两个不同空间距离上(r1=0.5 m，r2=1 m）温度结构常数廓线C2T(h)和温度起伏谱幂率廓线α(h)由探空仪获得。研制的湍流气象探空仪具有两个微温测量通道，可根据研究内容进行多种组合。除测量温度、湿度、压强、风速、风向、折射率结构常数C2n廓线、Fried参数r0、视宁度εFWHM、等晕角θ0和相干时间τ0等积分计算值外，还可得到高空湍流谱幂率廓线数据。谱幂率测量结果与Zilberman三层谱模式相比，在对流层顶以上有较大区别。这些结果对光传输、光通信、遥感和大气湍流建模等应用领域研究具有十分重要的意义。

进行辐射测量时，目标尺寸过小或者距离很远都会导致其在红外探测器上成像面积较小以至于不能作为扩展源直接测量，另外目标成像往往占据多个像元，因此也无法作为传统意义上的点源处理。为解决这一问题，在现有的点源目标测量方法的基础上，提出了一种针对红外小目标的辐射特性测量方法。通过实验和理论分析研究了小目标成像特征，说明其辐射测量与扩展源的不同；通过对目标成像区域去除背景辐射推导小目标辐射测量公式；利用中波红外成像系统进行小目标的辐射测量实验，实验结果证明了该方法的有效性。

在液晶相控阵中，由于电压量化、边缘效应、液晶器件制造工艺等因素的影响，导致实际的波前相位面与理想的波阵面存在误差。因此，在应用中要依据实际出射相位与理想出射相位的偏差，反复地修正加载电压，对入射激光波前进行相位调制，以此来满足视场域内波束扫描的需要，这也是液晶相控阵波束控制技术研究的关键问题。为解决上述问题，提出了一种波前相位恢复算法。该算法利用三个输出面的幅度信息迭代计算出波前相位分布，相比只用两个输出面幅度信息的相位恢复算法，该算法具有较高的精确度。同时，该算法利用角谱理论处理输出面的光场传播过程，使得所得到的恢复结果更加精确。仿真实验进一步表明，这种算法在精确度、效率上同时具有优势。

报道了一种利用飞秒激光微纳加工技术在非敏化单模光纤中制备的高阶倾斜光纤Bragg光栅（HO-TFBG）。倾斜折射率调制是将聚焦的飞秒激光穿过高阶相位掩模板，并扫描曝光倾斜放置的光纤实现的，其覆盖了全部纤芯和部分包层。该单一HO-TFBG在1200~1700 nm波长范围内可形成三组与高阶Bragg谐振相对应的“包层模式谐振系列”。因此，其携带的信息量远高于紫外倾斜光纤Bragg光栅(UV-TFBG)，其功能性更佳，尤其适用于多传感参数的监控。研究了HO-TFBG的折射率、轴向应变和温度等传感特性。此外，该器件兼具飞秒激光诱导光栅结构的高温稳定性，其在苛刻环境中的化学和物理传感具有潜力。

可集成、易调谐的光编解码器是光码分多址(OCDMA)系统集成化的关键模块之一。基于耦合双环阵列提出了一种新型的光编解码器。该编解码器通过调谐双环下载端反射波长以及集成于总线的相移器的相位，实现了OCDMA系统的二维相干编解码。基于耦合模理论，建立了耦合双环阵列的传输矩阵方程。用于编解码器的双环半径分别为50 μm和48 μm，阵列中四组双环的反射中心波长分别为1535，1535.2，1535.4，1535.6 nm，信道宽度为17 GHz，反射谱3 dB带宽约为0.14 nm，信号基本上不会出现干扰，保证了用户发送和接收信号的准确性。相应的自相关峰值旁瓣比(P/W)约为5，互相关峰值比(P/C)约为7，可以容纳用户数为96个。

采用了二加一的结构，提出了一种基于三并联集成马赫曾德尔调制器（MZM）、可应用于毫米波光载无线通信（RoF）系统的新型高质量八倍频光载毫米波信号生成方案。该方案通过利用两个子马赫曾德尔调制器（sub-MZMs）间射频(RF)驱动信号的电相位差为90\O来很好地消除两种冗余边带，再使用第三个子马赫曾德尔调制器（sub-MZM）的偏压调整来获取最佳信号。仿真结果表明在不采用任何光或电滤波器的情况下，常规消光比（30 dB）时，射频杂散抑制比（RFSSR）可以达到38.3315 dB。而在理想消光比（100 dB）时，光边带抑制比（OSSR）最高可达61.22878 dB。该方案在理想和常规消光比下均能得到高质量的毫米波信号。

