改进了泽尼克模式波前重构数值模拟方法，避免了传统方法中大量的面积分运算，对准直光束瞬态热晕效应模式法自适应光学校正进行了数值模拟研究。数值模拟结果表明，由于模式混淆误差的影响，使泽尼克重构模式阶数的选择受限，即存在一个最大的重构模式阶数，大于该模式阶数会导致校正效果迅速变差，且最大模式阶数的大小与热晕强度无关。对于子孔径分布为8×8的69单元自适应光学系统，最大模式阶数为37阶；同直接斜率法相比，泽尼克模式法可以通过重构模式选择，提高自适应光学系统对热晕校正的稳定性，抑制热晕补偿不稳定性的发生。

大气层中气体浓度随海拔高度的指数衰减造成了大气折射率的不均匀分布。目标辐射在大气层中传播时，其辐射路径因折射作用变为曲线，而在求解目标距离时却是沿视在路径计算氧气吸收率，这使得氧气吸收被动测距中存在一个固有误差项，这里称之为折射吸收误差。为了分析折射吸收误差对氧气吸收被动测距的影响，分别计算目标辐射路径和视在路径的氧气浓度，并通过辐射路径和视在路径上吸收气体含量相等的方法，建立了不同视在天顶角的折射吸收误差和目标真实距离的关系。结果表明：相同天顶角下，折射吸收误差随路径长度增加而变大。天顶角小于90°时，折射吸收误差变化规律复杂，但能满足100 km以内的高精度近程测距和150 km以上的远程告警；天顶角大于90°时，折射吸收误差的变化规律简单且误差值很小，可实现全程高精度测距。因此该结论可为氧气吸收被动测距技术的误差修正提供一定的理论支持，同时也证明了该被动测距技术的适用性。

利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)二级云产品、大气红外探空仪(AIRS)二级大气产品和AIRS L1B红外高光谱数据，采用通用大气辐射传输(CART)模式,选择9 μm（带宽为1070~1135 cm-1）、11.03 μm(带宽为886~928 cm-1)和12.02 μm(带宽为815~850 cm-1)波段对冰云大气顶的亮温进行了模拟与分析。对反演冰云参数和MODIS云产品下的模拟亮温分别与AIRS观测亮温间关系进行了分析与比较，并对反演冰云参数下的模拟亮温和AIRS观测亮温的亮温差的概率分布进行了研究。结果表明：基于反演的冰云光学厚度和云顶高度的三波段模拟亮温和AIRS实际观测亮温分布一致，模拟计算和AIRS实际观测亮温间相关系数达0.98以上。11.03 μm和12.02 μm波段模拟计算和AIRS实际观测亮温间亮温差主要分布在0~5 K，9 μm波段亮温差主要分布在0~±0.5 K。建立在反演冰云参数基础上的实际大气条件下的大气辐射特性模拟研究具有准确性和可靠性。

对卫星遥感云图进行自动分割是分析卫星云图资料的重要步骤。为了更加准确的对卫星遥感云图进行分割，提出了融合边缘信息CV模型的卫星遥感云图分割方法。对原卫星云图进行扩散，得到平滑图像，根据平滑图像计算边缘信息，将得到的边缘信息融入CV模型中，并加入距离规范项使得CV模型的水平集函数在演化过程中不需要重新初始化。实验结果表明，与传统CV模型、区域能量拟合水平集模型、偏置场修正水平集模型相比，所提方法分割出的云区域更加准确，分割速度更快。

观测到了使用镀银微波腔产生漫反射光场冷却原子的信号，完成了微波腔与积分球一体化的最后一步。这种冷却方式结构更加简单，且没有涂料，不会对微波场场型造成影响，有利于钟信号的信噪比及对比度提高。同时测试了微波腔冷却在不同冷却光注入方案、漫反射系数及腔表面开孔尺寸下的冷却性能。结果表明端面注入冷却光是目前获得更多冷原子数目的方法，提高腔表面的漫反射系数，可以显著提高冷原子数目。为了充分利用积分球内的冷原子，采用了10 mm的通光孔径，测试了不同通光孔径对冷原子信号的影响，证实了目前较大的通光孔径不会影响到冷原子数。

结合单晶硅各向异性腐蚀和倾斜光刻技术,在14°斜切(110)单晶硅片上成功制作出90°顶角的中阶梯光栅。在1500~1600 nm波段对其进行了闪耀级次衍射效率测量，测量结果的趋势与C方法计算结果基本吻合，其中在1500~1550 nm波段光栅表现出良好的闪耀特性，效率为理论值的52%~75%，峰值约为58%。讨论并计算了制作工艺中的槽深误差对光栅闪耀级次衍射效率的影响。结果表明，在1500~1550 nm波段，考虑槽深误差计算所得的理论闪耀级次衍射效率约为完美槽形计算效率的77%~85%。

