后向散射激光雷达是探测大气气溶胶空间分布的强有力手段，但由于盲区和过渡区的存在，限制了它在近距离段的探测范围和精度。基于电荷耦合器(CCD)的侧向散射激光雷达可实现近距离段气溶胶信号的连续探测，且探测精度较高。分析了侧向散射激光雷达中干扰光和背景光的特点，找到了减少它们的方法。分析了激光在大气中产生侧向散射光的特点，找到了同一距离处侧向散射光的叠加方法。应用Matlab编程实现了对信号的自动提取，并与后向散射激光雷达信号进行了实验比对，结果表明该信号提取方法是可靠的、可行的。

遥感影像的大气校正是水色参数反演的前提。以太湖为研究区，采用6S大气辐射传输模型以及近红外波段离水反射率模型相结合的方法。通过神经网络模拟大气辐射传输过程，并利用中分辨率成像光谱仪(MERIS)754、779、865、885 nm 4个近红外波段进行光谱优化，求算550 nm处气溶胶光学厚度等变量。通过外推，实现可见光波段的大气校正。将2007年11月11日、20日、21日，2008年11月20日MERIS Level 1p影像以及野外实测水体遥感反射率数据集用于精度验证，结果表明，该方法能够较好地反演水体遥感反射率光谱，校正后的13个波段的平均相对误差大多分布在20%~40%之间。与6S以及Beam 4.9软件自带的大气校正方法相比，具有较高的校正精度和较强的稳定性，在太湖有较好的适用性。

综合利用了Rytov方法和广义惠更斯菲涅耳原理推导了水平及斜程路径上粗糙目标回波残余闪烁指数的表达式，并利用数值方法计算了不同波长球面波及平面波入射情况下的残余闪烁指数，其结果与分步傅里叶算法模拟的结果相吻合，证明了该理论的正确性。分析了残余闪烁指数与目标直径、传播距离的关系，证明了残余闪烁指数等于被目标孔径平滑了的入射波闪烁指数。

提出了一种高速门控盖格模式的铟镓砷/铟磷雪崩光电二极管（InGaAs/InP APD）单光子探测技术。将1.5 GHz多次谐波超短脉冲加载到InGaAs/InP APD上，盖革模式下的光生雪崩信号埋藏在短脉冲充放电形成的噪声中，采用700 MHz低通滤波器实现了50.6 dB的噪声抑制比，有效地提取出了雪崩信号。通过半导体制冷，使InGaAs/InP APD工作在-30 ℃，1.5 GHz短脉冲驱动下的InGaAs/InP APD在1550 nm的探测效率为35%，暗计数率为每门6.4×10-5，超过了单纯使用1.5 GHz正弦门的探测性能，而且在15%的探测效率下，2.7 ns后发生后脉冲的概率仅为每门6.0×10-5。

为在不增加体积的前提下提高小型光电编码器精度，分析了计算法细分误差产生的原因，提出了基于坐标旋转数字计算(CORDIC)算法的光电编码器精码信号新细分法，利用简单的移位和加法操作可实现对采集到的正交码盘精码信号直接细分求相位，避免了查“细分表”引入的细分误差。对细分算法进行了分析与优化，使算法在取得合适精度的同时提高了运算速度。运用研究的细分法对某16位小型光电编码器精码信号进行256份细分时，比利用计算法细分时编码器的均方根误差减小了一半。实验结果表明，研究的新细分法可直接对光电编码器精码信号进行高精度细分，对于研制小型化、高精度光电编码器具有重要意义。

研究了基于周期极化掺镁铌酸锂（PPMgLN）晶体的二维六角可调相位光栅及其Talbot效应光衍射成像。理论模拟不同相位差及分数Talbot距离条件下的近场光衍射强度分布，计算取样区内衍射强度随相位差和分数Talbot距离的变化，给出相位差恒定及变化情况下取样区强度最大值的位置。在理论研究基础上，设计与制备PPMgLN六角可调相位阵列光栅，并进行了Talbot衍射成像的实验研究，实验结果与理论研究吻合较好。

提出了一种基于垂直腔表面发射激光器（VCSEL）的无本振光子微波上变频方案。该方案将相对低速的伪随机基带信号注入VCSEL中，利用注入信号的高次谐波注入锁定VCSEL。被锁定激光器波长与原注入光信号在谐振腔中相干差拍，产生上变频调幅微波信号。实验中利用2.5 Gb/s非归零码强度调制信号注入锁定VCSEL，无需本振，实现了载波频率为14.3 GHz的光子微波上变频，10 kHz偏移处载波相位噪声达-81 dBc/Hz。通过调节注入光信号的波长和功率，进一步实现载波频率在7.5~23 GHz之间的调谐，验证了该方案的可行性，并对系统性能进行了误码分析，系统代价为1.4 dB。结果证明该方案无需微波本振，仅需采用价格低廉的VCSEL即可实现光子微波上变频，从而为无线光混合接入网中光子微波信号产生技术提供了一种低成本的解决思路。

