在O2-A 波段进行了温室气体卫星数据的云污染问题研究，并从光程的角度分析了散射对CO2反演的影响，提出了一种解决CO2 反演中云污染问题的方法。对GOSAT L1B 数据的处理结果显示晴空、有云、待定像素分别涵盖了83.58%、9.70%、6.72%的L2数据；像素的CO2反演结果中，晴空、薄卷云像素的结果与L2保持较高一致，其余像素的结果普遍低于L2结果。O2-A 波段云检测有其优势但仍存在一定的局限性，如对薄卷云识别的准确性不足等，而光程法散射校正能有效改善薄卷云散射导致的CO2反演误差，可作为云检测的一个有效补充，两者结合是解决云污染问题的一种有前景的方法，同时在云检测中对薄卷云像素占多数的I类待定像素应予以更高重视。

为了研究大气湍流对合成孔径激光雷达(SAL)成像的影响,基于Monte-Carlo随机因子,对满足Kolmogorov 统计规律的大气湍流相位屏进行数值模拟,计算了不同湍流、不同波长情况下的机载SAL 成像结果,数值分析了不同斜距、不同波长条件下合成孔径长度与大气相干长度比值随大气湍流强度的变化关系.结果表明大气湍流效应严重影响了SAL 的方位向成像,随着湍流强度的增大,SAL 图像散焦越来越严重,直至目标无法分辨.同一湍流强度下,光束波长越长,SAL成像效果越好.对于湍流效应造成的SAL图像失真,采用改进的秩一相位误差估计(IROPE)法对SAL 图像进行补偿,当大气相干长度大于实孔径长度时,IROPE 算法能够有效改善图像的聚焦效果,提升SAL成像分辨率.

自适应光学系统需要信标光来探测波前信息,不同的信标及波前探测模式对系统的带宽和稳定性等性能指标有较大影响.研究系统的性能对合理设计与评价自适应光学系统具有重要意义.根据系统工作时序以及信标光波特性和波前传感器的曝光读出方式,通过机理分析方法建立了自适应光学系统的传递函数模型.推导了系统有效带宽以及相位裕量的计算公式.研究了系统采样频率与控制器参数对系统性能的影响.结果表明,信标与波前探测模式的不同造成系统时间延迟的不同,从而使得系统带宽和稳定性存在差异.

针对无波前探测自适应光学提出一种基于正交模式扰动梯度下降(OP_GD)算法的控制技术.通过与串行扰动梯度下降算法和随机并行梯度下降(SPGD)算法对比,分析了该算法的可行性和收敛速度.在此基础上,采用液晶空间光调制器(LC_SLM)作为波前校正器,建立了基于该控制技术的自适应光学实验装置,实验研究了算法的收敛特性.实验结果表明,正交模式扰动梯度下降算法具有很好的全局收敛性,其收敛速度和SPGD 算法相当.但是与SPGD 算法相比,正交模式扰动梯度下降算法无需设计伪随机序列发生器,因此硬件实现更加容易.

基于广义惠更斯-菲涅耳原理，理论上研究了具有随机相位的激光束阵列在湍流大气中的斜程传输特性。主要研究了湍流强度、占空比、传输高度和光束间的相位差对光束阵列平均光强的影响。研究结果表明：湍流会使合成光强减弱，光束扩展；同时，占空比越小，合成光场的峰值光强越小，即合成效果越差；随着光束间相位差的增大，主峰强度快速下降，最终合成光束近似于单束高斯光束模型。与水平传输时的结果进行了比较，结果显示大气湍流对斜程传输光束扩展的影响明显小于水平传输的情况。计算模型和结果为工程实际中合成方案的选择和评估提供了参考。

激光光源在数字投影显示系统中的使用日趋广泛并成为未来发展的方向之一.衍射光学元件（DOE）用于激光数字投影系统,可利用其整形能力强、匀光性能好、体积小的特点实现空间光调制器件的高效率均匀照明,并有利于投影系统照明光路简化,提高系统集成度.基于傅里叶变换的分步迭代方法进行了该类DOE 元件的优化设计.DOE 采用16 台阶位相结构,设计结果实现了激光整形、匀光功能,其照明能量利用率达到85%以上,照度均匀性优于90％,与目标光强分布的均方根偏差小于7％.

实验研究了激光诱导化学沉积法(LICDM)中诱导激光功率及诱导时间对锥形光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针性能的影响。通过优化激光诱导功率为90 mW、诱导时间为50 min，制备出高灵敏度的锥形光纤SERS探针，结合便携式拉曼光谱仪实现了1.0×10-7 mol/L甲基对硫磷(MP)的检测；该方法制备的探针对MP的SERS光谱检测具有良好的重复性。这种高灵敏度、可重复性好的锥形光纤SERS探针在农残现场检测、定量分析等方面具有潜在的应用前景。

介绍了光多输入多输出(MIMO)系统的信道模型,通过将低密度校验码(LDPC)高可靠性的译码结果反馈给分层空时编码(BLAST)译码器,提出了一种适合于LDPC-VBLAST 光级联空时编码系统的联合检测迭代译码算法.利用蒙特卡洛方法分析了该译码算法的误码性能,并和简单级联译码算法的性能进行了对比.结果表明：这种联合检测迭代译码算法的误码性能明显优于已有的简单译码算法.另外,采用数值分析法分析了迭代次数对该译码算法性能的影响,结果表明,在折衷考虑系统误码性能和译码算法复杂度的情况下,要合理选取迭代次数,即迭代次数不宜选取过大.

