利用脉冲能量为110 μJ、重复频率为20 kHz及脉冲宽度为300 ns的光纤激光器设计了一套工作波长为1.55 μm的相干测风激光雷达，给出了系统的性能参数。根据后向传播本振的原理计算出当望远镜对发射高斯光束的截断比为最优值0.823 时，激光雷达的天线效率达到最大值0.422。在最优截断比条件下分析了望远镜口径对相干激光雷达载噪比的影响，优化了望远镜设计。从理论上计算出激光雷达的探测性能指标：探测距离大于3 km，风速测量范围为±62 m/s，距离分辨率为84 m，风速测量精度优于0.1 m/s，时间分辨率为0.5 s。

激光雷达以其高垂直空间分辨率和高时间分辨率的优势在大气气溶胶监测中具有重要作用。在利用Fernald法反演气溶胶消光系数和光学厚度的过程中，雷达比是反演结果的主要误差源。在目前的应用中雷达比普遍都是取固定值，这就必然给雷达反演带来误差。通过对污染物以及气象数据与雷达比的逐步回归分析，建立了雷达比估算模型，从而实现雷达比的动态估算。研究表明：雷达比的变化与空气中PM2.5质量浓度、相对湿度、SO2和NO2质量浓度等具有明显相关性。相比于固定值，利用动态雷达比反演的气溶胶消光系数和光学厚度精度明显提高。

在地基大口径红外光电设备的多目标分时观测中，为了消除环境因素对系统绝对辐射响应度的影响，在观测间歇快速地完成红外光电设备的辐射定标，研究了快速辐射定标方法。建立了定标实验的数学模型，确定了实验流程；以标准红外自然星为辐射定标源对红外光电设备的绝对辐射响应度进行了定标，并测量了大气透射率；对已知辐射照度的自然星进行观测，并通过定标实验得到的参数进行反演计算。数据表明,基于快速辐射定标方法的目标辐射照度反演最大相对误差为18.93%，定标实验占用时间约为4 min。作为对比，基于面源黑体定标光学系统并应用Modtran软件计算大气透射率的传统方法，反演最大相对误差为28.74%，定标实验占用时间约为17 min。结果表明，与传统方法相比，快速辐射定标方法的实验占用时间显著缩短，目标反演误差明显降低；系统不需要匹配面源黑体，大幅降低了成本。

研究了局部压力条件下光纤光栅偏振相关损耗(PDL)的光谱表征。针对次峰现象，详细研究了压力幅度、受压长度和受压位置对次峰产生条件的影响。采用传输矩阵法进行了数值模拟，理论分析和数值仿真显示，受压长度对次峰随压力变化的幅度和波长位移灵敏度有重要影响。在不同的受力长度下，产生次峰需要的受力幅度不同。该研究对利用PDL次峰进行传感具有很好的理论指导意义。

激光约束核聚变系统需要大口径脉冲压缩光栅。全息光栅拼接法是制造大口径光栅的重要手段。针对有像差的全息曝光系统，提出了一种拼缝处光栅对准拼接方法。为研究像差对光栅拼接特性的影响，用随机波面进行了光栅模拟拼接，计算了远场衍射能量分布与拼接误差的关系。实验拼接了（150+150）×200 mm2口径光栅，其拼接均方根误差值为0.034λ，峰-峰误差值为0.110λ。利用光栅±1 级衍射波面，计算得到了曝光系统像差，并模拟了拼缝处最小拼接误差，其均方根误差值为0.016λ，峰-峰误差值为0.105λ。结果表明，拼接误差与理论模拟结果相近。该误差不会造成远场衍射光斑能量明显下降。由此证明了该方法的可行性。

基于紧聚焦条件下的矢量衍射理论推出了一个解析解形式的环半径公式，利用此公式设计得到的二元相位波带片可以使入射光的紧聚焦区域呈现轴向双焦点分布。并且，公式中的两个焦点的轴向距离和环半径直接相关，可以设计一系列的具有不同轴向距离的二元相位波带片，用来调制高数值孔径物镜，使其产生轴向可调的双焦点。以径向偏振贝塞尔-高斯光束为例，数值模拟了在不同轴向偏移距离的二元相位波带片的调制下的紧聚焦场的空间强度分布。数值模拟结果表明，基于此类二元相位波带片可以成功地实现轴向距离可调的双焦点。此外，利用一些具有特殊轴向距离的二元相位波带片，还可产生“光泡”与“光针”等特殊的紧聚焦场分布。因此，此类二元相位波带片有望应用于微粒子的动态操控与捕获。

提出并分析验证了一种基于半导体激光器注入锁定实现的全光时钟提取方案。方案中，借助半导体激光器的注入锁定过程，可以将光归零（RZ）码信号中的载波和一个时钟分量依次锁定两个半导体激光器获得光场的锁相输出，通过输出分量的叠加，得到所需的同步时钟信号。实验中，采用两个分布反馈（DFB）型半导体激光器，成功地获得了10 Gb/s光RZ码信号的时钟信号。这一方案在注入功率的动态范围、可调谐性、信号波长稳定性要求等方面都表现出了很好的灵活性，并具有可集成潜力，是一种实用性很强的新方法。

