检测分离由光路调整引入的离焦误差，得到更为精准的平面镜面形。分析光路中测试距离对坐标转换关系以及瑞奇角求解精度的影响，根据仿真分析结果确定实验方案。实验中采用两角度检测，对测试波前进行恢复并分离系统调整误差后，最终得到被检平面镜面形，结果峰谷(PV)值为0.182λ、均方根(RMS)值为0.0101λ，对比干涉仪直接检测结果PV值为0.229λ、RMS值为0.013λ，PV检测精度优于λ/20，RMS检测精度优于λ/100，实验结果证明了此种面形恢复方法的有效性以及测试距离精度分析理论的正确性，从而实现了瑞奇康芒法高精度检测。

大多数基于单幅二维(2D)图像的像机位姿估计算法都是在已知全部或者部分三维(3D)/2D特征点对应关系的基础上设计的，而对于3D/2D特征点对应关系完全未知的情况则很少涉及。利用经典力学中的质点系运动原理设计了一种像机位姿估计算法，该算法能够在未知特征点对应关系的情况下，同时确定3D/2D特征点对应关系与像机位姿。此外，利用空间共线性误差和匹配矩阵，所提出的算法不仅能够处理3D/2D特征点一一对应的情况，而且能够处理部分3D特征点被遮挡，以及图像中存在2D伪特征点的情况。通过实验，并与其他相关算法进行比较，结果表明所提出的算法能够在不增加计算复杂度的条件下有效地匹配特征点并估计像机位姿，而且受图像噪声和2D伪特征点的影响较小。

利用衍射积分理论和干涉理论分析了轴棱锥对无衍射贝塞尔(Bessel)光束进行线聚焦产生局域空心光束遇障碍发生自重建的全过程。数值模拟了周期局域空心光束的传输情况及轴上放入圆形障碍物后不同位置的截面光强分布图，并计算了障碍物后最小自重建距离。研究结果表明周期局域空心光束遇到障碍物后，会绕过障碍物继续向前传输，并且传输一段距离后恢复原来的周期局域空心光束的特性。设计实验光路图对理论模拟进行了验证，通过显微镜和照相机系统拍摄得到轴上圆形障碍物和方形障碍物前后光束的截面光强分布图，实验与理论模拟相吻合。研究结果使得周期局域空心光束的应用得到了扩展。

模式不稳定指高功率光纤激光随着输出功率提升发生的模式突变，会导致光束质量下降。基于模式耦合模型，对量子噪声、强度噪声等引起的高功率光纤激光模式不稳定出现的阈值功率进行了详细分析和计算。研究结果表明，采用级联抽运方案和部分掺杂方式可以使模式不稳定性出现的阈值功率提高2~5倍。增加初始注入信号光功率、抑制注入信号激光的强度噪声和高阶模成分也可以提高阈值功率。研究结果为高功率光纤激光系统的设计提供一定参考。

综合分析了不同基质掺Yb3+光纤的材料特性，在改进的极限输出功率理论模型的基础上，对Yb3+掺杂的硅光纤、磷酸盐光纤、YAG晶体(或陶瓷)光纤以及蓝宝石光纤的单频极限输出功率特性进行了详细分析。计算结果表明，YAG晶体(或陶瓷)光纤和蓝宝石光纤单频极限输出功率可以达到10 kW以上。分析了单模情况下的极限输出功率，结果表明YAG晶体(或陶瓷)光纤和蓝宝石光纤在单模情况下也有较大优势，目前的单频激光功率还有很大的提升空间。对于单频激光光纤材料而言，降低受激布里渊散射(SBS)增益系数、提高导热性能是提高极限输出功率的有效途径。

根据电磁辐射理论和矢量光场积分理论，研究了矢量光束聚焦场特性与聚焦透镜数值孔径之间的关系。在透镜焦场区设定电偶极子阵列和磁偶极子阵列，收集其辐射场并反向聚焦，通过调控与优化偶极子阵列参数，反演不同数值孔径透镜下的聚焦光场，获得了聚焦光针场、三维衍射受限光管场随透镜数值孔径的变化规律。研究结果表明，随着数值孔径的减小，光针场的纵向分量纯度、边缘斜率以及光针长度递减，半峰全宽递增，光管场依旧保持纯方位角偏振分布，且中空区域的半峰全宽递增。研究结果对在不同数值孔径下矢量光束聚焦的应用研究具有重要意义。