阐述了光纤高精度时间频率伺服传递的基本原理、误差来源和系统技术方案。实验上完成了100 km光纤链路温度缓变和剧变条件的授时实验，实验授时同步误差峰峰值小于400 ps。实验结果表明光纤高精度时间频率伺服系统的性能可以满足商用原子钟间的高精度时间比对与传递要求。

对于光纤光栅传感的非平衡干涉解调技术，理论和实验均证实充当其驱动元件的压电陶瓷通电发热会引入热噪声，导致解调输出的相移信息中出现附加相移。为排除热噪声对解调结果的干扰，提出了将驱动元件从干涉装置中分离出来的新方案。对于无温度控制、有温度控制以及分离驱动元件的三种Michelson非平衡干涉解调装置，实验证实第三种方案不仅可根除热噪声的影响，且无需克服热惯性而达到新的热平衡。系统传感灵敏度的实验值为0.9609°/με，分辨率可达5.5 nε。

为解决卫星灵活机动多模式成像中多片TDI CCD拼接像元失配的问题，提出了一种实现TDI CCD相机成像搭接与错位像元快速拼接配准的匹配算法。通过分析卫星侧摆成像过程焦平面上像移速度矢量变化导致的多片TDI CCD拼接成像像元失配现象，设计了成像速度矢量光线追迹与齐次坐标变换方法，计算了侧摆成像过程中影响图像失配的偏流角、像移速度矢量和两片TDI CCD拼接纵向错位方向和横向搭接方向的像元数目。利用小卫星姿态控制系统半物理仿真平台和TDI CCD原理样机系统对两片TDI CCD拼接像元匹配算法进行实验验证。结果表明：视场角为10°的TDI CCD相机在卫星侧摆30°成像时，经过1个拼接周期后，两片TDI CCD拼接纵向错位和横向搭接像元数目由初始的148.5和50变为137和49，其中横向搭接像元数目与理论计算结果仅有0.1 pixel的偏差，纵向错位像元数目与理论计算结果基本一致。经实验和理论对比分析，所设计的纵向错位与横向搭接像元快速拼接配准算法能够解决TDI CCD 图像拼接的准确性，确保图像像元匹配进而获得高质量的图片。

研制了一套基于林尼克干涉仪结构的全场光学相干层析成像（FF-OCT）系统，以获得高质量的全场光学相干层析图像。不同于大多数FF-OCT系统所采用的光纤束照明方式，本系统采用卤素灯作为光源，搭建改进型科勒照明系统进行照明。选用Intel Pentium 4处理器芯片作为样品，对其内部结构进行了成像实验，通过四步移相算法根据四幅连续的相移干涉图像获得了样品的层析图像，实验结果证实了成像系统的可行性。使用改进型科勒照明系统的FF-OCT成像系统，与现有的FF-OCT系统相比，结构简单便于制作，且成本低廉，为实现高分辨率光学相干层析成像提供了简单易行的方法。

高质量的集成成像系统需要采集和存储大量图像数据。提出了一种新的计算机重构方法，可以减少集成成像系统显示端在计算机重构时所需要使用的数据量。传统的计算机重构方法要利用每个元素图像，而此方法对CCD相机采集的元素图像阵列进行周期采样，仅利用被采样的元素图像即可重构出多视点图像。这种方法充分利用集成成像中邻近的元素图像中具有匹配像素的特点，将未被采样的元素图像信息由邻近的被采样的元素图像中的匹配像素替代，从而减少了重构过程中使用的数据量，这给不同性能的集成成像显示端带来很大的灵活性，降低了对存储空间和传输带宽的要求。

作为现代遥感技术最重要的发展之一，光谱成像仪在**、地质、海洋、大气探测等各个领域都有着广泛的应用。然而传统的色散或者干涉光谱成像仪由于需要多次曝光来扫描数据立方体，并不适合于场景快速变换的情况。四维(4D)光纤视场合成光谱成像仪，一种将特制光纤束置于望远镜的像面并成线性排列输出到光谱仪的技术，使得光谱成像仪能够通过单次曝光便获取目标的数据立方体，从而具有观测高速目标和瞬变现象的能力。搭建了一套桌面实验系统，在可见光谱段获得4.2 nm的光谱分辨率，对彩色目标的成像效果良好。对光纤束排列误差进行了分析，并给出了校准方法。