采用三维射线追踪对非空旷室内可见光传输环境中的信道冲击响应和光源位于天花板不同位置时的均方根(RMS)时延扩展进行估算。在此基础上采用有限状态马尔可夫链对室内可见光衰落信道进行建模，得到非空室内可见光信道冲击响应的分布。研究结果表明，随机分布反射物对非视距（NLOS）传输环境的信道冲击响应的影响相比视距（LOS）传输环境要大，光源位于天花板角落时均方根时延扩展比其他位置要大，多径效应也更为明显。

为了实现静电电压表的精确测量，提出了一种基于等应变梁和光纤布拉格光栅（FBG）的静电电压传感器。在一定温度范围内，由双FBG 的结构方案实现了传感器的温度自补偿，通过对等应变梁的仿真分析和传感器系统的电场仿真，优化设计和制备了传感器结构系统。利用一对平板电极产生匀强电场，在静电力作用下等应变梁上的导体半球受力致使等应变梁发生变形，使得两个FBG 反射光谱的中心波长产生偏移，通过FBG 的波长差实现了电压的测量。实验结果表明：该传感器可实现5~24 kV 直流(DC)高压和交流(AC)高压有效值的测量，5~12 kV 的计算精度为2.1%，12~24 kV 的计算精度为0.89%，传感曲线的拟合度为0.99985，基本满足高电压测量系统的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。

星载高光谱图像的有效压缩已经成为高光谱遥感领域亟待解决的难题。分布式信源编码具有较低的编码复杂度与良好的抗误码性，在高光谱图像压缩领域具有广阔的应用前景。提出了一种基于多元陪集码的高光谱图像分布式近无损压缩算法。根据多元陪集码的Slepian-Wolf无损编码的压缩过程，提出了面向高光谱图像分布式近无损压缩的最优量化方案，使得高光谱图像在给定目标码率条件下的失真达到最小，在此基础上对量化值进行Slepian-Wolf无损编码，从而实现了高光谱图像的分布式近无损压缩。实验结果表明，与典型的传统算法相比，该算法取得了较好的近无损压缩性能和较低的编码复杂度。

针对部分遥感图像和高光谱图像中存在的对比度不足、整体偏暗等问题，提出了一种基于多尺度Retinex(MSR)和混沌小生境粒子群优化(NCPSO)的非下采样Contourlet变换(NSCT)域图像增强方法，用于改善图像质量。对图像进行NSCT 分解，得到一个低频分量和多个不同方向的高频分量；在低频分量上进行混合灰度函数的多尺度Retinex增强；同时利用非线性增益函数调整高频分量系数，将兼顾对比度和信息熵的定量综合评价函数作为NCP-SO 的适应度，寻找非线性增益函数所涉及的最优参数。大量实验结果表明，与双向直方图均衡方法、NSCT方法、多尺度Retinex 方法、平稳小波变换和Retinex 方法等4 种增强方法相比，提出的方法能更有效地提高图像的对比度和信息熵，增强图像的整体视觉效果。

在同步辐射X 射线成像中，时常会出现对比度不高或对比度不均匀的问题，这将导致图像中样品的一些细节信息难以被观察和分析。针对这一问题，提出一种X 射线图像对比度增强的算法。该算法以同态滤波为核心，结合图像降噪预处理及灰度调整，以现图像的对比度增强，并提高图像质量。编写程序实现该算法，并通过对分辨率靶图像和海洋鱼类样品的X 射线图像进行测试。结果表明，该算法可以很好地增强灰度分布不均匀的低对比度X射线图像，使样品信息显示更清晰，灰度分布更均匀。同时，对X 射线图像的降噪效果明显。

数字域时间延迟积分(TDI)互补金属氧化物半导体(CMOS)成像以其成本低、功耗小、操作灵活等优势，近几年逐渐引起研究关注。然而CMOS传感器的卷帘快门存在运动失真，为了深入研究其对数字域TDI的影响，结合卷帘快门工作原理，建立了卷帘快门效应对数字域TDI引起的像移及调制传递函数(MTF)下降的数学模型。并结合推导模型开展了预估分析和验证实验。结果表明：卷帘快门效应会对数字域TDI算法带来较大的影响；读出时间越长像移量越大、MTF 下降越严重；另外行周期越短影响也越严重，其中行周期从200 us变为100 us时，对应的数字域TDI图像MTF从0.6144下降为0.4807。

提出了一种基于光谱整形的频域光学相干层析成像分辨率增强技术。利用光源的自身谱形对探测的频域信号进行整形，以获得深度分辨率更高的空域信号。理论分析和模拟结果表明，对谱形为高斯型和非高斯型的光源，使用该技术均可提高分辨率。

