采用大气逐线辐射传递计算模型前向参考辐射模型(RFM)，计算了高层大气在局地热力平衡状态(LTE)与非局地热力平衡状态(non-LTE)条件下主要大气分子红外光谱带的临边辐射。以定义的相对偏差为指标，分析了白天与夜间情况下non-LTE大气对红外临边辐射的影响，确定了LTE条件的大气高度适用范围，并对白天与夜间的临边辐射进行比较。分析结果表明，高层大气在non-LTE与LTE条件下的红外临边辐射有显著偏差，白天太阳抽运作用会增加这两种条件下的偏差。在白天与夜间环境下，部分光谱带的辐射会有明显差异。除白天CO2 4.3 μm光谱带外，其他光谱带在60 km以下non-LTE与LTE不会有较明显偏离，其中CO2 15 μm光谱带能达到80 km左右。分析结果可为高层大气辐射计算模型提拱理论基础。

对基于法布里珀罗(F-P)标准具四边缘技术的双频率多普勒测风激光雷达进行研究。简要分析了F-P标准具四边缘双频率风速测量原理。详细介绍了基于F-P标准具四边缘双频率多普勒激光雷达系统结构。对发射激光双频率间隔、入射光束发散角、标准具有效口径和标准具干涉平板反射率等参数进行了详细的优化设计。 根据选取的系统参数，对多普勒激光雷达系统的探测性能进行了仿真。仿真结果表明：晴天天气条件下，在±25 m/s的径向风速测量动态范围内，在满足径向风速误差小于2 m/s的情况下，当发射激光仰角为60°、距离和时间分辨率分别为60 m和1 min时，系统在晚间和白天的探测高度分别可达到8 km和6.5 km。系统在晚间的整体探测性能明显要优于基于F-P标准具双边缘技术的多普勒测风激光雷达系统。同时，系统的探测性能受天空背景噪声的影响较大，系统在白天工作时应采用窄带宽的滤光片以提高系统的探测性能。

基于快速傅里叶变换(FFT)的湍流相位屏模拟方法存在低空间频率及高空间频率湍流分量采样不足的问题。提出了一种相位屏高频误差补偿方法。在这种补偿方法中，通过数值积分计算出未采样部分高频功率谱对应的二维相位自相关矩阵，然后该自相关矩阵经过FFT得到各功率谱采样点需补偿的功率谱值。仿真结果表明，该方法可以很好地补偿高频误差，模拟的相位结构函数误差约为0.1%。

根据星地大容量通信发展需求，研究了基于微波空间光传输技术的星地激光通信链路。在建立星地微波光传输链路模型的基础上，分析了链路光功率衰减、输出微波信号、噪声功率以及在大气湍流信道下系统的误码率。仿真分析了调制器直流偏置电压大小对链路输出信噪比和误码率的影响，结果表明，相对于通常的正交偏置工作点，通过优化控制直流偏置点的位置，可以提高链路输出信噪比和误码率，这种改善程度随着调制系数的减小而增大。该研究为建立星地微波光传输系统提供了有益参考。

热释电传感器用于红外目标跟踪，可以通过光学调制探测到运动目标的相对方向，而不能确定其准确距离，对此提出一种群智能搜索的动态热释电跟踪方法。传感器在摆动状态下感知红外目标，发现目标时，记录其探测角，通过分析探测角序列与运动目标轨迹离散点在极坐标系下的关系，将目标轨迹的确定转化为极径序列的确定，然后建立关于极径序列的多维粒子群空间，并构造评价粒子优劣的适应度函数，实现了运动目标轨迹的跟踪。该方法扩大了热释电探测范围，提高了目标跟踪精度，通过人体目标直线、曲线运动跟踪实验得出平均定位误差不超过0.4 m，表明方法有效。

采用红外成像系统进行目标辐射特性测量时，环境温度变化引起的输出灰度漂移是一项重要的误差来源。通过研究环境温度对制冷型红外成像系统输出灰度的影响机理，提出了一种直接根据环境温度对输出灰度漂移进行补偿的方法。分析了红外成像系统灰度漂移来源，推导了漂移量与环境温度的函数关系，建立了理论模型，并在此基础上提出一种简便的漂移修正方法。通过辐射定标实验对该方法的有效性进行验证，结果表明，提出的方法不仅保证了红外系统测量精度，而且在系统线性响应范围内可以直接通过计算实现任意积分时间下的漂移补偿，提高了辐射定标和测量效率。

