基于气溶胶和云光学特性库(OPAC)以及灰霾的地基研究结果,研究了水溶型(WASO)、黑碳型(BC)、沙尘型(DUST)及伴随雾云生消产生的亚微米细粒子(SubM)4 种类型的灰霾组分.利用米氏理论计算了各组分的消光系数、散射相函数、偏振相函数等光学特性,并分析了相对湿度(RH)对水溶型粒子光学特性的影响,利用辐射传输(RT3)模拟了卫星观测到的各灰霾组分多角度标量和偏振信号.结果表明：在大部分卫星观测角度,WASO 和SubM的标量信号较强,而BC 和WASO 的偏振信号较强；随着RH 的增加,WASO 粒子的消光系数有着较大的增长,而散射相函数和偏振相函数则随之整体减小,这种变化主要是由于粒子半径吸湿增大引起的.因此,为实现灰霾的遥感反演,需结合多角度偏振和标量观测信号.

介绍了基于法布里-珀罗(F-P)标准具的多普勒测风激光雷达(DWL)的基本工作原理,给出了DWL 的典型探测数据:对影响DWL 风场探测数据精度的因素进行了深入的剖析,主要包括背景光强度、探测器的工作状态、发射激光的频率锁定、种子激光器的工作环境温度、转场或温度骤变对接收机引起的形变等因素:背景光过强会导致系统信噪比急剧降低,探测器饱和将会处于非线性工作状态,进而生成无效数据,发射激光失锁将会导致风廓线平移,种子激光器工作环境温度不恒定将会导致激光跳变等现象,影响因素逐一克服后,DWL与探空气球的风速偏差在1.4 m/s以内、风向偏差在2.2°以内.

为简化星敏感器蒙气差修正步骤,提高星敏感器自主姿态测量能力,提出了一种基于参考量修正的蒙气差修正新方法.该方法恒星视天顶距计算简单,不需要载体的姿态信息,蒙气差修正不需要求解二元非线性方程组,只需要简单加法即可完成.仿真分析与实验结果表明,利用参考量蒙气差修正方法得到的船体姿态解算结果与观测量蒙气差修正方法是一致的,二者偏差在0.1″以内.对星敏感器姿态测量的应用,基于参考量修正的蒙气差修正方法不需利用外部姿态信息,既计算简单,又不损失姿态测量精度.

基于相干偏振统一理论和广义惠更斯-菲涅耳原理,研究了准均匀(QH)光束交叉偏振度(SDCP)在广义大气湍流中传输变化规律,得到光场内不同空间点之间SDCP随距离演化特征.结果显示各点偏振度(DOP)在传输中变化一致的准均匀光源,在受湍流干扰后,不同距离点对之间SDCP变化随间隔大小呈现增大和减小两个趋势,使得在某一距离处,各点对之间交叉偏振度趋于统一值,而当传输距离继续增大时,不同空间点之间交叉偏振度又显示出明显区别.光场相干度以及光强相关性也有明显不同的变化特征.所得结果揭示了光场高阶统计特性变化之间的密切联系.SDCP反映的光强波动相关的物理内涵为自由或大气空间中关联成像或偏振光通信等应用提供了理论基础.

增加激光导星的散射层采样厚度可以提高波前探测器的探测能量,但是存在探测光斑弥散问题.针对该问题,分析并设计了动态聚焦系统.首先分析了采样厚度对波前探测能量的影响,结果显示,波前探测能量随着采样厚度非线性增大,当采样厚度为4 km、激光脉冲能量为10 mJ时,望远镜子孔径接收到的光子数为120,满足探测精度要求.然后分析了光斑弥散对波前探测精度的影响,当采样厚度为4 km 时,波前探测误差约为0.5 λ,探测误差较大.为了实现精确探测,依据分析结果设计了动态聚焦系统,将聚焦反射镜的移动距离由111 mm 缩小到100 μm、移动速度由4200 m/s降低到3.8 m/s,满足应用需求.最后利用Zemax软件进行优化,结果表明,对于4 km采样厚度,光学系统均能实现理想成像.

利用一台研制的机载双波长米氏散射激光雷达，对京津冀地区大气气溶胶的三维空间分布进行了探测。给出了其中一次较典型的观测实验，该架次航线与边界层内的气流方向垂直，有利于获取区域尺度上气溶胶分布的剖面信息。观测结果显示，京津冀腹地密集的污染排放源，结合气流对气溶胶的输送和扩散作用，导致观测期间该地区形成了大范围区域立体污染。通过分析典型污染源周边的气溶胶分布，研究了重污染源排放的气溶胶随气流扩散的过程。初步的飞行实验结果表明，该激光雷达性能稳定，可以为污染源的识别以及污染物传输路径的探测提供高空间分辨率的数据。

