针对光电探测系统高指向精度要求，提出了补偿最小二乘法与双三次样条插值相结合的半参数模型标定算法来减小系统指向误差。根据光电探测系统结构组成，运用多体系统理论建立系统指向误差参数模型。引入非参数分量，建立半参数模型，应用补偿最小二乘法对半参数模型进行标定得到修正模型。搭建实验平台测得两组数据，分别用于运动学标定与验证修正结果。实验结果表明：系统方位向、俯仰向指向误差均值从92.1185″、75.9358″降低到2.7100″、2.7755″，指向误差标准差从21.6522、15.1744降低到10.8645、10.7305。表明提出的标定算法能有效提高光电探测系统指向精度和空间指向稳定性，且能同时考虑系统误差的线性与非线性关系。

双层衍射光学元件可以在宽波段范围内获得高的衍射效率。加工误差会导致带宽积分平均衍射效率的下降，进而影响折衍射混合成像光学系统的传递函数。基于位相延迟和带宽积分平均衍射效率的表达式，建立了双层衍射光学元件加工误差与带宽积分平均衍射效率的数学关系。分析了应用于8~12 μm 长波红外光学系统中的两种加工误差对双层衍射光学元件衍射效率的影响。采用带宽积分平均衍射效率，可以直接评价宽波段光学系统的成像质量。通过带宽积分平均衍射效率和双层衍射光学元件加工误差的关系，可以分析含有双层衍射元件混合光学系统的调制传递函数。

基于修正的Kogelnik 耦合波方程，研究了飞秒脉冲通过正弦型体光栅衍射后的动态衍射特性—能量振荡和脉冲分裂现象随光栅参数和读出脉冲参数的变化。结果发现，体光栅的折射率调制度和读出脉冲的中心波长对能量振荡的周期有影响，而体光栅的周期对能量振荡周期没有影响，但会影响脉冲波包中心连线与时间轴的夹角。通过双光束干涉、群速度和群时延对出现的现象进行了解释。在衍射后期，衍射脉冲分裂为双脉冲，双脉冲间隔与体光栅的厚度和折射率调制度有关，但与体光栅周期无关，通过光场传播的局域化特性对其进行了解释。

提出一种基于复合光栅的对准方法，满足接近式光刻高精度、大范围对准需要。该复合光栅由周期具有微小差异的小周期光栅以及与之相正交的大周期小范围光栅组成。对准过程中，通过对叠栅条纹进行高精度相位解析，实现精对准；通过直接求取大周期光栅位置实现粗对准。由于两个方向上的光栅相互正交，傅里叶变换提取频谱时将不受影响。分别分析小周期光栅的叠栅条纹相位分布，以及大周期光栅的强度分布，实现大范围、高精度对准。推导了基片、掩模相对移动量与复合光栅变化之间的关系。通过计算机模拟对该对准方法进行了仿真分析，考虑噪声的基础上，对准精度可以达到16.5 nm；通过实验系统对该对准方法进行了验证与分析，对准精度可以达到30.19 nm。

采用传统单路传感光纤实现对信息特征的测量，常由于交叉敏感等不可控因素使测量数据出现异常值，导致信息分析偏差较大，识别准确度低。因此，提出了一种基于双相干谱、样本熵和奇异值分解(BSS)和反向传播神经网络(BPNNDS)算法的多路光纤入侵传感系统信息的特征提取与识别方法。针对含3路传感光纤的布里渊光时域反射(BOTDR)传感入侵检测系统，该方法利用BSS算法分别对不同入侵类型的多路信号进行特征提取；采用BPNN算法对不同入侵振动特征矢量进行分类；经Dempster Shafer（DS）证据理论算法对多路传感光纤的时空信息进行融合。数值分析与仿真实验结果表明，提出的信息提取方法可以有效提取出多路传感网络的信息特征，且使用BPNN-DS 证据理论的多路信息融合方法能够准确识别多路入侵传感网络的信号类型，具有较高的准确度和可信度。