星敏感器作为一种被广泛应用于各种载体上的高精度自主导航定位设备，探测灵敏度影响着其工作效率及测量精度。与航天器载体上的星敏感器不同，船用星敏感器工作在海平面环境下，其探测灵敏度不仅由镜头及成像传感器的各项参数决定，还要受到夜空背景以及大气透射等外部因素的影响。为了给船用星敏感器的研制与应用提供理论依据，通过对星光传播、传感器成像以及信号提取过程的研究分析，推导出了船用星敏感器探测灵敏度的计算模型，并通过实验验证了该模型的有效性，在此基础上，分析了各项因素对船用星敏感器探测灵敏度的影响情况，根据分析结果对船用星敏感器系统的设计研制提出了相应建议。

采用堆叠法制作了纤芯直径为20 μm的Nd3+离子掺杂磷酸盐玻璃D形双包层光纤，采用793 nm半导体激光作为抽运源，测定并分析其光纤激光性能和斜率效率，光纤的最大输出功率为2.52 W，斜率效率为41.5%。采用同样的办法进一步制作了六角形、偏心形和圆形内包层结构的光纤，对比研究了内包层结构对光纤输出性能的影响。结果显示相比于其他内包层结构的光纤，D形内包层结构光纤对抽运光的吸收效率更高，有助于光纤激光性能的提高。

光路系统的偏振误差极大地制约着双光程光纤陀螺精度的提高。为了提高新型双光程光纤陀螺的精度，利用相干矩阵和琼斯矩阵对光路中光学器件和熔接点的光学参数进行描述，通过分析顺时针光波与逆时针光波中耦合次波列与主波列间的相干叠加机理，建立了相应的偏振误差模型。利用Matlab以接近于工程实际的参数设置，对光路系统中熔接点、各光学器件缺陷对偏振误差的影响进行了仿真分析，并在此基础上提出了一种可有效抑制双光程光纤陀螺偏振误差的尾纤匹配法。仿真结果表明，通过适当的尾纤长度匹配，双光程光纤陀螺的偏振误差由0.145°/h减小为0.017°/h，其随温度变化的峰谷值也由0.25°/h减小至3×10-4°/h，双光程光纤陀螺的偏振误差得到有效抑制。

环境的温度是影响运行于轨道中的光学天线系统性能的主要因素。当温度变化时，透镜和反射镜的曲率和镜组间隔会产生相应的变化，从而导致空间光单模光纤耦合效率的下降。假设温度只改变天线系统焦距，而不改变光束成像质量，针对反射式光学天线，建立了温度影响空间光单模光纤耦合效率的理论模型，并对其进行了理论仿真和实验研究。结果表明：实验和仿真结果相吻合，相对于理想情况下（离焦量为零），当温差增大2 ℃时，离焦量增大约52 μm，耦合效率下降约10%。此研究结果可为光学天线温控精度的提出提供理论依据。

提出发光二极管(LED)多向准直透镜的设计方法，利用多个自由曲面的全反射实现多向准直。基于LED的朗伯型配光展开研究，采用光学透镜配光，运用Matlab软件进行数值计算，得到自由曲面上的多个点坐标值，结合3D软件及TracePro设计出多向准直透镜。所得多向准直光束在同一个平面，该平面与LED发光面平行，各准直光束发散角均仅约3°。

针对彩色图像融合时空间变换产生的色彩畸变以及红绿蓝(RGB)色彩空间各通道间的强相关性，同时考虑到基于主元分析(PCA)的图像融合算法存在图像结构利用率低、光谱信息损失多的缺点，提出了一种基于改进双向二维主元分析[(2D)2PCA]的图像融合框架。针对RGB色彩图像的结构特点，以待融合图像行、列方向的RGB分量作为基元进行二维主元分析(2DPCA)，采用基于协方差的线性权重分配方法对融合图像进行重构，依照重构图像的结构特性进行主元替换，经基于协方差的加权逆变换得到融合图像。为验证算法的有效性进行了二次实验：1)是选取模糊彩色图像与对应的清晰灰度图像；2)是彩色可见光图像与对应的红外图像进行实验。实验结果表明使用该方法得到的融合图像可取得较好空间分辨率和理想的融合指标。

针对目前合成孔径雷达(SAR)与可见光图像融合结果目标信息缺失、对比度不高的缺点，提出了一种基于纹理分割和top-hat变换的图像增强融合算法。将SAR图像灰度共生矩阵的熵纹理特征图进行阈值分割，提取SAR图像的感兴趣区域（ROI）；并对SAR和可见光图像进行非下采样Contourlet变换(NSCT)分解，低频系数采用基于区域的融合规则，在感兴趣区域内选择SAR的低频系数。对低频系数进行top-hat变换得到显著化的图像亮、暗细节特征，并加入到低频系数上形成低频合成系数；高频子带系数采用局部方向信息熵显著性因子取大的融合规则；对融合系数进行NSCT逆变换得到最终的融合图像。实验证明了本算法的有效性。