悬浮颗粒物粒径是重要的海洋光学参数，在以悬浮颗粒物为主的黄渤海海域，对水体生物、化学过程等起着重要的作用，该参数的卫星遥感反演也对海洋光学与水色遥感研究具有重要意义。利用2014年5月和11月的黄渤海47组实测数据，建立了基于静止海洋水色卫星(GOCI)波段设置的遥感反射率(Rrs)与悬浮颗粒物中值粒径(D50)反演模型，555 nm 波段幂函数的反演效果最佳，决定系数R2为0.72, 绝对误差SMAPE 为6.35%，经实测数据检验，均方根误差SRMSE约为0.17，相对误差变化范围为-5%~5%。对反演模型引入5%误差进行敏感性检验，绝对误差、均方根误差分别控制在2%以及0.002以内，具有较好的稳定性。将此模型运用于2013年6月GOCI卫星数据，反演出悬浮颗粒物中值粒径D50的时空分布图，呈现从近岸向远海粒径逐渐变大的趋势。

提出了一种He气辅助熔接的全光纤型空芯光子晶体光纤(HC-PCF)低压气体腔的制备方法.通过用高压待充气体冲洗HC-PCF,确保了腔内的气体纯度；通过利用光谱监测系统监测HC-PCF 降压过程及He 气辅助熔接过程中CO2吸收光谱的变化,研究了HC-PCF 中气体动力学运动过程；通过利用He气辅助熔接方法,制备得到压强为7 kPa、插入损耗小于2 dB、长度为10 m 的全光纤型HC-PCF 低压CO2气体腔.该方法也适用于更低压强的HC-PCF气体腔的研制,且制备的气体腔具有良好的气密性和长期稳定性.

采用粒直径为4.4 nm 的PbSe 量子点及紫外(UV)固化胶,制备了掺杂质量浓度为0.1~6.0 mg/mL、不同长度的固态纤芯量子点光纤.通过测量量子点光纤吸收谱,确定了量子点光纤980 nm 波长随掺杂浓度和光纤长度变化的吸收截面.测量了量子点光纤的光致荧光(PL)谱,其峰值光强随掺杂浓度和光纤长度变化,存在一个与最大峰值强度对应的掺杂浓度和光纤长度.实验结果有助于对PbSe量子点光纤放大器和激光器的进一步研究.

基于食用油质量检测背景,使用内表面镀银空芯光纤作为传感腔,设计和搭建了食用油和煎炸油拉曼光谱检测系统.对系统的拉曼散射光强进行了理论建模,通过理论仿真与实验数据讨论了空芯光纤长度的优化.使用系统对常见食用油和小吃摊油进行了拉曼光谱采集与分析,引入了衡量油脂不饱和度的参数I3005/I2897.对某品牌大豆油的不饱和度参数采集实验发现,该油样不饱和度参数随煎炸时长增加明显降低.提供了一种灵敏高效的检测系统,可实现食用油和煎炸油结构分析及油脂不饱和度评估,拉曼光谱特征峰清晰尖锐,为样品的结构分析提供了有效手段,可应用于食品安全检测领域.

利用光谱形状复用技术和模拟退火算法对光栅光谱重叠现象进行了理论分析和实验研究,分别研究了2个、3个和4个光栅光谱部分重叠和完全重叠时的区分识别情况.研究结果表明,当光纤光栅反射谱发生部分重叠或完全重叠时,可以利用模拟退火算法实现光栅的区分识别,且不多于4 个光栅的光谱重叠能够被很好地区分识别,波长识别误差小于10 pm,实验结果与理论能够很好地吻合.此方法为大规模光纤光栅传感网络中光栅复用解调提供了一种可供选择的解决方案.

研究了多重曝光诱导载氢光纤布拉格光栅折射率变化的机理及规律.基于二步法的光敏模型分析了多重曝光下载氢光纤光栅的折射率变化,得到了不同初始折射率分布下多重曝光量增长与光栅折射率变化的关系,建立了光纤光栅平均折变量和调制折变量变化数学模型；采用193 nm 紫外激光实验研究了布拉格光栅在多重曝光过程中波长、反射率的变化特性.研究结果表明,多重曝光下光栅中心波长红移,红移量与再曝光条件有关；光栅反射率先增大后趋于稳定,反射率增长速度与再曝光条件有关,趋于稳定的极值由光栅初始曝光分布决定.

高精度光电稳定跟踪平台基准轴抖动或者缓慢漂移通常使得光纤陀螺(FOG)的输出信号中含有随机噪声.针对这一特点,通过对工程中实际采用的光纤陀螺实测数据进行时间序列分析,运用递推最小二乘法建立了噪声模型,并对其进行自适应卡尔曼(Kalman)滤波处理.通过Allan 方差法分析结果表明,使用只对观测噪声协方差R阵进行自适应的Kalman 算法滤波效果明显优于普通Kalman 算法,且加入的计算量小,实时性能优于Saga-Huga 自适应Kalman算法,对提高光电稳定跟踪平台性能有一定的实用价值.