研究了基于瑞利散射的高性能定量检测分布式光纤传感技术。在相位敏感光时域反射计(Φ -OTDR)的基础上，用窄线宽激光器和微波电光调制实现对光频移的精确控制，构成直接检测相干光时域反射计(COTDR)传感系统。通过分析光频移产生的传感光纤瑞利散射光干涉图样的变化，得到了传感量(温度或应变)的定量信息。对直接检测COTDR 传感系统进行了理论分析，并进行了COTDR 工作过程和散射信号相关特性的仿真分析，验证了高分辨率分布式光纤传感原理。在此理论分析基础上，采用微波电光调制得到了可变光频移，组建了直接检测COTDR实验系统，实现了25 km 分布式光纤温度传感实验，可测量到25 km 光纤末端0.1 ℃的温度变化。

基于介质/金属膜结构空芯波导的原理，制作了用于太赫兹波传输的大口径柔性介质/金属膜波导。针对大口径的特点，设计改良了液相镀膜法并制作了具有不同介质膜厚的柔韧波导。对制作波导的介质膜厚和损耗谱等进行了理论分析和实验验证。采用发射频率为2.5 THz的量子级联激光器，对介质/金属膜结构太赫兹空芯波导的传输损耗、弯曲附加损耗以及光斑能量分布特性等进行了实验研究。结果表明，传输损耗及弯曲附加损耗均随介质膜厚的增加而减小，光斑能量则随介质膜厚的增加更加集中于低阶传输模式。

针对可见光通信环境的复杂多样性以及传统光学接收天线应用的局限性，设计了一种可变焦光学天线作为移动可见光通信系统的接收天线。通过引入直角反射棱镜折叠空间光路的方法减小天线的厚度，且该天线各透镜面型均为球面，较大地节约了系统成本。仿真分析结果显示：系统的变倍比为2.5倍，视场角可以在16°~42°之间连续变化，最大增益可达16.2，系统尺寸为18 mm×6 mm，探测面照度均匀且相对照度较高，满足通信应用。最后，在5 m × 5 m × 3 m 的通信环境中对变焦天线和定焦天线在不同应用场景下的接收性能进行了对比分析。分析结果表明，变焦光学接收天线满足大视场高增益要求的同时，在系统的稳定性、移动性和环境适用性方面明显优于定焦光学天线，非常适于可见光通信应用。

利用长周期光纤光栅(LPFG)的双峰谐振效应，结合LPFG 传感器工作于近相位匹配转折点(PMTP)附近的高灵敏度，提出了一种新型的长周期光纤光栅应变传感器的设计方法。利用LPFG 相位匹配条件，分析了长周期光纤光栅近PMTP 附近的双峰谐振特性、应变传感特性，发现双峰波长间距对微小应变具有很高的响应度和线性度。进一步讨论了光栅结构参数和包层直径对双峰LPFG 应变灵敏度的影响，发现光栅周期对该传感器的应变灵敏度、线性度和应变测量范围具有很大的影响；光栅长度对谐振峰高度和宽度有较大影响，直接关系到传感器寻峰精度；通过增大包层直径，可以进一步增大应变灵敏度。结果表明，通过选取适合的光栅结构参量和包层半径，该传感器应变灵敏度可比一般长周期光纤光栅应变传感器的应变灵敏度提高2 个数量级。这为设计高应变灵敏度双峰谐振LP?FG 应变传感器提供了结构优化的理论支持。

提出全光非接触光声层析成像(ncPAT)与光学相干层析(OCT)双模成像的新方法，用于同时获取物体的吸收分布图像和散射分布图像。搭建ncPAT-OCT 双模成像系统，采用同一探测光源、同一干涉系统用于提高系统稳定性；采用同步触发模式来确保双模成像在数据采集时间上的同步性；使用共同样品臂来保证采样区域在空间上的一致性。并在此基础上实现同时对同一个样品进行PAT 和OCT 两种模式成像，实验结果表明两种模式成像能够很好地匹配，而且可以在不同模式下获得不同的信息。