给出了适用于多波长再生的数据抽运简并四波混频(FWM)耦合模方程组，提出了时隙交织波长信道再生的准相位匹配均衡方法。从优化设计简并FWM相位失配因子入手，针对实验室已有的光纤，实现了4个固定波长信道的均衡再生；通过设计光纤参数，在一定带宽范围内可实现任意4个波长的均衡再生。计算结果表明，再生输出信号的脉冲峰值功率、消光比(ER)和Q值之间的差异分别不超过0.25 dB、0.42 dB和1.5。

利用光荧光谱及X射线双晶衍射研究了纳米压印工艺对半导体外延材料的影响。利用纳米压印工艺制作了1.55 μm通信用分布反馈(DFB)半导体激光器，并对制作的器件进行了老化寿命试验。实验结果表明，采用软模版压印并不会劣化半导体外延材料的特性。制作的半导体激光器预期寿命与普通双光束曝光法制得的器件预期相当，表明纳米压印工艺制作半导体激光器是可靠的。

提出了一种光纤芯为单轴各向异性晶体、光轴方向为x轴、包层为各向同性材料的新型光纤模型。应用波导方程近似地求出光纤内场强分布，利用数值模拟分析了o光和e光的传播常数β随归一化频率V变化的色散曲线。进一步分析了光纤芯半径对o光和e光的色散方程的影响，结果表明光纤芯半径对o光和e光截止频率没有影响。基于以上特性，分别讨论了o光和e光传播常数β随光纤芯半径变化的曲线。通过分析光纤介电常数对色散曲线的影响，表明当入射光的归一化频率在一定范围内时，通过改变x方向和y方向介电常数的比值可以改变光纤内传播光的偏振方向。研究结果为设计偏振光纤提供了理论依据。

用轮式侧边抛磨法制作侧边抛磨光纤，通过磁控溅射法溅射金膜制成侧边抛磨光纤表面等离子体共振(SPR)传感器，并通过理论和实验对传感器的折射率灵敏度以及温度特性做了深入研究。结果表明表面等离子体共振波长随待测样品折射率的增大向长波长方向漂移，平均折射率灵敏度为4.1×103 nm/RIU(RIU为单位折射率)，高于已报道的结果；共振波长随待测样品温度的升高向短波长方向漂移，平均温度灵敏度为0.36 nm/℃，故该光纤SPR传感器具有更强抗温度漂移能力和更高的高折射率灵敏度，其在生物化学传感领域有重要的应用。

向列相液晶(NLC)的取向变化对外界环境敏感，已被作为生物传感的敏感中介材料。研究了侧边抛磨光纤(SPF)用于NLC取向变化测量的传感特性，探索利用SPF测量液晶取向变化的可行性与适用范围。将液晶折射率的理论公式与SPF传输光功率实验数据结合，得到了经验理论关系。实验中设计用机械旋转法改变SPF抛磨面附近NLC的取向。实验结果表明，NLC的取向变化导致SPF传输光功率的变化。以液晶指向矢方位角为表征的NLC的取向变化从0°增大至90°，SPF传输光功率随之增大28.10 dB；在0°~30°范围内，SPF传输光功率与NLC的取向变化具有线性关系，光纤传输光功率对取向角度变化的响应平均约为0.359 dB/(°)。研究表明SPF可以用于NLC的取向变化的测量并且获得了适用范围，这为基于液晶取向变化的SPF生物传感器的研究提供了参考。

为满足聚光光伏系统的聚光需求，解决传统点聚焦式聚光光伏系统中聚焦光斑不均匀、径长比过大和聚光比较小的缺点，在不增加二次匀光器件的前提下，设计了径长比小、聚焦光斑相对均匀、聚光比高的聚光光伏系统。根据几何光学柯勒照明原理、等光程原理和反射定律，通过数值求解等光程方程组获得聚光镜各个面型的轮廓曲线。利用TracePro软件对所设计的聚光系统进行光线追迹模拟，结果表明：在聚光比为725的情况下，聚焦光斑最大照度仅为太阳照度的2300倍，是点聚焦情况下的1/10左右，系统的径长比为0.3，接收角为0.72°。系统设计实现了结构紧凑，聚光性能高的设计目标，为高倍聚光光伏系统的小型化，简单化提供了一种有效的解决途径。