为了提高最终图像的质量，结合传统的直接重构算法和相位重构算法，提出了一种基于迭代的傅里叶望远镜图像重构方法。对反演得到的傅里叶频谱进行逆傅里叶变换得到直接重构图像，取直接重构图像的阈值图像作为相位重构算法的初始输入，通过迭代能够获得质量更高的图像。成像仿真实验结果表明，成像信噪比为50倍时，与直接重构图像相比，迭代重构图像斯特列尔比从0.82提高到0.88，峰值信噪比从17 dB提高到19 dB；在成像信噪比为100倍时，迭代重构图像斯特列尔比从0.89提高到0.93，峰值信噪比从20 dB提高到22 dB。

散射介质对传统成像的影响非常大，散射严重时甚至使传统成像方式完全失效。如何在存在散射介质的情况下得到高分辨率的图像是人们一直关注的技术。将投影仪应用于关联成像(GI)，可以在实验室内实现“街角成像”，即利用墙面的漫反射对墙角另一侧无法直接成像的物体进行成像，并在此基础上实现了对隐藏在散射介质后的物体进行成像。该成像方案省去了传统关联成像系统中的参考臂的测量，使用一个无空间分辨能力的桶探测器即可实现。对比实验结果与传统方式得到的结果并分析实验的分辨率以及影响因素，证明了使用投影仪等普通光源在存在散射介质的情况下成像的可行性。

为适应机载高光谱成像系统的发展需要，设计了一种机载大视场高光谱成像系统。前置望远系统为大视场宽谱段透射式系统，高光谱成像仪为基于Offner次镜的改正型Féry棱镜中继系统。系统设计过程中两次使用Zemax多重组态设计；尝试将Offner次镜的改正型Féry棱镜设计为高光谱成像仪；将Féry棱镜高光谱成像仪集成为高光谱成像系统进行一体化系统分析。该设计在结构和设计方法上均有改进。设计的大视场可见近红外高光谱成像系统视场可达28°，机载载荷高度为5 km时，全系统的刈幅宽度为2.493 km，地面分辨率可达0.6 m。左半视场和右半视场全谱段调制传递函数均大于0.6，最大谱线弯曲和谱带弯曲不到0.2 pixel，成像质量接近衍射极限。

为了克服PIE成像中所面临的数据量过大的问题，将压缩感知理论用于PIE成像。将采样到的衍射斑稀疏变换并压缩后，可以显著减少需要存贮的数据量。再现过程中选用子空间匹配追踪算法(SP)或者正交匹配追踪算法(OMP)重构出散射斑的原始分布，用常规的PIE算法进行图像重建。模拟和实验结果均表明，当压缩采样率在30%的时候就能重构出很好的图像。和OMP重构算法相比，SP算法更适合在PIE成像中应用。

针对高精度光学系统的需求，利用立式Fizeau型干涉仪，结合双频激光测长干涉仪，实现了亚微米量级的高精度曲率半径的测量。为了验证该测量系统的可靠性，分别使用两个参考镜对一系列不同曲率半径的光学零件进行了检测。对产生测量误差的主要因素进行了详细分析，以SiC小球为例，结合不确定度理论，得到测量结果的不确定度约为0.13 μm（假设是正态分布，置信水平约为95%），证明该测量系统满足亚微米测量精度要求。通过三坐标测量机对同一元件的交叉检测，验证了该系统测量结果的准确性。

基于体式显微镜和数字图像相关法，提出并实现了一种用于对微小尺度材料进行全场三维变形测量的显微数字图像相关系统。针对体式显微镜标定，提出一种高精度的基于B样条曲面重构的成像系统畸变模型，该模型通过采集自主设计的高精度平面标定板图像，来构建无畸变图像平面和标定板平面之间关系，并以此确定空间B样条曲面形式。利用一种高效的对称亚像素细分法来实现数字图像的高精度匹配，并介绍了所提系统进行三维测量和分析的过程。实验结果表明，标定结果的平均重投影误差为0.03 pixel，位移测量精度优于0.2 μm，应变测量误差的标准差不超过100 με。同时，实验结果也证实了该系统可以准确、全面地实现对微小尺寸材料表面的全场三维变形测量。