光纤光栅传感技术近年来的快速发展对复用容量和空间分辨率提出了更高的要求。采用超弱反射光纤光栅(FBG)结合光频域反射技术(OFDR)，实现了大容量、高空间分辨率的准分布式光纤光栅传感网络的解调。通过对拍频信号分离的优化和非线性矫正，利用拍频信号的频谱信息，实现了高空间分辨率的光纤光栅位置信息的提取，并进行各个光栅拍频信号时域上的分离，再结合希尔伯特变换还原光栅的反射光谱信息，实现光栅的波长解调。实现了单根光纤上200 个间隔为20 mm、中心波长为1552.8 nm、反射率仅为0.1%的全同超弱反射光纤光栅的解调。实验结果表明，在-10 ℃～80 ℃的温度范围内，各个光栅的中心波长随温度变化的线性度达到99.6％以上。

解释了当信号速率是法布里-珀罗(F-P)腔的自由光谱区宽度(FSR)的整数倍时，利用F-P腔和基于半导体光放大器(SOA)级联偏移滤波的幅度均衡系统实现全光时钟恢复的原理。从理论上研究了幅度均衡系统中偏移滤波参数对时钟幅度抖动的影响，并且给出了理论上最佳的偏移滤波参数。实验中，为了解决时分复用(OTDM)系统中不同时隙信道信号光相位不同导致F-P腔输出光脉冲幅度严重起伏的问题，采用了对信号光进行波长转换的方法，最终利用FSR 为102 GHz的F-P腔和幅度均衡系统成功地分别从102 Gb/s和204 Gb/s 归零码开关键控(RZ-OOK)码信号中恢复出了102 GHz和204 GHz的光时钟。其中102 GHz时钟的幅度抖动为8.5%，时间抖动小于236 fs；204 GHz时钟的幅度抖动为9.4%，时间抖动小于251 fs。

通过引入特征温度与硫系玻璃相匹配的高性能热塑性聚合物聚酰亚胺(PEI)作为光纤包层，结合复丝工艺制备了像素数为900的As2S3/PEI光纤传像束，表征了光纤的损耗、光纤束的断丝率、分辨率和串扰率。As2S3/PEI光纤在2~6 μm 波段传输性能优异，背景损耗约为0.5 dB/m，在S-H 杂质对应的4.0 μm 波长的峰值损耗为3.5 dB/m。单丝直径为80 μm、像素数为900的光纤束的断丝率为1%，分辨率为7 line/mm，串扰率为1%，通过此传像束得到了清晰的电烙铁红外图像。而且，将PEI溶于二甲基乙酰胺(DMAC) 后使光纤束表现出很好的柔性。采用这种类似“酸溶玻璃”的可溶于特定溶剂的热塑性聚合物，作为过渡介质，结合复丝工艺有望制备出柔性高分辨率硫系玻璃光纤传像束。

为减小可调谐法布里-珀罗(F-P)滤波器驱动元件的温度漂移及非线性导致的光纤布拉格光栅(FBG)波长解调误差，在分析比较串联型和并联型两种校正方案基础上，提出了一种改进型串联实时校准方法。设计了具备高热稳定性且内部温度分布均匀的参考光栅模块，通过实时测量紧贴参考光栅埋入的高精度热电阻温度值及事先标定的4支参考光栅波长与热电阻温度值对应关系，获取4个精确波长参考点，在每次扫描时实时校准可调谐F-P滤波器透射波长与驱动电压函数关系。实验结果表明采用改进的动态实时校准方法解调FBG波长的最大误差为±3 pm。与通过直接读取驱动电压确定FBG中心波长的方法相比，解调精度提高了6倍；与已报道的串联校正方法相比，解调精度提高了3倍。

结合传统的双随机相位编码和非线性光学技术的优点，提出一种基于光折变晶体自相位调制原理的非线性光学图像加密技术，并分析了其稳健性和安全性。该技术通过两个统计独立的随机相位板和两次非线性传播把明文图像加密成平稳的复随机白噪声。解密是加密的逆过程，既可以用光学的方法实现，也可以用非线性数字全息的方法实现。数值模拟结果证明，该加密系统在受加性噪声和乘性噪声影响的情况下，具有良好的稳健性，与传统的线性加密技术相比，该技术可以有效抵御选择明文和已知明文攻击。

针对无扫描三维(3D)激光雷达距离图像分辨率低、随机噪声大的问题,以高分辨率单目相机作为辅助,提出基于权值优化分块自适应灰度-距离马尔科夫随机场（MRF）的稀疏距离图像重构方法.在构建灰度-距离MRF 多层次相关图基础上,采用分块快速插值策略,克服纹理拷贝并提高重构速度；采用简单线性迭代聚类（SLIC）超像素分割边缘惩罚方法,有效保护图像结构细节；采用空域距离核函数和灰度相似核函数双重引导,并针对不同邻域系统自适应调整核函数标准差,保证算法稳健性；针对各邻域系统,采用共轭梯度法实现了全局能量函数快速优化.标准图像数据和真实图像实验表明所提出方法较双线性插值、双边滤波和标准MRF 方法具有更优的综合性能,可有效实现无扫描3D 激光雷达距离图像重构.