以线阵CCD空间滤波效应的速度测量方法为基础，进一步提出了利用线阵CCD进行空间滤波测速(SFV)信号基频消除方法。采用异相差分检波算法，在消除基频和直流成分的同时提高了信号振幅，增加了信噪比。通过研究异相差分前后空间滤波器的功率谱密度函数，对等效差分空间滤波器的特性进行了分析。实验验证了利用异相差分检波算法进行SFV信号基频消除的可行性，结果表明，采用异相差分检波算法可以消除信号基频和直流成分，同时使周期成分的振幅加倍，有利于周期信号的提取，并解决了传统光学方法光学系统复杂，装调困难的问题。

针对嫦娥一号探月卫星2C级月面成像，提出了基于待配点最优模板选择的二次函数形变补偿迭代匹配方法。仿真表明它能有效地适应地形起伏引起的图像形变，匹配精度较高且稳定性好。在标准相关匹配的基础上结合所提出的方法完成了下视图与前、后视图的精确匹配，采用三视约束机制和顺序检验机制保证了匹配的稳健性。分析了线阵相机成像的仿射近似模型，并以此为基础实现同轨三视重建。基于邻轨下视图同名特征点，采用RANSAC方法估计邻轨三维坐标转换参数，完成邻轨拼接。实验结果表明，三维重建的月貌图能够更好地表达月球表面的形状和地形。

频域光学相干层析成像技术是一种新型的医学成像技术，其传统的图像重构算法主要是基于傅里叶变换。但这种重构算法的主要缺陷在于其纵向分辨率随着深度位置的变化而明显下降。为了使频域光学相干层析成像系统的纵向分辨率在整个成像深度内基本保持不变，提出了一种基于观察矩阵的图像重构法，并用该法重构了平面镜以及皮肤信号。结果表明，这种图像重构法能够使频域光学相干层析成像系统保持纵向分辨率不变。与文献报道相比，这种方法在保持系统简单性的同时，还保持了高的纵向分辨率，并在成像深度范围内使得纵向分辨率基本保持不变。

提出一种基于阶梯相位环空间像主成分分析的光刻投影物镜波像差检测方法。通过对相位环空间像进行主成分分析和多元线性回归分析，构建了空间像光强分布与波像差之间的线性模型，并基于该模型实现了波像差检测。与使用孤立空检测标记的传统方法相比，使用新检测标记能够消除不同种类波像差之间的串扰问题，提高像差检测精度。同时，分析了空间像的离焦误差对波像差检测精度的影响，并提出了一种迭代算法用于确定实测空间像的离焦误差，其测量精度优于1 nm。光刻仿真软件Dr.LiTHO的仿真结果表明，该法有能力检测12项泽尼克系数（Z5~Z16），最大系统误差约为1×10-3λ，检测速度可提高一倍以上。

为了对由飞船姿态不稳或隔振装置的振动抑制残余量等因素产生的宽频带像移进行测量，提出了基于时间延迟积分(TDI)传感器拼接区所成图像的像移测量方法。定义了偏移系数，用以衡量成像期间像移速度与TDI传感器积分时间之间的失配度，以调制传递函数(MTF)为相机成像质量评价指标，分析了失配度与成像质量之间的关系，确定了满足成像质量的像移测量方法的精度范围；利用两片TDI传感器拼接区所拍图像存在相同内容、拍摄时刻不同的特点，阐述了基于TDI传感器拼接区图像的像移测量原理。实验结果表明测量精度达到0.2377 pixel，测量频带达到228 Hz，证明该方法能够对宽频带、高精度的像移进行有效测量。

频率扫描干涉仪对测量过程中光程差的漂移非常敏感，目标镜的微小位移会被放大几千倍，使得测量结果严重失真，因此必须消除或减弱漂移误差。针对现场测量中目标镜的低频振动或缓慢漂移，根据光频连续正反向扫描测量值漂移误差放大项大小近似相等、符号相反的特性，提出了一种光频连续正反向快速扫描的漂移误差补偿方法，并进行了频率扫描干涉仪漂移误差补偿实验，分析对比补偿前后的实验结果，验证了该方法的可行性。实验结果表明，在测量距离约1543.3 mm处，目标镜振动频率为4.7 Hz，振幅为1 μm，采用补偿后，连续40次采样测量的标准差由补偿前的51.9 μm下降到8 μm。

微结构的表面形貌会显著地影响微纳器件的使用性能及产品质量，是微纳测试领域的一个重要研究方面，利用白光干涉技术是测量物体表面形貌的一种常见方法。区别于常用的CCD黑白相机，使用CCD彩色相机采集白光干涉条纹的彩色图像，使获取的图像包含了R、G、B三个通道的信息。利用小波变换法分别求解出在不同扫描位置处R、G、B通道的相位信息，通过建立的评价函数，并结合最小二乘法可精确确定零光程差的位置，利用相对高度和零光程差位置的线性关系，进而得到物体的表面形貌。通过仿真以及实际测量由VLSI标准公司制造的标准台阶结构，验证了所提出方法的有效性。