建立了一个极紫外光刻含缺陷多层膜衍射谱仿真简化模型，采用相位突变和反射系数振幅衰减表示缺陷对多层膜反射光的影响，得到了含缺陷多层膜衍射谱的解析表达式。简化模型中，相位突变量由多层膜表面以下第6层膜的缺陷形态决定，反射系数振幅衰减量由基底的缺陷形态决定。与改进单平面近似(SSA)模型相比，仿真速度基本一致的情况下，简化模型提高了含缺陷多层膜衍射谱仿真的精度，6°入射时，衍射谱的0~+3级衍射光振幅的仿真误差减小50%以上，并且不同入射角情况下，尤其在入射角小于12°时，振幅误差稳定。得到了含缺陷多层膜衍射谱的解析表达式，可进一步理论分析缺陷对多层膜衍射谱的影响，为得到掩模缺陷的补偿公式奠定了基础。

扫描干涉场曝光系统中的干涉条纹周期是相位锁定系统的重要参数，其设定值与名义值之间的偏差会引起相邻扫描间的干涉条纹相位拼接误差。为获取以扫描曝光方式所制作光栅的衍射波前特征，根据步进扫描曝光的特点及动态相位锁定的工作原理，建立了扫描曝光的数学模型，给出了曝光刻线误差及曝光光栅周期的变化规律，并进行了相关实验验证。结果表明，相位锁定中周期设定误差会带来周期性的刻线误差。曝光光栅周期会随周期设定值的变化而改变，当周期设定误差较小时，曝光光栅周期等于周期设定值。对于曝光光斑束腰半径为0.9 mm、曝光步进间隔为0.6 mm、曝光条纹周期为555.6 nm的系统参数，周期设定的相对误差小于278×10-6时，周期性的刻线误差小于1 nm。若要求曝光对比度大于0.9，则周期设定的相对误差需要控制在92.6×10-6以内，周期设定值及曝光光栅周期的可变范围为102.8 pm。

为进一步提高光隐匿通信系统的安全性，提出了基于码移键控光码分多址(CSK-OCDMA)技术的光隐匿通信方案，搭建了2.5 Gb/s的实验系统。实验装置中采用低成本的分布反馈半导体激光器作为隐匿光源，宿主光源采用贴近波分复用(WDM)光网络实际的光波长转换板(OTU)。实验结果表明，隐匿信道可实现背靠背无误码传输，且隐匿信道的引入对宿主信道接收机灵敏度的影响仅为0.1 dBm。在保证隐匿信道无误码传输的情况下，宿主与隐匿信号功率差最大可以达24.6 dBm。加入前向纠错设备(FEC)后，实现了光隐匿通信系统100 km无误码传输。

提出了一种新型的基于菱形空气孔的单一偏振单模太赫兹光子晶体光纤，通过改变光纤中引入缺陷的个数、尺寸以及所处位置，研究其对光纤单一偏振单模特性的影响。全文仿真建模采用全矢量有限元法，结果表明：当光纤中引入两缺陷时，随着缺陷尺寸的增加，单一偏振单模运行区域向高频方向移动，区域宽度稍有增加；当引入四缺陷时，靠近芯区的缺陷对单一偏振单模特性影响占主导；基于此，在芯区四周各引入尺寸相同的缺陷，对比四缺陷和两缺陷时的情况发现，四缺陷时单一偏振单模运行区域（1.07~1.36 THz）向高频方向移动，且区域宽度（为0.29 THz）增加明显，是两缺陷时的1.32倍。此类光纤可应用于某些对偏振态有非常严格要求的系统中，故具有实际意义。

提出了一种用于增大基于电光相位调制时间透镜孔径的参数调制法，理论推导出该方法的实现原理，并结合时间透镜在光脉冲压缩中的应用，研究了调制参数Q对时间孔径和脉冲压缩效果的影响。结果表明，对于文中调制频率为20 GHz，理想压缩系数为5的时间成像系统，采用这种方法可将仅占调制周期15.6%的时间孔径提高到50%以上，并将脉冲压缩系数由3.11提升到4.46。同时，通过选取相反的输入和输出段色散，还可有效降低时间系统的调制电压。研究结果表明，该参数调制法只需对时间透镜本身参数做调整，无需引入新器件，便可有效地增大时间透镜的孔径，提高脉冲压缩系数，使其更接近理想值。该研究成果为电光相位调制时间透镜系统的性能提升提供了一种简洁而有效的手段。

偏振编码器的稳定性是影响偏振编码通信的关键因素之一。采用时变矢量对基于铌酸锂(LN)相位调制的偏振编码器的稳定性进行了深入研究。实验表明，LN的偏振相关损耗主态(PPL)与偏振相关相移主态基本一致，说明LN的偏振相关损耗不会影响偏振态的稳定性。实验中观察到偏振态旋转具有“惯性”：使电压从0增加到某个定值，在停止增加后，偏振态会继续变化一段时间，大约在30 min后才达到稳定；相反，使电压从某个定值减少为0，在停止减少后，偏振态仍会继续变化一段时间。该现象对于低速调制将带来不利影响；对于高速调制，平均功率的变化也将引起偏振抖动。