利用多极法对光子晶体光纤的色散特性进行了模拟,通过结构参数的精确设计,得到了具有三个零色散波长的单模光纤,获得了色散值极低的超平坦色散曲线.对三个零色散波长光子晶体光纤特殊的相位匹配特性进行了研究,在不同光纤结构参数下,得到了相位匹配波长随抽运波长及抽运功率的变化规律,分析了不同色散曲线对应的相位匹配波长特点.三个零色散波长光纤能实现两个反常色散区之间光孤子的高效波长变换,可以获得6个新的四波混频相位匹配波长,产生更多光子对,为高效、多波长四波混频的产生及超连续谱的研究提供了新的物理环境.

提出了一种基于可见光通信(VLC)的隐式信息服务系统.将隐式信息嵌入载体图像或视频中,既保证原有图像、视频的正常显示,又能使隐式信息被成像器件获取并由相应算法解码恢复.对众多广告信息进行人眼视觉不可见的推送,可以有效地避免广告轰炸,实现针对目标人群的定向宣传.本系统易于移植于手机、平板电脑等手持设备操作平台.实验验证了系统的可行性,对影响系统性能的主要因素进行了评估.

针对美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室所提出的四柱透镜结构的线聚焦型空间滤波器(线型滤波器)，根据瑞利-索末菲衍射积分和利用Matlab 软件对光束在线型滤波器中的传输进行了理论模拟研究，得到了线型滤波器的像传递模式并对其空间滤波功能进行了对比研究。与传统的针孔滤波器不同，线型滤波器的系统前后焦面并不只与透镜焦距有关，还与柱面镜在x 和y 方向错开的距离相关，其优点是能将高功率激光装置中的远场强度降低约3个数量级，从而大大减小滤波器规模，但同时也带来一个不足之处，即线型滤波器只能在1 倍口径匹配条件下满足严格的像传递功能。在1倍口径匹配条件下，线型滤波器的空间滤波功能与传统针孔滤波器也是一致的。

以Sagnac 空间调制干涉型成像光谱仪和Offner凸面光栅衍射型成像光谱仪为例,着重分析和比较这两类成像光谱仪的信噪比性能.在相同观测条件下,通过推导这两类成像光谱仪所得到的图像像元的光谱辐亮度,指出空间调制干涉型成像光谱仪并不具有高通量和多路复用优势,信噪比也低于衍射光栅成像光谱仪.而且随着光谱谱段数的增加,即光谱分辨率的提高,衍射光栅成像光谱仪的信噪比优势更明显.

通常情况下，焦面在光学系统焦深范围内移动，空间相机像质变化较小，一旦移出焦深范围，像质将出现不同程度的下降。波前编码(WFC)成像技术具有很好的扩展焦深功能，能够使光学系统表现出离焦不敏感的特性。采用了扩展多项式在光瞳处引入三次相位分布，以光学传递函数作为系统像质衡量准则构建了自定义评价函数，进行了波前编码光学系统的设计，并搭建了实验装置。实验结果表明，复原后的波前编码图像不仅与原系统成像质量相当，并且在较大的焦深范围内保持一致，验证了波前编码技术提升空间相机稳定性的可行性。

针对旋转双棱镜扫描成像中棱镜引起的成像畸变进行研究并通过逆向光线追迹对其实施校正.为估算畸变的特点和程度,根据视轴指向及视场尺寸确定棱镜转角和入射光方向,基于矢量形式的折射定律对视场跨度内的光线通过两棱镜实行追迹.以锗棱镜的红外成像及玻璃棱镜的可见光成像为例模拟成像变形.结果表明,图像沿着偏离系统轴的方向被压缩.偏转角越大,图像变形越突出.为校正成像畸变,从像点通过棱镜实行逆向光线追迹.针对可见光成像搭建旋转双棱镜扫描成像系统并分析其成像畸变,结果表明成像畸变的模拟预测与实验观测结果相符.无论针对模拟图像还是实际图像,逆向光线追迹都能有效地校正成像畸变,改善成像质量.该畸变分析及其校正方法对旋转双棱镜成像应用具有一定的参考价值.

国际照明委员会的CIE127号文件专门针对发光二极管(LED)的光辐射测量方法给出了A、B 两个测量“LED平均发光强度”的条件,并得到世界同行的普遍认可.然而,实验测量中发现同一只LED 管在不同的测量条件下的平均发光强度相差悬殊,甚至有LED 管在A、B 两个不同条件下的平均发光强度测量值相差近10%,严重影响了LED 光度量值的准确评价.对LED 光强空间分布数学建模的分析,通过计算以及实验验证表明将测量角定为0.5°,测量距离变为645 mm,能够将LED 光强空间分布不均匀对LED 平均发光强度测量的距离影响减小到0.5%以下,从而保证LED 平均发光强度量值的一致性.