高光谱成像技术在众多领域中具有广泛的应用潜力,仪器的轻小型化能够助力该技术的推广.为探索新的干涉高光谱成像技术方案,研究了一种新型的基于对称楔形干涉腔的高光谱成像方法.通过在成像系统中加入对称楔形干涉器,实现干涉光程差与视场角的关联调制.通过分析系统的工作原理,设计了系统的干涉成像光路模型,并对干涉腔楔角、反射率、成像物镜等主要参数和成像推扫方式进行了讨论分析,采用Zemax光学设计软件对干涉成像光路进行了仿真研究.研制了原理样机,对激光光源和实际场景目标进行了光谱成像实验,得到了较好的实验结果.研究表明,该高光谱成像方法不仅具有高光通量、高光谱分辨率的优点,而且能够有效实现仪器的轻小型化.

在低采样率、低信噪比(SNR)的探测条件下，多光谱重建图像噪声增多，重建质量大幅度降低。为了提高多光谱图像的重建质量，提出了一种基于先验图像约束的多光谱压缩感知（PICHCS）重建方法。PICHCS利用多光谱图像的空间相关性和谱间相关性重建出初始图像，并将相邻谱段的初始图像取平均获得高信噪比的先验图像。先验图像与目标图像相减可以使优化目标稀疏化，并使得重建结果具有与先验图像类似的高信噪比特性。通过数值模拟和实验验证了该重建算法的可行性，并在不同的采样率、信噪比条件下和全变差低秩联合重建算法进行了对比研究。结果表明，PICHCS可以在低采样率低信噪比情况下提高多光谱图像的重建质量，从而降低对数据采样率和系统信噪比的要求。

中阶梯光栅光谱仪凭借着高分辨率、小体积、全谱瞬态直读等优异特性成为了现代光谱仪器研究的热点和重点。为了进一步缩小它的体积，提高仪器信噪比和检出限，设计了一种新型结构的中阶梯光栅光谱仪，其折叠主光路的设计可以在不改变成像质量、不降低光谱分辨率的前提下减小仪器体积，光学尺寸小于165 mm×70 mm×65 mm，光谱分辨率为0.06 nm@200 nm。同时设计了挡板、光阑等结构减小仪器的杂散光，经过光线追迹仿真实验，新型中阶梯光栅光谱仪杂散光低于2×10-5，显著地提高了仪器的信噪比。

太阳光栅光谱仪是研究太阳大气分层结构特性的重要仪器，其性能受到大气扰动及系统装配误差等引入的波前像差的限制，需要采用自适应光学进行校正。由于光栅光谱仪中的狭缝对波前像差的滤波作用，使得传统自适应光学无法直接用于光栅光谱仪中。研究了狭缝对自适应光学技术波前校正能力的影响，提出了一种基于狭缝滤波灵敏度的差别校正方法并进行了数值模拟仿真分析。数值仿真结果表明：自适应光学校正后，由像差引起的光谱分辨率衰减量总体上优于1%，从而说明了该校正方法能有效地抑制大气扰动和系统静态像差所引起的光谱展宽，从而提高了光谱分辨率。自适应光学校正后能够有效地提高能量利用率η，当狭缝宽度为3倍艾里斑直径时，η由校正前的约20%提高到了90%以上。

针对光电对抗稳定平台中的变焦镜头进行了光机结构设计及热光学特性分析。根据30~120 mm 变焦要求采用凸轮机构进行结构设计。为确保工作在高低温环境下的光学系统获得高分辨率的目标图像，利用有限元方法分析了高低温环境下整机热变形与轴向温度场下变形位移，采用Zernike 多项式对形变后的镜面进行拟合，带入Zemax 软件分析出调制传递函数(MTF)、峰谷值(PV)、均方根(RMS)等评价函数随温度变化曲线，验证了光机设计的合理性。经过高低温可靠性实验对分析结果与变焦光学系统的温度适应性进行了验证。

应用于航天遥感领域的光学相机光学元件多,分离变量多,结构复杂,成像质量要求接近衍射极限,对光学装调有着苛刻的要求.结合装调数学模型,将CODE V 光学设计软件与各视场干涉图的Zernike 系数整合为装调变量,优化求取失调量；根据离轴三反系统理想光学模型求取装调灵敏度矩阵及确定多标量修正次序,有效克服装调变量相关性.在波长λ为632.8 nm 时,成功将多光谱相机装调结果均方根(RMS)由0.563λ提升至0.064λ,实现了多光谱相机高精度、高效率的装调.

基于三维数字图像相关（3D-DIC）方法，采用拼接技术对口腔印模的三维形貌进行了测量。针对具有复杂表面形貌的口腔印模，采用由四个水平布置的相机组成的两个3D-DIC 测量子系统，对每个子系统测量得到的局部形貌进行拼接，进而得到口腔印模的整体形貌。与传统的双相机3D-DIC 测量方法测量结果进行了比较。实验结果表明，采用本文方法能够较好地重构出复杂的口腔印模的三维形貌，为口腔印模的三维重建提供了一种新的途径，同时也为复杂表面物体的三维形貌测量提供了参考。