提出了一种基于望远镜内部定标黑体与大气层外已知光谱特性的红外自然星体作为参照基准的地基大口径望远镜联合定标方法，在此基础上建立了相应的辐射度测量数学模型，以实现对空间目标的高精度红外辐射特性测量。内部定标黑体用于得到大口径望远镜后半光路系统对应探测器的各个像元响应度，外部标准红外自然星体用于估算大气层外目标附近大气与望远镜前半光路系统的等效透射率。在地基1.2 m口径望远镜上对大量特性已知的红外自然星体辐射强度测量实验表明，当目标附近具有较强能量红外参考星情况下，如红外参考星在3~5 μm波段大气层外辐照度高于1×1016 W/cm2量级，目标红外辐射强度测量不确定度能够优于15%。该方法能够克服大气程辐射、消光及高质量大口径辐射定标源对大气层外目标红外辐射强度测量不确定度的影响，适合于地基大口径望远镜红外光电测量系统的辐射定标与大气层外空间目标红外辐射特性高精度测量。

提出一种新的光栅条纹投影轮廓测量术系统模型，新模型不要求测量系统满足光心连线平行于参考面、成像系统光轴垂直于参考面以及两光轴相交于参考面上等约束条件，只需投射至参考平面的正弦光栅条纹之间相互平行，简化了系统校准过程，有利于现场测量。得到的高度相位映射关系式中，待标定的系数与像点的坐标无关，不需要对每一个像点进行采样，能够减少系统标定所需的时间。实验表明：所提方法使投影装置和成像系统的位置校准过程简单，提高了系统标定的速度，且具有较高的测量精度，能够测量复杂面形的物体，增强了光栅投影三维测量系统的实用性。

为了提高小波变换三维面形测量技术中相位信息的解调速度，依据不同的并行计算原理，提出两种基于并行一维连续小波变换的光学条纹图快速解调方法。利用多核CPU运算平台进行了计算机模拟和实验，结果表明并行一维连续小波变换光学条纹图相位解调方法相比于串行一维连续小波变换光学条纹图相位解调方法，在精度不变的同时计算速度显著提高：对 850 pixel×1000 pixel大小实测条纹图像解调速度提高了7.5倍。并行一维连续小波变换相位解调方法为小波变换三维面形测量技术在实时/瞬态过程三维面形测量中的应用奠定了基础。

栅线投影三维测量中通过标定技术把二维的相位信息转化为高度信息，提出了一种基于双参考平面的等相位坐标标定方法。该方法利用被测物体上相位和两个参考平面上相位相同的位置坐标，通过线性插值得到物体表面的高度，而不是传统方法中将物体上的相位直接减去参考平面上同一坐标下的相位得到绝对相位，再建立高度和绝对相位之间的函数关系（将此类方法称为等坐标相位法）。所提方法能够同时解决相位高度转换以及由于栅线投影系统的非线性响应导致的非正弦性误差的问题。理论和实验证实了该方法的有效性。结果显示，等相位坐标法得到的主要由条纹的非正弦性引起的均方根(RMS)误差不到等坐标相位法的一半。

主次镜的对准误差是影响望远镜成像质量的主要因素。为了提高望远镜主次镜的对准精度，提出了一种基于像散分解的对准误差计算方法。该方法利用出瞳波前误差的泽尼克多项式的像散项计算出两种对准误差单独作用时的像散项的大小。以口径为1200 mm的同轴反射式(RC)望远镜为对象，仿真分析了像散分解算法的特性。当主次镜光轴不共面时，像散分解算法的计算误差随着主次镜光轴间的距离增大而增大。进而给出了基于像散分解的对准误差求解方法，并进行了仿真对准。仿真结果显示，当主次镜光轴的空间距离小于0.5 mm和夹角误差小于0.1°时，基于像散分解的对准算法可以迅速将对准误差降到5 μm和0.5″以内。仿真分析验证了基于像散分解的对准算法的可行性。

针对铯蒸气激光器对窄线宽与高稳定852 nm半导体激光抽运源的要求，采用体布拉格(Bragg)光栅作为外腔输出镜，研究了体Bragg光栅衍射效率对外腔半导体激光器输出光谱特性的影响。研究结果表明，衍射效率为24%、32%与37%的体布拉格光栅均能够改善半导体激光器输出光谱特性；输出光束中心波长锁定在852 nm附近、输出线宽约为0.26 nm；外腔半导体激光器输出波长随抽运电流、温度的变化速率分别小于10.4 pm/A、7.2 pm/℃，优于自由运行半导体激光器；随着光栅衍射效率增加，全系统外腔效率从91%降低至86%。