提出了单视点约束红外折反射全向成像系统单次成像实现全视场(FOV)清晰的一种参数设计优化方法。根据应用需求设计出符合单视点约束的初始系统参数；提出镜面虚景深的概念优化折射光学组参数。利用ZEMAX软件的理想系统仿真验证了所提出的设计方法实现系统全视场清晰成像的可行性，并且该设计方法能同时满足视场范围和轴向尺寸等方面的要求。从仿真结果还可知，大口径反射镜镜面有利于提高光学系统成像质量，而增大曲面离心率有利于减小系统轴向尺寸。

针对附加像差为离焦模式的相位差异波前探测技术在实际工程应用中遇到的各类误差问题，以探测拼接型望远镜的共相误差为例，通过数值仿真对焦面位置误差、离焦量误差、图像对准误差、曝光延时误差及噪声误差对波前探测精度的影响进行了定量分析。并提出了通过改进相位差异算法进行消除相应误差项的方法，使得波前探测的均方根误差分别由校正前的0.06λ、0.0581λ、0.0754λ、0.0796λ、0.0737λ 分别下降为5.8834 × 10^-4 λ、6.664 × 10^-4 λ、3.5853 × 10^-5 λ、6.1837 × 10^-5 λ、0.0013λ, 且对于各误差项在较大误差范围内，仍可以保持上述相同量级的波前探测精度。结果表明:该方法可以有效地消除误差,大幅度提高波前传感精度，对于相位差异波前探测技术在实际工程中的应用具参考意义。

提出了一种基于数字微镜器件的光子计数对应鬼成像方案。该方案采用数字微镜器件对光源进行调制，通过时间相关单光子计数技术获取光子计数值，并利用对应鬼成像算法计算目标物体的像。结合鬼成像理论和对应鬼成像理论阐明了光子计数对应鬼成像原理，并通过实验对该方案进行了验证。研究结果表明，该方案能够实现弱光成像。利用该方案可以获得与传统鬼成像效果相当的成像质量，但降低了图像重建过程中的计算量和算法复杂度。此外，该方案略去了阵列探测器对光强分布的测量，利用一个不具有空间分辨率的单光子探测器结合对应鬼成像算法，即可得目标物体的像，同时也能获得目标的距离信息。

一次成像的简化式红外光学系统冷屏与出瞳不能匹配，致使系统受到杂散光干扰。在此情况下，对冷屏的开孔形状进行合理优化设计对杂散光的抑制十分必要。利用数学中的最优化计算来解决冷屏形状的优化问题，建立了优化变量和优化目标函数的数学模型，提出了全局优化和局部优化相结合的方法，分别用区间穷举法和阻尼最小二乘法完成，以得到较优的冷屏开孔形状。利用本方法，对一个现有的简化式热像光学系统设计了冷屏开孔形状，解决了该系统中由冷屏与出瞳不匹配造成的杂散光干扰的问题，从而验证了提出的冷屏优化设计方法的正确性与实用性。

提出了一种基于动态适应度函数的光刻机光源掩模优化方法(SMO)。动态适应度函数方法在遗传算法优化过程中采用动态适应度函数模拟真实光刻工艺条件误差对光刻结果的影响，得到对光刻工艺条件误差不敏感的优化光源和优化掩模。该方法无需优化权重系数，即可获得与权重优化后的加权适应度函数方法相近的工艺宽容度。典型逻辑图形的仿真实验表明，曝光剂量误差为15%时，动态适应度函数方法得到的优化光源和优化掩模的可用焦深达到200 nm，与加权适应度函数方法的优化效果相当。动态适应度函数方法也可用于降低SMO 的优化光源和掩模对其他工艺条件误差如彗差的敏感度。

为了解决目前点衍射绝对位移测量系统中位移重构算法存在的收敛率低问题，并针对实际测量中时效性和高精度要求，提出了基于快速搜索粒子群算法的点衍射干涉绝对位移测量方法。点衍射干涉绝对位移测量系统根据点衍射干涉场相位差的分布重构出点衍射探头的三维绝对位移。所提出的快速搜索粒子群算法针对测量中大量像素点数据的高效处理需要，在三维绝对位移迭代重构过程中采取非线性增加样本点数量的搜索方法，进而在保证测量精度的同时极大提高了测量效率。分别进行了仿真分析、测量实验以及三坐标机测量比对以检验所提出测量方法的可行性与稳定性。结果表明，该方法可实现三维绝对位移的快速检测，其收敛率可达90%，且在200 mm×200 mm×300 mm 的测量区域中达到优于微米量级测量精度。所提出的三维绝对位移测量方法具有较高的测量效率和精度，且具备高抗噪能力和可靠性，对其在微加工技术和高精度测量中的应用具有重要意义。