研究了一种基于深刻蚀的硅基周期波导一维光子晶体微腔，采用时域有限差分(FDTD)方法对设计的微腔结构进行了模拟分析；讨论了深刻蚀对微腔品质因数的影响，计算表明采用深刻蚀可有效地保持高Q 值并能保证微腔的机械强度。采用电子束光刻(EBL)结合感应耦合等离子体(ICP)刻蚀制作了绝缘硅(SOI)的周期波导微腔，使用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对器件形貌进行表征，观察到深刻蚀的衬底二氧化硅高度约为80 nm。通过波导光栅耦合光纤输入宽带光源信号对微腔器件进行光学表征，传输光谱测试表明该深刻蚀微腔器件Q 值达5×103，插入损耗小于-2 dB。该深刻蚀的硅基周期波导微腔可用于集成光传感器和片上波分复用滤波器等应用。

腔内模式椭圆偏振态和磁场是激光陀螺产生磁致误差的两个必要条件，减小腔内模式椭圆率是降低激光陀螺磁灵敏度的重要途径。基于琼斯矩阵的谐振腔理论，提出了建立自洽方程的位置原则；提出了自洽方程求解中起振模式的选取方法；形成了准确、完善的腔内模式椭圆率计算公式。采用数值分析法，分析了平面腔激光陀螺反射镜参数及光路非共面误差对腔内本征模式偏振态的影响机理；提出了两种通过配置反射镜反射相移减小腔内模式椭圆率的新方法。

人群行为识别是计算机视觉领域的重要研究课题，针对小规模松散人群兼具微观层面与宏观层面行为特征这一特点，提出了一种基于因果网络分析的小规模人群行为识别方法。先将各行人目标看成网络的节点，利用协方差跟踪获得目标的运动轨迹，并利用Granger因果关系检验来评估目标之间的相互作用，并用此因果关系来构建成对因果网络和成组因果网络，计算复杂网络的平均路径长度，介数，聚类系数等参数特性，以表达和识别聚集、聊天、分离、徘徊、相遇及同行等6种人群行为，实验结果表明，提出的算法能够有效的表达和识别人群行为。

机器视觉技术在工业测量中具有广泛应用，实现高精度的机器视觉测量对精密加工、制造具有重要意义。针对机器视觉应用中待测物体偏离焦面及在纵深方向过厚导致测量结果出现误差的问题进行了研究。重点讨论了系统中镜头远心度引起的平行性误差及其对离焦物体测量结果的影响。实验结果表明，在物体偏离最佳成像面而引入的误差中，平行性误差占到90%左右，因此可通过后期对平行性误差进行补偿以较大程度地提高系统测量精度。此外，针对待测物体过厚导致边缘模糊这一问题采用多种边缘检测算法进行了分析。结果表明在一定范围内，物体纵深方向越厚，边缘检测误差越大。在这一结果的基础上，对算法进行改进，提出一种基于图像灰度曲线的补偿方法，使测量误差由超过20 μm降至10 μm以下。

运用杂化密度泛函方法(DFT)B3LYP，在LANL2DZ赝势基组水平上对Yn(n=2~10)团簇的多种可能初始构型进行了结构优化和频率及光谱分析，根据能量最低原则确认了Yn(n=2~10)团簇没有虚频的基态结构，且计算得到的结构比以往理论计算得到的结构能量更低，Y2振动频率ωe=188.9 cm-1比以往计算值更接近实验值184.4 cm-1，在此基础上研究了团簇的稳定性和极化率，并分析了Yn(n=2~10)团簇的光谱性能。结果表明，Y7为所研究团簇结构转折点，团簇的电子稳定性随着原子数增加而逐渐减弱。振动光谱分析表明，Yn(n=2~10)团簇中具有较高对称性的C2v和Cs点群具有更多的振动模式，而稳定性较强的Y7和Y9在所研究频段内分别有较好的红外和拉曼活性，有明显的共振现象。

用一种操作简单、反应条件温和的方法制备了分散性好的超微小ZnO@SiO2 核壳量子点透明溶液，利用透射电子显微镜(TEM)、紫外吸收光谱(UV)、荧光光谱(FL)、纳米粒度和ZETA 电位分析仪等技术对所制备纳米粒子的粒径大小、吸收光谱、发光性质进行表征。结果表明，ZnO@SiO2核壳量子点平均粒径在3~5 nm，在紫外灯下发出黄绿色荧光，紫外最大吸收在330 nm 左右，可以发射出510 nm 的荧光。同时，系统地考察了pH 值、温度、不同金属阳离子以及不同阴离子对量子点荧光强度的影响。实验结果表明：当pH≤7 时，量子点荧光完全猝灭；当pH>7 时，量子点荧光强度随着pH 值的增加而增强，当pH 为9.0时，荧光强度达到最大，然后随着pH 值的升高荧光略有降低。量子点随着温度的升高荧光强度逐渐降低，当温度达到50 ℃以上荧光完全猝灭。一价金属离子对量子点荧光强度基本没有影响，二价金属离子对量子点荧光削弱程度的大小顺序为Fe2+>Mn2+>Cu2+>Pb2+>Co2+>Ba2+>Mg2+，三价金属离子对量子点荧光削弱程度的大小顺序为Fe3+＞Cr3+＞Bi3+＞Al3+。其中，Fe3+、Fe2+、Bi3+、Cr3+、Mn2+等金属离子对量子点的荧光有猝灭作用，PO43-、HPO42-、H2PO4-等离子对量子点荧光稍有增加作用，HCO3-、CO32-、CH3COO-、SO32-等阴离子对量子点的荧光有削弱甚至猝灭的作用，Cl-、SO42-、NO3-等离子对量子点荧光几乎没有影响。