提出了用于测量物体内部三维变形场的数字体散斑(DVSP)法。利用计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、激光扫描共焦显微镜(LSCM)或光学相干断层成像术(OCT)获取具有散斑特征的物体变形前后的三维立体图像，将其分别分割成若干具有相同尺寸的子块体，对相对应的子块体进行第一步三维快速傅里叶变换，在频谱域进行数值干涉得到合成谱，对合成谱进行第二步三维快速傅里叶变换，得到含位移信息的扩展脉冲函数，通过求取峰值位置得到子块体的位移矢量，对所有变形前后相对应的子块体逐一进行上述两步三维快速傅里叶变换，就可以求出所有子块体的位移矢量，从而获得物体内部三维变形场。利用模拟生成的三维散斑体图像，通过数字实验，分析了散斑尺寸、数目、子块体尺寸、图像对比度和亮度对DVSP法精度与准确性的影响。利用DVSP法测量了红砂岩单轴压缩内部的三维应变场，由位移场及应变场分布可直观地揭示试件内部变形特征。

针对目前光学口径不断增大的空间光学遥感器对实验室辐射定标的要求，设计了一种使用近距离小面源照明方式定标的高亮度积分球光源，并对该光源的光学参数和结构参数进行了详细设计。为了解决高亮度积分球使用时的散热问题，采用水冷的散热方式，设计了专门的散热管路。对该光源循环水流速0.1 m/s下利用有限元分析法热仿真分析，仿真结果表明，溴钨灯光源附近温度维持在125 °C 左右，积分球出光口温度维持在80 °C 左右。实验结果表明，溴钨灯光源附近温度维持在125 °C 左右，积分球出光口温度维持在100 °C 左右。通过对比分析了积分球出光口温度差异的原因，验证了仿真分析与理论计算的正确性。同时测试了该光源在400~900 nm 波段范围内光谱辐亮度为6714 W/(m2·sr)。

光学系统中，为防止像差的引入造成成像质量下降，光学元件的准直与间距必须严格保证。所以，在光学仪器接口设计过程中，提高接口的重复性定位能力和降低接口的接触应力水平是非常重要的。在30 m 望远镜(TMT)三镜系统设计过程中，三镜作为Ritchey-Chirtien (R-C)式光学系统中重要的光学元件，需严格保证其位置和姿态。三镜系统寿命周期中，由于清洗、镀膜的要求，需要多次拆装，为保证装配精度，需设计了一套定位用运动学接口。从运动学定位原理出发，使用赫兹接触理论以及IBM 磨损理论对运动学接口进行了相应校核，并分析了影响运动学接口重复性定位精度的相应误差源，使用蒙特卡罗方法进行了相应仿真。另外，以三镜面形作为评指标，使用Ansys 软件模拟了运动学接口，研究了接口参数对于三镜面形的影响。分析结果显示，在现有的设计及精度下，接口的接触应力水平满足使用要求，三个方向的重复性定位精度以及支撑效果能够达到设计指标。

选取高品质因数的圆弓形散射元微腔构建耦合波导，通过改变散射元参数和耦合腔散射元平移等方法，得出光子晶体耦合腔波导结构的慢光变化规律，并实现很好平带下的极高群折射率。模拟结果显示，不同微腔个数的耦合波导，通过调整短轴/长轴之比和散射元平移等方式，不仅可以获得各种平带慢光曲线，还可以获得群折射率从4.10×104到1.35×105的超低慢光结构。

为了实现在一种稳定的材料上制作简单的光栅耦合器，提出了在钛扩散铌酸锂波导上制作光折变长周期光栅耦合器的方案。利用有效折射率法和耦合模理论，确定了耦合器的结构参数，包括光栅周期为74.28 μm，两波导的分开距离为8 μm以及100%耦合情况下光栅的最小长度为2.42 cm。分析了传输光谱，得到3 dB带宽为5.20 nm。模拟结果表明，当光栅长度和偏移距离的容差分别为0.37 cm 和0.21 cm 时，耦合效率可以达到90%以上。该耦合器有望应用于粗波分复用系统。

傅里叶望远镜发射系统的性能直接影响图像的分辨率和质量。分析了激光器的参数和性能要求，提出了光纤激光器的设计要点,并指出激光相干长度应至少为光程残差的1.6倍；对激光器的功率和频率稳定性进行了仿真，从设计、算法和使用角度给出了保证激光器稳定性的一些方法；而且结合仿真和实验结果，从发射孔径布局、孔径数量、位置精度和光束瞄准误差等方面，分析了发射器性能对成像质量的影响。指出了基线冗余度、图像分辨率、目标频谱分布和图像质量等因素在布设发射阵列应综合考虑。基于二维抽样定理和统计分析结果，得出计算发射孔径数量的公式，计算了傅里叶望远镜对1000 km 低轨道目标达到5 cm 分辨率时所需的发射孔径数目。此外，还得出发射孔径位置误差应小于最小孔径间距的5%的结论。