介绍了一种基于晶体斜劈的偏振光相位延迟量的精密测量方法，并将该方法用于测量零级和多级石英波片相位延迟量的温度特性。该测量方法不受光源功率波动的影响，相位测量精度可以达到0.05°。相比于传统的测量方法，晶体斜劈方法在相位测量过程中无需调节光学元件，可以实时地测量相位变化，而且该方法可用于任意光学元件引入相位延迟的精确测量，或推广到不同的光学波段。

报道了一种利用大功率激光二极管端面抽运Nd:YAG激光晶体产生基频光，并通过非线性晶体的腔内倍频(SHG)与和频(SFG)，实现多个二次谐波同时连续输出的多波长黄光激光器。将Nd:YAG晶体的1112.1、1115.9、1122.7 nm谱线作为基频光，利用LBO和BIBO进行非线性光学频率变换，同时获得了三个倍频光及三个和频光激光输出。从理论上对基频光同时受激跃迁和非线性频率变换相位匹配进行了分析。实验结果与理论分析表明，当基频光的性能相对接近时，合理地选择性能较好的非线性晶体对基频光同时进行倍频和和频是获得全固态多波长激光器的一种实用方法，合理地设计激光器谐振腔能够提高激光器的稳定性。

氙灯提供的有效抽运能量决定了钕玻璃中反转粒子的数目。针对氙灯供能的要求，建立了氙灯放电回路与氙灯辐射数值模型。将数值模拟结果与实验结果进行了比对，提出了利用模拟退火算法求解最优抽运状态的电路参数的方法，并模拟计算不同电路参数下氙灯的工作状态。定义了两个更实用的评价参数：有效辐射效率和有效输出光谱效率，用于筛选最佳的抽运能量和进灯功率。计算结果表明，在氙灯参数与工作电压一定的条件下，通过利用模拟退火算法可以快速优化放电回路中的电容、电感参数，以选择最佳的进灯能量，避免抽运带内有效能量份额因光谱蓝移而降低，同时可保证氙灯的使用寿命。

在充分调研大型激光系统多种光束平滑技术基础上，针对高功率准分子激光系统波长短、宽频带等特点，选用了无阶梯诱导空间非相干(EFISI)技术来实现角多路高功率准分子激光系统的平滑化。利用前端部分相干散射源和严格的像传递光路，开展了光束经预放大器1三程放大和预放大器2双程放大实验，研究了光束动态均匀性。实验结果表明，基于EFISI技术的平滑方法较好地保持了散射源的光束均匀性，经预放大器1放大后不均匀性为2.04%，经预放大器2放大后不均匀性为1.96%，能够满足高功率XeCl准分子激光角多路系统建设需求。

氧碘高能激光近场存在较多的杂散光，这些光会严重影响光束传输和光束质量控制。通过对杂散光的产生机理、类型和传输规律的分析和模拟确定了不同类型杂散光的测量方法。利用两个能量计测量了30 m通道自由传输时的传输效率，利用测试光阑获得了通道内杂散光角谱曲线和镜面散射光能量。实验表明30 m通道自由传输时的能量损失约为5.2%，杂散光的角谱随着传输距离的增加逐渐增大，角谱也会随着光束质量的恶化显著增加。利用角谱曲线可以获得通道内任意位置处光阑上的热负荷，这为高能激光热管理技术奠定了坚实的基础。

为了在强激光非线性传输仿真中综合考虑系统像差等因素，提出了一种基于光线追迹的非线性介质光追方法，并编程实现了线性介质与非线性介质的混合建模。以三片式聚焦系统为例，在系统中加入KDP晶体作为非线性介质，仿真分析了不同激光功率密度下KDP晶体的非线性效应对光束质量的影响。仿真结果表明，当激光功率密度达到1.62×1010 W/cm2时，非线性效应会导致光束质量明显下降。在该仿真结果的基础上提出了在不改变焦面位置的情况下，将元件间隔作为补偿器进行系统优化的方法。优化结果表明，焦斑尺寸较优化前减小2.8 μm，规范尺寸下的环围能量提高了16.2%，焦面处的光束质量得到显著改善。

采用基于半导体光放大器(SOA)的“8”字腔激光器结构，当SOA的驱动电流是220 mA时，通过调整腔内的偏振控制器(PC)，产生脉冲宽度分别是74 ns和20 ns，重复频率分别是9 MHz(基频)和33.4 MHz(二倍频)的暗脉冲。改变SOA在非线性放大环镜(NALM)中的位置，暗脉冲的脉宽也有相应的改变。