设计了一种以As2Se3 硫系玻璃作纤芯碲酸盐玻璃为包层两层空气孔环绕的复合微结构光纤，利用有限元法(FEM)计算了光纤的色散和损耗特性，并采用自适应分步傅里叶算法求解广义非线性薛定谔方程(GNLSE)，数值模拟了波长为2.5 μm，脉宽为200 fs的光脉冲在长15 cm 光纤中的传输特性，比较分析了不同波长、脉宽、峰值功率的超短脉冲作用下红外超连续谱输出特性。

采用熔融法制备Pr3+掺杂的50ZrF4-50(BaF2-YF3-AlF3)-xPrF3氟化物玻璃，系统研究了其在不同激发条件下的光致发光和闪烁发光性能。测试结果表明，Pr3+位于可见波段、属于f → f 跃迁（3P0 → 3H4、3 P0 → 3H6、3 P0 → 3F2等）的光致发光最佳摩尔分数为0.6 %，并且随着Pr3+浓度的增加，486 nm 处的荧光寿命从56 ms下降到11 ms，浓度猝灭效应明显；而X 射线激发时，最佳发光摩尔分数上升到1.0 %。Pr3+位于紫外波段的4f → 5d 跃迁光致发光强度随着Pr3+浓度的增加一直增强。这是由于4f → 5d 跃迁能级差大，氟化物声子能量较低，而产生交叉弛豫需要很多声子，故难以发生浓度猝灭效应。当采用X 射线激发时，检测到较强486 nm 的发光，而未探测到紫外发光。

生物组织对980nm波长的光有较强的吸收,限制了Yb/Er或Yb/Tm共掺的NaYF4上转换纳米颗粒在生物方面的应用范围.通过对NaYF4∶Yb,Er/Tm纳米颗粒进行Nd掺杂,获得可在800 nm波长的激光激发下产生荧光的纳米颗粒.对多种不同形貌的Nd掺杂纳米颗粒的荧光光谱的研究表明,具有核壳结构的NaYF4∶Yb3+20%,Er3+2%@NaYF4∶Nd3+20%纳米颗粒在800 nm激光激发下的荧光强度最高,基本上与NaYF4∶Yb3+20%,Er3+2%纳米颗粒在980 nm激光激发下的荧光强度相当,其强度比NaYF4∶Yb3+20%,Er3+2%,Nd3+20%纳米颗粒提高了600倍以上.分析表明,Nd掺杂导致的淬灭效应主要来自于Nd和光敏剂Yb之间的作用,而不是与活化剂Er/Tm 之间的作用.

功能性近红外光谱(fNIRS)成像是一种新兴的光学脑成像技术.已有大量基于fNIRS 简单任务脑力负荷评估方面的研究,但当实验任务从单一简单任务变化为复杂综合任务时,相应方法不能直接简单套用.借助于fNIRS技术,通过复杂任务特征分解的思路进行尝试,研究大脑皮层血氧情况随复杂任务各任务特征的变化规律,为fNIRS评估复杂任务脑力负荷等研究提供思路和基础.结果发现：前额叶大脑皮层(PFC)区域的含氧血红蛋白(HbO)对复杂度、时间压力和有无控制三种任务特征的变化均有较高的激活程度响应；视觉皮层(VC)区域的HbO 对不同时间压力任务特征导致的任务难度变化有较高的激活程度响应,但对不同复杂度和有无控制特征的激活程度响应较低；运动皮层(MC)区域HbO 对有无控制输出特征有较高的激活程度响应,对不同时间压力特征的激活程度响应较弱.

非局域空间光孤子相互作用受到很多因素的影响,通过数值模拟和实验方法讨论了相位和外置偏压对向列相液晶中空间光孤子相互作用的影响.基于向列相液晶中的非局域非线性薛定谔方程,利用分步傅里叶变换算法进行数值求解,分析了相位对非局域空间光孤子相互作用的影响；另外,实验上在不同的入射条件下,研究了向列相液晶中双孤子的相互作用性质,得到了向列相液晶中两束光交叉点的位置与偏置电压的关系.

提出了一种新的两级非共线相位匹配光参量放大方案,两级光参量放大分别采用不同的相位匹配条件,充分利用非线性晶体的相位匹配能力和增益光谱范围,可以实现增益带宽接近一个倍频程的光参量放大.并以4.5 mm厚的偏硼酸钡(BBO)晶体和波长为532 nm、强度为5 GW/cm2的抽运光源为例进行了模拟计算,结果表明,该方案可以实现波长范围在710~1190 nm、增益带宽为480 nm 的信号光放大,信号光光谱宽度达到0.75 个倍频程,再压缩后傅里叶限脉冲的时间宽度约为5 fs,约等于1.6 倍的光振荡周期.计算了光参量放大过程中的相位畸变,以及该相位畸变对再压缩后信号光脉冲时间波形的影响.研究结果可以为实现周期量级光参量放大的设计提供理论依据.