提出了一种基于空间像主成分分析的超大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法。通过采用偏振光照明和矢量光刻成像模型并考虑投影物镜的偏振像差，准确表征了超大数值孔径光刻机的空间像，从而提高了像差检测模型的精度，实现了超大数值孔径光刻机投影物镜33项泽尼克像差(Z₅~Z₃₇)的高精度检测。相比于原基于空间像主成分分析的投影物镜成像差检测技术(AMAI-PCA)方法，所提方法适用于超大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测。采用光刻仿真软件PROLITH 对所提方法的检测精度进行了仿真验证，并分析了空间像采样间隔对波像差检测精度的影响。仿真结果表明，该方法对泽尼克像差(Z₅~Z₃₇)的检测精度优于0.85×10^-3λ。

针对激光频率扫描干涉(FSI)测距系统中激光器输出光频率非线性对测量精度的影响，提出了一种基于非平稳信号阶次跟踪的方法。从频域的角度分析了FSI测距系统中影响测量精度的主要因素。通过检测法布里-珀罗标准具的透射信号，实现对光频率的快速间接测量。利用最小二乘的方法对光频率进行线性拟合，实现对光频率变化率的修正。通过多项式拟合的方法确定光频率的时间-频率数学表达式，构造等频率的间隔点对其逆向插值，获得对应的时间序列。对采样的干涉信号在时间序列处正向插值，重构等频率间隔采样的干涉信号，对重构的干涉信号进行频谱分析，最终得到非平稳干涉信号的干涉频率。结果表明，在不限制待测距离的条件下，利用阶次跟踪的方法，可以有效抑制激光器输出光频率非线性的影响，FSI测距系统的测量精度得到显著提高。在1000 mm 的测量范围内，测量结果的空间分辨率提高了36倍以上。

传统脉冲干涉测距只能测量离散的长度值，提出了一种利用飞秒光频梳进行任意长绝对测距的方法，建立了多脉冲干涉的时间相干模型，分析了被测距离与多脉冲干涉条纹峰值点位置变化的关系，研究了大气条件的改变对测距结果的影响。模拟结果表明：多脉冲干涉条纹峰值点位置的偏移具有周期性，在一个周期内呈单调性改变；温度和湿度的改变与多脉冲干涉条纹的峰值间距的改变呈正比，而气压和二氧化碳含量的改变与多脉冲干涉条纹的峰值间距的改变呈反比。该分析结果对于在空气中进行长距离绝对测距具有重要意义，可利用建立的模型进行误差补偿，以提高测距精度。

串扰和插入损耗是表征光交换芯片传输性能的重要参数。将串扰与插入损耗特性结合起来，提出一种分析光交换集成芯片串扰的理论模型，考虑了串扰对开关路由的依赖性。实验测量了基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的4×4 拜尼兹结构的光交换集成芯片的串扰和插入损耗系数，以及不同开关路由状态下40 Gb/s 差分四相相移键控(DQPSK)信号的传输性能，实验结果与理论分析基本一致。根据测得的串扰和插入损耗系数，计算了16×16光交换芯片串扰范围。

在惯性约束聚变装置中，激光集束在腔内的传输叠加特性对实现靶丸的有效压缩极为重要。为了更为深入地了解激光集束在腔内的传输叠加特性，针对典型的柱形腔结构及其光路排布，建立了真空腔内的光传输模型，数值模拟和讨论了多集束激光在腔内的传输叠加情况。考虑到激光束的交叉重叠会带来交叉光束能量转移、激光等离子体相互作用等问题，提出通过确定集束间相互分离的特征面位置，进而从偏振特性和热斑占比等方面对多集束激光在腔内的传输及叠加特性进行分析。结果表明，多集束激光在腔内传输时，内环集束和外环集束激光先分离，之后内环相邻集束之间和外环相邻集束之间各自分离。单端集束在腔内传输过程中，其均匀性从靶腔注入孔到腔壁的过程中呈现先变差后变好、再变差的趋势，而热斑的峰值强度随着离焦量的增加不断减小，热斑所占的面积则先增加后减小。此外，激光束在腔内传输时偏振度随腔内传输距离的大小并无明显变化。