在可见近红外(VNIR)波段，信噪比及焦面稳定性是高光谱成像系统的重要性能指标，其中电荷耦合器件(CCD)探测器的合理选型是提高高光谱系统的信噪比及焦面稳定性的重要环节。提出了一种基于CCD像元规模、帧频和像元尺寸三个参数的快速选取符合要求CCD的方法，根据VNIR波段信噪比公式，建立了信噪比与焦深两个模型，根据工程应用系统分析，阐述了选型过程，着重阐述了像元尺寸选型（信噪比选型）的计算，对选型结果进行信噪比和焦深分析，验证了模型建立与选型方法的合理性。结果表明，提出的CCD选型方法可以高效准确地选取符合高光谱成像仪要求的CCD探测器。

空域重叠的模糊和噪声引起图像退化，修复通常比较复杂。为简化图像修复，提高修复质量，提出利用二阶逼近算子将传统图像修复中既含噪声又含模糊的双退化模型转化为只含“动态噪声”的单退化模型。在传统全变差模型的基础上，提出了一种利用低维差分投影的思想，建立元素可分离的全变差模型，利用一阶梯度下降算法解决“动态噪声”问题。仿真结果表明，该方法适用于多种退化模型，即使在强退化环境下，依然可以有效地去除噪声和模糊，保留图像边缘和细节信息，使退化图像恢复到较理想的状态。

在对拓展重叠关联迭代引擎算法(ePIE)成像的轴向距离偏差问题进行详细分析的基础上指出，轴向距离偏差对再现图像所造成的影响在本质上和横向扫描步长误差所造成的影响完全一样；用含有位置搜索的ePIE算法进行图像重建时，轴向距离偏差所造成的影响理论上可以自动得以更正。

利用液晶空间光调制器和夏克哈特曼探测器为核心器件搭建了一套液晶自适应光学(AO)视网膜成像系统。通过计算哈特曼光斑图和视网膜图像的调制传递函数（MTF）定量分析了眼内杂散光对视网膜成像质量的影响，结果表明哈特曼光斑图的MTF优于视网膜图像的MTF，说明眼内杂散光降低了视网膜的成像质量。根据眼内散射光偏振状态改变的特点，系统采用偏振光照明，抑制眼内散射光；利用补偿镜和位于眼前1 m位置处的视标，使照明光准确聚焦在视网膜血管层上，抑制视网膜多层组织反射杂光。通过对比实验，证明以上方法在一定程度上抑制了眼内杂散光对视网膜成像质量的影响。最后对4名志愿者进行了视网膜血管自适应成像实验，均获得了清晰的眼底视网膜血管图像。

随着对成像分辨率的要求日益提高，成像所需采集的数据量不断增大，亟需发展一种具有更高图像信息获取效率的压缩成像方式。压缩感知信息理论的兴起使压缩成像研究得到了快速的发展。提出了一种基于空间随机相位调制的单次曝光压缩感知成像方案，通过压缩成像实验验证了该成像方案在原理上的可行性。理论分析并实验验证了系统的空间分辨能力、信噪比随系统参数变化的相互制约关系。

针对普通相机无法拍摄出符合视觉美感的背景虚化图像的问题，提出了一种基于相控高斯核的多聚焦图像景深模拟算法。对多聚焦图像进行热扩散方程的数学建模，提出自适应的初始化图像深度值来优化求解偏微分方程，通过正则化得到修正后的图像深度信息，分离出前景和背景；并提出一种基于相控高斯核的景深模拟算法来模拟大光圈相机得到的背景虚化效果。理论分析和实验表明，与已公开的算法相比，本算法能准确的提取出图像的深度信息，并模拟出真实的景深效果。

建立了伪随机码测距的系统测距模型，从光子统计理论出发提出一种新的系统输出信噪比模型。蒙特卡罗算法模拟不同系统死时间下，系统输出信噪比和伪随机码码型的关系。理论模型与蒙特卡罗仿真基本吻合，结果表明信噪比随着伪随机码1的比例增大先增大再减小，选择最佳的发送码型可以获得最佳信噪比。根据新的模型，系统死时间的降低可提高信噪比，光子计数值增大，信噪比先增大再减小。引入系统高斯抖动，重构接收脉冲时间记录值，码速越高单点记录值出现误差的可能性越大，选取1 GHz的码发送速率可完全避免距离数值误差。