研究了一种简单实用的光学探测器非线性系数测量方法。采用两颗红外发光二极管(LED)，配用数字源表控制LED 光源的开关和驱动电流值，通过光束叠加法在4 个数量级内实现在特定红外波长上光学探测器非线性系数的测量，波长位置由LED 发光峰决定。采用红外940 nm LED，在恒温实验室条件下，进行了LED 持续点燃的稳定度的研究。当点燃时间在1 min 到10 min 内，光源到达探测器的辐射通量变化的相对标准偏差值不大于0.022%。进行了重复条件下红外LED 辐射通量水平复现性的考察。短时间内重复点燃10次，辐射量值变化的相对标准偏差不超过0.044%。进行了校准结果的测量不确定度评定，基于940 nm LED 的非线性系数校准结果的扩展不确定度为0.07% (k=2)。

精确且已知面积的主光阑对于搭载在气象卫星上的太阳辐照绝对辐射计(SIAR)有着重要作用,其带来的不确定度分量是太阳辐射计测量辐照度不确定度的重要组成部分.有效面积法是一种测量主光阑面积的方法,其通过叠加高斯光束形成一个统一的照度均匀分布的光源区域,利用辐射测量中光阑对光束的限制效应定义主光阑面积.对SIAR 进行简单介绍,主要对有效面积法的测量原理进行理论分析及模拟仿真,提出了具体搭建测量装置的方案,并对主光阑面积进行测量,测量合成不确定度达到8.2 × 10-5 .该测量方法提高了太阳辐照绝对辐射计主光阑面积的测量精度,使得太阳辐照绝对辐射计测量辐照度的标准不确定度从8 × 10-4 提高到6.3 × 10-4 .

利用亚波长孔径光纤点衍射可同时得到大数值孔径和高亮度的点衍射球面波前,进而解决了针孔点衍射和单模光纤点衍射中分别存在的点衍射波前能量微弱和最大孔径角小的不足.基于矢量衍射理论的时域有限差分(FDTD)方法对点衍射球面波前质量进行仿真分析,研究了亚波长孔径光纤的孔径、锥角、镀膜厚度、数值孔径范围等因素对点衍射波前误差、最大孔径角、能量透射率和强度分布均匀性的影响.仿真结果表明,当亚波长光纤孔径为0.5 μm,点衍射波前最大孔径角超过90°,能量透射率大于29%,对应数值孔径为0.60 的点衍射波前误差均方根(RMS)值优于0.0011λ.仿真结果验证了用亚波长孔径光纤点衍射实现大数值孔径和高亮度的点衍射球面波前的可行性,并为实际系统中亚波长孔径光纤的相关参数的选择提供了精确的数值依据.

一对多激光通信网络通过基于旋转抛物面原理的伺服摆镜天线,对多点光端机的激光信号进行捕获、跟踪、通信,形成空间激光通信网络.论述了该伺服天线系统的基本原理、架构、跟踪算法与拼接技术,证明了旋转抛物面天线的形成原理,给出了伺服摆镜天线的可行性分析.介绍了跟踪系统的闭环架构,分别阐述了敏感器、执行器、控制器的组成及指标.给出用于光斑跟踪的带执行器限位的比例积分微分(PID)算法及调试方法.为了实现连续跟踪,引入多反射镜拼接技术,着重说明了反射镜拼接的实现方法.整个伺服天线系统以执行范围、跟踪精度、拼接可靠性为测试内容,最终实现了360°全向执行,小于50 mrad 跟踪误差和室内原理实验拼接成功率大于90%的技术指标,有效地保证了激光通信网络体系的正常运行.

实现稳健的目标跟踪，建立有效的目标在线模型至关重要。针对现有在线学习跟踪算法缺乏对目标观测信息是否有效的判断，提出了一种简单且高效的解决方法。利用正负样本构建目标在线模型，基于压缩感知理论从多尺度图像特征空间提取特征信息完成目标表征之后，由随机蕨分类器进行分类并通过一种特征置信度度量策略来确定在线更新速率，最后由目标在线模型判断输出置信度最高的样本，此外还建立了一种遮挡反馈机制来决定是否更新目标在线模型。实验结果表明，该方法在目标被长时间遮挡、光照变化等情况下均能完成稳健跟踪，在320 pixel × 240 pixel 大小的视频序列中处理速度保持在30~50 frame/s左右，可以满足实时应用的需求。

采用超声辅助水热/溶剂热生长法制备了高质量ZnS: Eu2+光学气敏材料，搭建了一套由ZnS: Eu2+气敏薄膜、简易气室、微型光纤光谱仪及配套软件构成的气体传感器用以检测H2S 气体浓度，该传感器稳定性好，抗干扰能力强。采用荧光猝灭原理Stern-Volmer方程发现，被测H2S气体浓度与敏感元件荧光猝灭信号呈线性对应关系，传感器响应快，可实现对低浓度H2S气体的高灵敏度检测。

光子晶体是类比固体晶格制作的新型人工材料,激光全息法是制作光子晶体的重要方法之一,光束偏振在其中起到关键作用.从多光束干涉原理出发,以斜方光子晶体为例探讨了其全息制作的设计思路及光束构型.进而结合计算机模拟,系统研究了线偏振、圆偏振、椭圆偏振等不同偏振组合对“原子”的影响,发现偏振组合和光强比对“原子”形状、取向和位置存在显著影响.进一步设计实验进行验证,结合计算机实时监控调节各光束的偏振和光强,获得了不同偏振组合和光强比下的多种光子晶体结构,发现实验结果与理论预测、数值模拟均符合得很好.该研究不仅有助于提高特定“原子”光子晶体的设计效率,而且可有效降低偏振操控的盲目性,提高实验效率.