采用中心波长为975 nm 半导体激光器(LD)抽运高掺铒氟化物双包层光纤Er∶ZBLAN，并在谐振腔内插入机械斩波器，获得了2.8 μm 激光机械调Q 输出。研究了激光器在不同抽运功率，不同工作频率条件下的输出特性，分析了脉冲分裂的原因。通过控制适当抽运功率，激光器工作在3.5 kHz 条件下，获得了最大单脉冲能量84.5 μJ，脉宽250.3 ns，峰值功率超过300 W 的脉冲输出。

针对在线学习跟踪算法中目标模型更新错误而导致跟踪漂移的问题，提出了一种简单但高效的解决方案。在目标区域均匀采样点跟踪器，基于纹理描述对前后两帧点跟踪器进行置信度评估并以此完成目标初步定位，由多维特征时空上下文模型输出目标位置置信图以完成目标精确定位，同时结合置信图决定模型更新速率并给出了一种多尺度更新机制。实验表明，该方法在背景干扰、快速运动、遮挡、光照变化及尺度变化下均能完成稳健跟踪，在320 pixel×240 pixel的视频序列中平均跟踪速度为55.1 frame/s，可以满足实时应用的需求。

针对单个圆进行视觉测量存在的位姿二义性问题，提出了一种运动重建约束角的二义性消除方法。在相机已标定的前提下，利用圆的投影椭圆曲线确定圆的位姿参数，位姿存在二义性；利用多视图从运动恢复结构方法估计特征点的世界坐标，并利用特征点重建约束角；基于刚体运动不改变空间夹角的特性同时唯一确定多视图的圆位姿。仿真结果显示：在500 mm距离内，噪声强度为0.4 pixel时二义性消除成功率为100%，强度为1 pixel时成功率约为93%；噪声强度为0.1 pixel，距离在1000 mm 时具有99.6%的成功率。此外，在二视图的情形下算法的平均运行时间约为5ms，适合实时性的应用。该方法不需要目标的额外信息，能够实时有效地消除圆位姿的二义性。

为了提高大视场、远距离的双目摄像机标定精度，提出一种基于位姿约束的摄像机标定算法。该方法利用双目摄像机之间的三维位姿关系是刚体变换这一属性，标定出左、右摄像机相对位姿的外部参数。利用相对位姿为约束条件求取摄像机的初始内部参数，剔除较大的重投影误差值对应的标定图像组，重复迭代直至重投影误差平均值小于指定值，得到多个待优化的摄像机内部参数。再将最后标定图像组的角点坐标、待优化的摄像机内部参数和相应的外部参数，建立一个以角点三维重构坐标值与实际设定角点三维坐标值的模均值为最小的目标函数，求解出双目摄像机标定参数的最优解。该方法很好地解决了误差大的标定图像造成的影响，且充分利用了双目摄像机之间的位姿约束关系。通过仿真和标定实验可以看出，本文方法可以实现大视场双目摄像机的高精度标定。

利用钎焊工艺实现氧化铝敷铜陶瓷基板与铝箔的连接，成功制备出了具备良好导热性能的新型铝/氧化铝复合陶瓷基板。采用机械抛光、化学抛光和电解抛光等方式对铝表面层进行抛光处理。研究结果表明机械抛光、化学抛光和电解抛光等抛光方式均可有效提高铝层表面的光洁度和平整度。而复合抛光即先化学抛光再电解抛光的样品表面粗糙度最低、平整度最好，样品表面反光率在4种抛光方式中最高。