研究晴朗天气条件下满月天空偏振模式，分析并探索太阳光和月光天空偏振特性的分布规律。对夜间光源进行分析，以Rayleigh散射理论为基础对满月天空偏振模式进行了仿真。利用成像式全天空偏振光测试系统对太阳光、暮光和满月月光的天空偏振模式进行了测试，通过偏振模式中的特殊点中性点和子午线方向进行对比分析。结果表明：晴朗天气下满月偏振模式与仿真结果基本一致，符合Rayleigh散射理论；暮光偏振模式同时受到月光和太阳光的影响；当太阳高度角和月亮高度角相近时，太阳光和月光分布规律是相似的；光强大小并不改变天空光偏振模式的分布规律和偏振度的大小。

针对已有的角差法面形检测原理验证装置，分析采用相对测角法测量反射镜表面采样点的斜率并重构面形的测量方式中测角误差的传递方式。通过Matlab软件建立该传递方式的分析模型，并分析测角稳定性误差对面形测量的影响。实验证明该仿真分析的结果可靠有效。

采用扩展的Nijboer-Zernike(NZ)方法的逆运算，由焦平面区域的两幅强度图像，获得激光光束出瞳面的振幅信息和相位信息，进而给出激光光束质量因子M2、束宽、束散角、瑞利长度。构建了满足精度要求的实验系统，对一个He-Ne激光器在两天内进行两次测试。将得到的波前相位与相位差异法得到的波前相位进行比较，证明激光波前相位测试结果合理；将得到的特征值数据与M2-200s-FW型激光光束分析仪得到的数据进行比较，证明激光光束特征值测试结果合理。对比两天测试结果，说明该测试系统是稳定可靠的。

报道了半导体抽运的单程中红外光纤气体激光器。用一个被调制放大的可调谐1.5 μm半导体激光器抽运一段长为2.3 m、充低压乙炔气体的低损耗负曲率空心光子晶体光纤(HC-PCF)，实现了单程有效的中红外（3.1~3.2 μm）激光输出，气压为200 Pa时光光转换效率大于14.5%，100 Pa时激光阈值小于100 nJ。为实现高效紧凑的大功率中红外光纤激光器提供了一条可能的技术途径。

使用蓝光激光二极管抽运掺镨氟化钇锂（PrYLF）块状晶体，获得最大输出功率为166.6 mW的σ偏振607.4 nm连续橙光输出。通过在谐振腔中插入厚度为0.1 mm的玻璃薄片，并适当调节角度，获得了π偏振604.6 nm连续橙光输出，最大功率为60.6 mW，斜效率达到13.6%。通过进一步调节玻璃薄片的插入角度，进而获得了607、604、640 nm的多波长同时激射。

针对传统摄像机标定算法中摄像机内外参数与镜头畸变之间存在耦合，提出了一种将镜头畸变从摄像机参数中分离出来单独求解的算法。算法基于“三维空间中的直线经过遵循透视模型的相机投影，在相机平面上仍是直线”这一基本属性。对于无畸变图像，直线上任意两特征点构成的共线向量外积应为零向量。利用非线性优化方法求解畸变参数，讨论了畸变中心与畸变系数之间的耦合性。设计了一种畸变校正效果评估方法，证明了结果的正确性。完成畸变校正后，摄像机的内外参数可线性求解。实验表明，该方法仅需一张图片即可完成所有摄像机参数的求解，提高了标定效率，且稳定度高，精度与传统标定方法相当。

从单幅图像中识别道路消失点，是无人驾驶、智能导航等领域的关键技术之一。针对城市典型道路和街道图像，提出了一种新的基于垂线包络和平行线对的城市道路图像消失点检测算法。提取单幅图像中的所有平行线对，利用图像中存在的竖直线，提出了竖直区域的包络线估计方法，并实现了对道路区域的分割，有效提取了道路区域内的平行线对。使用方向分组策略将道路区域平行线分成两类，并对近似对称的直线对求交点。利用C-means聚类和统计相结合的方法估计了城市道路场景中的消失点。实验结果表明，该算法能够准确有效地估计城市道路场景中的消失点。