针对全反射棱镜式激光陀螺在稳频过程中相敏信号易受噪声干扰的现象，研究了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术。理论分析了全反射棱镜式激光陀螺的稳频特性，结合自适应噪声对消原理，建立了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频系统的数学模型。通过硬件电路设计，搭建了基于递归最小二乘算法的自适应稳频控制系统。分别对原有稳频技术与自适应稳频技术进行了实验测试，实验结果表明，自适应稳频能有效消除噪声对相敏信号的干扰，稳频精度提高了近一个数量级，陀螺精度相应提高了60%以上。此分析结果为提高全反射棱镜式激光陀螺的性能提供了重要参考。

利用激光与等离子体相互作用产生超强太赫兹辐射的研究成为国内外研究的热点。基于Smith 提出的线形天线辐射理论，对超强超短激光脉冲驱动天线靶产生太赫兹的辐射特性进行研究，建立了完备的辐射空间分布和频谱空间分布表达式。利用激光脉冲长度与天线长度的比值对辐射场分布的影响，讨论了固定天线长度时的最佳激光脉冲长度，以及固定激光条件时，天线长度对辐射场的频谱和空间分布的调制作用。理论分析结果表明，激光脉冲长度决定了辐射频率范围，激光脉冲长度与天线长度的比值决定了辐射场峰值的方向和频谱分布，为设计合理实验方案提供理论依据。

电荷耦合器件(CCD)图像传感应用中，通过非实测手段获取器件的干扰效应阈值非常重要，有时甚至是唯一手段。分析了行间转移型CCD 单像素饱和与串扰等典型激光干扰效应的影响因素，研究了垂直拖尾、光晕和串扰3种效应的物理本质间的内在联系与区别，初步证实垂直拖尾系数对串扰效应而言为非敏感参数。提出了基于饱和信号电荷量、像元尺寸、量子效率以及光晕抑制率等器件参数，从现有的效应数据预估相似器件单像素饱和阈值、串扰线饱和阈值的外推方法。对柯达面阵CCD 器件的饱和阈值测量与干扰效应实验显示，预估结果与实验值之间的偏差量分别为3%和20%，属于可以接受的范围，表明预估方法切实可行。

针对基于Hough 变换类圆检测算法所需设置参数较多和基于距离直方图的算法计算量大等问题，提出了一种基于梯度的区域生长和距离直方图的快速圆检测方法(GHC)。该算法通过利用梯度模值和方向进行区域生长的方法得到若干圆弧线段支撑区域；选取弧线段上的三个坐标点求解该圆弧段对应的圆心和半径并求解出正方形适应区域；将每条圆弧线段上的所有点向其适应区域内各坐标点进行投影并统计距离的累加值；综合全图距离直方图，精确地求解出图像中包含各圆的圆心和半径并进行完整度校验。通过实验表明，相比基于距离直方图的圆检测算法(HBCD)和随机Hough变换算法(RHT)，该法对不同尺寸、完整度的单圆或多圆均有良好的检测效果，具有较强的稳健性和较小的空间、时间复杂度。

基于机器学习的思想并充分利用外观信息，提出一种在线选择纹理和形状特征的混合随机朴素贝叶斯视觉跟踪器。构造归一化空间金字塔，通过强度二值特征和金字塔梯度方向直方图二值特征，描述全局与局部区域的纹理和形状；并根据特征描述的二值性和多模性，设计并实现了在线混合朴素贝叶斯分类器。分类器预测类别后验概率生成信任图，跟踪器通过分析信任图实现目标跟踪，并利用极大似然估计和交叉验证实现外观学习和特征选择。选用基准测试集比较同类方法，从性能和复杂度两方面评估了跟踪器。实验结果表明跟踪器对光照变化，部分遮挡等情况具有一定的适应能力，且执行速度较快，存储空间较小。

左手超材料的反常古斯-汉欣位移研究在理论提出后一直没有相关的实验报道。采用干涉法，通过实验测量了银树枝左手超材料在部分反射下的反常古斯-汉欣位移。利用沃拉斯顿棱镜将入射光分为s偏振光和p偏振光，在经过银树枝左手超材料表面反射后，两束偏振光相互干涉得到了干涉图样；通过对干涉图样进行分析计算，得到了样品的古斯-汉欣位移。实验结果证实，当入射光与银树枝左手超材料的谐振频率一致时，古斯-汉欣位移值为负。

频谱编码成像技术是一种采用衍射光栅把不同波长照明到样品的不同位置处的新型反射式显微成像技术。搭建了一个基于50 kHz扫频光源的频谱编码显微系统，为解决无后置放大器情况下探测微弱样品光的问题，采用平衡探测的方法进行了成像测试。通过对USAF-1951 分辨率板成像测得横向分辨率由13.93 μm 提高到5.52 μm，采用平衡探测的方法使得洋葱样品图像信噪比(SNR)由15.07 dB 提高到22.6 dB。研究结果表明，采用平衡探测的方法能够提高图像分辨率和信噪比。对离体猪胃小凹样品进行成像，验证了频谱编码成像技术在生物消化道内成像的可行性，为下一步该方法实现临床应用奠定了理论基础。

