由于相位补偿不稳定性的存在，大气热晕效应的相位校正一直是研究人员十分关心的问题。对变形镜驱动器影响函数耦合矩阵进行正交化获得了按照空间频率划分的变形镜本征模式，建立了采用变形镜本征模式进行波前重构的数值模型，对基于该波前重构方法的自适应光学系统校正大气热晕进行了数值模拟。数值模拟结果表明，与直接斜率法相比，变形镜本征模式法可以通过本征模式的选择，改变校正相位的空间频率成分，消除空间高频成分对热晕校正的影响，从而抑制相位补偿不稳定性的发生，提高自适应光学系统闭环控制的稳定性和对大气热晕的校正效果。

针对多场地在轨定标新需求，采用Oracle 10g和Visual C++开发了全球定标场网数据库，考虑了数据库体系结构、多源数据入库、访问控制策略和数据库优化等关键技术，汇集了全球72°N~75°S之间103个光学定标场地、15种场地类型和7类场地参数，给出了部分场地参数的获取途径，场地反射率范围介于0.01~0.90之间，适用于太阳反射通道的在轨定标，数据库具有管理、查询、维护和应用等功能。在此基础上，介绍了场地数据的应用方法。

提出了利用激光雷达区分不同类型气溶胶的新方法。建立了包含背景气溶胶和云两种不同类型气溶胶光学参数（后向散射系数、消光系数）的两个激光雷达方程，并推导计算其解的表达式。反演出两种不同类别气溶胶的光学参数，以此区分背景气溶胶和云。根据两种不同气溶胶的光学参数与两种不同消光后向散射比（Saer1,Saer2）模拟激光雷达回波信号，并用该新方法反演得到两不同类别气溶胶的光学参数。反演结果与不同类型气溶胶的模拟参数一致。用该方法区分激光雷达同时探测到的大气背景气溶胶和云。模拟和测量结果都证实了该方法对不同类型气溶胶进行分类的可行性。

掌握任意时间天空亮度的分布情况是充分利用自然光、实现智能照明的基础。以国际照明委员会(CIE)15种天空类型及其给出的天空亮度计算公式为基础，对天空亮度计算公式中各个参数的计算方法进行了研究。使用这一计算方法，只需知道当地的经纬度、日期以及当前天空属于哪种天空类型，就可计算出其任意时间的天空亮度分布。从已有的可靠的天空亮度分布实测数据出发，将天空亮度分布的计算值与实测值进行比较，分析了计算值与实测值之间的误差。结果表明，通过计算得出的天空亮度分布数据能较好地与实测数据相吻合，因此可以用天空亮度分布的计算值代替实测值作为节能调光的重要数据。

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法，系统研究了Na+四面体掺杂Co(1-x)NaxCr2O4体系的基态结构参数、能带结构、电子态密度、磁矩和光学性质。当Na+掺杂离子数分数x为0.125时, 计算结果表明Na+四面体掺杂（Co位）比八面体掺杂（Cr位）容易进行。对Na+四面体掺杂体系Co(1-x)NaxCr2O4，计算发现，随着Na+掺杂离子数分数增加，体系的晶格参数逐渐增大，晶胞的磁矩和禁带宽度均减小。同时，费米能级进入价带部分更深。此外，光学性质的结果显示Na+可以使CoCr2O4的吸收光谱发生红移，并在低能区有很强的吸收，表明Na+能极大地提高CoCr2O4对可见光的吸收和光催化效率。

为建立准确的时间延迟积分电荷耦合元件(TDI CCD)成像电路系统的响应模型，根据成像系统的信号处理流程，详细分析了CCD传感器、预放电路与视频处理电路等主要环节对系统响应的影响，并结合理论响应模型，针对实际的处理流程，建立了实际系统的理论响应模型。利用某航天相机TDI CCD成像系统进行了暗电流噪声、视频处理电路噪声等专项测试实验，并在不同的拍照参数与光辐射条件下进行了辐射定标实验，分析了具体的实验图像数据，采用最小二乘法的线性拟合与二次多项式拟合分别得到了系统响应的近似数学模型和高精度数学模型，拟合决定系数R2分别达到了0.992和0.9998。利用该响应模型可以准确计算卫星在轨拍照时地物的辐射特性，并为合理选择相机在轨拍照参数提供依据。成像实验表明，系统响应模型准确，参数设置合理，满足相机在轨拍照的任务要求，提高了相机在轨工作的效率。

利用不同占空比的亚波长结构剪裁光栅槽的等效折射率来改变光栅的衍射特性实现衍射输出光束与单模光纤之间的模式匹配，通过优化埋氧化层厚度和集成底部金反射镜，可以改善光栅耦合器弱的方向性，从而设计出用于SOI波导与光纤之间高效率耦合的光栅耦合器。采用本征模展开方法，模拟了光栅耦合器随剪裁的光栅槽等效折射率变化的相关特性，在SOI波导和单模光纤之间对波长为1550 nm的光获得了最高93.1%的耦合效率，3dB带宽为82 nm。