细胞图像分割是医学图像处理领域的研究热点之一。传统的细胞图像分割算法多是基于灰度图像的分割，图像中的颜色信息利用得不充分。在深入分析细胞图像颜色特征的基础上，提出了基于色差向量场分析细胞图像颜色变化规律的方法，相比于经典的彩色空间（HSV、YIQ、CIEL*a*b*），这种方法更能够突出图像中的主体细胞与非细胞区域的差异，而且针对大量图像的普适性更好。然后基于细胞图像的色差向量场，提出了一种循环匹配的分割方法，同时采用色差强度对分割结果进行了进一步的修正。通过对实际采集的彩色细胞图像样本的分割实验验证，该算法比RGVF Snake算法的分割结果更可靠，准确率可以达到95.2%，而且能够实现不同颜色重叠细胞图像的分割。

采用高温熔融法制备了不同浓度Er³⁺，Er³⁺/Pr³⁺共掺的60TeO2-30WO3-10La2O3玻璃。研究了玻璃的红外透过光谱，吸收光谱以及在980 nm LD抽运下的荧光光谱和Er3+4I13/2能级荧光寿命。根据红外光谱计算了玻璃中OH-的吸收系数α。应用Judd-Ofelt理论计算了J-O参量，自发辐射系数Arad，荧光分支比β；利用Fuchtbauer-Laderburg理论计算了2.7 μm受激发射截面。分析了980 nm抽运时Er3+/Pr3+共掺的能量转移过程。计算得到OH-吸收系数α为0.57 cm-1，2.7 μm自发辐射系数Arad为60.6 s-1，荧光分支比β为16.3%，最大受激发射截面达到1.13×10-20 cm2。结果表明，这种碲酸盐玻璃适合作为获得2.7 μm输出的激光材料。

采用高温固相法合成了SrMoO4:Pr3+,B3+,Li+新型橙黄色荧光材料，并对其结构、形貌和发光性质进行了研究。X射线衍射(XRD)测量结果表明在1200 ℃下制备的样品为纯相SrMoO4晶体。样品的形貌在扫描电镜(SEM)显示下有不规则的外形但分散性良好。掺杂电荷补偿剂的荧光粉样品激发光谱由电荷转移跃迁(CT)带和Pr3+离子的特征激发峰组成，主激发峰位于448 nm(3H4→3P2)、473 nm(3H4→3P1)和487 nm(3H4→3P0)；其发射光谱由一系列锐谱峰组成，分别位于529 nm(3P1→3H4,5)、545 nm，553 nm(3P0→3H5)、600 nm(1D2→3H4)、617 nm(3P0→3H6)和645 nm(3P0→3F2)，最强发射峰为645 nm。B3+和Li+的掺入，能明显提高该荧光粉的激发与发射峰的强度，最佳掺杂摩尔分数为0.15% B3+和0.35% Li+。

设计了一种工作在光波段的新型四重对称的双层手征结构，通过数值模拟得到透射系数和反射系数，反演计算了结构的圆二色性、旋光角、手征参数和折射率。结果表明该结构在谐振波长附近具有很强的旋光性，并且在椭偏度为零时，即透射光变成完全线偏振光时，旋光角达到了55°；在一定波段内可以实现左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)的负折射率，且不需要介电常数和磁导率同时为负，更重要的是，实现负折射率的左旋圆偏振光(LCP)具有较宽的频带，不局限于谐振波长附近，在椭偏度为零时，折射率也为负。考虑到具体的实验制作，对加衬底的手征结构进行了数值模拟，结果表明谐振波长向长波长方向产生了偏移，完全线性偏振光的旋光角仍然有40°。

研究了样品散射性质对频域光学相干层析成像干涉谱信号和深度分辨率的影响。理论分析和模拟结果表明：样品散射使干涉谱信号的强度分布发生改变且向长波方向偏移，进而降低了成像的深度分辨率；样品的散射系数越大、深度越深，偏移越严重，深度分辨率降低越多；使用相应的校正函数可以提高深度分辨率。