中间带光伏太阳电池是为了充分利用太阳光谱中的红外光子能量而提出的一种高效率新概念太阳电池.II-VI 和III-V 族高失配合金半导体是新型高效中间带太阳电池的优选材料体系.采用太阳电池电容模拟软件(SCAPS),模拟出具有中间带的ZnTe:O 高失配合金作为本征层时的太阳电池的性能参数,并与ZnO/ZnTe 及ZnO/ZnTe/ZnTe的太阳电池对比分析.结果表明：本征层的存在及材料结构对太阳电池性能有显著影响,具有中间带的ZnTe:O 作为本征层时的电池性能参数明显优于ZnO/ZnTe和ZnO/ZnTe/ZnTe；不同掺杂类型的ZnTe:O 本征层通过改变费米能级在中间带的位置影响太阳电池的性能参数.模拟结果显示：n型ZnTe:O 作为本征层时短路电流密度JSC及电池效率分别为52.39 mA/cm2和61.58％,远高于p型ZnTe:O 结构太阳电池.

为了了解有色冰洲石晶体经热处理退色后光学性能的变化，实验探索了黄色及紫色晶体的退色条件。采取同一块有色晶体分为两个部分，再将退色与未退色的两部分一起抛光制作样品，设计实验对样品的透射比、消光比和主折射率进行了测试。结果表明：黄色与紫色冰洲石晶体的退色温度分别为405 ℃和485 ℃(恒温4 h)。退色后，晶体的消光比与主折射率没有变化，深黄色、轻黄色和紫色冰洲石晶体的透射光谱向紫外都有较大的拓展，尤其是深黄色晶体，不但透射范围向紫外延伸了约130 nm，而且400~600 nm 波段内透射比有了较大的提高。由此可见，退色后有色冰洲石晶体达到了光学级晶体的光学性能。将有色冰洲石晶体进行退色利用，对于有效利用冰洲石晶体天然资源具有重要意义。

认知神经科学的快速发展，使得各种生理参数的客观测量得以实现，其中功能性近红外光谱(fNIRS)是一种新兴的脑成像方法，可以检测经过人体皮肤组织的血液动力学指标，包括含氧血红蛋白(HbO)、脱氧血红蛋白(Hb)和总血红蛋白(tHb)含量。心电图(ECG)、呼吸波(RSP)则是常用的生理参数检测方法。研究目的是尝试利用fNIRS 方法测得心率(HR)和呼吸率(BR)特征，利用时域形态学特征法、频域带通滤波法以及小波分解与重构方法提取心率及呼吸率，并与ECG、RSP 真实信号的HR(77.0199)、BR(22.9153)进行对比。结果发现三种方法均可从fNIRS 信号中提取出HR 信号，其中用频域带通滤波器方法得到的HR 为76.8807，偏差最小为-0.1392，利用相同方法提取的BR 为21.7039，偏差为-1.2114。基本实现了从fNIRS信号中提取心率和呼吸率的目标。

主要理论分析了(2+1)维呼吸子在一种预倾角为π/4 的无外置偏压的液晶盒中传输的情况。基于(2+1)维非局域非线性薛定谔方程利用格林函数法计算得出这种特殊液晶盒中光束传输时的响应函数，同时得到了这种情况下的非线性系数，结果表明通过一定的技术手段获得了更强的非线性效应。在平衡点处将势函数近似展开到二阶的情况下得到了一个近似的呼吸子解，另外通过势函数数值积分也得到了一个呼吸子解，将两种理论方法计算所得的呼吸子解的波动振幅、周期和最大(最小)束宽分别与数值模拟结果比较，得到数值积分的结果与数值模拟结果吻合更好。

大型高功率固体激光装置神光III中包括许多大型、精密光学模块，完成各类模块高精度准直是一项巨大的技术挑战。提出了基于光传输建模分析，数值计算、工程实践3个层次相融合的大型光学系统准直误差分析研究方法，并以空间滤波器系统为对象进行了深入的研究与分析。针对模块准直精度建立了带误差传递的光传输模型，借助误差分析方法，分析了主影响因子及权重，结合工程实际，完成了模块光轴精度分解。采用光轴实体化表征技术和齐次矩阵变换方法，实现了模块、光轴、镜片位姿统一表征，结合激光跟踪仪，完成准直平台设计。最后以具有亚毫弧度准直要求的典型光机模块为例，在工程环境下搭建了准直平台，验证了理论分析方法在实际工程中的适用性。这一方法对激光聚变装置中光机模块精密准直技术研究有着普遍指导意义。