针对直线特征，提出了基于两条垂直直线特征双目视觉位姿测量解析算法。该算法根据直线特征和其在摄像机图像上投影直线共面性质建立模型，利用单位四元素法简化了投影模型变量，进而在仅知被测物体上两条直线相互垂直的信息，利用两条垂线投影在两个摄像机图像上四条直线图像，求解出被测物体的位姿参数。同时分析了退化情况下位姿求解方法，即当直线向量平行于两个摄像机基线向量时，直线向量在左右摄像机投影到同一条直线上时的位姿求解方法。基于Matlab仿真实验表明该算法对于噪声具有一定的稳健性，即使两条直线不垂直而有一个角度误差时，仍能保证一定的精度。实物实验表明该算法可以满足一般测量精度要求。

摄像机的快速高精度标定一直是视觉测量中亟需解决的主要问题，目前针对不同的摄像机成像模型有多种标定方法。提出了一种基于圆形标记点以及极径、极角的棋盘格角点排序算法，实现了单目和多目摄像机的高精度全自动标定。通过实验验证了该算法对于不同位姿标定图像的有效性和稳健性，实验结果表明改进后的标定方法既保证了摄像机的标定精度，又提高了标定的自动化程度，可以广泛应用于机器视觉中的单目和双目摄像机的标定。

提出了一种基于双重虚拟圆来标定光平面的新方法。该方法利用棋盘的角点在图像坐标系下构建双重虚拟圆，虚拟圆与激光光条直线建立了相对的位置关系，根据交比不变原理计算出光条上的特征点在摄像机坐标系下的坐标。在摄像机视场范围内多次变换棋盘位置，构造出的虚拟圆也相应变换，由此计算得到更多的特征点，利用最小二乘法拟合光平面方程。实验表明，该方法求得的精度要明显优于实际的圆形靶标标定的精度，光平面标定的均方根误差为0.04 mm，且棋盘靶标更易于制作，标定计算简单可靠，适合现场标定。

基于视频信息的人体行为识别得到了越来越多的关注。针对人体行为的局部表达，提出了一种新的局部轮廓特征来描述人体的外观姿势，可以同时利用水平和竖直方向上的轮廓变化信息。该特征能有效区分不同动作，与轮廓起始点无关，具有平移、尺度和旋转不变性。针对该特征，提出了一种基于随机森林的两阶段分类方法，使用随机森林分类器对行为视频的局部轮廓进行初分类，并根据每个局部轮廓对应决策类的分类树数目占总分类树数目的比例，提出了一种基于袋外（OOB）数据误差加权投票准则的行为视频分类算法。在测试数据集上的实验结果证实了该方法的有效性。

采用溶胶凝胶法以正硅酸乙酯、硼酸、金属钠为前驱体合成了含Sb量子点的钠硼硅玻璃。紫外可见(UV-vis)吸收光谱分析表明量子点玻璃的表面等离子体共振吸收峰在566 nm附近；利用飞秒激光钛宝石Z扫描(Z-scan)技术在 800 nm波长处对玻璃样品的非线性光学性质进行研究，得到了该玻璃的非线性折射率γ，非线性吸收系数β和三阶非线性极化率χ(3)分别为8.59×10-17 m2/W、1.80×10-10 m/W、4.75×10-11 esu；X-射线粉末衍射 (XRD) 分析表明具有斜方六面体晶相结构的Sb量子点成功的掺入到玻璃基体中；通过透射电子显微镜 (TEM) 和高分辨透射电子显微镜 (HRTEM)对量子点的尺寸大小和颗粒分布进行了表征，结果显示Sb量子点在玻璃中呈规则的球形，并且颗粒尺寸在19~25 nm之间。

研究光学气敏材料吸附气体后的光学气敏特性是气敏传感研究的热点问题。研究了金红石相TiO2(110)面吸附NH3的微观机制和光学气敏特性。结果表明，NH3分子容易被含氧空位缺陷的金红石相TiO2(110)面所吸附，且提高表面氧空位的比例，有利于NH3稳定吸附。表面吸附NH3分子以负电荷中心向下为主，当氧空位比例为33%时，吸附能为1.7313 eV。表面吸附NH3为化学吸附，NH3的H原子被还原而N原子被氧化。含氧空位的表面吸附NH3在可见光1.5~3.1 eV范围内，表面氧空位比例越大，其对可见光吸收和反射能力越强，光学气敏性越灵敏。

飞行器在大气层中超音速飞行时，被气动加热的光学整流罩产生强的红外辐射，降低了红外目标的跟踪识别能力。分析了共形光学系统整流罩热噪声的产生机理，利用红外黑体，对320 K~460 K的整流罩热噪声进行了测试。利用二元非线性回归分析法确定了二次曲面作为噪声修正模型，其曲面拟合的决定系数均值达到0.8683。在整流罩温度从460 K下降至320 K的过程中，对1 K温差的靶条成像，图像信噪比均值为7.2 dB。利用噪声修正模型对图像进行噪声修正后，图像信噪比均值提高至13.7 dB，使红外图像信噪比提高了6.5 dB。该结果为导引头目标识别跟踪系统的设计和光学系统的优化提供了部分依据。