多色荧光的激发检测光路是多重定量聚合酶链式反应(PCR)系统的核心组成部分。根据系统对荧光激发的均一性、荧光检测的时间和灵敏度需求，提出一种基于磁光开关和光电倍增管(PMT)的多色荧光激发检测光路。通过四色LED单独激发和PMT检测来提高灵敏度；利用磁光效应实现光路的电控切换，配合一维扫描机构和滤光片切换装置，完成96孔标准PCR板的四色荧光扫描。该设计避免了多色荧光光路的系统串扰。由于荧光染料本身光谱特性产生的荧光光谱串扰是通过标准迭代的四维聚类分析算法计算串扰矩阵，并通过4种常用染料的实验研究，对所建荧光检测系统进行荧光光谱串扰评估。

为了获得超高精度面形的光学元件并验证离子束的修正能力，对应用离子束修正大面形误差光学元件的问题进行了实验研究。通过改变离子源光阑尺寸的方式获得了不同束径的离子束去除函数，并对一直径为101 mm、初始面形峰谷(PV)值为417.554 nm、均方根(RMS)值为104.743 nm的熔石英平面镜进行了离子束修形实验。利用10、5、2 mm光阑离子源的组合，进行了12次迭代修形，最终获得了PV值为10.843 nm、RMS值为0.872 nm的超高精度表面。实验结果表明，应用离子束可以对大面形误差光学元件进行修正，并且利用更大和更小束径离子束去除函数的组合进行优化，可以进一步提升加工效率和精度。

针对长程轮廓仪中的一个重要光学部件分束器，设计了一种菲涅耳双棱镜对分束结构。其功能是将一束正入射平行光分成两束间距可变、强度相等且光程差为零的平行光。对菲涅耳双棱镜对结构特点进行了详细的描述，并对基于菲涅耳双棱镜对分出的两束光在傅里叶透镜后焦面上的干涉条纹振幅分布和能量分布做了理论分析和数值仿真。分析和仿真结果表明，菲涅耳双棱镜对不仅具有已有的等振幅分束结构同样的功能，而且能使长程轮廓仪探测精度更高。对比菲涅耳双棱镜对与已有的4种等振幅分束结构的性能发现，菲涅耳双棱镜对兼备结构简单、满足等光程条件以及分出的两束光间距可变等优异分光效果，可作为已有等振幅分束结构的一种替代结构。

尺寸为光波长量级的微纳结构材料与电磁波的相互作用，使得其具有许多特殊的光学性能，金属电介质金属微纳结构具有电磁波完美吸收特性。基于S参数法，研究十字阵列光吸收材料在红外波段的光学特性参数，分析其谐振吸收机理及光学特性参数调谐性。研究结果表明，十字阵列单元尺寸对其等效光学参数具有调谐作用；当材料表面与入射介质之间满足阻抗匹配条件，以及等效折射率系数虚部值足够大时，可以有效提高其吸收率；经过结构优化的十字阵列光吸收材料在红外波段具有大于95%的吸收率，实验样件测试结果大于80%。十字结构臂长和电介质层厚度决定吸收谱特性，而十字结构臂宽仅仅影响吸收谱峰值大小。十字阵列光吸收材料在红外波段的完美吸收及光谱调谐性特点，使其可用于红外探测和光谱成像等领域。

利用配备人工光源的光生物反应器(AL-PBR)培养微藻是实现微藻快速增殖，进而满足相关产业需求的重要手段。为指导AL-PBR的构筑材质选型，完善了现有方法，比选了7种市售透明板材。考虑到微藻在不同入射光波段的光生态学，应综合分析板材在光合有效辐射波段(400~700 nm)、红光波段(630~700 nm)、蓝光波段(430~480 nm)和中波紫外线波段(UV-B，280~320 nm)的透光性能。前三波段的平均透射率越高越好，UV-B波段反之。测定结果表明：如果AL-PBR以太阳光作为外部光源，现阶段宜采用进口聚碳酸酯板和普通玻璃板作为构筑材质，且前者更佳；如果以单色LEDs灯或荧光灯作为外部光源，宜选用聚甲基丙烯酸甲酯板。