为了解决解密图像之间的串扰噪声，在基于干涉原理的多图像加密系统中引入了快速响应矩阵(QR)码。该光学加密系统加密过程使用计算机进行数字运算实现，而解密过程可以使用数字实现，也可以使用光学方法实现。加密时多组原始信息首先被转换为相应的QR码，然后多组QR码被解析地隐藏于两个纯相位板中。解密时，使用相干光照射两个纯相位板，并通过分束镜使二者的衍射光场进行叠加，再经不同的衍射距离后所得的衍射强度即为解密图像，把得到的几组解密图像直接用智能手机进行扫描，即可完全恢复原始信息。相较于原来的基于干涉原理的多图像加密方法，该加密方法成功地解决了串扰噪声问题，实现了信息的高质量恢复。计算机模拟结果证实了该方法的有效性，也分析了对裁剪和噪音攻击的稳健性。

针对长时间工作后红外焦平面阵列(IRFPA)响应特性发生漂移，图像质量下降的问题，分析了两点校正(TPC)后残留非均匀噪声的特性，在TPC的基础上提出了一种自适应非均匀性校正方法。将两点校正后的图像进行小波分解，利用贝叶斯阈值逐点进行信号方差和噪声方差的估计，计算出残留非均匀噪声并加以去除。实验结果表明，该算法可以有效去除残留非均匀噪声，避免因红外焦平面阵列响应特性漂移而导致的图像降质。

高光谱遥感图像为地物的精确分类带来了机遇，但也面临着一些挑战，高光谱遥感图像分类中所面临的一个挑战是如何处理高的光谱维数和小的样本数目之间的矛盾，目前几乎全部采用降维方法来缓解这一矛盾。集成学习的出现和选择性集成概念的提出为解决这一问题提供了新的研究思路，基于这一思想提出了基于波段分组和分类器集成的方法。在高光谱遥感图像的原始光谱空间根据波段之间的相似性信息对光谱波段进行分类，从每类中随机抽取一个波段形成新的光谱组，并依靠限制不同光谱组中相同波段的数目增加不同光谱组之间的差异程度，将新的光谱组作为训练分类器的特征子集，在特征子集训练最大似然分类器，使用简单的多数投票法合成得到最终的集成分类器。实验结果表明，使用基于波段分组和分类器集成的方法可以得到更高的分类精度。

编码曝光方法是基于扩频技术的思想，通过对快门的编码将传统的快门频谱扩展到更宽的频带上，保留更多图像的频域信息，方便图像信号的恢复。提出了一种基于光纤陀螺振动探测和编码曝光的颤振模糊图像复原方法，介绍了编码曝光和颤振探测的基本理论，实现最优编码码字的选取。利用光纤陀螺进行颤振轨迹探测，并使用统计的方法估计点扩展函数(PSF)，将复杂的几何计算问题转化为简单的统计问题，降低运算复杂度，提高运算速度。提出的方法主要用于复原由卫星平台颤振引起的遥感成像模糊，实验结果表明，该方法能够实现快速的复原，对于快速获得高分辨率遥感图像具有重要意义。

集成成像较小的再现深度一直都限制着集成成像的发展和应用，针对此问题提出了一种增大集成成像再现深度的方法。该方法在微透镜阵列与显示屏之间附加一个光孔阵列，利用光孔阵列限制显示屏上像素发出光线的发散角，从而有效地增大集成成像的再现深度。对集成成像的再现原理进行了深入分析，讨论了光孔直径与集成成像再现深度的关系。采用ASAP光学模拟软件对所提方法和传统方法进行了模拟对比实验，实验结果显示当光孔直径占透镜元节距的64%时，所提方法的再现深度是传统集成成像再现深度的1.5倍，实验结果验证了理论推导的正确性。

图像法进行航空相机调焦过程中，图像噪声的影响会使得调焦精度降低.然而对于图像信噪比和调焦精度两者之间关系的研究主要是基于实验结果和主观判断，没有通用性的理论和确切的结论。从理论上分析并给出两者之间确切的关系表达式，并通过实验验证了调焦精度和图像信噪比之间呈正相关的关系，图像的信噪比越高，调焦精度越高。以评价函数的方差值作为衡量调焦精度的标准，理论上计算了图像的信噪比对评价函数的期望和方差的影响，提出信噪比越高的图像中噪声越少，评价函数的方差值越小，调焦越准确。设计实验记录不同信噪比下，应用同样的调焦方法，得到的图像评价函数方差的变化规律，实验结果显示当图像的信噪比由27 dB升高到39 dB时，评价函数方差由0.262降低为0.0611，相当于调焦精度提高了约30%，证明了理论分析的正确性。