设计和制作了一种基于单模多模细芯单模光纤马赫曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪结构，可同时测量折射率和温度的传感器。该传感器中，多模光纤和细芯单模熔接点充当光耦合器。导入光纤中传输的光经多模光纤后在细芯光纤的纤芯和包层中激发出纤芯模和包层模，不同模式光在细芯光纤中传输时将产生光程差，再经细芯单模熔接点耦合成为导出光纤的纤芯模而干涉。传感器透射光谱随着环境折射率和温度的变化发生漂移，通过监测不同级次的干涉谷可实现折射率和温度的同时测量。通过对传感器的透射光谱进行傅里叶变换分析可知该透射光谱主要由LP01模和LP16模干涉形成。该传感器透射光谱中1535 nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度的理论值分别为-55.90 nm/RIU和0.0501 nm/℃(其中RIU为折射率单位)；1545 nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度的理论值分别为-56.26 nm/RIU和0.0505 nm/℃。在折射率和温度的变化范围分别为1.3449~1.3972和20 ℃~90 ℃的环境中对传感器的响应特性进行实验研究，结果表明：透射光谱中1535 nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度分别为-53.03 nm/RIU和0.0465 nm/℃；1545 nm附近干涉谷的折射率和温度响应灵敏度分别为-54.24 nm/RIU和0.0542 nm/℃。理论分析与实验结果相一致。该传感器在生物医学领域有较好的应用前景。

静电电压表对测量交直流高压有着非常重要的作用。为了实现高电压静电电压表的精确测量，提出并制备了一种采用法布里珀罗(FP)腔干涉原理的静电电压传感器。所设计的传感器电极与高压电极构成一组静电电压测量电极，此传感器的FP腔由光纤准直器和外侧镀铝的聚酯膜构成，当在高压电极施加载荷时，聚酯膜与高压电极之间产生均匀电场，在电场力作用下聚酯膜产生形变，从而改变FP腔的腔长，造成FP传感器的输出光谱偏移，采用相位解调法获得高压电极上施加的载荷，实现电压的静电测量。实验结果表明：可实现5~16 kV直流高压和交流高压有效值的测量，5~10 kV范围测量精度为1.21%，10~16 kV的测量精度为0.61%。此传感器满足高电压的测量要求。

基于部分相干高斯谢尔模型（GSM）光束在强湍流中的光束扩展半径，利用Andrews和Philips经典漂移方差模型推导了部分相干光在中强弱大气湍流中水平传输的漂移方差表达式，讨论了部分相干光在中、强、弱大气湍流中的展宽和漂移特性。结果表明：部分相干光的光束扩展受湍流的影响比受完全相干光的影响要小，初始半径越小的光束受到湍流的影响越大。短距离传输时，不同波长引起的光束漂移差别很小，且随着初始光束半径的增大这种差别随之减小。传输距离大于2 km时，中强湍流中光束漂移均与波长有关且强湍流区漂移量较为明显。传输距离在10 km内，光束空间相干长度大于0.005 m时，光源空间相干长度对漂移的影响很小。

为了研究金属镀层对光纤宏弯损耗性能的影响，建立了带金属镀层的光纤环所受热应力及热应力引起的弹光效应的数学模型。计算了金属镀层光纤环的热应力系数和折射率热应力系数。仿真分析了光纤环向热应力系数Kθt、径向热应力系数Krt和折射率热应力系数Kn的主要影响因素。结果表明：Kθt远大于Krt，光纤主要受到环向热应力，径向热应力可忽略；热应力及其引起的折射率变化与径向位置和镀层厚度有关，与光纤环的弯曲半径基本无关；镀层厚度在0~2000 μm范围内，随着厚度增加，Kθt和Kn均会先快速增大，再缓慢增大并趋于稳定；Kn为负值，随着温度增加，热应力将引起光纤折射率逐渐减小。该模型从理论上解释了金属镀层光纤环的热应力会引起光纤折射率变小，从而改变光纤的宏弯损耗。

研究了Gamma-Gamma大气湍流信道下闪烁和瞄准误差联合效应对自由空间光通信的性能影响。假定自由空间光通信系统采用开关键控(OOK)强度调制直接探测（IM/DD），推导得出了系统的误码率和中断概率闭合表达式，分析了大气湍流、归一化波束宽度、平均发射功率、归一化的抖动标准差、信噪比等参数对系统性能的影响。基于推导的闭合表达式进行了数值模拟，结果表明能够在给定发射功率下通过优化波束宽度使系统性能达到最优。