可调色温可调光光源是实现智能照明的基础。充分利用发光二极管(LED)光源的可控性, 采用冷暖白光LED和两通道脉冲宽度调制(PWM)法, 设计研制成功了可调色温可调光动态照明光源。从人们关心的照明光源参数出发, 依据选用冷白LED光源和暖白LED光源光度色度参数, 建立了给定光度量输出时冷白LED光源控制占空比计算的模型, 探讨了基于色温目标控制参数占空比的约束条件。实验表明, 混色光源调节色温时光通量的起伏小于2.5%, 相关色温偏差在10 K以内, 调光时色温基本不变, 设计结果良好; 同时, 在分析过程中实际设计混色光源参数和选择光源的性能指标参数一致, 表明这种方法既直观又具有很好的实用性。

针对高斯量子密钥分发的数据协调问题，对高斯连续变量进行了最优量化，实现了Alice和Bob之间的互信息量最大。在分层错误校正(SEC)协议和多电平编码/多级解码(MLC/MSD)协议的基础上，各级码流采用了低密度奇偶校验码(LDPC)进行错误校正，并推出了一次硬信息级间迭代更新公式参与MSD译码算法。算法实现中使用双向十字链表方式存贮LDPC码的稀疏矩阵H，并用C语言实现整个数据协调过程，极大地降低了空间复杂度，提高了协调速度。实验仿真结果表明该算法可在信道信噪比4.9 dB以上实现2×105个连续变量序列的可靠协调，协调效率达91.71%，在2.4 GHz CPU，32 G内存服务器平台上的协调速度可达7262 bit/s。

对比研究了处于热库中的两量子比特的量子纠缠和量子关联随时间的演化。数值模拟的结果表明，尽管热库几乎总能诱导两量子比特的量子纠缠与量子关联，但二者的动力学演化并不完全相同。在与热库的相互作用中，两比特初始形成量子纠缠，随后纠缠逐渐消失，两比特形成纠缠以外的量子关联并得到维持。由此看出，相比于量子纠缠，量子关联对消相干的影响表现得更为稳健。

提出了合成孔径激光成像雷达（SAIL）的二维傅里叶变换成像算法，即对回波信号进行顺轨向相位二次项共轭补偿后直接实施二维傅里叶变换。归纳了啁啾光源侧视SAIL，平移二次项波面直视SAIL和偏转平面波面直视SAIL的数据收集方程，采用连续变量和函数说明了算法的成像过程，并分析了矩形和圆形天线孔径下的成像分辨率，最后给出了离散傅里叶变换的表达形式。算法中交轨向和顺轨向的时间域数据均直接变换到频率域成像，给出了圆形孔径天线SAIL的随交轨向变化的顺轨向成像分辨率的解析解。

运用新研制的大气多角度偏振辐射计（AMPR）获得航空遥感数据并结合实验室测量数据对常用的三种地表偏振模型进行评估，分析地表偏振反射率的波段响应和角度响应特征。实验发现偏振反射率对波段变化的响应很小，该结论得到85%以上飞行数据的气溶胶反演结果支持。实验室数据中，波长变化1 nm的黄棕壤和红沙土的偏振反射率改变量仅分别为2.43×10-6和1.47×10-6。在角度响应特征上，三种模型都与实验数据符合得很好，高植被覆盖率时三种模型与实际测量数据的偏差较小。分别对三种模型的航空数据进行拟合，Nadal和Bréon（NB）开发的地表偏振反射率模型与飞行数据符合得最好，拟合偏差约是其他两个模型的一半，NB模型能够更精确地描述地表偏振反射的特性。

大视场相机焦平面通常由多个线列探测器交错拼接而成。为保证相机在对地成像中不出现漏缝，提出一种相邻探测器重叠像元数计算方法。通过坐标变换法建立空间相机对地成像模型，分析了漏缝产生的原因。分析了像点在前后两行探测器上沿线列方向的相对位移情况，并利用蒙特卡罗法分析轨道、姿态扰动以及目标高程等因素对像点相对位移计算结果的影响，像点位移计算结果的最小值即为相邻探测器最小重叠像元数，依此给出了相邻探测器的重叠像元数计算模型。将该方法应用于某红外相机焦平面的设计，根据该方法确定了各相邻探测器的重叠像元数，并通过红外遥感图像的匹配实验验证了该方法的正确性。