随着集成电路特征尺寸进入2Xnm及以下节点，光源与掩模联合优化(SMO)成为了拓展193 nm ArF浸没式光刻工艺窗口、减小工艺因子的重要分辨率增强技术(RET)之一。提出了一种基于随机并行梯度速降(SPGD)算法的SMO方法，通过随机扰动进行梯度估计，利用估计梯度来迭代更新光源与掩模，避免了求解梯度解析表达式的过程，降低了优化复杂度。对周期接触孔阵列及十字线、密集线三种掩模图形的仿真验证表明，三种掩模图形误差（PE）值分别降低了75%、80%与70%，该方法较大程度地提高了光刻成像质量。

大视场、超光谱分辨率、高空间分辨是光谱成像仪的发展方向，谱线弯曲和色畸变的抑制则是二维谱图信息准确提取的前提。提出了一种棱镜光栅光谱成像结构形式，并采用矢量方法构建了棱镜光栅组合色散元件的数学模型，优化了分光模块的结构参数，基于此组合色散元件设计了一个具有近直视光路结构的超光谱成像仪光学系统。该系统光谱范围为400~800 nm，入射狭缝长为14 mm，F数为2.4，其光谱分辨率达0.5 nm，调制传递函数(MTF)在探测器奈奎斯特频率68 lp/mm处均大于0.7，谱线弯曲和色畸变均小于1 μm，低于单个像素的13.5%。

系统研究了照明光的波前曲率对PIE成像分辨力的影响，证明采用弯曲波前的照明光可以显著提升PIE对随机噪声和量化误差的抗干扰能力，从而能够使重建图像的分辨力提高3倍以上，为实际实验中照明光的选择提供了指导。

推导了分划板失调量与待测系统调制传递函数(MTF)下降之间的解析表达式，对光管和待测系统焦距比与分划板装调精度之间的数学关系进行仿真分析，发现焦距比为1，分划板轴向装调误差为0.0012 mm引起的待测系统MTF下降为0.01。据此提出依据Zernike系数定量指导装调，采用数字干涉仪与平行光管、分划板构成干涉光路进行逐次迭代调整的方法。实验与数学分析均表明，上述方法可显著提升分划板装调精度，其引起的探测器离焦导致的MTF下降可控制在0.013。实验结果与理论值之间的偏差表明，环境扰动等不确定度对标定精度产生影响，在测试环境良好的条件下采用上述装调方法，使用焦距与待测光电系统焦距相当的平行光管就可满足高精度光学标定与装调的测试需求。

空间遥感仪器的漫透射板受太阳真空紫外辐照而导致的半球透射率变化将影响仪器在轨辐射定标结果。分析了太阳紫外辐射光谱特点及漫透射板在轨工作的紫外辐照剂量，利用标准氘灯作为光源模拟太阳115~200 nm的紫外光谱，在特定距离下对紫外熔石英漫透射板进行了辐照实验。太阳等效紫外辐照48 h后，熔石英漫透射板半球透射率在250~1000 nm波段产生了不同程度的衰减，其中，紫外波段半球透射率衰减程度略高，250 nm处衰减约为3%，近红外波段衰减程度略低，1000 nm处衰减约为1%，对漫透射板进行清洗后，半球透射率基本恢复到最初状态。实验结果初步表明，漫透射板表层污染是引起半球透射率衰减的主要因素，该结果将对空间遥感仪器太阳漫透射板防护、在轨定标与衰减修正具有重要意义。

高精度的激光雷达探测对发射波长的精确定标和稳定有极其严格的要求，可调谐激光器进行多次波长调节时存在的激光器空回问题会严重影响系统的探测精度。为此，提出了一种解决可调谐激光器空回问题的算法，得出了通过来回跳转使正负误差相抵消以消除空回误差的方法，并首先将其应用到大气CO2浓度垂直廓线高精度探测中的稳频部分。通过多次实验表明，该算法提高了可调谐激光器的激光波长调节精度，消除了激光器多次反转调节波长时空回误差对测量精度的影响，弥补了机械转动进行波长调节的不足，对高光谱激光技术的发展有十分重要的意义。

为实现嫦娥三号月球车全景相机图像的无缝镶嵌，针对全景相机序列图像光照不均、月表影像的特殊性等问题，提出了一种基于加速稳健特征(SURF)算法的嫦娥三号全景相机图像全景镶嵌方法。采用SURF算法提取特征点，用SURF描述子的欧氏距离作为判定度量进行特征匹配。求取相邻两幅图像间的变换矩阵，并利用Levenberg-Marquardt非线性优化算法进行优化。采用基于线性插值的渐入渐出方法对图像重叠区域进行融合，实现月表图像的无缝镶嵌。结果显示，该方法针对嫦娥三号全景相机图像实现了快速准确的镶嵌，生成的镶嵌图满足月球车探测目标选取及路径规划的需求。