光学偏振法在无创血糖检测技术中具有很好的应用前景，人眼运动引起的实时变化的双折射是偏振法无创血糖测量的主要限制因素。采用激光模拟调制与法拉第调制相结合的双调制法建立了实时闭环单波长偏振光检测系统。双调制法克服了先前由直流电压驱动激光器和法拉第调制器构成的偏振检测系统达到稳定所需时间由单一法拉第调制器的调制频率限制的问题；且系统的响应时间小于10 ms，可更为有效地克服人眼运动对测量的影响；同时双调制法可降低系统电磁干扰和激光在低频调制下的1/f 噪声，有提高系统信噪比的潜力。通过两次检测0~600 mg/dL、间隔100 mg/dL 的葡萄糖水溶液浓度对该系统的性能进行了评估，两次测量值的标准差均小于10 mg/dL ，验证了该检测系统的重复性与精确性。

为了提高鱼眼镜头在单机位球幕放映系统中的像素利用率，提出了二向异性鱼眼镜头的设计思想。通过理论分析柱面透镜的特性，给出了柱像散对各向度焦距的函数关系，也给出了弧矢和子午二向度共面成像的焦距配置关系；对二向异性鱼眼镜头结构进行了分析与设计，通过在镜头结构中引入柱面透镜，使之具有各向度差异化的渐变式焦距，该镜头在相同工作视场条件下，实现了弧矢和子午两向度的像高差异，形成了各向异性的映射规律。所设计的镜头光学结构中含有4个弧矢柱面和一个子午柱面，弧矢和子午向度的最大像高比为1.52∶1，且具有较高的分辨能力。利用二向异性数字鱼眼镜头构建单机位球幕电影放映系统与使用传统鱼眼镜头相比至少可提高像素利用率52%。

从理论上分析了真空管和三角形腔体两种接收器之间的光学效率差异，给出了腔体接收器有效吸收率取优化值时临界安装位置的计算表达式，并基于TracePro 软件进行了模拟计算验证。模拟结果显示腔体光学效率可达89.1%，而真空管为77.1%，垂直和平行方向安装位置的偏差对两者效率的影响类似，但腔体接收器光学效率变化曲线呈现轻微的不对称性，垂直安装位置取焦距下方5~20 mm 范围内最佳。反射镜面偏转误差对接收器效率的影响较大，偏转角度应控制在0.4°以内，超出该角度时腔体效率下降的幅度小于真空管。实验测试结果证实了这一结论，并且推算出在理想安装条件下、集热温度为168.6 ℃时两者集热效率达到平衡点55.0%，低于该临界温度时腔体接收器更占优势。

一般光谱仪的小型化是通过缩小元件尺寸和元件间距离实现的，会降低仪器的性能。为实现高光通量、高光谱分辨率的红外光谱探测，提出一种基于ZnSe平板波导的小型光谱仪的设计方法。说明平板波导结构压缩光束的原理，根据介质中光栅的衍射特性，推导出光谱分辨率与各个参数的关系，给出一个小型光谱仪的具体设计。仪器的光谱范围为8~14 μm，光谱分辨率为80 nm，数值孔径为0.3，光学系统是一整块ZnSe 平板波导，尺寸为70 mm × 70 mm × 4 mm。并与相同设计指标下一般Czerny-Turner 结构的光谱仪进行对比分析。结果表明基于ZnSe平板波导的小型光谱仪系统尺寸更小，光谱分辨率更高，光通量更大。

发光二极管(LED)微阵列芯片在工作时积累的热量使结温过高，进而对LED 微阵列芯片造成一系列不利影响，严重降低LED 微阵列芯片工作的可靠性，甚至造成永久性损坏。散热问题是制约LED 微阵列芯片工作性能提高的关键因素，是LED 微阵列芯片在制备过程中亟待解决的问题之一。利用有限元分析软件，针对AlGaInP 材料LED 微阵列建立了有限元模型，详细介绍了实体模型建立、网格划分以及边界条件的施加方法。瞬态分析了在脉冲电流驱动下，单个单元和3×3单元工作时阵列的温度场分布，以及温度随时间的变化规律。为了改善阵列芯片的散热性能，设计了一种热沉结构，模拟分析了热沉结构对阵列温度分布的影响。