为了实现苹果树冠层的三维重建，指导智能剪枝、疏花和采摘，构建了集成光学混合探测(PMD)摄像机和彩色摄像头的图像采集系统，研究了不同生长时期的多源图像配准方法。从相似度评价指标和PMD图像的像素可靠性两个方面来描述果树不同生长时期图像的不同特征。结合图像的特征信息，提出了应采用基于深度信息的多源传感器标定技术，实现果树从开花期到成熟期的图像配准；对休眠期到发芽期的果树图像应采用基于图像特征的多源图像配准算法。对自然场景下的成熟期、休眠期、开花期果树图像共90组进行图像特征分析和不同配准方法试验验证，成熟期和开花期的匹配率达到100%，休眠期的匹配率达到86.11%。

针对可见光与SAR图像灰度差异大，共有特征提取难的问题，提出了一种基于k-均值聚类分割和形态学处理的轮廓特征配准方法。利用k-均值聚类算法对两类图像进行分割，得到图像分割区域；通过形态学处理，有效减少SAR图像斑点噪声影响，准确提取两类图像的封闭轮廓；采用轮廓不变矩理论，引入矩变量距离均值、方差约束机制和一致性检查的匹配策略，获取最佳匹配对，实现了两类图像的配准。通过实验，三组图像的配准精度分别达到0.3450、0.2163和0.1810，结果表明该法可行且能达到亚像素的配准精度。

针对水下双目图像匹配时不再满足空气中极线约束条件以及尺度不变特征变换(SIFT)特征匹配算法处理水下图像误匹配率较高等问题，提出一种基于曲线约束的水下特征匹配算法。对双目摄像机进行标定获取相关参数，再获取参考图和待匹配图；利用SIFT算法对两幅图像进行匹配，同时利用由参考图提取的特征点推导出其在待匹配图上对应的曲线，将该曲线作为约束条件判定待匹配图上对应特征点是否在曲线上，从而剔除误匹配点，以达到提高精度的目的。实验结果表明，该算法优于SIFT算法，可以有效地剔除误匹配点，比SIFT算法匹配精度提高约12%，解决了SIFT算法在水下双目立体匹配中误匹配率高的问题。

手征向列相液晶螺旋轴即为光轴,此轴的空间取向直接影响着液晶中光传播的特性。采用理论分析和数值模拟相结合的方法，研究了液晶展曲与弯曲形变存在的差异和对手征向列相液晶挠曲电螺旋光轴倾角及动力学响应特性的影响。假设在静电平衡及动力学响应两种状态下，系统均具有统一的挠曲电螺旋光轴，忽略介电各向异性，分别计算了两种不同状态下系统的平均自由能密度。利用欧拉方程及转矩平衡方程得到了螺旋光轴倾角满足的平衡方程及动力学方程。通过数值计算，讨论了两种形变的差异对挠曲电螺旋光轴倾角及动力学响应特性的影响。结果表明两种形变差异的存在，均使螺旋光轴扭曲角及特性响应时间变化，差异越大变化越快，这种影响是不可忽略的，这为液晶电光快速响应提供了依据。

基于蒙特卡罗方法的牙组织光学相干层析(OCT)成像模型，研究了不同牙组织的OCT非失真成像深度。通过模拟入射高斯光束以及光在牙组织中的传输，分别获得了单层牙釉质、单层牙本质以及两层牙组织结构的二维仿真OCT图像，与实验结果具有定性的一致性。通过分析二维仿真OCT图像所对应的一维OCT信号，分别得到了三种牙组织结构的平均非失真成像光学深度。研究结果表明，OCT系统对牙齿组织的非失真成像光学深度在150~2400 μm之间，其中牙釉质的非失真成像深度要远大于牙本质的成像深度。所得的结果对于在实验中利用OCT图像对组织结构有效信息进行判断具有一定的参考价值。

椭球形窗口的检测技术严重阻碍其成功应用。首先简要介绍了目前普遍使用的非球面检测技术，并针对椭球形窗口大倾斜、大偏心、深非球面的特点，基于零位补偿检测法原理，设计了一种适合椭球形窗口检测的改进型Offner零位补偿检测系统。检测系统包括补偿镜、场镜和标准球面参考镜，检测系统工作原理为：干涉仪出射平行光线通过补偿镜及场镜产生修正波前，通过椭球形窗口照射到标准球面反射镜，并按原光路返回与参考光线干涉，其干涉结果显示出椭球形窗口的面形偏差。实现了对椭球形窗口的高精度全口径一次检测并给出了完整的设计结果。检测了长径比为1.0，口径为110 mm的椭球形窗口，其波前残余波像差均方根值为0.0052λ。设计结果为实际使用提供了一定的参考。