在PbSe/UV胶量子点光纤环形腔激光器实验的基础上，通过建立并数值求解粒子数速率方程和光功率传播方程等，对1550 nm的激光输出特性进行了数值模拟。计算的抽运阈值功率、单/多模激光输出功率随抽运功率的变化、合适的PbSe掺杂浓度、单模激光功率随输出耦合比的变化等，与实验结果基本吻合。通过对PbSe量子点光纤中激光功率分布的研究，给出了粒子数密度的反转条件：N2/N1≥0.45，该条件可由1550 nm波长处粒子数反转的吸收截面与辐射截面之比得到。研究了掺杂浓度对激光功率的影响，给出了合适的掺杂浓度范围。

通常主成分分析(PCA)只能保持数据的全局结构，邻域保持嵌入(NPE)算法只能保持邻域样本间的相似性，忽略了其差异性。针对上述问题，提出了一种融合全局与局部多样性的特征提取算法，并将其应用于人脸表情识别中。该算法利用PCA算法保持全局结构，并通过流形学习思想定义局部差异离散度和局部相似离散度，结合最大局部散度差准则，有效刻画出局部流形结构的多样性；将全局特征和局部多样性特征相结合，提取出低维流形特征用于表情分类。在JAFFE和Cohn-Kanade人脸表情数据库上的实验表明，该算法与PCA、局部保持投影(LPP)、NPE等算法相比，不仅有效地提高了识别率，而且在取得最高识别率时所需维数最低，证明了此算法在识别效果方面的优越性。

为提高摄像机的标定精度，必须研究高精度的特征点提取方法。针对三种比较典型的标定图样：棋盘格，二维正弦条纹和高斯点阵，分析比较了相应的提取特征点算法和用于摄像机内参数标定的精度，得出基于傅里叶相位分析法的二维正弦条纹的特征点提取精度最高。并针对傅里叶方法处理二维正弦条纹不能准确提取边缘特征点的缺陷，提出了使用相移法提取正交相位以代替傅里叶方法得出正交相位的新方法。这种方法可以消除傅里叶变换滤波对点阵边缘的模糊作用，扩大了二维正弦条纹在摄像机标定中的适用范围。摄像机外参数标定实验表明该方法在处理包含边缘点的点阵时，重投影误差保持在原有水平，证明了其有效性。

利用一组平行线在不同姿态摄像机图像平面中对应消隐点间的无穷单应关系和摄像机相对姿态信息，提出了一种摄像机焦距的高精度实时标定方法。该方法仅通过摄像机在任意两个位置下拍摄同一组空间平行线，基于消隐点对之间的无穷单应关系构建约束，求解焦距参数；将对应光心与消隐点连线的平行程度作为优化指标，利用Nelder-Mead非线性单纯型法实现焦距参数的优化，有效地抑制了图像噪声和姿态测量误差，提高了标定结果的精度和算法的稳健性；大量仿真结果验证了该算法可以在任意相对姿态下实现，且具有精度高、稳健性强、实时解算的优点。

通过高温固相反应在空气中制备了BaMgSiO4:Eu2+/Eu3+发光材料，利用粉末X射线衍射(XRD)、红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）、荧光光谱 (PL)对合成的样品进行表征。研究表明，在393 nm激发光激发下，BaMgSiO4:Eu2+/Eu3+材料同时表现出Eu2+和Eu3+的发射光谱；改变NH4Cl质量分数可有效调整Eu2+和Eu3+的发光强度，实现从绿光到白光的有效调控。Eu3+发光强度随着NH4Cl用量增加而增大；当NH4Cl质量分数为5%时， Eu2+和Eu3+的发光强度比（I Eu2+/Eu3+）最低，可获得国际照明委员会（CIE）色坐标为（0.37,0.38）、色温（CCT）为4300 K的暖白光。BaMgSiO4:Eu2+/Eu3+表现出良好的热稳定性，在200 ℃时，其发光强度仅下降了15%。研究表明BaMgSiO4:Eu2+/Eu3+荧光粉可作为潜在的单一掺杂单一组成的白光发光二极管(LED)发光材料。