在超大口径光学制造中,镜体背部空间狭小,转台承载能力有限,要求光学制造的支撑结构尽量简单；镜体承受加工载荷且弥漫加工磨料,要求支撑系统对加工载荷和环境不敏感；此外,为便于在线检测,缩短检测周期,还要求支撑系统具有较高的调整精度和稳定性.设计了一种均力型静压支撑系统,先测试了单个支撑的均力性及刚度,预测了压印效应的大小；随后阐述了支撑系统的控制方法；最后实现了系统集成及其图形用户界面(GUI)界面操作.将该系统用于2m SiC 反射镜的光学加工,可将压印效应均方根(RMS)值控制到13.1 nm≈λ/48,满足加工需要；用于立式检测,系统对镜体倾斜和俯仰角可监测到的角度范围为0.34″~0.48°,以及沿Z 方向±5 mm 的运动；对应曲率中心在XY 平面的调节范围dR 最大值50 mm,最小值为10 μm,与电荷耦合器件(CCD)像元尺寸接近,满足立式检测需要.对目前具有重大需求的2~4 m 量级反射镜而言,该系统具有较好的适用性.

星载宽波段临边臭氧廓线探测仪是一种新型空间光学遥感器，根据宽波段、大动态范围、小型化的要求，提出了利用随波段衰减滤光片调节入射信号的强度，实现宽波段大动态范围临边成像光谱同时探测的新方法。采用离轴抛物面望远镜和离轴非球面光谱成像系统，设计了一个棱镜色散型宽波段临边臭氧廓线探测仪光学系统，工作波段290~1000 nm、视场1.4°×0.032°、焦距80 mm，相对孔径1/6。利用光学设计软件ZEMAX-EE 进行了优化设计和性能评价，结果表明，成像点弥散斑半径的均方根值最大为6.2 mm，小于探测器像元尺寸的1/2，在290 nm处，光谱分辨率0.9 nm，在1000 nm 处，光谱分辨率22 nm，均满足设计指标要求。临边臭氧廓线探测仪全系统不同波长的光学传递函数在特征频率7.4 lp/mm 处大于0.82，设计结果满足成像质量要求，且具有体积小、质量轻的特点，适合空间遥感应用。

为了避免连续变焦光学系统中，各组元像差自动设计对设计者经验要求高、计算复杂且计算量大的难点，提出了一种利用差值线性方程组进行像差自动设计的方法，并用此方法设计了一套可见光波段连续变焦光学系统。利用高斯光学计算理想近轴系统的结构参数；利用差值线性方程组进行系统像差自动设计，使系统的初级像差系数SI 、SII 与SIII 在各焦距位置处近似相等；基于像差自动设计结果计算光学系统的初始结构参数；利用Zemax自动设计软件进行像差校正平衡。优化结果表明：系统可实现20~300 mm 的连续变焦，且在截止频率50 lp/mm 处，各焦距位置各视场的传递函数(MTF)均大于0.4。因此，应用差值线性方程组法进行像差自动设计，可以简化计算，减少对设计者经验的依赖，并且能够取得良好的像质。

极小像差投影物镜中的高阶像差很难通过调节机构消除,是约束像质进一步补偿优化的瓶颈.离子束溅射(IBF)设备广泛应用于光学加工中,能够较好地去除低频和中频误差,实现高精度面形精修.对现有投影物镜小比例验证模型的系统波像差成分进行条纹泽尼克分析,发现存在很大的三叶像差.利用面形精修技术对物镜中的一个表面进行定量精修去除以补偿三叶像差.仿真与实验结果表明,三叶像差得到很好的控制,系统波像差由原来的29.6nm(RMS)减小到12.7 nm(RMS),成像质量得到进一步提升,验证了这种三叶像差补偿方法的正确性和可行性.

星载多角度偏振成像仪是一种超广角画幅式低畸变成像的偏振传感器.介绍了多角度偏振成像仪的基本工作原理,从保证偏振测量精度和大视场成像质量要求出发,分析了光学系统的设计难点及光学系统的结构型式,最终采用了反远距型像方远心光路结构.根据光路结构的像差特点,采用非球面镜校正畸变及像散,改善像面照度的均匀性,依据这样的思路,运用光学设计软件对多角度偏振成像仪的光学系统进行了光线追迹和优化,其工作光谱范围为420~930 nm,全视场角为118.74°,焦距为4.833 mm,相对孔径为1:4,并对设计系统进行了像质评价,结果表明,光学系统的传递函数在全视场大于0.5@22.22 lp/mm,最大畸变为0.9669％,像面相对照度均匀性高于97%,经过光学系统的加工制造装调,成像质量满足实际任务要求.

建立了一个基于单平面近似的极紫外(EUV)光刻三维含缺陷掩模的快速仿真模型。该仿真模型中，采用相位突变和振幅衰减表示缺陷对多层膜的反射系数的影响，吸收层模型采用薄掩模修正模型。以22 nm 三维接触孔图形为例，周期为60 nm 时，该仿真模型与波导法严格仿真相比，仿真速度提高10倍以上，而关键尺寸(CD)仿真误差小于0.6 nm。基于该仿真模型，对掩模缺陷进行了补偿计算，得到了与严格仿真一致的最佳图形修正量。针对不同的缺陷形态尺寸，提出了缺陷的可补偿性的概念，并进一步讨论了二维图形的缺陷的可补偿性。

从宽波段范围的消色差条件出发，列表对比了常用光学玻璃材料在可见光、近红外和短波红外三个宽波段范围的色散特性，指出光学玻璃材料在不同波段色散特性的差异，据此论述了一种宽波段光学系统设计过程中各光学玻璃材料的使用与替换方法，并结合复消色差的方法，完成了一个宽波段大相对孔径光学系统的设计，该系统F数为1.4、焦距为70 mm、全视场为6.3°×8.1°、波长范围为0.4~1.7 μm。除球罩外，所述系统共采用了4种普通光学玻璃材料，透镜总数为9片、总长为110 mm，在-45 ℃~60 ℃温度范围内，均具有较好的成像质量和公差特性。