合理的光学系统设计及参数优化是飞秒激光全息并行加工系统功能实现的前提。在分析了飞秒激光全息并行加工系统光路设计要求的基础上，对其中的两个关键点进行了较为深入的研究。采用能量利用率高的斜入射方式照射选用的空间光调制器，得出了后续光路设计的关键参数；通过光学理论推导出空间光调制器与两个透镜组成的4-f系统中最佳光路参数，利用Zemax软件对光路中系统孔径仿真，验证了该方案的合理性；搭建了一套合理高效的飞秒激光全息并行加工系统，实现了7焦点阵列的微透镜和微齿轮并行加工。研究结果表明，该光路设计方案可以实现高效的飞秒激光全息加工过程。

宽视场大相对孔径高光谱成像仪已成为航空海洋水色遥感等领域的应用需求。根据宽视场和大相对孔径的研究目标，采用离轴Schwarzschild望远成像系统和改进型Dyson光谱成像系统匹配的结构型式，设计了一个视场为40°、相对孔径为1/1.8、工作波段为0.35~1.05 μm的航空遥感高光谱成像仪光学系统。基于像差理论，分析了改进型Dyson光谱成像系统球差校正原理，运用光学设计软件Zemax对高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹和优化，并对设计结果进行了分析。分析结果表明，设计的光学系统在各个波长的光学传递函数均不小于0.82，谱线弯曲和谱带弯曲均小于像元尺寸的5%。这便于光谱和辐射定标，完全满足设计指标要求，且系统体积小、重量轻，适合于航空遥感应用。

采用粉料漂浮高温熔融法自制Nd3+掺杂硫系玻璃微球，研究了腔量子电动力学增强效应对稀土掺杂硫系玻璃微球荧光光谱的影响。把直径90.53 μm的硫系玻璃微球与锥腰直径1.02 μm的石英光纤锥耦合，将808 nm抽运激光导入微球，荧光光谱存在分立的共振峰。根据米氏散射理论公式，计算得到TE偏振态下基模的三个共振峰位置，确定了这三个共振峰的模式序数。增强因子η≈1122，这表明微球荧光自发辐射速率增强幅度为1122倍。在基模条件下对原增强因子公式进行近似化简，并利用近似公式进行估算得到η≈1167，误差为4%。

结合恢复单色频率绝对相位解调算法研究了光源输出参数对空间扫描型光纤法布里珀罗传感解调影响。建立了相位解调值随光源中心波长变化的数学模型，通过改变光源光功率和光谱进行了解调实验研究。结果表明压力解调值的误差值与光源输出光功率有关；当温度升高时光源光谱会产生红移，使压力解调值产生误差；解调值与光源光谱中心波长满足二次函数关系。实验结果与理论分析一致，在140 kPa范围内保证0.1%的解调误差时，光源光谱中心波长波动小于1.79 nm。

利用时域有限差分法对由闭合方环（SCL）和开口谐振环（SRR）组合构成的平面太赫兹谐振器实现的类电磁诱导透明（EIT）效应及其折射率传感器进行了仿真分析。结果表明，该类EIT谐振峰对周围环境介质折射率变化具有很高的灵敏度，且其FOM(Figure of merit)值达到4.06，优于独立SCL或SRR结构传感器的0.09和2.48。利用激光诱导技术与化学镀铜技术在聚酰亚胺薄膜上加工了谐振器样品，并对其进行了透射性能测试，测试结果与仿真计算基本一致。

提出了一种新型的基于镀银空芯光纤结构的表面等离子体共振（SPR）传感器。建立了光学模型对传感器内的光传播进行分析，在理论上推导出了传输光谱公式。制作了不同银膜厚度的空芯光纤SPR传感器，搭建了实验系统对内芯充入不同折射率的液体介质的传感器传输光谱进行了测量，获得了相应的SPR光谱。通过理论计算和实验测量对传感器的灵敏度特性和测量准确性进行了分析讨论。结果表明该传感器是一种灵敏度较高的、能实时检测待测高折射率液体介质的SPR传感器，它在一定范围内能够很好地弥补传统光纤表面等离子体共振传感器的不足，并且开拓了空芯光纤的一个新的应用领域。

设计了一种结构渐变的表面等离子体光栅光吸收器，采用二维时域有限差分法（2D-FDTD）对其吸收特性进行了详细的分析。结果表明，通过调整槽深、槽宽和墙宽，可以有效地降低反射率，提高其对光的吸收能力。由中心向两边适当地使槽宽线性增加，同时使墙宽线性减小，可以达到较理想的吸收效果。对于不同空间半峰全宽的入射光，反射谱线的形状有所不同。当入射光的空间半峰全宽较窄时，该吸收器对短波长光的吸收能力更强。当入射光的空间半峰全宽较宽时，该吸收器对长波长光的吸收能力更强。这种光吸收器有望在全光芯片中得到应用。