用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、正丁醇、环己烷和水组成的微乳液体系在水热环境下制备了一系列不同Tb3+掺杂浓度的CaF2Tb3+荧光粉。通过X射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和能量色散光谱仪（EDS）来表征荧光粉的晶体结构、颗粒大小、形貌及成分，利用荧光的激发光谱和发射光谱以及荧光衰减曲线来表征荧光粉的荧光性能。实验结果表明：XRD测试结果与立方相CaF2吻合；SEM图像显示CaF2Tb3+荧光粉呈球形，且大小约为30 nm；荧光粉中Tb3+的最佳掺杂物质的量浓度为6%；光致发光发射光谱表明在259 nm光激发下该CaF2Tb3+ 荧光粉发出强的绿光。杰出的荧光特性使CaF2Tb3+荧光粉在荧光标记应用中成为一种有前景的绿色荧光粉。

实验合成了发光二极管(LED)用绿光荧光粉配合物Tb磺基水杨酸(SSAH)十一烯酸(UA)。红外光谱表明配体与Tb成功发生配位；紫外光谱分析表明配合物的吸收主要来自配体的吸收；荧光光谱分析显示配合物在365 nm的紫外光激发下，于543 nm处发出强的特征绿光，这表明所合成的配合物可用于365 nm波长紫外芯片的光致荧光粉；热重曲线可以看出配合物的起始分解温度在200 ℃附近，完全满足LED的工作温度；荧光寿命分析得出配合物的荧光寿命为1.413 ms，量子效率ηs=42%；通过量子化学计算出配体的单重态与三重态能级，并对配合物发光机理进行了探讨分析。

表面缺陷基态模孤子的性质在实现全光控制方面有重要的应用。基于非线性薛定谔方程，利用虚时间变换、非线性松弛法以及分步傅里叶算法等数值方法对具有半无限缺陷光格子的克尔型非线性介质中存在的基态模的特性进行了详细研究。研究结果表明：对于吸引型半无限缺陷光格子，表面缺陷基态模只能分布于缺陷处，而对于排斥型半无限缺陷光格子，表面缺陷基态模既可以分布于缺陷处，也可以分布于其他格子通道处；每个系统参数存在着一个临界值，当其他参数保持不变的情况下，这个系统参数的数值大于或小于其临界值时，表面缺陷基态模将能或不能分布于缺陷处。从物理机制方面看，光格子与光束诱导的非线性折射率之间的竞争导致了这种临界行为的出现。

为了解决大口径光学元件磁流变高精度加工问题，基于矩阵运算模型，提出了SBB(Subspace Barzilai and Borwein)最小非负二乘与自适应Tikhonov正则化相结合的驻留时间快速求解方法。同时，在一次收敛中采用双去除函数优化螺旋线轨迹下光学元件的加工，保证中心区域与全口径面形精度一致。仿真表明该算法与常用Lawson-Hanson最小非负二乘法相比，计算精度一致且求解效率大幅提高。对Φ600 mm以彗差为主的光学表面模拟加工，峰谷(PV)值和均方根(RMS)值从初始的2.712λ与0.461λ中心区域全局一致收敛到0.306λ和0.0199λ(λ=632.8 nm)。因此，提出的算法能够在有效保证面形收敛精度的同时快速获得稳定可靠的驻留时间分布，为磁流变抛光应用于大口径光学元件提供有力支持。

随着非制冷红外探测器技术的快速发展，非制冷红外光学系统得到了广泛应用。为满足机载或弹载非制冷红外光学系统结构尺寸紧凑、相对孔径大、温度适应性强、杂散光抑制能力高的要求，采用折反射式二次成像光学系统结构形式，实现了远射比0.55，F数0.8的光学系统设计，同时采用光学被动补偿方式，通过适当的光学和结构材料匹配实现了-40 ℃~50 ℃无热化设计，并配合一次像面处视场光阑保证光学系统具有较高的杂散光抑制能力。给出了完整的光学系统设计，设计结果表明：光学系统在不同温度下各视场调制传递函数接近衍射极限，空间排布紧凑。通过高低温成像实验，验证了该非制冷红外光学系统满足机载或弹载应用的环境要求。

基于Marcatili近似理论，给出了一种矩形光波导Ey00模模场的近似表达，根据平面波角谱理论，推导出了矩形光波导Ey00模衍射场的空间频谱表达式，探讨了其x轴方向上的空间频谱分布特性，分析了矩形光波导Ey00模在x，y轴方向上的光传输因子M2，并采用方形桶桶中功率对矩形波导Ey00模空间频率半宽度进行数值分析，得到了由方形桶桶中功率定义的矩形光波导Ey00模空间频率半宽度随归一化频率变化的关系曲线。