提出一种用于二维(2D)/三维(3D)可切换显示的可变焦的柱状液体透镜阵列，主要包含两种不同折射率的透明液体：液体1和液体2，液体1和液体2被透明的弹性薄膜隔离开，弹性薄膜由微支板阵列来支撑。通过外力驱动两种液体在器件内的流动来实现并调节弹性薄膜的形变，弹性薄膜形变有平面形态和可变柱面形态两种，实现该柱状液体透镜阵列焦距从无穷大到有限正焦距的大范围的变焦。实验制作出适用于2D/3D 切换显示器的样品，实验结果验证了其变焦性能，该样品与匹配的平板显示器能进自由立体3D 显示，而且弹性薄膜能变为平面形态用于普通的2D 显示，实现了2D/3D 切换显示。

研究了介质加载型表面等离子体(DLSPP)波导中发光粒子的自发辐射特性.通过经典偶极子近似,给出了发光粒子在SPP 波导任意位置处的自发辐射速率与自发辐射耦合成表面等离子体(SPP)导波模概率的计算方法；采用有限元法(FEM)模拟计算了单模DLSPP 波导中若丹明6G(R6G)发光粒子的自发辐射速率和自发辐射耦合成SPP 模式的概率.模拟结果表明,在DLSPP 波导中,当发光粒子距金属界面较近时,自发辐射速率大幅增强,当远离金属界面时,自发辐射速率降低并趋于真空中的值；同时,DLSPP 波导中发光粒子自发辐射耦合成SPP 模式的概率也与其位置相关,当处在波导截面中心位置时,自发辐射耦合成SPP 导波模的概率可高达70%.基于上述模拟结果,指出通过优化发光粒子在截面上的掺杂分布,可以提高截面上平均粒子数反转度,也可以提高截面上发光粒子自发辐射耦合成SPP导波模的总效率.

含有噪声的光电成像器件定位过程中,Cramer-Rao Lower Bound(CRLB)被用来计算器件的定位精度,作为任何无偏估计的下限,CRLB可作为判据评估定位技术是否满足最小方差无偏(MVU)特性.本文给出了成像器件在泊松和高斯噪声下的CRLB 特性,并据此研究质心法(COG)、迭代加权质心法(IWCOG)、最小二乘高斯拟合法(GLSF)的定位误差.理论分析和仿真验证均表明,IWCOG 和GLSF定位误差与光电成像器件的CRLB相同,满足MVU 特性,而COG 定位误差最大；COG 耗时最少,GLSF最耗时不能在轨应用而IWCOG 用时仅比COG 高几倍.充分证明迭代加权质心法具有低误差、实时和鲁棒特性,因而适用于星敏感器、Shack-Hartmann传感器波前定位等高精度定位场合.

通过精确的偏振测量实现太阳中低层磁场遥感是1m口径红外太阳望远镜的重要科学任务.为了实现高精度高效率的系统偏振定标,需要对望远镜系统进行偏振建模.分析了该望远镜折轴光路仪器偏振的周天和季节变化,以及望远镜真空封窗的应力双折射效应.结果显示折轴光路的偏振效应主要表现为线偏振与圆偏振之间的交扰,交扰程度最大达0.7.同时,由于像旋速度巨大,临近夏至期间太阳接近中天时偏振交扰会呈现一个震荡过程.封窗在重力和真空载荷的共同作用下,总的偏折特性可等效为一个位相延迟片；并且延迟量随望远镜高度角变化而变化.当望远镜指向水平时偏振交扰最明显,达1.2×10-2.

提出了一种基于metasurface产生与调控轨道角动量光束的新方法。光场在偏振态的演变过程中可以获得附加的Pancharatnam-Berry(PB)几何相位。因此，可以通过调控光场的偏振态获得所需相位。所构造的metasurface具有空间变化的光轴分布，能够精确地操控光束的偏振态。当metasurface 的光轴方向在方位角方向连续变化时，就能产生与方位角坐标相关的PB 相，也就是涡旋相。该相位可以用来产生轨道角动量光束，也可以用来操控涡旋光束的轨道角动量。实验结果验证了这种方案的可行性。所得到的结果为轨道角动量光束的产生及光束的轨道角动量调控提供了一种新方法，对基于轨道角动量光束的量子通信和光学微操控等也有应用价值。

当一个受单色控制场驱动的二能级量子点与单个纳米机械振子相互作用时,作用于此固态量子点系统的弱探测场展现了可调的光开关行为.研究结果表明,当控制场失谐地作用于量子点系统时,改变量子点与纳米机械振子的耦合强度可以有效地实现光开关.同样地,在纳米机械振子的作用下,光开关的行为也可以通过改变控制场的拉比频率来获得.最根本的物理机制是纳米机械振子的耦合建立了量子点的辅助能级,进而控制场诱导了电磁感应透明现象.方案所采取的固态量子系统对宏观量子态有着极其重要的影响,同时这种固态耦合系统的光学开关效应,在光学通信、光子学和非线性光学领域中有着潜在的应用.