采用双层Kinoform型衍射光学元件，设计了一种能够同时在红外中波(MWIR)3~5 μm和长波(LWIR)8~14 μm波段内工作的双波段光学系统。系统仅使用两种材料（ZnS和ZnSe）和四片透镜，实现了焦距100 mm、F数1.2的长焦距、大相对孔径光学系统设计。通过数值仿真运算，合理地选择双层衍射光学元件的两种基底材料及设计波长，衍射光学元件的带宽积分衍射效率超过96%。系统像差得到了很好的校正，成像质量良好，中波所有视场调制传递函数(MTF)(14.3 lp/mm)大于0.7，长波大于0.65，且接近衍射极限，同时分析了衍射效率对系统MTF的影响。最后利用Matlab软件绘制了衍射表面微结构仿真图，两个衍射面的最大闪耀深度分别为179.3 μm和159.4 μm，最小特征尺寸为1.41 mm，完全满足目前金刚石车削工艺的加工要求。

针对宽波段高能激光发射窗口口径大，单片ZnSe镜片无法满足使用要求等情况，提出了一种发射窗口的拼接方案。依据设备实际受力情况，对窗口的强度进行分析和计算，使窗口的设计更加合理可行。通过分析设备的工作环境确定窗口边界条件，并进一步利用有限元软件详细分析了激光发射窗口在力热耦合作用下的镜面变形，用Zernike多项式对窗口内外表面的变形进行拟合，求出窗口在力热耦合作用下面形变化的Zernike表达式。利用Matlab软件，从光束发散角变化量、衍射极限倍率β值和环围能量比RBQ值三个角度，来分析激光发射窗口在复杂工作环境下工作时对激光束的影响。结果表明，拼接窗口可以大大降低窗口的质量和成本，而且对激光束的影响较小，符合设备使用要求。

提出一种基于二次规划的光刻机光源优化方法。采用空间像与目标像的图形误差为目标函数，根据空间像强度与不同位置的点光源之间的线性关系，将光源优化转换成二次规划问题。将掩模图形区域分成限制区域和比较区域，对限制区域应用约束条件，对比较区域采用目标函数优化。采用一维孤立空图形和二维接触孔阵列图形对该方法进行验证，分析光刻胶阈值和离焦量对优化结果的影响。仿真表明，提出的光源优化方法获得了光源的全局最优解，提高了光刻成像质量，增大了工艺窗口。

提出一种新的二维磁性光子晶体缺陷结构，并采用该结构使用5个铁氧体柱实现了四端口十字型铁氧体柱环行器。在得到的正方晶格二维光子晶体点缺陷微腔谐振频率与文献中相应的数值结果一致的基础上，采用平面波展开法和有限元方法计算环行器的外部特性。数值结果表明：在中心频率处，环行器隔离度最高达23.49 dB，插入损耗最低为0.0281 dB；当偏离中心频率时，随着偏移量的增大，环行器的传输性能逐渐变差。设计的环行器的波导内只有一个柱体，从而解决了已有结构中多个柱体带来的插入损耗大的问题。

提出了一种利用Ag/Al电极作为叠层结构的连接层，有效调控白色有机电致发光器件（WOLEDs）的发射光谱和提高器件的发光效率的新方法。当连接层厚度从9 nm降到5 nm，白光区域内的色坐标从(0.27, 0.29)变化到(0.38, 0.31)。此外，通过调控任意色度的互补色（蓝黄）WOLEDs，成功地制备了色温从8009 K到4539 K的可以独立寻址的器件。最后，论文讨论了基于独立寻址实现色温可控的红绿蓝三基色WOLEDs的光电性能。

量子点半导体光放大器（QDSOA）具有更小的载流子恢复时间和更高的放大带宽，是光信息处理的理想器件。利用QDSOA三能级电子跃迁速率方程和光场传输方程，建立了有源区分段模型，对饱和QDSOA的频率响应特性进行研究，得到输入光功率、注入电流、有源区长度、最大模式增益和载流子跃迁时间等参数与3 dB截止频率和抑制比之间的关系。结果表明，饱和QDSOA具有高通滤波特性，有较宽的高频信号放大带宽和较高的3 dB截止频率，通过优化参数，可以获得比传统体材料和量子阱材料半导体光放大器更加优异的特性，为QDSOA的设计与应用提供了理论指导。