在传统双目立体视觉传感器的基础上，对基于平面镜成像的单摄像机立体视觉传感器进行了研究。在电荷耦合器件(CCD)摄像机前放置一平面反射镜，通过对目标物体和其虚像进行拍摄，得到一幅具有视差的图像，该图像相当于摄像机和其在平面镜中的虚拟摄像机从不同角度对目标物体进行拍摄，具有双目立体视觉的功能。建立了单摄像机立体视觉传感器数学模型，分析了参数对单摄像机立体视觉传感器的视场范围和测量精度的影响，设计了传感器参数尺寸，进行了相关实验验证。实验结果表明，该测量方案方便有效，结构简单，调节方便，尤其适合近距离高精度测量。

提出了一种新颖的利用随机森林检测深度图像中遮挡现象的方法。该方法从一幅深度图像中提取每个像素点的遮挡相关特征，利用随机森林分类器检测每个像素点是否为遮挡边界点，得到图像中的遮挡边界。主要贡献在于：提出了一种新的遮挡相关特征深度值离散度特征，同时引入高斯曲率特征，并将它们与现有特征相结合来检测遮挡边界；以特征重要性和特征提取时间为衡量标准，对深度图像中的各遮挡相关特征进行了分析评估，在此基础上，选取平均深度差、最大深度差、平均曲率、高斯曲率和深度值离散度5种特征用于设计遮挡检测分类器；一种新的遮挡检测方法，利用随机森林解决深度图像的遮挡检测问题。实验结果表明，同已有方法相比，所提方法具有较高的准确性和较好的通用性。

采用高温固相法成功合成了新型BaMoO4:Pr3+黄绿色荧光材料，并对其晶体结构、形貌和发光性质进行了研究。X射线衍射(XRD)测试结果表明在1300 ℃制备的样品具有白钨矿类结构晶体，样品的形貌在扫描电镜(SEM)显示下呈不规则外形。荧光样品激发光谱由强的电荷迁移跃迁(CT)带和Pr3+离子的特征激发峰组成，主激发峰位于447 nm(3H4→3P2)、472 nm(3H4→3P1)和485 nm(3H4→3P0)；其发射谱峰分别位于527 nm(3P1→3H4,5)、542 nm和551 nm (3P0→3H5)、596 nm(1D2→3H4)、614 nm(3P0→3H6)和642 nm(3P0→3F2)，最强发射峰位于642 nm处。获得Pr3+的最佳掺杂摩尔分数为0.2%~0.3%。研究表明: BaMoO4:Pr3+是一种有望应用于蓝光发光二极管(LED)有效激发的黄绿色荧光粉材料。

测量了三种不同直径（4.5, 5.0, 5.6 nm）的IV-VI族PbSe量子点的近红外吸收光谱，给出了吸收峰值波长随量子点直径变化的经验公式。用吸收光谱法，根据Lambert-Beer定律，测量了光谱的吸收截面峰值和吸收系数及其随波长和掺杂浓度的变化，发现吸收截面对掺杂浓度有弱相关性，得到了吸收截面随掺杂浓度变化的指数近似表达式。测量了量子点的荧光辐射谱，由McCumber关系和实测的吸收截面，确定了量子点光谱的辐射截面峰值及随波长的变化。这些光谱截面数据对PbSe量子点掺杂的增益型器件和传感器设计有重要的意义。

采用水热腐蚀法制备了4个腐蚀时间不同的铁钝化多孔硅样品，铁钝化多孔硅样品表面呈海绵结构，随着腐蚀时间增加，样品表面的平整度下降，腐蚀孔尺寸差别有增大的趋势。在250 nm光激发下，样品发光峰位于620 nm附近，半峰全宽约130 nm。腐蚀时间从10 min增加到40 min，4个样品的发光峰并未出现定向的红移或蓝移。结合样品傅里叶变换红外吸收光谱的结果，铁钝化多孔硅的光致发光行为可归因于量子限制发光中心作用，相应的辐射复合发光中心为非桥氧空穴。

研究了一台基于主振荡功率放大（MOPA）结构的全光纤结构脉冲激光器。利用声光调Q，获得了平均功率约为500 mW的脉冲种子源，采用一级预放大器使输出脉冲放大到10 W；主放大器利用一台中心波长为976 nm的带尾纤的半导体激光器对掺Yb3+双包层光纤抽运。最终在40 kHz的重复频率下实现了中心波长为1064 nm、脉宽为2.4 μs、平均功率大于100 W、脉冲能量达到2.63 mJ、输出光束的M2因子为1.2的激光脉冲输出。