星上定标器作为遥感卫星在轨辐射定标装置，定标漫反射板(SD)作为定标器中的参考标准板，其结构设计的可靠性将直接影响到星上定标器的定标精度。为了得到星上定标漫反射板结构在航天力学条件下的响应情况，通过振动实验台模拟对其进行加速度过载和随机振动响应特性进行了测试，获得了定标漫反射板组件的加速度过载响应特性、固有频率和随机振动响应特性。同时，为了考察星上定标漫反射板的光学特性，进行了方向半球反射比(DHR)、双向反射分布函数(BRDF)等光学特性的测量。结果表明，漫反射板组件在航天力学条件下强度和刚度都满足设计要求，基频大于120 Hz；而且漫反射板具备高反射率(大于99%)、光谱平坦性、朗伯性等优良光学特性，满足航天应用要求。

基于小波距量法(MOM)研究了微粗糙光学基片表面与上方冗余粒子的差值光散射特性。从基本电场积分方程出发,推导出冗余粒子目标与光学基片微粗糙面的积分方程,得到阻抗矩阵,进而推导出散射耦合场及差值场,给出复合散射模型双站散射截面的计算公式,数值计算并分析了不同入射角度,不同材质的单个及双个冗余缺陷粒子与微粗糙光学基片表面的双站散射截面及差值双站散射截面的散射角分布,给出冗余粒子及微粗糙面的散射贡献及差值场散射角分布。

光纤探头将发射光纤、接收光纤及自聚焦(GRIN)透镜集成为一体,可替代传统动态光散射装置的光路系统,能有效提高空间相干性,但目前尚缺乏光纤探头结构参数的最优设计方法.依据动态光散射光路系统空间相干性的要求,分析了光纤探头的结构参数,给出了优化设计的方法,确定了光纤探头两透镜间距和夹角的最佳取值范围.实验结果表明：光纤探头两透镜夹角为19°,间距为1.5 mm 时,可满足光路系统空间相干性的要求,接收信号的信噪比最高,相关函数的截距达到0.83,使用最优拟合累积分析法反演的颗粒平均直径相对误差小于2%.

对潜通信及对潜探测中蓝绿激光将穿透海水表面，大气/海水界面由于风速及其他外力作用而呈现复杂状况，将影响蓝绿激光在界面的传输特性。针对泡沫-海面复合模型，采用矢量辐射传输理论、米氏理论以及粗糙面散射理论对泡沫海面的散射特性进行了分析。采用基尔霍夫近似针对JONSWAP 海谱，讨论了泡沫海面在蓝绿激光波段的后向散射系数与入射角、风速、风区以及海水温度、含盐度等参量的关系。结果表明：随着海面上方风速、风区及介电常数的增大，泡沫层对海面的激光散射具有相当大的影响，尤其是在入射角度较大的状态下。

精确的血迹年龄预测具有重大的法医学价值。利用可见反射光谱技术与偏最小二乘法(PLS)相结合分析预测血迹年龄。遗传算法与偏最小二乘法相结合被用来选择有效光谱区间。与全光谱PLS 模型相比较，建立在优化光谱区间的遗传区间偏最小二乘法(GA-iPLS)模型具有更好的预测能力。结果表明GA-iPLS 能合理地选择有效光谱区间，提高预测能力。在考虑取自不同个体血迹特异性的情况下，建立在2.00~48.00 h时间段和48.00~1080.00 h时间段的GA-iPLS 模型的相关系数(Rp)、预测标准误差(RMSEP)和剩余预测偏差(RPD)分别为0.9949/0.9924、1.59 h/43.56 h、10.32/8.42。两个GA-iPLS模型的结合可代替建立在2.00~1080.00 h时间段的GA-iPLS模型精确预测2.00~1080.00 h 时间段的血迹年龄。结果表明可见反射光谱与GA-iPLS 模型在法医学领域可成为一种可靠的精确预测血迹年龄的方法。

金属网栅和氧化铟锡(ITO)等透明导电膜是实现电磁屏蔽和可视兼容的常用材料，但其屏蔽和可见光透射率受到了很大的限制。通过解决屏蔽、导电与可视性能相互制约的矛盾，可有效提高电磁屏蔽与可视性能的兼容性。为此，报道了一种金属光子晶体透明膜。采用磁控溅射制备了ITO/Ag 为周期的金属光子晶体透明膜，研究了周期结构对样品屏蔽效能、透射率和方阻的影响。研究表明，随着单位周期金属膜厚的增加，可见光600~800 nm 波段透射率降低10%以上，可见光透射光谱变窄。同时400～600 nm 波长范围内透射率并没有随金属膜厚的增加而降低，甚至升高。随着单位周期金属膜厚增加，微波频段的屏蔽效能相应提高，方阻相应降低。实验证实：光子晶体膜的屏蔽效能与光子晶体中总金属膜厚不存在明确的因果关系，而是与“金属-电介质”的纳米周期结构相关。制备了一种屏效高达70 dB，方阻低达2.1 Ω ，透射率大于50%的光子晶体膜。

鉴于国际照明委员会(CIE)显色指数无法满足发光二极管(LED)等新型光源的颜色质量评价问题，探讨了普遍适用的光源颜色质量评价方法，对于促进新型光源性能的改善和发展并进一步提高其市场认可度具有重要意义。采用16 种典型的评价指标对不同类型照明体和光源的颜色质量进行评估实验，结果表明，多数评价指标之间具有相关性，且基于颜色保真性和基于色域面积的评价方法能较为全面地表征光源的颜色质量。初步尝试了光源颜色质量综合性评价指标的构建，并获得验证。