全月表橄榄石作为月球形成演化的指示矿物，其含量分布是月球探测研究的热点。月球卫星多光谱或高光谱数据，为利用反射光谱反演全月表橄榄石含量提供了可能。利用51组由月壤特征协会(LSCC)得出的月壤反射波谱及相应的实验室实测橄榄石含量，建立了4个反射波谱与橄榄石含量回归模型，其余6组LSCC数据作为模型验证数据。在分别解算不同模型系数的基础上，结合LSCC验证数据，比较评价不同模型标准偏差和相关系数，以及橄榄石含量分布散点图，优选出利用光谱反射率数据反演月表橄榄石含量的模型。从而利用Clementine卫星 UV/VIS/NIR 5个波段的反射光谱数据反演了全月表橄榄石含量分布，通过与Apollo登月采样点实际测量橄榄石含量进行比较，验证了其结果可靠性。

提出了多次采样叠加下时间延迟积分(TDI)CMOS图像传感器沿扫描方向的调制传输函数(MTF)分析模型。基于行滚筒曝光读出原理，研究了一个行时间内采样次数、叠加次数、TDI级数和速度失配比对扫描MTF的影响机理。为验证扫描MTF模型，基于TDI-CMOS图像传感器将连续视场映射为离散图像的几何和能量传输关系分析，建立了成像仿真系统并利用刃边法计算MTF曲线。仿真结果表明，扫描MTF随着采样次数增加而增大；当采样次数固定，扫描MTF随着叠加次数增大而减小；扫描MTF随着速度失配比和TDI累加级数增大而减小。

介绍了一种用于大气CO2太阳吸收光谱地基观测的高光谱太阳辐射计，包括仪器的设计结果及相对光谱辐射亮度的测量原理。以可调谐红外激光器加积分球作为定标光源，详细介绍了波长、仪器线型函数的定标过程和方法。定标结果表明，在仪器有效工作波段（1560~1575 nm）内，光谱分辨能力为0.097 nm，杂散光水平在0.5%左右。定性比较了仪器的大气CO2太阳吸收光谱测量结果与LBLRTN软件的理论计算结果，两者在吸收峰的强度、位置、形状等方面都具有较好的吻合度。

为了利用雷达高分辨距离像(HRRP)中的相位信息改善识别系统性能，提出了一类针对复距离像的目标识别新方法。分析了复距离像的统计特性，将识别领域常用的三种高斯模型——自适应高斯分类器(AGC)模型、联合高斯(JG)模型和概率主分量分析(PPCA)模型推广至复数域对复距离像统计建模。研究表明，这三种模型及其参数估计结果均不受距离像初相的影响。此外，为了解决噪声环境中的稳健识别问题，进一步提出了噪声稳健的模型修正方法。实验结果显示：在识别过程中加入距离像相位信息能够获得更高的正确识别率；且经过噪声稳健修正后的模型大幅改善了低信噪比下的识别性能。

激光雷达系统是一种功能强大的遥感设备，具有较高的时空分辨率和精度，广泛应用于区域或全球尺度的大气探测。重叠因子是影响激光雷达系统探测近距离大气的一个重要因素，对其进行精确的计算有利于获得准确探测结果。基于激光强度分布的重叠因子计算方法具有简单实用的特点，可应用于任意指定激光强度分布和不同系统参数的激光雷达重叠因子求解。利用该算法对重叠因子进行了计算，并与实验法测量得到的重叠因子进行了对比分析。重点分析了重叠因子对各个参数的敏感性。分析结果为指导激光雷达的系统调试、优化配置和误差控制提供了一定的参考。

在星载相机中，扫描反射镜通常会带来异速像移，导致时间延迟积分(TDI)CCD上像移分布不均，不同摆角下，这种分布情况均不同，给像移补偿造成困难，难以获得清晰的成像效果。为此进行分析，建立了含扫描反射镜的像移模型。针对某一低轨卫星参数进行仿真，得到了在不同摆角下，不同视场对应的像面像移量和偏流角。若以像面中心像移量和偏流角作为补偿标准，补偿后，CCD各点的偏流角残差较小，当像移量残差小于1/3 pixel时，即可认为补偿有效。不同摆角下，这种补偿效果是不同的。通过分析，当摆角在(-20°,-0.12°)和(0.17°,20°)内时，异速像移明显，成像效果不佳；在(20°,35°)、(-35°,-20°)和(-0.12°,0.17°)范围内时，补偿效果好，利于成像；摆角为0，即对星下点拍照时，成像效果较好，此时摆角的控制精度应在(-0.12°,0.17°)范围内。以上研究可为稳像机构设计提供一定参考。