为实现头戴显示器(HMD)的轻小型化，设计了一种新型的半透膜阵列平板波导式HMD光学系统。利用两个互相垂直放置的半透膜阵列波导实现了目镜出瞳的扩展，使得小出瞳目镜即可满足HMD使用需求，在缩小目镜体积的同时减轻了系统重量。通过对半透膜阵列平板波导结构的理论分析和光学系统建模，讨论了系统成像质量和出瞳辐照度分布规律。该系统总重约36 g，视场为15°×20°，出瞳7 mm×12 mm，畸变小于0.13%，点斑均方根半径小于3.75 μm，波像差均方根小于0.045λ，各视场光学调制传递函数在40 lp/mm时大于0.58。结果表明，半透膜阵列平板波导装置能够有效扩展目镜出瞳，该系统能够满足HMD的使用要求。

鬼像是逆光照明下影响光学镜头成像清晰度、对比度的主要原因，为减少其影响，研究典型匹兹万镜头的消鬼像问题。运用近轴矩阵光学理论，详细分析讨论匹兹万镜头的鬼像特性，给出抑制方法。根据使用要求，优化设计和研制了消鬼像光学镜头，像质评价结果表明鬼像能量低且分布均匀，具有接近衍射极限的成像性能。逆光照明下的成像结果表明，研制的镜头具有优异的鬼像抑制性能，验证了设计和分析的正确性。给出的鬼像抑制方法可用于其他光学系统。

针对腔体吸收器安装位置对其光热转换性能的影响进行了理论、模拟、实验研究。构建了太阳能槽式系统吸收器表面辐射热损失的物理模型，并进行了数学验证，结果表明吸收器表面的辐照度趋于均匀分布时，系统的热辐射损失减小。基于TracePro软件模拟了腔体吸收器在不同位置时的光学效率、辐照度标准差，发现腔体吸收器安装位置小于焦距时可获得较好的光学性能，采用焦距为1200 mm的槽式系统进行了腔体吸收器光热转换性能的实验验证，当腔体吸收器安装焦距为系统焦距的98.75%，集热温度为201.3 ℃时，所构建的槽式系统的热效率可达35.53%。

针对平面光栅和棱镜成像光谱仪难以校正谱线弯曲的问题，提出了利用棱镜光栅（P-G）组合分光元件并结合系统物镜畸变校正谱线弯曲的方法。分别计算了棱镜和光栅产生的谱线弯曲以及P-G组合元件产生的光谱弯曲，分析了棱镜和光栅的谱线弯曲特性，并基于此设计了P-G组合分光元件和消谱线弯曲成像光谱仪结构。通过优化设计得到光学系统的光谱分辨率高于2 nm，点列图均方根(RMS)半径小于8 μm，系统谱线弯曲和光谱弯曲小于2 μm。证明了P-G组合元件结合系统物镜畸变可补偿校正整个工作波段的谱线弯曲和光谱弯曲。最后的设计结果表明，基于P-G分光元件的成像光谱仪系统在满足像质要求的前提下，谱线弯曲小于1/4像元尺寸，满足使用要求。

根据遗传算法不依赖于具体优化目标且稳健性强的特点，提出运用遗传算法来寻找渐进多焦点眼镜片最优子午线的设计方案。基于子午线平滑方程，用二进制字符串(染色体)表示渐进多焦点眼用镜片子午线曲率变化曲线多项式系数。运用罚函数法和线性加权法将渐进多焦点镜片的光焦度和散光度多目标规划化成单目标函数。根据目标函数进行选择、交叉和变异,产生新一代染色体种群，循环搜索渐进多焦点镜片子午线最优系数。最后通过两个优化实例并加工成镜片样品进行测试分析,结果表明设计结果与实际测试结果基本相符。

基于微流控技术提出了一种新型可调光衰减器核心芯片结构，利用微流体和可压缩空气实现光衰减的可控调节，并基于此核心芯片设计了两种应用不同驱动技术的微流控光衰减器。通过高斯光束传播理论、亥姆霍兹方程、光场耦合理论与Mathematics软件分析了光衰减器内部光场分布特性，考虑了流体端面衍射影响，给出了流体端面位置与衰减量的关系及响应时间等性能参数。理论表明基于微流控技术的可调光衰减器衰减范围大于50 dB，系统响应时间约为0.01 s，具有衰减范围大、响应快、插入损耗小、回波损耗大的优点。所提出的光衰减器为寻求小体积、高性能、易集成、灵活可调的新型光通讯器件提供了新的思路。

基于菲涅耳衍射理论分析了畴腐蚀二维周期结构掺镁铌酸锂晶体光分束器的泰伯效应，对光分束器不同占空比D及泰伯分数β条件下的近场光衍射自成像进行了数值模拟研究。设计并制备了不同占空比的畴腐蚀掺镁铌酸锂晶体光分束器，并对其进行了分数泰伯光衍射自成像的实验研究，得到了不同泰伯分数β条件下的近场光衍射强度分布。结果表明，当光分束器占空比D=52%、泰伯分数β=2时，近场衍射自成像效果最佳，实验结果与理论研究结果相符。