针对长距离相干光纤通信系统，提出了一种超大色散(CD)监测范围的两级自适应高精度色散估计算法。该算法利用信号功率自相关波形(ACSPW)函数作为粗估计，再使用恒模误差函数（CMA）中心值搜索，得到精确色散值。仿真结果表明，新算法色散估计误差小于35 ps/nm，比传统ACSPW算法精度提高将近4倍；在参考误码率为10-2时，对比传统ACSPW算法，提出的算法功率罚改善8 dB。

实验验证了一种利用幂指数相位涡旋光束（PEPV）操控微粒的方法。该方法基于幂指数相位涡旋光束理论，产生不同拓扑荷数与方位角幂指数大于1的涡旋光场的相位全息图，并将该全息片经计算机输入到空间光调制器(SLM)上用于调制入射激光光束。利用透镜对被调制光束进行傅里叶变换，利用光阑在频域对衍射光斑进行筛选和过滤，并利用倒置高倍光学显微镜将光束成像于载物台样品上。利用该幂指数相位涡旋光束对微米级粒子实现了定向光学输运。研究结果表明，该光束在粒子的定向输送与收集方面有独特的功能，将进一步拓展光学涡旋光束的实际应用范围。

尺度不变特征变换（SIFT）算法是图像配准中一种用来描述局部特征最稳健，使用最广泛的方法。针对存在关键点特征描述向量维数较高，算法计算复杂的问题，提出了一种基于稀疏随机投影(SRP)与SIFT相结合的图像配准算法，该算法把压缩感知理论的稀疏特征表示概念引入SIFT算法中，即SRP-SIFT，用稀疏特征表示方法对SIFT关键点特征向量进行提取，再使用相应的L1距离度量进行特征向量的匹配。对新算法和相关SIFT算法进行了图像配准实验，实验结果表明，SRP-SIFT算法对包含复杂结构内容的图像配准性能优于传统SIFT算法，配准效率与几种改进的SIFT算法相当，但运算速度比传统SIFT算法和几种改进的SIFT算法有明显提高。

在线结构光测量系统中, 激光光条图像中心准确提取是影响整个测量系统精度的关键因素之一。针对高反光等复杂环境下光学测量中激光光条图像中心提取问题，提出了一种基于多尺度分析的激光光条图像中心高精度定位方法。该方法利用骨骼化图像处理方法确定激光光条图像中心的初值，根据每一个光条中心初值处的光条宽度确定该位置处对应的高斯核均方差σ的初值。对图像进行多尺度卷积，确定最优的σ值，并求得光条亚像素级中心点,最后完成光条链接。结果表明该算法抗噪声能力强，可实现光条宽度变化较大的激光光条图像中心的高精度提取。

自动聚焦是免散瞳眼底照相机的一项关键技术，在分析眼底照相机成像原理及眼底图像特点的基础上，提出了一种应用于免散瞳眼底照相机的粗精结合自动聚焦方法。提出结合眼底图像视场特点的内接正方形固定聚焦窗口选择方法，并结合Robert梯度函数实现粗聚焦。采用基于局部信息熵的自动聚焦窗口选择算法得到精聚焦中的聚焦窗口，并提出基于9 pixel×9 pixel尺寸泽尼克正交矩的图像清晰度评价函数实现精聚焦。实验结果表明该方法中基于内接正方形的固定聚焦窗口选择方法具有更好的稳定性，精聚焦中的图像清晰度评价函数具有更高的灵敏度与实时性。

为探索能够准确反映合成孔径系统成像性能的特征指标，计算比较了三种典型的六孔径阵列的填充因子上下限、截止频率、截止能量比以及相关系数等参数，发现其成像质量主要与调制传递函数(MTF)中低频段的频谱分布有关。在此基础上，提出了综合考虑频率高低与频段分布均匀性的加权频段能量曲线，可以较准确地反映不同阵列在成像质量方面的差异。为实现MTF中低频段频谱能量最大化，对三种阵列的光瞳结构进行优化，得到对应的中心聚合型阵列。实验结果表明，新阵列在成像质量上明显优于原阵列，填充因子范围也能满足一般设计需求。

极紫外光刻光学检测通常使用光纤点衍射干涉仪，光纤衍射的圆偏振态光束可以提高干涉条纹的对比度、减小衍射球面波的像散，对于提高检测精度有十分重大意义。用穆勒矩阵分析了相位控制型偏振控制器的工作原理，得到只需两个控制通道就可以调控到圆偏振态的结论。设计了光纤点衍射干涉仪球面参考源的偏振控制系统，并用琼斯矩阵分析了光束经过偏振控制系统后的光强变化，得到光强最小时两个控制通道的控制电压。在理论分析基础上搭建了球面参考源的偏振控制系统，获得了圆偏振态所需的控制电压，并将其输入偏振控制器调控得到圆偏振光，实验结果表明此方法可以在不引入额外误差的同时，快速地实现圆偏振态的调节，并且理论计算与实际的误差不超过7.5%，证明了该方法的可行性。