在弱场图像下,利用Racah不可约张量算符方法得到了三角对称3d4/3d6电子组态的完整的哈密顿矩阵。研究了Fe2P2S6晶体中Fe2+的基态能级和晶体结构,考虑了自旋轨道耦合与自旋自旋耦合对基态能级的影响，对Fe2P2S6晶体基态能级和电子顺磁共振的零场分裂进行了计算。计算结果与实验值符合得较好。基于此计算结果,对基态能级和零场分裂中的自旋轨道耦合、自旋自旋耦合以及3L低自旋态进行了更深入的研究,并对Fe2P2S6晶体的Jahn-Teller效应进行了研究。

由于圆偏振涡旋光束可以表征为柱坐标的径向矢量光束和角向矢量光束的线性叠加，因而在研究其聚焦特性时，必须考虑具有拓扑核的径向矢量光束聚焦后有角向分量和角向矢量光束聚焦后有径向分量。在修正关于圆偏振涡旋光束强聚焦公式的基础上，重新模拟计算了不同拓扑核的圆偏振涡旋光束的强聚焦特性。结果显示不仅单自旋手性的圆偏振涡旋光束聚焦能形成平顶光束，而且两束不同的自旋手性的涡旋光束的叠加聚焦也可以实现平顶光束。通过调节光束的振幅、束腰半径以及遮挡通光孔径可以有效地改变平顶光束的半宽。

利用平衡零拍探测测量电磁诱导透明(EIT)介质中探测场的正交振幅和正交相位噪声谱。在平衡零拍探测系统中通过调节压电陶瓷来改变本振光的光程从而改变本振光与探测光的相对相位，进而测量不同相位对应的探测光的噪声分量。实验中电磁诱导透明介质中探测光与耦合光耦合导致探测光噪声的增大，发现在耦合光不同失谐下对探测光不同正交分量引入的额外噪声是不同的，同时得到了探测光噪声与耦合光功率及分析频率的关系。

频率上转换技术在量子光学中的应用日益受到重视，而对脉冲模式的单光子水平的频率上转换的光子数量子统计和传递特性的理论研究还有待完善。在相互作用绘景下用三波混频方程重点讨论了时域上分别为连续相干光场和高斯脉冲相干光场的信号光和抽运光相互作用的非线性频率上转换过程中的光子数量子统计分布的保持和传递特性。结果表明在不同模式的信号光子和抽运光场相互作用下，非线性频率上转换过程可以传递和保持入射的信号光子的光子数量子统计分布特性，对于发展新型量子上转换器件和基于频率转换的量子操控器件有重要的参考意义。

在直视合成孔径激光成像雷达（SAL）的基础上，提出了一种自干涉的产生三维成像的原理方法。首先对于交轨向正扫描和反扫描的柱面镜进行位置偏置，造成交轨向成像频谱的平移并产生相对线性相延，然后逐一对一对交轨向正扫描和反扫描收集聚焦像进行相干叠加，并由此产生自干涉。自干涉产生的交轨向平展条纹对于目标面的倾斜投射即可产生包含目标高度信息的波痕干涉图，最后通过解包裹算法产生表征目标表面轮廓的等位线图。本方法采用一发一收的雷达结构通过单航过干涉法实现三维成像，结构简单，原理有效，同时具有抗大气、运动平台等相位干扰能力。

基于太阳漫射板+稳定性监视辐射计的星上定标方式能有效地提高遥感数据定量化水平，其中漫射板的双向反射分布函数(BRDF)定标精度是高精度星上定标的关键，BRDF绝对测量可实现漫射板的高精度定标。为解决高精度BRDF绝对测量的关键技术，设计了高亮度、高稳定度、高均匀性积分球光源；使用单色仪和单片探测器对大动态范围入射和反射辐亮度信号进行高精度探测，并利用锁相放大器对信号进行放大和采集；采用样品漫射板三维转动和三维平移及光源一维转动的组合运动形式，以高精密六轴串联机械手和中空分度盘分别作为样品漫射板和光源的定位机构，可高精度、无遮挡、快速地构建BRDF测量所需的几何关系。研制的装置可实现包括“平面外”在内的全角度BRDF绝对测量，可测量的入射、反射光束角度范围：天顶角为0°~75°、方位角为0°~360°，目前可测量的光谱范围为250~1700 nm，装置的BRDF绝对测量不确定度优于1%。