结合溶胶凝胶固定酶的方法和介质膜金属空芯光纤，提出了一种新型空芯光纤结构的化学发光传感腔。研究了将溶胶凝胶敏感膜镀制在空芯光纤内壁的工艺，并对此种新型传感器件的发光和导光模式进行了仿真计算，讨论了传感腔各项参数的优化。设计和搭建了基于新型空芯光纤化学发光腔的传感系统，对隐形眼镜液中双氧水含量的实际测量表明，系统具有较高的检测灵敏度（10 μM）和良好的重复性。传感系统操作简单、响应快速、可小型化，在生化研究、环境监测以及食品工业等领域有广阔的应用前景。

针对纳米尺度热现象研究的需求，基于表面等离激元光镊对金纳米颗粒的动态操控能力，设计了一种实时、动态、可控的纳米热源。利用有限元法对光镊系统中金纳米颗粒的光热效应与表面等离激元电磁场强度的关系进行了模拟，阐明了由于表面等离激元和局域表面等离激元的耦合作用导致的电磁场能量聚集和增强，以及同时实现的金属纳米颗粒的光热效应；分析了在该光镊系统捕获金属颗粒过程中颗粒所产生的热效应，并由此得到了实时控制纳米热源热功率的方法。在理论研究的基础上设计实验并证实了该光镊系统中金纳米颗粒基于光热效应的加热能力。结合表面等离激元光镊系统对纳米热源的精确定位操控能力，该系统为纳米尺度热现象的研究提供了灵活而可靠的手段。

分析了合成孔径激光成像雷达(SAIL)受散斑效应影响的分辨单元成像过程并推导了含有散斑效应的二维数据收集方程。在此基础上通过数值模拟分析比较了不同接收天线尺寸、不同天线积分起点位置情况下散斑效应对成像所需的光电流交流项、距离向压缩和最终分辨单元成像结果的影响。结果表明散斑效应对分辨单元成像的影响主要体现在降低了分辨单元的图像强度，同时不同天线尺寸和天线积分位置对分辨单元的成像影响差异较大。分析结果可为今后SAIL散斑效应的抑制提供一定的参考。

基于近红外光谱(NIR)和潜在语义分析(LSA)方法, 对５种典型壮阳中药材进行分类鉴别研究。利用潜在语义分析对光谱预处理后的5种壮阳中药材光谱数据进行特征提取和鉴别分类后, 将经光谱预处理和主成分分析(PCA)提取特征后的光谱特征数据分别带入K近邻(KNN)、BP神经网络(BP-ANN)和偏最小二乘支持向量机(LSSVM)三种典型的分类模型进行分类, 并将结果与潜在语义分析模型结果进行对比。 在4119.20~9881.46 cm-1波数范围内, NIR光谱数据经多元散射校正(MSC)预处理后, 代入潜在语言空间维数为3时所建立的LSA分类模型, 训练集和测试集准确率均达到了100%。 结果表明, 在壮阳类中药材的近红外光谱分析鉴别中, 潜在语义分析可以作为一种全新的提取光谱信息并分类的方法, 具有较好的运用前景和实际意义。

针对藻类荧光光谱解析中常见的信息冗余和光谱相关性问题，基于偏最小二乘（PLS）的方法,提出了区间蒙特卡罗偏最小二乘(IMC-PLS)方法，有效地解决了特征波长的选取问题。根据特征色素荧光峰位置预选出特征区域，综合利用了此特征区域内单个波段的信息和不同的随机波段组合对于模型的贡献，基于荧光光谱的三线性特点，联合了发射波长和激发波长的信息。研究结果表明，与无信息变量消除算法(UVE)相比，IMC-PLS反演4种藻类浓度得到的平均相对标准偏差分别降低了0%、34.3%、55.9%、30.5%，选择出的特征波长数和运算时间分别减少了80.1%、81.3%，IMC-PLS方法有效地解决了实时监测问题，也为离散三维荧光光谱仪器的研制提供了理论支持。

充分挖掘大样本土壤光谱库中有效信息，建立普适性强的土壤全氮(TN)含量反演模型，是高光谱分析的重要应用方向之一。研究采用偏最小二乘回归(PLSR)全局建模、局部加权回归(LWR)和模糊K均值聚类结合PLSR(FKMC-PLSR)局部建模三种方法，分别建立了来自中国西藏、新疆、黑龙江、海南等13个省采集的17种土类1661个土壤样本TN值的高光谱反演模型，并对浙江省104个水稻土样本进行模型验证。结果表明，在大样本下PLSR全局模型对高TN值待预测样本存在低估现象，导致整体预测精度偏低； LWR和FKMC-PLSR局部模型比PLSR全局模型能够更为准确地反演TN含量。研究结果可为利用大样本光谱数据库建立稳定性和普适性较高的土壤TN含量预测模型提供参考。