设计了一种高速扫描频闪激光光栅条纹实时投射系统。系统通过现场可编程门阵列(FPGA)实时监测光电探测器信号并控制激光器的调制输出，使高速旋转的多面棱镜与线激光器调制信号精确配合产生稳定、清晰、精密的频闪激光光栅条纹。系统结合了光栅条纹整体投射和线激光光源高精度的特性，具有刷新速度快、条纹分布精度高的特点，且亮度、频率、脉宽、相移可动态编程实时控制。应用该系统对微小尺寸器件进行了测量，获得了准确反映被测器件三维形貌的相位和特征点数据。该系统在高精度快速三维形貌测量中，尤其是工业现场精密器件在线三维检测场合具有广泛的应用前景。

为满足红外瞄具零位走动量数字化、高精度的检测需求，设计了基于电荷耦合器件(CCD)机器视觉技术的红外瞄具零位走动量检测系统。提出一种新的零位走动量检测模型，依据检测系统的技术指标及要求，设计了离轴抛物面反射式准直光学系统及针孔靶。为减小由相机倾斜引入的测量误差，建立了相机姿态自适应校正模型，并首次将其应用于零位走动量测量中。设计了图像判读软件，采用重心法对靶标中的圆斑中心进行定位，利用泽尼克矩的旋转不变性，对边缘像素点进行细分。成功研制了一台样机，加工装调后进行了测试实验，结果表明，系统的不确定度优于0.02 mil，能有效避免由相机倾斜引入的测量误差，满足红外瞄具零位走动量数字化、高精度测试要求。

针对目前光学经纬仪动态精度鉴定“硬方法”粗糙、工程繁杂，鉴定结果不准确、可靠性差、不完善等问题，提出一种光学经纬仪动态精度简易鉴定的“软方法”，推导了数学模型并给出了解算方法；通过仿真数据设计，分别采用这两种鉴定方法进行了验证计算，结果表明，该方法对于光学经纬仪动态精度鉴定的准确性和可靠性具有更大的优势，有利于工程应用。

光学传递函数是评价光学系统成像质量的重要指标。基于为数字航空摄影相机设计的一种新型航空镜间快门的工作特性，镜间快门在控制曝光过程中改变了相机光学系统的光瞳形状，意味着点扩展函数的改变，从而改变了光学系统的传递函数。将光学系统视为一个空间频率的滤波器，以傅里叶积分变换和光的标量衍射理论为基础，将孔径光阑的变化过程与光瞳函数建立关系，应用二次傅里叶变换法得到光学传递函数，分析快门在工作周期内对光学传递函数的影响。通过对计算结果与测量结果的对比分析可知，传递函数的最大绝对误差为0.196，最大相对误差为-0.274，有较好的准确度和重复性，并且缩小镜间快门开始和关闭阶段所用时间占整个曝光时间的比例，可以提高系统的综合传递函数，为中心快门的优化设计提供理论依据。

基于自由视角测量的三维拼接大大提高了测量的便捷性，为了提高视角间三维映射的稳健性，提出了一种改进的高稳定映射拼接方法。根据图像间匹配的特征点实现视角重合，利用结构光相位信息完成特征点三维映射和空间定位。针对特征点相位缺失无法重建的普遍问题，提出利用邻域点插值恢复特征点方法，虚拟重建视角间有效映射点，通过四元数法实现视角间点云的刚性变换和拼接。实验表明，相较传统的方法，该方法平均能将有效特征点数量提升20%，有效提高了映射拼接的稳定性。

针对传统差分平面镜干涉仪结构复杂、需要光学部件多从而导致系统调试困难、测量信噪比低等缺点，提出了一种结构简单需要光学部件少的新型差分平面镜干涉仪系统。此干涉仪能够产生对称的空间四光路，对环境因素（湿度、温度及大气压）的变化有很好的抗干扰能力，测量分辨率高。如果附加其他光学元件，可轻易实现对偏摆角、微滚转角、直线度等几何量的测量。静态状态下，其位移漂移小于1 nm，而同等条件下传统迈克耳孙干涉仪漂移大于10 nm。基于此系统的精密角度测量干涉仪，使用电子细分为2π/516的相位计，可以得到0.024 μrad的测量分辨率。