两组份纠缠态光场是量子信息和量子计算的基本资源，随着研究的深入发展，为了完成更高效的量子信息处理，必须首先获得高纠缠度的两组份纠缠态光场。而通过操控实现纠缠光场纠缠度增加是目前提高纠缠光场质量的一个行之有效的办法。相干反馈控制由于不会带入额外噪声至光学参量系统的特点已经被实验证明可以用于压缩态光场压缩度的增强。理论计算增加了相干反馈系统的非简并光学参量放大器输出的两组份纠缠态光场的量子关联噪声与各系统参数的关系，并详细分析了各参数对相干反馈纠缠增强的影响，为进一步获得更高纠缠度的两组份纠缠态光场提供参考。

为获得满足偏振成像探测器的研制所需的偏振成像样本，并解决现有偏振遥感仿真分析中普遍缺乏实测数据支持的问题，提出了一种基于强度图像和实测地物偏振反射率数据的偏振成像仿真方法，介绍了其实现过程，并且得到了不同大气几何条件下的卫星高度偏振仿真图像。通过与强度仿真图像定量的对比表明，偏振成像对比度受大气能见度的影响较弱，在低能见度及后向散射条件下或者某些特定方向上优势更为突出。偏振成像的清晰度对观测方向较为敏感这一属性可以指导选择特定的方向进行偏振探测，并最终提升雾霾条件下偏振成像对地遥感的目标识别能力。

由于空间调制傅里叶变换红外光谱仪中分束器加工精度的限制，分束器基片会存在一定的楔形误差。通过对光束在分束器中传播特性的分析，计算得到楔形误差的楔角引入的光程差改变，进而获得干涉光强和复原光谱与楔角之间的函数关系；通过数值仿真发现，楔形误差会导致复原光谱中谱线向低频方向发生频移，并且会降低光谱的分辨率。通过理论分析，得到波数精度与光谱分辨率所对应的楔角误差容限。针对于楔形误差导致的干涉图像光强分布变化，提出了利用离散光谱序列解线性方程组的光谱校正方法，取得了满意的光谱校正效果。

飞机机体及其羽流的红外光谱辐射特性，可以为探测、跟踪系统的谱段选择提供依据。准确的光谱辐射特性有利于提高系统探测和跟踪的能力。对飞机的红外辐射光谱特性进行了外场测量研究。建立和分析了辐射传输模型，设计了一个多谱段、滤光片分光的中波红外多光谱成像仪，采用了640 pixel×512 pixel的中波面阵探测器，响应波长范围覆盖3.7~4.8 μm，并对其噪声性能进行了评估。实际选取了民航飞机进行实验测量，获取了机体及羽流在4个谱段上的光谱辐射特性。与传统的方法相比，获得了更真实的飞机红外辐射光谱特性。

针对传统长波红外成像光谱仪难以同时实现弱遥感信号下高信噪比和小型化的现状，在数值孔径NA为0.19和0.33，工作波段为8~12 μm下，设计并对比分析了两种具有同心结构的Offner凸面光栅和Dyson凹面光栅光谱仪，借助Zemax软件，获得了它们的最优解。当NA1=0.19时，两者均能理想成像，Offner结构大小为245 mm×213 mm×111 mm，调制传递函数(MTF)大于0.38，光谱分辨率为35 nm，谱线弯曲小于4.8% , 色畸变小于12.8%；Dyson结构大小为308 mm×61 mm×49 mm，MTF大于0.48，光谱分辨率为12 nm，谱线弯曲小于0.047%，色畸变小于0.138%。当NA2=0.33时，Offner结构无法理想成像，Dyson结构仍有很好的像质，大小为317 mm×88 mm×88 mm，MTF大于0.71，光谱分辨率为1 nm，谱线弯曲小于0.015% ,色畸变小于0.028%。设计结果表明，长波红外波段中，相对于Offner结构，Dyson结构具有数值孔径大、体积小、光谱分辨率和传递函数高以及谱线弯曲和色畸变小的优点。

为改善氧化钨电致变色薄膜的电化学循环稳定性，采用磁控溅射方法制备了钽掺杂的氧化钨电致变色薄膜。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、光谱椭偏仪（SE）、紫外可见分光光度计、电化学工作站对薄膜的微观结构、光谱调制能力、着色效率、循环稳定性进行了表征和分析，研究了钽掺杂对氧化钨薄膜结构及电致变色性能的影响。结果表明，适量掺杂可以调节薄膜的微观结构，使薄膜中的裂纹减少，表面更为均匀；但当掺杂过度时，薄膜太过致密，甚至出现表面颗粒团聚凸起的现象，影响了薄膜的多孔性和均匀性，阻碍了离子在薄膜中的迁移和扩散；相对于未掺杂的氧化钨薄膜，适量钽掺杂的薄膜具有更宽的光谱调制范围和更高的着色效率，亦表现出良好的循环稳定性。