随着航空航天遥感相机的分辨率及视场要求的不断提高，离轴四反光学系统受到越来越多的关注。而传统设计方法在离轴系统方面逐渐显示出局限性，因此引入了一种新型的设计方法—微分方程设计方法。首先介绍了微分方程设计方法的原理及设计思路，并加入焦距约束因素，创新性地提出同轴四反光学系统模型；并根据微分方程方法设计了一款焦距为100 mm、弧矢方向视场角为40°，子午方向视场角为10°的大视场离轴四反射镜光学系统，该系统在50 lp/mm 处的调制传递函数(MTF)均在0.606 以上。经过实验验证，与传统的设计方法相比，微分方程设计方法不但计算简洁、有效，而且在离轴系统的结构参数计算及面型计算方面有广泛的应用前景。

发光二极管(LED)的结温变化、老化等问题会导致色温、色度等参数的漂移,目前的模拟调光和脉冲宽度调制(PWM)调光方式都不能解决这一问题,研究发现平均电流影响光通量,峰值电流影响色温,因此提出了一种PWM 和脉冲幅度调制(PAM)调光技术,在保持驱动电流脉冲平均值不变的情况下,调节电流脉冲的幅值来补偿色温漂移.设计了一个基于PWM 和PAM 的LED 驱动器,实验验证了当平均电流相等时,光通量相等,改变峰值电流时,色温改变.因此,提出的一种PWM 和PAM 调制技术在实际调光过程中可以对色温进行补偿,解决了LED 结温变化、老化等问题导致的色温漂移问题.

从惯性约束聚变系统高功率固体激光驱动器中具有典型意义的大口径激光传输反射镜的装配结构及其技术精度特点出发，分析了其关键面形误差指标的形成原理，研究了反射镜单元的装配预紧基本力学模型。并在此基础上，进一步针对空间安装状态的反射镜面形无法精密检测难题，提出了“精密检测—数值建模”相综合的面形误差分析与预测方法，以期为我国“神光-III”主机装置大口径反射镜的集成化装校工程提供科学指导方法及有力的技术工具。

针对反射光相对强度在回归反射系数估算及逆反射材料设计中的重要作用,基于光线追踪原理跟踪计算光在立方角锥结构中的传输过程及反射、折射时光传输方向、光矢量偏振化方向及光能量损失,编写不同入射角、方位角及偏振状态下逆反射光强的数值计算程序.以聚碳酸酯材料为实例计算自然光照射下逆反射相对光强分布.结果表明,逆反射光强受光的入射方向影响显著.若入射角在小于25.5°的范围内,反射光相对光强较大且近似保持为0.899的定值.超过上述范围时,反射光强单调减小,且显著受方位角的影响.

针对宽带超短脉冲的倍频,用光学设计软件设计了10 fs、0.8 μm 超短脉冲的倍频系统,该系统包括4个棱镜、2个聚焦透镜.宽带倍频系统要求脉冲中所有的波长成份在非线性晶体中均能实现相位匹配,据此选择操作数建立系统评价函数；以非线性光学倍频中的允许角度评价光学系统的质量；分别对基波和谐波的光路优化设计,获得的棱镜尺寸、棱镜间距和透镜焦距等参数能够使脉冲中的各频率成份以相位匹配方向入射到非线性晶体或无空间啁啾的合束.此外,编写宏对光学系统中群延色散进行控制,使基波在晶体中心无啁啾,以获得最佳倍频效果,谐波光路引入一定的群延色散补偿谐波中的啁啾,消除了谐波中的时间啁啾,获得高质量的谐波脉冲.

激光准直扩束系统可应用在激光测距，激光切割，空间光学激光干涉仪等各个领域。其主要作用是通过改善激光束的空间发散角，提高光束的准直性，使激光束达到对孔径的要求。基于无焦变倍原理运用Zemax软件模拟设计了一激光准直扩束系统，入射激光波长为1064 nm，发散角小于5 mrad，入射直径为1 mm，准直扩束系统的扩束比4~24倍连续可调，可实现压缩光束的发散角(出射光发散角可压缩至0.208 mrad)，扩大光斑尺寸，达到对激光准直和扩束的目的。不同倍率下波像差最大均方根(RMS)值为0.1769 λ，均小于λ/4 ，满足像质评价要求。此设计结构简单，易于加工装调，具有较高的实际应用价值。

应用斐波那契数列,提出了一种双焦点光子筛,并基于惠更斯-菲涅耳原理,分析了斐波那契光子筛的聚焦特性.数值仿真结果表明,当单色平面波通过斐波那契光子筛时,它能够获得两个焦距比约为黄金分割比的轴向焦点.筛孔直径等于所在轨道宽度的1.165倍时,两个焦点处光强相等.与斐波那契波带片相比,斐波那契光子筛具有更高的横向分辨率.最后引入高斯切趾技术,对斐波那契光子筛筛孔个数进行调制,在两个焦平面上进一步提高横向的分辨率.由于斐波那契光子筛体积小、重量轻、设计灵活,而且具有多焦性,可以用于光学开关、纳米光刻、生物仿生眼、多焦成像和测距,甚至在X 射线显微技术和太赫兹成像技术都将有新的应用.