受激拉曼散射是扩展激光波长的重要方法，但是气体中非线性光学过程对受激拉曼光的影响非常复杂，实验研究受激拉曼光与气体气压及拉曼池耦合透镜焦距的关系是实际应用受激拉曼光的重要手段。设计了受激拉曼实验装置及其测量系统，采用Nd:YAG 激光器的四倍频激光266 nm 作为抽运源，活性气体（H2、D2及H2/D2混合气体）分别被密封在长为100 cm 的拉曼管中，输出的拉曼激光由棱镜分光后用能量计采集保存用以研究拉曼散射特性。给出了H2、D2及H2/D2混合气体的各级Stokes和反Stokes受激拉曼激光能量与气体气压及透镜焦距的关系。获得了217.84~447.15 nm 之间的12 条激光谱线，有效地扩展了拉曼激光的应用范围。研究结果对气体受激拉曼光的实际应用具有十分重要的价值。

二次谐波线二向色性方法是定量研究气液界面手性的重要光学方法，此方法得到的手性响应既可能来源于界面超分子的电偶极矩的贡献，也可能是电偶极矩和磁偶极矩的共同贡献。分清这两种贡献，是研究界面超分子手性形成机理的前提条件。对两种情况下S 偏振的二次谐波强度的偏振公式进行了对比分析和数值模拟，总结了各自的偏振曲线的线型特点，进一步分析了电偶极矩和磁偶极矩的二阶非线性极化率张量分量对手性响应的影响。推导了两种情况下表征界面手性的物理量——手性过量的表达式，分析了电偶极矩和磁偶极矩对手性过量的影响。通过卟啉气液界面手性的实验检测结果，验证了理论分析的正确性，该模拟对实验数据分析有重要意义。

以单光束偏振倍频理论为基础，研究了在手性实验装置中当起始入射光和倍频出射光的偏振态均为线性时，与p+s偏振倍频光信号相关的非零实验展开系数f，g 和h 的唯一性。研究结果表明，对于具有D-π-A型结构的有机光学材料分子，当采用s和p±s等类型线偏振起始光时，实验拟合展开系数唯一，而p线偏振起始光情况的拟合系数却不唯一，相应p+s线偏振倍频探测的模拟信号能够完全解释实验结果与早期理论预示之间的矛盾。为了精确确定D-π-A型结构材料的所有二阶非线性极化率张量元，在手性实验装置中避免使用p偏振起始光是非常有必要的。

探讨了基于孤子自频移（SSFS）效应的高精度全光量化技术。通过仿真分析孤子自频移特性，发现当输入脉冲的脉宽在150 fs时，量化比特位（NOB）可以达到8，对应的有效比特位（ENOB）为7.02。更小的脉宽无法保证量化比特位，而更宽的脉宽则会影响量化函数的线性度，降低有效比特位。150 fs对应的谱宽9.8 nm 和平均功率0.92 W（50 GHz的脉冲速率下）也都可以较容易地由已有的光学技术得到。而啁啾会展宽脉宽，显著降低量化比特位和有效比特位，因此需尽量避免。

基于受激布里渊散射Langevin噪声模型，通过近似的三波耦合方程组，采用了时域有限差分法，对光纤中受激布里渊散射过程进行数值模拟计算。对长度为10 km，折射率为1.5132的单模光纤，分析了50 μs内光纤中的光场和声波场的时间和空间变化特性和散射光的功率变化特性。数值模拟中，在一定的抽运入射光作用下，把Stokes光作为起振光入射到光纤的另外一端，发现起振光的存在与否会影响到抽运光场、散射光场和声波场的时间空间振幅变化，并且得出存在Stokes光时散射光的功率随时间趋于饱和以及没有Stokes光时散射光功率随时间的近似线性变化。

基于相位Z扫描技术提出了双臂相位Z扫描技术，在相位Z扫描技术的光路中并联一个相同的光路。与传统的Z 扫描技术相比，相位Z 扫描可区分溶液的三阶非线性折射和瞬态热致非线性，且可实现单脉冲测量，系统灵敏度也要比Z 扫描技术高。以往的方法都不能很好地测量稀溶剂中纯溶质的光学非线性，采用双臂相位Z 扫描技术可极大提高系统测量信噪比，从而可准确地测量出稀溶剂中纯溶质的光学非线性。

单点金刚石车削技术被广泛应用于光学表面的超精密加工。然而，车削表面固有的周期性残留刀痕结构将增强表面散射效应，恶化元件光学性能。为了抑制散射以获得高质量光学表面，采用气囊抛光技术主动改变车削表面周期性刀痕结构。基于Taguchi正交试验，以表面粗糙度及功率谱密度的改善率为设计指标，分析获得了最优抛光参数。采用该最优参数对一精车表面进行了抛光试验，抛光后表面粗糙度Ra 由3.81 nm 降到1.42 nm，各空间频率功率谱密度大幅降低，同时表面的衍射条纹消失。试验结果验证了所采用的抛光及相应优化方法的有效性，具有重要的工程应用价值。