以一款外掩式白光日冕仪[其视场为2.5~15 R⊙（太阳半径），分辨率为14 sec/pixel，口径为30 mm，焦距为200 mm]为基础，对日冕仪外掩体以及外掩体支撑杆带来的渐晕问题进行了分析计算，得到日冕仪渐晕表达式。以此式为基础，计算模拟了不同外掩体和物镜间距下的渐晕图。模拟结果显示，外掩体与物镜的距离越远，外掩体以及支撑杆所带来的渐晕越小。用日冕仪原理演示样机实验，验证了理论分析和模拟结果，并在此基础上对目标图像进行了渐晕补偿，成像效果得到明显改善。

利用纳米压印工艺及对接生长工艺制作了基于分布反馈（DFB）激光器阵列的适用于波分复用光无源网络（WDM-PON）光网络单元（ONU）的低成本光源芯片。器件使用单片集成多模干涉器进行合波输出。测试结果显示，器件平均阈值小于10 mA，边模抑制比大于40 dB，波长调谐范围大于10 nm，出光功率大于0.2 mW。

设计了一种高线性度、无偏置聚合物Y型耦合器电光调制器，它由Y型分束器、Y型合束器、两节推挽极化电光耦合波导构成的电光区和一个微带行波电极构成，给出了器件结构并对其参数做了优化。通过对施加的电学调制信号做傅里叶变换并结合器件的传递函数，给出了一种新型数值方法来建模和表征器件的静态和动态特性，推导并得到了器件的状态函数、静态响应、调制响应、三阶内调响应等表达式。计算和分析结果显示，器件的半波电压为2.69 V；3 dB调制带宽约为143 GHz；当调制系数为1%~10%时，基频信号对器件所产生三阶内调噪声的抑制比为60 dB~90 dB。所给出的理论和相关公式也可用于具有Y型耦合器结构的类似电光器件（如电光开关）的设计、建模和分析。

针对自发拉曼散射技术应用于实际燃烧场参数测量时面临的主要技术难题，采用XeF(C-A)激光作为激励光源，开展了自发拉曼散射技术实验研究。通过分析拉曼散射过程对光源参数的要求，优化了XeF(C-A)激光器部分参数，建立了自发拉曼散射诊断系统，实现了气体介质主要组分浓度在线测量，对比了XeF(C-A)激光与主流激光作为拉曼散射光源的优缺点。结果表明：与现有主流光源相比，具有脉冲能量大、微秒级脉宽，位于可见光波段等特点的放电抽运XeF(C-A)激光非常适合用作自发拉曼散射激励光源。

大功率固体激光器中，由于抽运光分布和热效应之间存在复杂的相互作用，所以在对热效应的理论分析中不能沿用小功率下的处理方法，否则会带来很大的误差。提出一种反复迭代的数值处理方法，充分考虑抽运光和热效应之间的相互作用，在此基础上，对一些典型的端面抽运固体激光器的热效应和抽运光分布进行了分析，研究了不考虑这种相互作用所带来的理论计算的误差。将介质对抽运光的吸收长度和粗估的热透镜焦距进行比较，提出了一个用于判断热效应和抽运光相互作用强度的参数K，根据K的值可以判断在理论分析中是否需要考虑两者的相互作用。研究表明，当K小于0.1时，抽运光和热效应相互作用所产生的影响小于3%。

采用激光二极管端面抽运的双纵模Nd:YVO4微片激光器作为种子光源，双端面抽运的Nd:YVO4行波放大器作为功率放大器，获得了大频差、高功率双频激光信号输出。分析了放大过程中光谱匹配对双频激光输出特性的影响。结果表明，随种子光入射功率从小到大变化，放大倍率呈起伏减小的趋势；受到放大器增益带宽的限制，放大后双频激光频差小于种子光频差。当种子源和放大器的抽运电流分别为14.5 A和40.0 A时，最终获得了功率为2.38 W，频差为47.7 GHz的双频激光信号输出。

为了实现彩色物体三维(3D)形貌的精确测量，提出了一种新的面向双目立体匹配的彩色编码方法。根据三原色(RGB)颜色空间模型和光谱原理对不同颜色赋予相应的视觉编码值，设定相邻彩色条纹波长变化明显、颜色差别大、码值唯一的原则并进行编码设计；利用改进的色彩标定方法消除背景色彩的影响；实验验证了提出的彩色编码方法。结果表明，该编码新方法消除了物体彩色纹理背景的影响，满足了彩色物体三维形貌精确测量的要求，可以快速、有效地实现彩色物体的三维形貌测量。

基于矩形两组对边的消隐点特性和隐含的长宽比信息，提出了一种新的摄像机自标定几何方法。该方法仅依据同一个矩形的两次或三次成像，即可在摄像机传感器特性已知或未知时标定摄像机内参数并辨识矩形长宽比。利用空间中有限距离点与同一无穷远点的连线相互平行和完全四边形的调和分割特性，以及被多次成像的矩形长宽比相同的特点，建立了摄像机内参数约束方程。通过建立与直线段成像相关的代价函数，提出了畸变参数寻优与线性内参数标定相迭代的畸变校正方法，可获得与摄像机无畸变情况下相当的自标定精度。在确定矩形任意两个顶点坐标的情况下，即可求解摄像机所有外参数。仿真实验表明，该标定算法收敛快速，对图像噪声不敏感。实际图像实验表明，与传统平面靶标法相比，该方法不但减少了预知条件，而且提高了标定精度和效率。