以乙酰丙酮铱[Ir(acac)3]和高纯氧为前驱体，采用原子层沉积(ALD)方法在基板温度为340 ℃的石英玻璃和硅基板上制备了金属铱薄膜。采用反射光谱测试仪、X射线电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等手段对不同厚度薄膜的微结构、表面形貌和光学性能进行了研究。结果表明，原子层沉积制备的Ir薄膜中元素纯度较高（大于95%），表面粗糙度低，并呈现多晶纳米颗粒。同时，Ir薄膜在紫外波段表现出较好的光学特性，可以用于制作Ir金属紫外光栅等光学器件。

通过分光椭偏测量技术、并采用Drude和Tauc-Lorentz复合模型，研究了铟锡氧（ITO）薄膜在不同基底温度和退火过程中光学介电函数的变化。通过与霍尔效应以及光学带隙测试的数据对比，发现ITO 薄膜的载流子浓度和光学带隙变化分别对材料红外和紫外波段光学介电函数有影响。通过分别研究材料在低能端和高能端的介电函数，得到光学介电函数与薄膜的载流子浓度和光学带隙的关系。该研究确定了利用非接触分光椭偏技术对ITO薄膜的电学和光学特性进行定量分析的近似方法。

理解大口径光学系统离轴抛物面镜聚焦后超短脉冲时间信噪比(SNR)在焦斑处空间分布的特性有助于更准确地认识超快激光物理实验中的脉冲时空特性。利用空间上菲涅耳近似下的分两步聚焦的坐标变换快速傅里叶变换（FFT）算法，结合时间域的傅里叶积分变换方法，引入了光学系统波前误差，对聚焦过程进行时空仿真。解释了大口径光学系统波前误差造成时间信噪比退化的原因，计算分析随机波前误差参数（误差大小、空间尺度）对聚焦时间信噪比的影响，并针对不同频段的光学系统波前误差控制提出要求。明确大口径光学系统中随机波前误差与时间信噪比之间的关系，为大口径超短脉冲系统的设计指标分配与波前误差控制提供了理论基础。

对国画样品反射参量和特性进行测量与分析，结合色度学相关理论提出了一种利用亮度信息匹配的国画图像重建方法。采用色调饱和度亮度(HSI)色空间对国画辐亮度与色度信息进行分离，利用Gaussian函数对不同照明角度下PR-715实测图像色块亮度数值进行拟合，从而建立对应的空间亮度函数关系式。选择90°照明角实拍图像为参考色块，将该图像HSI色空间的色度信息与拟合空间亮度信息相结合，重建出任意照明角度下的国画色块图像，并与Canon EOS 400D单反相机实拍图片进行比较分析。结果表明，利用亮度信息匹配方法能够准确对国画色块图像进行重建，该方法具有较高可行性与可靠性，对绘画艺术品文化遗产数字化的重建与真实复制有重要的实际应用价值。

随着科技的发展，适用于结构分析的传统单能X射线计算机层析(CT)成像技术，已不能满足现代工业对物质组分区分与鉴定的功能成像需求。这是由于在X射线CT系统中，现有重建算法的单能假设与CT投影的多谱性不一致，导致CT重建质量差，无法组分区分。基于光子计数探测器的能谱分离成像思想，提出了基于能谱滤波分离的多谱CT成像方法，该方法通过在X射线发射端加滤波片的方式，实现能谱滤波分离，并通过变能量成像，获得近似单能的递变能量投影序列；针对滤波后噪声水平较高问题，利用EM-TV重建算法，实现了多谱CT成像，可满足组分区分的需求。仿真实验结果表明，对于密度相近的检测对象，该方法可以满足组分区分的要求。

描述了在北京同步辐射装置(BSRF)4B7B软X射线上，通过多种方法进行高次谐波抑制,采用复合滤片消除高能区低能X射线等性能改进方法使光源的高次谐波含量小于1%、能量分辨优于3000，无杂散光。在4B7B光束线上开展了X 射线探测器（XRD）灵敏度、平面镜反射率和滤片透射率的标定方法研究，XRD灵敏度标定不确定度优于3%，平面镜反射率标定不确定度小于3.5%，滤片透射率标定不确定度优于1%。