根据研制宽视场大相对孔径高光谱成像仪的性能指标和应用要求，研究与设计了结构简单的凸面、凹面反射镜组成的偏视场两反前置系统。基于高斯光学和利用杨氏公式的像散分析，在系统焦距归一化条件下，凸面反射镜顶点曲率半径的取值区间为[2.5 mm, 3.24 mm)。给出根据指标要求确定系统初始结构参数的方法与结果。例如，优化设计得到的偏视场无遮拦像方远心两反前置望远物镜的工作波段为0.4~1.0 μm、相对孔径为1/1.8、视场角为40°。此镜头的两块反射镜面形均为扁球型二次曲面，具有结构简单、成像性能接近衍射极限、像方远心、及相对孔径大集光本领强、视场大且平像场的优点，可用作高空间分辨率、高光谱分辨率及高信噪比要求的成像光谱仪的前置物镜。

低背景探测的红外光机系统，目标信号很弱，系统自发辐射影响很大。指出了考虑系统自发辐射抑制的红外光机系统优化设计方法。从有效发射率和等效黑体辐射温度两方面比较了折反、同轴全反和离轴全反结构在自发辐射抑制方面的优劣，发现全反系统优于折反系统，离轴全反系统最优；从等效黑体辐射温度的变化，介绍了光机系统工作波段优化、结构优化设计和构件表面优化处理，发现甚长波探测在低背景下具有明显优势、光机结构表面高反和发黑合理布局效果更好；分析了制冷对光机系统抑制自发辐射的作用，发现制冷对自发辐射抑制作用明显，但制冷温度越低，效率越差，采取局部关键面制冷效果显著。

无波前传感器自适应光学的波前校正方法包括无模型优化算法和基于模式的优化算法。通过搭建实验光路验证了基于变形镜本征模式校正方法的有效性。实验结果表明，基于变形镜本征模式的校正方法和传统基于Lukosz 模式的校正方法相比，避免了模式拟合误差，具有更高的校正精度。对各阶变形镜模式系数的校正量的估计是相互独立的，根据初始像差空间频率组成的不同，可以选择合适的模式校正阶数以提高校正速度。与目前常用的随机并行梯度下降（SPGD）算法相比，模式法的校正精度与之相当，但校正速度可以提高一个数量级。

针对极紫外光刻照明系统光能利用率低的问题，设计了一套高光能利用率极紫外光刻波纹板照明系统。该系统中波纹板面形采用柱面镜阵列，降低了加工难度；并且根据波纹板反射光线的特性，确定了由修正型复合抛物面聚光镜与二次曲面反射镜组作为中继镜组的结构。整个系统仅采用四片反射镜且其中两片反射镜为掠入射，与传统的极紫外光刻照明系统相比，有效地提高了系统的光能利用率。对一套数值孔径0.33 的极紫外光刻投影物镜，给出了与之相匹配的波纹板照明系统设计实例。仿真结果表明，系统的光能利用率可达39.7%，掩模上弧形照明区域扫描方向的积分不均匀度小于2.7%，验证了该设计的可行性和有效性。

聚光光伏模组中，二次光学元件对增加太阳能电池接收到的入射光能量，提高聚焦光斑均匀性和增大菲涅耳透镜接收角具有重要作用。设计了一种用于聚光光伏模组的全反射式二次光学元件，用Solidworks软件建立了三维模型，结合实际工程应用，借助Zemax软件光学模拟仿真手段，对二次光学元件的倾角和高度等重要参数进行了优化。并制作了不同参数的二次光学元件，配合菲涅耳透镜、太阳能电池，搭建了实物聚光发电单元，在太阳模拟器下进行I-V 性能测试，结果表明当二次光学元件高度为6 mm，上圆直径为7 mm时，太阳能电池的输出功率达到最大值720 mW，与不加二次光学元件相比，输出功率提高了16%。说明该二次光学元件对提高聚光模组效率作用显著。

为克服传统抛光方法在硅改性的碳化硅表面抛光存在的不足，采用磁流变抛光在精抛光阶段实现面形误差高效去除和快速收敛。基于实际应用中的对磁流变抛光液的需求，提出了磁流变液的性能要求，并配制了适合改性硅表面抛光的磁流变抛光液，检测所配制的抛光液体的流变特性和分散稳定性，证明了液体具有良好的性能。对口径为130 mm（有效口径为120 mm）的硅改性的同轴非球面碳化硅工件进行实际抛光。经过两个周期约3 h 的抛光，面形误差均方根（RMS）从0.051λ(λ=632.8 nm)快速收敛至0.012λ，粗糙度Ra 达0.618 nm。验证了所配制的磁流变抛光液满足碳化硅基底改性硅表面的抛光需求，证明了磁流变抛光技术在镜面硅改性后精抛光阶段具有独特的优势。