在全景式航空相机摆扫成像过程中,由于机载环境振动隔离不彻底，造成扫描反射镜位置波动，引起视轴的抖动，使图像沿摆扫方向产生扭曲及拖影现象。针对上述问题，建立了飞行速度、高度及目标水平倾角与俯仰轴补偿速度之间的几何模型，分析了外界扰动造成图像扭曲的成因以及俯仰轴补偿精度对图像拖影程度的影响；通过模型建立和参数分析，得出了俯仰轴控制系统的动态和稳态性能指标及稳健性要求；利用实验室动态目标发生器、平行光管模拟相机与景物间的相对运动，对控制系统的精度进行试验验证；振动环境下对外景成像，验证控制系统的抗扰性能。试验结果表明：俯仰轴控制系统的稳速误差小于0.005°/s，几乎可以完全抑制图像拖影现象；系统对7 Hz以下的干扰信号速度补偿残差小于0.1°/s，可以有效补偿干扰造成的图像扭曲现象。

理论分析并仿真了单模光纤中前向和后向拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率的变化规律，发现其具有明显的阈值特性。由此提出了一种新的单模光纤拉曼阈值的定义，将拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率变化曲线的二阶微分的最大值对应的输入抽运光功率定义为单模光纤拉曼阈值，还给出了与之相应的单模光纤拉曼阈值的测量方法，通过对单模光纤拉曼阈值随单模光纤特征参数的变化规律进行仿真和拟合，分别获得了单模光纤中前向和后向拉曼阈值方程。搭建了实验平台，采用脉冲光抽运，对长度为24 km的单模光纤中前向和后向受激拉曼散射的阈值特性进行了实验验证，结果表明，实验结果与理论分析和仿真结果相符合，验证了所提出的阈值定义和测量方法的有效性，实验中还发现，在不同的光纤特征参数下，单模光纤后向拉曼散射阈值比前向时平均提高了24.9%，与理论仿真结果的25.3%相符合，表明单模光纤中前向受激拉曼散射更容易产生。

提出了一种基于动态光散射原理的图像法测量纳米颗粒粒径的新方法，采用面阵CCD数以万计的像素同时并行测量处于布朗运动的纳米颗粒空间分布的动态散射光信号，对测得的信号进行数据处理，得到了纳米颗粒粒径。对27、79、482、948 nm 4种不同粒径的纳米标准颗粒进行了实验研究，针对面阵CCD拍摄帧率远低于光电倍增管测量频率的特点，采用质量分数为55%高粘度甘油水溶液作为分散介质，在CCD拍摄帧率为8290 frame/s时，27 nm颗粒的测量误差从以水为分散介质时的15.1%降至1.9%。与目前动态光散射纳米颗粒测量方法相比，该方法大幅度减少了测量时间，仅为现有方法的1%以下，并可大幅度简化测量装置。

利用拉曼光谱对注射硝酸甘油后的活体裸鼠体内动脉血液进行实时连续无损的分析，每隔10 s获取一个动脉血管内血液的拉曼光谱，光谱分析表明，活体血液的拉曼光谱主要体现在以下几个位置：1548，1618，1654 cm-1(与蛋白质相关)和1125 cm-1(与血糖相关)。通过分析部分特征峰发现注射硝酸甘油后在280~730 s内光谱强度下降，表明体内血液浓度变稀，这可能是由于血管扩张引起的。峰强度在注射硝酸甘油前后的变化为：1548 cm-1峰强度从1965.42降到1273.61，下降了35.2%，1125 cm-1峰强度从411.59降到223.79，下降了46.63%，说明血液中蛋白质、血糖的含量有不同程度的减少，即裸鼠体内血液中的血红蛋白质发生变性、血糖含量明显降低。拉曼光谱活体实时分析技术为研究硝酸甘油代谢机理提供了新的技术和方法。

发展了一种超高灵敏的CO痕量气体测量装置，该装置采用4.65 μm脉冲式中红外外腔量子级联激光器作为激发光源，结合石英增强光声光谱技术，对2135~2225 cm-1之间的CO基频振动光谱带R支进行连续光谱扫描。水被加入到被测气体中，以加快较慢的CO分子振动平动弛豫率。在锁相放大器时间常数为3 ms，激光器占空比和扫描速率为50 %和18 cm-1/s时，获得的最小探测极限为4.6×10-8 (体积分数)，与之对应的归一化噪声等效吸收系数为1.07×10-8 cm-1W/Hz。