基于光学天线原理，通过实验和数值计算研究了三角形银纳米颗粒膜对八羟基喹啉铝(Alq3)发光的猝灭。Alq3发光猝灭是由于光子能量与三角形银纳米颗粒的面内电四极子发生能量共振耦合。实验中，猝灭因子为0.25~0.5。三角形银纳米颗粒密度增加形成较多二聚体和三聚体等，使近场电场场强增加，激发效率增加，导致猝灭因子减小。数值模拟得到三角形银纳米颗粒对Alq3的平均猝灭因子为0.44，与实验结果基本一致。研究结果为基于三角形银纳米颗粒的分子传感、表面等离子体光学成像等应用提供了有价值的参考。

基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理赝势平面波方法，对锕(Ac)掺杂β-FeSi2的几何结构，电子结构和光学性质进行了计算与分析。几何结构的计算表明：Ac掺杂后β-FeSi2晶格常数a、b及c都有所变化，晶胞体积增大。电子结构的计算表明：Ac掺入后导致费米面进入导带，能带结构仍为准直接带隙，但是带隙明显变窄；费米能级附近，总电子态密度主要由Fe的3d层和Si的3p层电子态密度决定，Ac的6d层电子态密度贡献很小。光学性质的计算表明：静态介电常数ε1(0)明显提高，介电函数的虚部ε2的峰值向低能方向移动并且减弱，折射率n0明显提高，消光系数k向低能方向有一微小的偏移，吸收峰增强，平均反射效应变化不大，计算结果为β-FeSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据。

基于光子晶体的局域特性，提出一维镜像空气栅光子晶体结构。引入镜像结构在光子晶体中间形成缺陷腔，从而在透射谱禁带中得到谐振透射峰。基于传输矩阵法，建立谐振波长与光子晶体结构参数之间的关系模型。通过观测谐振透射峰值波长的漂移，利用矩形空气栅光子晶体结构即可实现待测气体样本参数的动态监测。以甲醛为待测样本，对该折射率传感器的Q值和灵敏度进行分析。结果表明，其Q值可达1739.48，其灵敏度可达816.67 nm·RIU-1(RIU表示单位折射率)，证明了结构设计的有效性。该结构可为空气污染监测和气体组分分析等方面提供一定的理论参考。

为了评估光纤传输波长为2.013 μm的调Q铥激光作为微外科手术刀的可行性，研究200 μm芯径的光纤传输频率为1 kHz、脉宽为400~1400 ns的调Q铥激光在不同能量和不同切割速度条件下切割新鲜猪肾组织的性能。采用专业相机拍摄组织切割后的切割线形貌，光学显微镜拍摄组织切片凹坑形貌，使用科学图像分析软件测量凹坑形貌参数，数据统计分析软件分析实验数据。结果表明相同能量条件下切割速度越大，切割效果越不明显。相同切割速度时，激光脉冲能量越大切割效果越明显。光纤传输高频调Q的铥激光可期望作为微外科手术刀在临床上得到应用。

采用光学相干层析研究了粒子流背向散射光强的涨落特性，将粒子对背向散射光的影响分为相位调制和振幅调制两部分，建立了粒子流流速全部分量测量方法，由背向散射光强信号分别得到粒子流多普勒频移和渡越时间，进而计算出流速的纵向分量和横向分量，用聚苯乙烯粒子悬浮液对这种流速测量方法进行了实验验证。

提出了一种采用液体透镜(LTL)补偿人眼屈光度变化的新型眼底相机光学系统，应用高斯括号法推导了液体透镜光焦度与人眼屈光度的函数关系式，计算并搭建了包含人眼模型的眼底相机近轴光学系统。在优化过程中控制人眼瞳孔位置与液体透镜共轭并保证位于它们之间的光学系统放大率接近1，使成像光束能够通过液体透镜；光源与角膜共轭，采用环形光源结合偏振光照明，并在探测器前加入检偏器降低系统杂光。设计并研制了视场角为50°、物方工作距为40 mm、总长小于220 mm的便携式眼底相机光学系统，拍摄了不同屈光度状态下的模型眼在采用液体透镜和不采用液体透镜补偿的眼底图片，结果表明：通过液体透镜的电控变焦能对-10 D～+10 D(1 D=1 m-1)的人眼清晰成像。该系统结构紧凑、无机械运动部件，大幅降低了光机系统的复杂程度。