设计了一套可同时测量光声振幅谱与相位谱的光声光谱系统。该系统优化了传统的气体微音器光声光谱系统，增加了相位测量功能，实现了从紫外到近红外区（350~1000 nm）的连续波长扫描，测量的最小步进波长为0.1 nm，频率调制范围为10~2000 Hz。采用虚拟仪器软件LabVIEW，可通过计算机实现仪器控制、实验参数设置、数据自动采集和处理。LabVIEW程序的前面板能动态监控实验过程并实时显示光声振幅谱和相位谱。利用Ho2O3对系统进行鉴定，测得的归一化光声振幅谱与文献结果一致。用该系统研究了喜树碱与羟丙基β环糊精的包合物，实验结果显示将光声相位谱与振幅谱相结合，可以获得样品更丰富的信息。

建立了栅格式透明导电膜透光性能的表征参量和测试方法。利用电荷耦合器件(CCD)光电成像设备的响应特性，将响应信号转换为透光率信息；求解出不同尺度面元上的平均透光率，并建立栅格线的印制宽度、线边缘粗糙度和线上平均透光率等参量；结合三维图示技术，对透光膜进行了像素级微观透光性的三维显示。对三个柔印正方形栅格透明导电膜样品的测试结果表明：由所建立方法得到的透光率与紫外分光光度计测试结果误差小于1%；由测量的栅格线宽、透光率及像素级微观透光特性，能够分析样品的透光及印刷工艺特征。所建立方法能够起到较详尽分析和表征栅格式透明导电膜光学性能的作用。

反射式多通道滤光片在光学通讯、光学成像、遥感高光谱等方面有着重要的应用。利用含缺陷一维光子晶体独特的带隙特性，依据其相应的能带理论，设计了一种由金属和介质组成的反射式多通道滤光片。这种滤光片通道的工作范围由光子带隙理论计算得到，通道个数由“光子晶体”缺陷的周期数决定，通道的位置利用等效相位厚度的方法确立。相对于传统的以经验为主的反射式多通道滤光片设计方法，这种基于光子晶体的带隙理论的设计能够从“光子”的角度给出此类反射式滤光元件的设计思路和理论解释。

利用金属有机化合物气相外延沉积技术在2 inch (5.08 cm) Si(111)图形衬底上生长了GaN外延薄膜,在Al组分渐变AlGaN缓冲层与GaN成核层之间引入了AlN插入层,研究了AlN插入层对GaN薄膜生长的影响。结果表明，随着AlN插入层厚度的增加,GaN外延膜(002)面与(102)面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽明显变小,晶体质量变好,同时外延膜在放置过程中所产生的裂纹密度逐渐减小直至不产生裂纹。原因在于AlN插入层的厚度对GaN成核层的生长模式有明显影响,较厚的AlN插入层使GaN成核层倾向于岛状生长,造成后续生长的n-GaN外延膜具有更多的侧向外延成分,从而降低了GaN外延膜中的位错密度,减少了GaN外延膜中的残余张应力。同时还提出了一种利用荧光显微镜观察黄带发光形貌来表征GaN成核层形貌和生长模式的新方法。

针对传统光谱降维方法的缺点，提出一种基于矩阵理论的线性光谱降维方法。该方法在Cohen定义的矩阵R理论基础上提出修正矩阵，可将物体光谱反射率分解为基本光谱和同色异谱黑光谱，再分别对两者进行线性降维。基本光谱的三个基向量由颜色匹配函数与光源的乘积再进行正交化得到，其三个基向量的累积贡献率可达100%。同色异谱黑光谱的基向量由主成分分析推导，取前三个特征向量作为同色异谱黑光谱的基向量。实验结果表明，使用该方法构建的六维线性模型能在光谱和色度两个方面较好地表征原始高维光谱反射率，满足光谱颜色复制的要求。

为能够模拟观察距离变大时引起的颜色视觉效应，研究了人眼视觉的视锐度特性和对比敏感度特性。通过对人眼视锐度原理的分析，实现了视锐度方法模拟视觉距离增大时的视觉模糊算法；通过对对比敏感度模型测试原理的分析，结合人眼视觉空间频率的多通道特性，实现了基于对比敏感度函数模型模拟视觉距离增大时的视觉模糊算法。视锐度方法可简单模拟视觉距离增大时的模糊效果，可用于观察灰度物体情况。观察彩色物体时，通过使用反差敏感度模型算法，能够模拟视觉感知的多尺度特性、低通和带通滤波特性、局部适应性和颜色感知的叠加性。