傅里叶变换红外（FTIR）光谱技术可用来测量宽带红外光谱，能同时分析大气中的多种成分。描述了利用开放光路FTIR光谱技术测量环境大气中水汽的稳定同位素的新方法。以分析采集的中红外光谱为基础，在外场实验中，应用开放光程FTIR系统连续测量环境大气中水汽的稳定同位素H216O和HD16O，并得到大气中的氘同位素比值δD。对该测量系统，H216O和HD16O的测量误差分别约为0.25%和1.60%，氘同位素比值δD的测量精度约为1.32‰。详细分析了其中5天的数据，研究了环境大气中水汽的稳定同位素H216O、HD16O 以及同位素比值δD随时间的变化规律。并采用Keeling图分析方法，研究了地表蒸散的氘同位素特征。外场实验的结果证明了所提的测量方法和开放光程FTIR系统相结合长期测量环境大气中稳定同位素的能力。

全介质膜窄带滤光片因具有优良的光学性能、较强的工艺性和空间环境适应性被广泛应用于空间多光谱遥感仪器中，但锥光束入射导致的中心波长漂移问题严重影响此类窄带滤光片的光谱选择性能。为了研究光锥角对窄带滤光片透射率特性的影响，设计了非规整型全介质膜窄带滤光片，分析了高斯光束倾斜入射窄带滤光片导致透射率的变化，建立了非均匀照度下锥光束正入射时窄带滤光片等效透射率的求解模型，定量求解了等效透射率及中心波长漂移量，并对理论模型进行了实验验证。结果表明，锥光束正入射对窄带滤光片透射率的影响主要表现为中心波长的蓝移；在镀膜工艺相对稳定的基础上，理论模型的等效透射率预测精度优于中心波长的0.15%。所以，可以使用等效透射率求解模型定量计算锥光束正入射导致窄带滤光片透射率的变化，并利用中心波长漂移量修正后的设计数据指导滤光片镀膜，进而实现窄带滤光片的高精度光谱选择，这为解决介质膜窄带滤光片因锥光束入射导致的中心波长漂移问题提供了新的技术途径。

为了满足自适应光学中激光导星系统的要求，根据薄膜理论，选择合适的薄膜材料，采用针式优化算法并建立与膜内电场强度相关的膜系评价函数，优化出满足要求且电场强度分布较低的膜系。通过电子束加热蒸发和离子源辅助沉积制备薄膜。制备的偏振分光膜满足偏振耦合分光系统的使用要求，通过了环境测试并具有较高的激光损伤阈值。

建立非平行光入射多层膜的模型，给出了在圆形光束锥角入射时的薄膜特性表达式，对三类典型光学薄膜即多腔滤光片、非偏振分光薄膜和非偏振截止滤光薄膜的特性进行了数值实验。研究结果表明：随着光束入射锥角的增加，多腔滤光片的影响是中心波长向短波方向移动，透射率下降和通带形状退化；非偏振分光薄膜的s和p偏振透射率增加，宽带波纹度增加；非偏振截止滤光薄膜的通带透射率出现周期振荡，s偏振的通带波纹度大于p偏振，通带波纹度总体具有增加的趋势，过渡区的陡度具有变大的趋势。

为了对胶囊类药品进行无损分析鉴别，利用两个多毛细管X光透镜搭建了共聚焦微束X射线荧光谱仪，两个处在共聚焦状态的透镜形成共聚焦微元，探测器只能探测到来自该共聚焦微元中的X射线信号，这有利于分别对胶囊壳和其内部药物进行原位无损元素分析，从而辨别它们的种类。分析了4种胶囊类药品对应的X射线荧光谱特征，从荧光谱图上可以看出不同胶囊类药品有不同的X射线荧光谱，对应不同的元素组成，所以可以利用胶囊内部药物对应的X射线荧光谱鉴别胶囊类药品的种类。实验证明，利用共聚焦微束X射线荧光技术可以在不破坏胶囊壳的情况下对胶囊类样品进行无损原位分析，该技术在胶囊类药品种类和真伪鉴别中具有潜在应用价值。