南极Dome A被认为是地球上最为优秀的天文测光、观测台址，尤其在红外波段。为了充分利用Dome A 的独特天文观测优势条件以及满足系外行星观测需求和为我国未来南极更大口径望远镜的研制提供经验，提出建造1 m可见/红外巡天望远镜。通过掩星法探测系外行星，至少需要万分之五的测光精度，必须很好地抑制或降低系统光机结构的自身辐射。以南极1 m可见/红外巡天望远镜为例，进行南极红外望远镜杂散光抑制方法方面的探讨。由于该望远镜采用一次直接成像光学系统，光学结构简单，但无法设置冷光阑，红外背景辐射抑制效率较低。在光学系统设计上把次镜设置为孔径光阑进行优化设计，再详细介绍主镜遮光罩，次镜遮光罩，以及杜瓦瓶内冷光栏的独特设计，通过模拟仿真，自身辐射在像面上的辐照度为6.8×10-10 W/m2，为天空背景辐射在像面上的照度五分之一以下，满足天文观测三分之一要求。

为了实现低对比度目标捕获能力检测装置静动态目标源对比度的标定，搭建了目标源对比度测量系统，对图像对比度和光学对比度的对应关系进行研究。对静态目标源图像对比度进行了分析和标定，采用最小二乘法得出标定的拟合曲线。借鉴国军标细则和静态标定方法，针对动态目标源特有的“形变效应”和“灰度渐变效应”而造成目标灰度缺少统一准确的提取方法，采用判别分析的数理统计方法对提取框尺寸进行归类分析，借助散点图将提取框尺寸和灰度分布的关系进行可视化处理，明确了提取框的合理尺寸，排除了效应对标定的不良影响。绘制出不同速率条件下动态目标源对比度标定曲线。实验结果表明，提取框选择的准确率在94%以上，静动态标定方程评价参数R2和R2adj均优于99%，标定精度S均优于0.006。满足了对检验装置中目标源对比度标定的需要。

为了实现大功率多芯片LED的芯片直装散热(COH)封装的高效散热，提出了一种开缝基板的新型散热结构，并运用Icepak仿真软件模拟分析了在自然对流下不同缝间距对结温、热阻、流场分布和换热特性的影响。结果表明，开缝基板能有效改善流场分布，提高表面换热系数，增加散热性能。在传导和对流的双重作用下，存在最佳缝间距使结温和热阻最低，输入功率为1 W时，结温和热阻分别降低3.2 K和1.01 K/W。随芯片输入功率的增加，开缝基板的散热效果愈发明显。同时，开缝基板的提出也节省了器件封装成本。

通过对不同拓扑荷的涡旋光束经随机表面散射后在衍射区形成的横向和纵向光强分布的模拟，发现散斑颗粒的横向和纵向的平均尺寸比用高斯光束照明随机表面产生的散斑颗粒平均尺寸小很多，并且随着涡旋光束拓扑荷和光斑半径的增大而减小，同时散斑场相位涡旋的密度随着涡旋光束拓扑荷和光斑半径的增大而增大。利用这种方法可以方便地选择不同拓扑荷和光斑半径的涡旋光束照射随机表面，得到合适的散斑颗粒来捕获更小的微粒。这种结果还可以用来降低散斑噪声。

利用电磁感应透明技术，在一维光晶格中相干驱动四能级Lambda模型冷原子系统，从而实现动力学可调谐电磁感应光子带隙结构。基于两邻近能级间的自发辐射相干(SGC)效应，通过控制耦合场从远共振到共振，使该原子系统实现从两个光子带隙转变为三个光子带隙的动态过程。当自发辐射相干效应不存在时，在探测场共振区域处探测光子被原子系统强烈吸收，因此感应光子带隙严重形变甚至无法形成。通过数值计算证明光子带隙结构的形成源自于自发辐射相干效应下探测场和耦合场之间的三阶交叉克尔(Kerr)非线性调制，并且通过控制耦合场的耦合方式，可以实现系统从两个光子带隙到三个光子带隙的动力学调控。

单形体体积生长算法（SGA）是一种比较有效的高光谱图像端元提取算法。为了解决多次顺序计算单形体体积所造成的高计算复杂度的问题，基于高维空间单形体体积计算公式实现SGA（NSGA），推导出两种NSGA的快速实现算法：基于矩阵三角分解的NSGA算法（FNSGACF）和基于分块矩阵行列式的NSGA算法（FNSGA）。FNSGACF主要利用改进Cholesky分解方法，将单形体体积的计算转化为矩阵的三角分解，从而降低了计算复杂度，提高了算法的效率。FNSGA引入分块矩阵的思想来简化矩阵行列式的计算，很大程度降低了计算的复杂性。基于仿真实验研究和真实高光谱图像实验研究的结果表明，这两种快速实现算法都在保持NSGA结果的基础上运行更快，达到了快速实现的目的。