与传统玻璃微珠埋入型膜结构相比，立方角锥型膜结构具有更高的逆反射效率，它是设计制作钻石级反光膜的基础。为满足不同的应用需求，需在标准立方角锥阵列的基础上施加某种结构变化，以增大有效入射角范围、降低逆反射系数的各向异性。建立膜结构与逆反射性能的联系，对指导、优化逆反射材料结构设计、缩短设计开发流程具有重要意义。基于光线追踪原理，计入光在传播过程中主要的损耗因素（有效投影截面、反射折射损失、偏振效应），编写了立方角锥型反光膜逆反射率计算程序。利用该程序分别计算了标准完整角锥、标准截角角锥以及对称轴倾斜一定角度的截角角锥的逆反射率，验证了程序的可靠性，证明程序在模拟的准确性、运行效率等方面较以往结果有明显提高。

基于自组装的液晶动态响应实验装置，研究了液晶挠曲电效应对强锚泊混合排列向列相（HAN）液晶动态响应过程的影响。实验中HAN 液晶盒施加脉宽为250 ms、幅度可调的正负单脉冲电压信号，结果发现：幅度相同的正负脉冲电压信号作用下液晶的动态响应不同，幅度不同的正脉冲或负脉冲电压信号作用下液晶的动态响应也不同。通过幅度不同的正脉冲电压信号（3、4、5、6 V）作用下液晶动态响应实验曲线与考虑挠曲电效应情形下液晶动态响应理论曲线之间的比较，得到了液晶材料E7的挠曲电系数为e11+e33=4.0×10-11 C/m，与文献中报道的实验测量值基本一致。

为了更好设计LED 液冷换热热沉，提高大功率LED 热沉的综合换热性能，模拟计算了三种结构热沉的LED芯片最高结温和器件热阻，运用场协同原理分析了不同LED 热沉结构的换热原理，以及努塞尔数和摩擦因子随雷诺数的变化规律；并用强化传热因子来表述换热能力和流动阻力的综合换热效果。结果表明，运用30°角矩形翅片的LED 结温和器件热阻最低，换热能力最好；菱形翅片次之，垂直平行翅片最差。30°角矩形翅片和菱形翅片由于倾斜角的存在，在增加换热能力的同时也增加了流动阻力；综合分析换热能力和流动阻力，菱形翅片的综合换热性能最好。

量子隐形传态易受噪声环境的影响。为了减小这种不利影响，基于振幅衰减噪声模型，提出一种基于免退纠缠态和量子错误避免代码技术的量子隐形传态方案。在这个方案中，一种4 比特的免退纠缠态被作为量子纠缠信道，被传输的单个比特的量子信息被编码为两个比特。该方案的优点是隐形传输具有非常高的保真度，并且具有100％成功率。该项研究对改善量子通讯有重要的作用。

为了分析土壤含水量对双向反射的影响以及反演土壤含水量，研究了基于野外实测多角度高光谱数据，获取了双向反射模型的参数，并且通过模型计算值反演土壤含水量。通过分析在3 个波段以及不同角度反演的模型参数与含水量之间的关系，发现在不同角度利用模型反演土壤含水量的结果具有差异性；并且在865 nm 处反演精度最稳定。这表明利用双向反射分布特性能够以较高的精度反演土壤含水量，同时也应该考虑方向反射对反演精度的影响。

考虑到大气对遥感影像成像的模糊作用，在常用刃边法测量调制传递函数(MTF)的基础上，在大气校正中对邻近像元效应进行校正来去除大气MTF 的影响，在真实的表反射率图像上利用刃边法计算MTF，结果更加接近实验室测量值，客观反映了传感器的MTF。此外，通过模拟实验分析了气溶胶光学厚度对在轨测量MTF 的影响，表明该方法比传统刃边法更加适合在轨测量传感器MTF，更客观反映了传感器真实成像特性。

合成孔径激光雷达（SAL）能实现远距离目标的高分辨成像，但是，其测绘带宽一般很小，不利于其在对地观测中的应用。针对这一问题，给出了宽测绘带SAL 实际成像范围的建议，具体研究了采用方位向短、距离向长的非对称光斑照明实现宽测绘带SAL 的成像处理问题。采用波动光学衍射理论，给出了这种宽测绘带SAL 的详细成像理论描述和数学仿真成像演示。结果表明，由于光学的短波长特性，非对称光斑照明的宽测绘带SAL 也近似遵循基本SAL图像形成方法：傅里叶变换实现距离压缩，匹配滤波实现方位图像聚焦。