提出了一种采用归一化光谱分布的总体差异表征AlGaInP基发光二极管(LED)阵列平均结温的新方法。采用光谱仪测量了不同衬底温度、不同注入功率时，3种LED阵列的归一化光谱分布，研究了归一化光谱分布差异与LED阵列平均结温的关系，并将归一化光谱分布差异表征平均结温的准确度与文献报道的中心波长法相比较。研究结果表明：无论是改变衬底温度还是注入功率，采用常用的1 nm采样间隔的光谱仪，归一化光谱分布差异与LED阵列平均结温的变化成良好的线性关系，线性度优于中心波长法，因此归一化光谱分布差异可以用于平均结温的测算，且准确度高于中心波长法。

光合作用色素组成是浮游植物分类的重要依据。通过对蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻和隐藻等5个门类浮游植物三维荧光光谱的差异性分析，提取了与叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、类胡萝卜素、藻蓝蛋白和藻红蛋白等光合色素相关的36个特征荧光光谱点，提出了基于色素特征荧光光谱的不同门类浮游植物分类测量方法。对铜绿微囊藻、小球藻、桅杆藻、光甲藻和卵形隐藻的实验结果表明：色素特征荧光光谱法对5种藻类纯种样品的测量误差分别为5.15%、5.63%、7.90%、4.85%、6.55%，对优势藻类（质量分数高于50%）的测量误差分别为7.96%、8.69%、5.44%、10.78%、15.57%，对劣势藻类（质量分数低于30%）的测量误差分别为18.29%、17.52%、20.01%、29.11%、20.14%，测量结果准确度达到了三维荧光光谱法水平，但数据量和计算时间仅是三维荧光光谱法的1.1%和2.2%，是一种快速有效的浮游植物分类测量方法。

利用具有时间分辨功能的ICCD相机对空气中激光诱导击穿合金钢产生的等离子体成像，同时采集了等离子体产生的发射光谱，针对焦距为100 mm的聚焦透镜，研究了透镜到样品的距离(LTSD)对发射光谱强度、等离子体温度和等离子体形态的影响，并分析了产生影响的物理机制，对透镜到样品表面5个不同距离下等离子体光谱信号在样品表面垂直方向上的空间演变进行了分析。结果表明，透镜到样品的距离对等离子体的光谱信号、等离子体形态以及空间分布具有较大的影响。等离子体图像的像素强度与等离子体温度的变化规律基本一致，分别在透镜距离样品表面92 mm和107 mm处取得峰值, 而92 mm处对应最大值。对样品表面垂直方向上等离子体光谱信号的空间分布研究结果表明，不同聚焦位置下所产生的等离子体温度的空间分布不同，等离子体中不同谱线的光谱强度在空间的演变规律也有差别。

以TiO2为多孔模板并以聚3,4-亚乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）为催化材料合成了具有交联孔隙结构的TiO2-PEDOT:PSS纳米复合薄膜（TPNF），并将其作为对电极应用于染料敏化太阳电池（DSC）。首先将TiO2纳米颗粒沉积在导电的掺杂氟的SnO2透明玻璃(FTO)上形成骨架和孔隙均在纳米级别的模板，随后将PEDOT:PSS水溶液附着在模板的骨架表面，最终经热处理获得TPNF。通过优化模板结构和旋涂转速，获得了催化活性优异的TPNF，组装后DSC的填充因子和转换效率分别达到0.528和4.57%，均远高于纯PEDOTPSS薄膜组装的器件的填充因子（0.297）和转换效率（1.98%）。改善的光电性能归功于TPNF具有优异的协同效应：导电的TiO2骨架为电子迁移提供了快速路径，同时涂覆在骨架表面的PEDOTPSS通过扩展表面积为还原电解质提供了更多的催化活性点。

由于激光彩虹全息印刷品表面光栅的特殊光学特性，其在白光下的成像会产生随机的彩虹干涉条纹，增加了全息印刷品颜色测量的难度。针对激光彩虹烟包印刷品的颜色测量问题，设计了一种全息印刷品的专用全息照明光源穹顶光源，并以穹顶光源为照明基础构建了6通道线扫描电荷耦合器件(CCD)成像系统。在该环境下，采用基于主成分分析的光谱反射率重建方法对激光彩虹全息印刷品进行颜色测量。实验证明，提出的颜色测量方法，具有光谱重建精度高的特点，可以有效解决激光彩虹全息印刷品的颜色测量难题。

针对环境光对移动终端显示内容室外可读性的影响，以及移动终端设备亮度与环境光的相关性，用液晶显示器(LCD)的移动终端测量了人眼恰可察觉明度阈值。在不同环境光照度，不同设备亮度下，观察不同空间频率和不同平均明度的正弦灰色条纹，记录恰可察觉明度阈值。分析了环境光对不同频率和不同平均明度条纹的恰可察觉明度阈值的影响，建立了简易环境光对比度与恰可察觉明度阈值模型。结果表明：环境光的影响与条纹的人眼对比敏感度成反比，所建模型可得到较为明确的函数关系，该研究成果可适用于不同环境光下移动终端亮度的优化设置。