为监测多源卫星遥感器在轨辐射性能，提出了基于均匀稳定目标再分析基准数据库的替代定标方法。以均匀稳定的敦煌辐射校正场为实验场区，在分析场区历史光谱和大气数据的基础上，建立了地表反射率参考与实时气溶胶估算模型；并结合现有反射率基法定标模型实现了资源一号02C(ZY-1 02C)、资源三号(ZY-3)和高分一号(GF-1)卫星多个遥感器的辐射定标。采用星地同步实测数据和常规外场定标方法对获取的定标系数进行验证，结果表明：基于类似敦煌场的稳定目标再分析资料可实现多源遥感器的辐射定标；定标后的辐亮度与基于实测数据反演的辐亮度平均差异小于5.0%，且与常规外场定标结果总体精度相近。该方法可用于多源卫星遥感器在轨辐射性能日常检测，并为定标系数修订提供参考。

条带噪声会影响推扫式航空相机成像质量，去除条带噪声是提高后续数据分析精度的关键环节。分析了航空图像条带噪声的主要来源和模型，提出了一种基于全变分的抑制条带噪声方法。根据相对平坦区域估计每个像元的增益和偏置值，利用全变分模型，采用梯度下降法迭代求解进行图像重构。实验结果表明，仿真图像峰值信噪比从31 dB提高到40 dB，实际航拍图像辐射质量提升因子提高到9 dB。与传统方法相比，该方法处理的图像变异逆系数和辐射质量提升因子有所提高，有效去除图像中的条带噪声，保留原图像的细节信息。

一氧化氮(NO)对高超声速飞行器本体和流场红外辐射传输有重要影响，而目前HITEMP数据库只能计算70 K~3000 K温度范围内的谱线参数，同时现有的高温条件下NO配分函数算法一般运算量大、且较少考虑电子基态双重分裂的影响，因此获取更为高效精准的NO辐射参数非常重要。根据乘积近似模型将NO配分函数分解成电子、振动、转动等配分函数，且在计算电子配分函数时考虑了NO电子基态中2个自旋分量的作用，以提高算法的准确性；对于3000 K~8000 K温度范围内，对振转配分函数乘积进行修正。实验结果表明，在70 K~3000 K温度范围内，本配分函数与HITEMP数据库的配分函数几乎完全相同，最大误差不超过0.3%，但该算法还可用于计算非平衡态下配分函数；在3000 K~8000 K温度范围内，该方法取得了与现有的基于求和运算的配分函数计算方法以及实验相近的结果。

为了研究利用功能性近红外光谱（FNIRS）评估脑力负荷的可行性，综合生理参数法、绩效法及主观量表法，对12名在校大学生被试进行了图片N-back及多元归因任务(MATB)实验，分析了FNIRS参数对不同难度的敏感性及差异。N-back任务中背外侧前额叶皮层（DLPFC）1、5、9、10号通道及MATB任务中1、9号通道的FNIRS数据对脑力负荷更敏感；在0~2级难度的N-back及MATB任务中，含氧血红蛋白（HbO）和总血红蛋白（tHb）的含量随任务难度提升而增加，但在3级难度时出现降低。结果表明大脑前额叶皮层（PFC）的FNIRS信号对脑力负荷相对更敏感区域为DLPFC；在一定难度范围内，HbO和tHb的含量随任务难度的提升而增高，而当难度超过一定范围会出现下降。

利用低压金属有机化学气相沉积技术(LP-MOCVD)生长InGaAs/GaAs单量子阱(SQW)，通过改变生长速率、优化生长温度和V/III比改善了量子阱样品的室温光致发光(PL)特性。测试结果表明，当生长温度为600 ℃、生长速率为1.15 μm/h时，生长的量子阱PL谱较好，增加V/III比能够提高量子阱的发光强度。实验分析了在不同的In气相比条件下，生长速率对量子阱质量的影响，利用模型解释了高In气相比时，随着生长速率增加PL谱蓝移现象消失的原因。

在光轴和视轴不重合的眼球模型中，设计了一种仅消轴向色差（LCA）而保持横向色差（TCA）不变的元件，建立了仅有TCA的眼模型。进而将实测的人眼高阶像差数据沿视轴方向引入眼模型，用以研究色差和高阶像差的相互作用。建立了三款个性化眼球模型，研究了明视觉状态下高阶像差、色差（LCA+TCA）、LCA和TCA对视觉的影响以及它们之间的相互作用。结果表明：对于多数人眼，色差对视觉的影响远大于高阶像差的影响，并且色差的存在进一步抑制了高阶像差的影响。在色差对视觉的影响中，LCA是具有统治地位的因素；对于多数人眼，TCA的影响可以忽略。