针对圆柱物体的外观视觉检测设计了一种360°全景成像装置，通过单视点约束计算确定镜面形状，根据相机景深、分辨率、视场角等约束条件设计了镜面参数，对于特定圆柱体尺寸，获得满足相机景深的约束，系统分辨率达到相机原分辨率80%以上的最优镜面参数。利用光学设计软件对全景成像装置进行仿真，根据光学成像质量评价标准，通过对比确定全景成像装置最优方案。利用基于标定的系统化方法展开全景图像，获得透视投影全景图。设计的全景成像装置系统结构简单、成本低、成像质量高、畸变小，克服了传统的圆柱物体侧面360°成像硬件装置复杂、价格昂贵的缺点，为机器视觉提供了一种柱状物体侧面360°度全景成像的装置和镜面设计方法。

在利用耦合模理论(CMT)研究了谐振器与波导之间耦合工作特性的基础上,在二维正方格子光子晶体中设计了两种对称的带有5×5微谐振器的弯折波导.采用时域有限差分法(FDTD)研究了波导的传输特性,结果表明：通过改变微谐振器中心缺陷柱半径大小,波导与微谐振器之间引入了不同的耦合谐振模式,得到了9个通带；这两种波导结构都具有窄带通的特性,其带通频率随微谐振器缺陷柱半径增加向低频移动；微谐振器相同时,侧向耦合波导输出端口通带中心频率强度衰减较直接耦合波导的小,实现了波导与谐振腔之间更强的耦合作用.这两种微型波导均可作为信号处理接口,用于窄带滤波及网络互连器件设计,在光通信、集成光路、光谱传感等领域具有潜在应用价值.

根据RGBW 四色混光方程组，结合脉冲宽度调制法的特点推导出占空比与色品坐标的函数关系。借助Matlab软件对混合光的光效和一般显色指数进行多元约束条件下寻优，并通过实验验证。结果表明：RGBW 光源模块可实现2703 K~7692 K 色温范围的白光，优化目标为显色性能最佳时，混合光的一般显色指数高达95，在光效最大的优化目标下，混合光可以实现108 lm/W 的高光效。为了使光源模块同时具有优良的光效和显色性能，提出对光效和一般显色指数同时进行寻优。模拟实验表明：适当降低光效可以显著提高显色性能；降低显色性能同样可以改善光效。通过平衡光效和显色性能，可以实现一般显色指数大于90且适用于多数场所的高光效白光。

提出了用波晶片产生可调矩形空心光束的新方案，根据晶体的双折射性质设计波晶片的厚度分布，使波片分别对o光、e光形成4台阶相位板和π 相位板，线偏振光垂直于波晶片表面入射，便可获得截面为矩形的空心光束。调节透光窗口的长和宽，则可调节空心光束截面的长与宽之比，光路简单，调节方便。用长焦距透镜组和圆锥面棱镜组成的光学系统聚焦衍射光，可获得近似无衍射矩形空心光束；用高数值孔径透镜聚焦，可获得矩形“空心饼”光束。

针对高光谱遥感图像的小目标检测问题，提出了一种基于自适应参数支持向量机(SVM)的检测方法。采用主成分分析(PCA)法对高光谱遥感图像进行降维，降低数据冗余度；之后通过无监督检测方法对小目标进行快速、粗糙定位，并将该定位结果作为后验信息输入到SVM中；依据后验信息与核空间散度准则自适应确定SVM中核函数的参数，并使用SVM 在核空间中寻找分离目标和背景的最佳超平面；利用该超平面将像元重新分类为背景和目标，并且迭代上述操作，得到精确且稳定的目标检测结果。大量实验结果表明，与经典RX方法、核RX方法、支持向量数据描述(SVDD)方法相比，该方法可以更有效、精确地检测出高光谱遥感图像中的小目标。

本文将Chernin 型多通池用于气溶胶消光系数的测量研究，在38.4 m 吸收光程上可实现的探测灵敏度为18 Mm-1 (5 s积分时间，30次平均)。结合标准气溶胶发生系统，通过对粒径为250 nm 不同浓度单分散硫酸铵气溶胶消光系数的测量，得到在300、532、600 nm 波长处的消光截面分别为1.410×10-9、3.727×10-10、2.948×10-10 cm2，对实验结果进行误差分析表明该多通池系统可以用于气溶胶光学特性的定量研究。

搭建了基于近红外连续激光器的高灵敏度快速扫描光腔衰荡光谱仪(SC-CRDS)。通过压电陶瓷(PZT)快速扫描腔长，并用跟踪电路使腔长自动跟踪激光波长变化，实现衰荡光谱的快速测量。利用CH4在1653.73 nm (6046.95 cm-1)附近的光谱吸收峰，用该装置对CH4气体含量进行测量。通过测量多个光谱点确定吸收线中心吸收峰值和激光波长，并反馈补偿激光中心波长使其稳定在吸收线，成功解决了由于激光器波长/频率严重漂移导致的不能持续准确测量问题。利用标准浓度的CH4样品校准其1653.73 nm 吸收峰谱线强度。该光腔衰荡光谱仪装置结构简单，性能稳定，CH4浓度检测限达到1.0×10-9，可用于长时间监测室外空气中的CH4浓度。