为了实现大气温度、水汽(相对湿度)和气溶胶的实时同步探测研究，成功研制了一台日常观测的多参数探测拉曼激光雷达，采用高性能二向色镜和窄带干涉滤光片组成高光谱分辨率高效率拉曼分光系统，实现独立5通道大气回波信号的高精细分光和高效率提取，并研发了多参数同步反演算法，获得了大气水汽密度、温度和气溶胶消光系数廓线，结合水汽密度和温度得到了同时刻大气相对湿度的垂直变化特性。利用该系统在晴天和有云条件下对西安局地进行初步实验观测，获得温湿度及气溶胶廓线以及云层内水汽与逆温层的高度关系。实验结果表明，在探测时间15 min和激光能量150 mJ的条件下，系统在晴天条件可实现高度16 km 以下大气温度和湿度的同步探测，在有云条件下系统可实现大气底层和云层顶逆温层的精确探测，并可获得高层云层内和水汽层内大气水汽密度和相对湿度的同步增长趋势。实验数据与当地探空数据的多次随机比对在大气温度、湿度廓线上取得了较好的一致性，充分验证了该拉曼激光雷达实现对流层高度大气多参数同步探测的有效性和系统的可靠性。使用该系统可有效开展区域性大气的观测研究，为大气气候变化以及雾霾生消过程的研究提供可靠的实时探测数据。

针对光纤法布里-珀罗（F-P）压力传感器，建立了考虑热应力和残余气压的F-P腔长变化模型，进行了热应力和残余气压对传感器温度性能影响的理论分析。分析表明，热应力和残余气压的引入使F-P 腔长改变量与温度的线性关系发生了变化，在外界施加100 kPa 压力，当腔内残余气压小于0.87 kPa 时，热应力起主要影响作用；当腔内残余气压大于0.87 kPa时，残余气压起主要影响作用。制作了三种不同残余气压的光纤F-P 压力传感器，在-20 ℃~70 ℃温度范围进行了实验研究，结果显示测量的腔长及其温度灵敏度随温度变化关系与理论分析基本一致。

将顶空技术与表面增强拉曼散射（SERS）技术结合，以纳米银溶胶作为基底获得了不同产地、不同药源的薤白挥发物的SERS 光谱。实验表明不同产地的小根蒜挥发物SERS 谱及藠头挥发物SERS 谱的峰位峰形非常相似，且重复性好。所检测的植物样品挥发物的SERS谱在375、635、673、712、781、893、1025、1086、1222、1322、1629 cm-1附近的峰对应较好。与液态烯丙基甲基硫醚、1-丙硫醇及二者混合后的挥发物SERS 谱进行比对，结果显示，小根蒜和藠头挥发物的SERS谱与液态烯丙基甲基硫醚和1-丙硫醇混合后的挥发物SERS谱基本一致；说明不同产地的小根蒜和楚雄地区藠头的挥发物中都含有烯丙基甲基硫醚和1-丙硫醇成分。说明顶空技术与SERS技术结合可直接用于新鲜薤白的挥发物研究。

十二烷基苯磺酸钠（SDBS）与甜菜碱之间的相互干扰作用致使复配体系中二者的含量难以测定。采用向SDBS/甜菜碱复配体系中添加β-环糊精（β-CD）的方法来降低SDBS 和甜菜碱之间的相互干扰，分别研究了β-环糊精对SDBS 的激发性能、SDBS 与甜菜碱之间的相互作用对检测的干扰影响及β-CD 的抗干扰能力等因素。研究结果表明：添加β-CD 能显著降低SDBS与甜菜碱的相互作用对检测的干扰，复配体系中SDBS及甜菜碱的回收率分别由103.9%~105.9%和103.4%~174.9%降低至101.8%~102.3%和102.3%~102.8%，检测准确性明显提高。将该方法应用于环境水样检测中，仍可准确检测二元复配溶液中的SDBS 与甜菜碱含量。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)及核磁共振氢谱(1H-NMR)的表征结果表明，在水溶液中SDBS 分子能从β-CD 分子的宽、窄口径两端进入β-CD 的内腔，进而形成β-CD—SDBS包结体，包结体的形成是β-CD 具有抗干扰能力的原因。

极紫外（EUV）反射镜在使用过程中的氧化及表面碳污染沉积，严重影响了极紫外光刻（EUVL）技术的工业应用。为了延长EUV 反射镜的稳定性与使用寿命，一般采取在Mo/Si多层膜表面添加保护层。采用直流反应磁控溅射技术，建立氧气流量与溅射电压之间的“迟滞回线”关系，进而准确掌握不同氧化物保护层所需氧气量，以此减少过多的活性氧对下层Mo/Si多层膜的影响，提高镜面的反射率。选用RuO2与TiO2两种保护层材料进行比较，根据充氧量的不同，分析不同反应阶段的薄膜特性。针对催化性和物理稳定性更好的TiO2 薄膜，在晶相、表面粗糙度、截面均匀性和化学组分等方面给予评价。研制出膜质致密均匀的非晶态TiO2薄膜，其表面粗糙度优于100 pm；TiO2纯度(质量分数)达97.2%；保护层厚度为2 nm 的Mo/Si多层膜的反射率损失小于5%，满足EUV 外多层膜的基本要求。