应用于大气CO2高精度探测的超光谱分辨率空间外差光谱仪，采用面阵探测器同时采集二维干涉数据。针对面阵探测器响应同时存在的非均匀性和非线性，分别分析了其对干涉数据及复原光谱的影响，指出在相同的探测器非均匀性噪声下，光谱分辨率越高复原光谱噪声越大；而非线性不但对有效光谱范围内光谱复原精度有影响，还会产生光谱截止频率外的非零值。阐述了一种多能量等级均匀辐射源的非线性及单一均匀辐射源非均匀性同时校正算法。开展了探测器响应校正实验。探测器数据校正后非均匀性从4.04%降至0.14%；干涉数据校正后复原的光谱平滑，大大降低了非均匀噪声，校正后光谱截止频率之外数据基本为零，去除了非线性影响。

采用射频频率调制光谱(RF-FMS)和调制转移光谱(MTS)将1560 nm分布反馈激光器经MgO:PPLN波导高效倍频后锁定于87Rb原子D2线超精细跃迁。比较了两种方法的原理、谱线以及锁频结果。激光器自由运转30 min的典型频率起伏为8~10 MHz，采用RF-FMS和MTS锁频30 min的频率起伏均方根分别为±135 kHz和±85 kHz，这主要是由于后者的信噪比高，谱线完全无背景。采用MTS方案，搭建了一套结构紧凑、性能稳定的1.5 μm光纤通信波段激光稳频系统。

激光诱导击穿光谱（LIBS）为多元素同时分析提供了一种简单、快速的分析工具。对LIBS多元素同时分析时实验参数优化，提出了一个“综合信背比(ISBR)”的优化目标函数。基于二次回归正交设计(QROD)构建了激光脉冲能量、检测延时、样品距透镜距离、积分时间这些因素对目标函数影响的多因素模型。结果表明，目标函数可以顾及多条谱线性能，为多元素同时分析提供参数优化的依据。利用QROD方法建立多因素模型，可以获得比单因素逐个优化更优的实验条件，并大大减少了实验次数。

极紫外光刻(EUVL)是最有可能实现22 nm技术节点的下一代光刻技术。极紫外(EUV)光刻系统使用波长为13.5 nm，在此波段下曝光设备只能采用全反射式系统。然而，在极紫外光辐照下的光学元件，薄膜表层的碳化和氧化是导致EUV反射膜反射率下降的两种主要机制。结合EUV光学器件的表面分子动力学理论，研究碳沉积层的作用机理，以便找到抑制污染沉积的有效方法。通过针对碳污染层模型的计算研究，验证了模型和假设的有效性，从侧面证明了Boller等的“二次电子诱导分解是主要沉积过程”理论。通过迭代法模拟了控制污染的几个关键参数对沉积层的影响，得到50~80 nm的非工作波段产生的碳沉积最为严重的计算结果。

采用双离子溅射的方法，在硅、石英基底上制备了单层Ta2O5、SiO2及双层Ta2O5/SiO2光学薄膜。结合Cauchy色散模型，利用石英基底上单层Ta2O5及双层Ta2O5/SiO2薄膜透射光谱曲线，采用改进的遗传单纯形混合算法，获得了Ta2O5和SiO2薄膜材料在400~700 nm波段的光学常数。结果表明，理论分析值与实验测量值取得了很好的一致性，拟合出的单层Ta2O5薄膜折射率误差小于0.001，膜层厚度误差不超过1 nm；双层Ta2O5/SiO2薄膜最大折射率误差小于0.004，最大厚度误差小于2.5 nm。此外，还对400 ℃高温环境下双层Ta2O5/SiO2薄膜的微观结构、应力、表面形貌及光学性能变化进行了研究。

从复杂、动态多变的交通图像中准确提取障碍物的轮廓曲线是智能汽车的一个重要研究课题，它对行人保护起着十分重要的作用。Snake模型是用来自动提取物体边界的曲线模型。结合立体视觉技术和Snake模型以实现行人检测：运用基于稠密视差的立体分割方法查找并分割潜在行人目标区域，为了便于后期目标轮廓提取，基于边缘检索的立体匹配算法被进一步用于提取感趣区(ROIs)内的目标初始边界；在此基础上，用Snake模型提取目标的完整轮廓曲线；轮廓因子及目标高程被用于ROIs的验证，即行人识别。针对Snake模型易受噪声干扰及难以收敛到凹陷边界等缺陷，提出了改进的距离势能模型。以典型交通场景为分析对象，对所提出的方法进行了测试，得到了较为理想的结果。