光学多通池被广泛应用于吸收光谱气体检测中，用来增加吸收光程，提高探测灵敏度。提出了一种由两块圆型柱面镜构成的光学多通池，其结构紧凑，镜面有效利用率高，相比传统相同基长的多通池可实现的光程有很大的增加。通过调节前后两柱面镜的间距和相对旋转角度，可得到不同的光斑分布，实现不同的光程。实验中使用1.653 μm 的分布反馈式二极管激光器作为光源，采用直接吸收光谱方法对CH4气体进行了探测，在气体有效吸收光程为13.8 m 的情况下，检测极限达到了0.68 μmol/mol，并利用该系统实现了大气中的CH4探测。

在传统Czerny-Turner光谱仪结构的基础上,设计了基于凹面光栅和球面聚焦反射镜结构的便携式拉曼光谱仪.在子午面内利用凹面光栅像差理论得到了消初级彗差公式,并结合几何关系,得出了像面大小和系统参数的关系式.以532 nm 的激光作为激发光源,物方数值孔径为0.12,探测器选用1024 pixel×64 pixel 的电荷耦合器件(CCD),其中像元合并使用变成了一个线阵CCD.利用Zemax软件对设计结果进行模拟和分析,得到了一个在537~615 nm 波长范围内均能实现0.3 nm 光谱分辨率的紧凑结构.在Zemax软件非序列模式下对像面进行分析,整个波段都在CCD 接收范围内,证明了该结构的可行性.

目前，傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪主要的数据采样方法有He-Ne 激光触发方法和Brault方法。Brault方法使用硬件计数器而且采集到的数据有延时，会增加数据处理的时间，因此讨论了一种基于Brault方法改进的数据采样与处理方法，该方法采用同步数据采集卡，同时采样两路数据，用近似的相似三角形法得到精确的He-Ne激光过零点信息，然后根据三次样条插值方法重采样干涉信号，实现了软件数据采样与处理。将该方法与He-Ne 激光触发方法得到的光谱图进行对比。结果表明，两种方法得到的背景光谱图中H2O 和CO2 的吸收峰与标准吸收谱带一致，基于Brault方法改进的数据采样与处理方法提高了光谱的信噪比，其激光过零点信息可得到动镜扫描速度的稳定性，而He-Ne激光触发方法的采样与处理时间小于改进的Brault方法。

基于聚类全局优化算法提出了一种新的薄膜设计优化方法,它可以迭代地改变初始膜系结构,相比传统的局域优化技术,能够计算得更加全面、彻底.即使初始膜系和设计目标差距非常大,这种聚类全局优化方法依然能够优化出很好的结果,克服了传统局域优化方法的缺点.利用可见到红外宽波段增透膜的实例证实了聚类全局优化方法在处理薄膜设计问题上的能力与优势.

提出了一种网目调光谱反射率预测方法。网目调单个网点由若干个区域组成：网点核心区域，该区域的油墨层厚度均匀，且等于实地印刷的油墨层厚度；其余边缘区域有一个模糊的厚度分布函数，这部分油墨层厚度比实地油墨层厚度薄,且越靠近网点边缘油墨层厚度越薄。采用模糊局部信息C均值算法按像素密度值聚类网目调单个网点,得到了层次分明的网点密度分布并计算各个层次的面积率。以此建立了一个新的光谱反射率预测模型，该模型预测的光谱反射率与实际印刷样张测量得到的光谱反射率具有很好的光谱匹配曲线，证明该算法模型具有较高的预测精度。

利用蒙特卡罗方法提出了一种厚度2 mm 的钨制降散射网栅设计方法，采用精密机械钻孔技术实现了幅面52 mm×52 mm 网栅研制，并基于450 kV 中能X 光机实验平台开展了网栅降散射能力闪光照相实验，同时采用蒙特卡罗方法进行了数值模拟验证。成像实验结果显示，使用该网栅后中能闪光照相图像质量发生实质性改善，样品芯部界面清晰度得到显著提升。数值模拟结果表明，使用降散射网栅后，辐射成像任意位置的散射灰度均低于直穿灰度，二者之比较无网栅状态下降约74.7%。

微通道板(MCP)在X 射线的会聚成像方面有视场大、重量轻、对装调精度要求低等优点。基于全反射理论，研究了平面圆孔MCP对X 射线的聚光特性，计算了MCP的像面光照度增益和点扩散函数与微通道板结构参数之间的关系。使用TracePro 软件对直径为25 μm 的圆孔MCP 的聚光效果进行了仿真，仿真结果与计算结果基本吻合。结果表明，MCP 的相对光照度增益与光源距离ls近似成正比，而与MCP 的最大孔径无关，当光源距离为110 mm 时，相对光照度增益大约可达到18 倍。进一步研究了MCP 离轴、俯仰、倾斜等装调误差对像面光斑的影响，结果表明，MCP的离轴对像面光斑影响很小；而角度偏差将影响光斑的位置和形状。