采用深紫外光刻及等离子体刻蚀等工艺制备基于绝缘体上硅材料的环形滤波器，且微环半径仅为5 μm。制备基于单微环的4 通道光分插复用器，器件尺寸仅为3000 μm×500 μm。测试结果表明，该器件可以很好地实现上下载功能。其自由频谱宽度约为19.6 nm，最大消光比为19.76 dB。同时优化设计制备基于跑道型双微环可调谐光分插复用器。对这两种结构的光分插复用器的相邻信道间串扰进行测试，基于单微环滤波器和跑道型双微环滤波器的信道间最大串扰分别为-11.94 dB 和-20.04 dB。所设计的基于双微环光分插复用器上下载通道与主信道间没有交叉波导结构，因此相邻通道串扰明显低于单环型的光分插复用器。同时设计并制备基于双微环PIN 结型电光调制器。当偏置电压增加到1.6 V 时，谐振峰发生0.78 nm 的蓝移，并对测试结果进行分析。

搭建采用光纤锥近场激发银纳米线表面等离子体激元的光路，并在氧化铟锡(ITO)衬底上实现银纳米线表面等离子体激元突破衍射极限在亚波长领域的光波导。通过R 轴旋转平移台，改变光纤锥与银纳米线平行方向上的角度，研究在ITO 衬底上银纳米线表面等离子体激元在不同激发角度下的耦合效率。实验上获得不同角度下银纳米线光波导的电荷耦合元件(CCD)数码信息图，并采用Adobe Photoshop灰度直方图的方法，在100 pixel×100 pixel质量下计算入射光强以及出射光强，进而计算银纳米线的耦合效率。结果表明，在不同的激发角度下，银纳米线在ITO 衬底上的耦合效率与激发角度相关，两者平行时耦合效率最高，垂直时耦合效率最低。

基于数字高程模型，建立起伏地形的三维网格模型。利用坡角及坡向得到坡面像元的平均法向，通过坐标系转换，计算任一坡面在局部坐标系下对应的太阳入射及观测几何。在可见光及近红外波段，考虑遮蔽效应，建立裸露起伏地表的双向反射分布函数(BRDF)模型，并以沙漠地区为例验证了该模型的正确性。研究了沙漠地区地表起伏程度及太阳天顶角对BRDF 的影响，结果表明，在太阳几何一定的情况下，不同起伏地形的BRDF 随观测方位角的变化呈不对称分布，且近垂直主平面方向的BRDF 比近主平面方向整体偏大；对于同一地形，随着太阳天顶角增大，地表BRDF呈减小趋势。此外，随着波长增加，地表BRDF呈增大趋势。

为了抑制高速摄影中激光照明产生的散斑噪声对图像信息的干扰，分析了散斑的统计特性，并在此基础上对光束非相干叠加降噪原理进行了分析，讨论了参与叠加的散斑平均光强不等时叠加后散斑对比度的变化情况，对参与叠加的散斑平均光强满足不同分布时叠加后散斑对比度随叠加个数的变化情况进行了模拟。结果表明，参与叠加的散斑平均光强差异越大叠加后的散斑对比度越大，噪声抑制效果越差。并通过实验对理论结果进行了验证。

能量色散的X 射线散射(EDXRS)技术是一种识别液体种类的有效方法。实验用毛细管X 光半透镜代替狭缝，用能量色散的X 射线散射技术进行液体种类的识别研究。实验结果表明，两个毛细管X 光半透镜组成的准直系统，能显著地提高光源的X 射线利用效率，提高散射能谱的分辨率等；毛细管半透镜组成的能量色散X 射线散射方法是一种良好的液体种类和含量的识别技术，在液体的种类和含量的识别领域有广泛的应用前景。

针对海洋光谱成像技术对于宽视场(FOV)、大幅宽、高通量的需求，提出了一种基于像平面干涉技术的新型宽视场干涉光谱成像仪，研究了像平面干涉技术的原理，提出了相应的干涉方案并推导了系统的光程差公式，制定了详细的参数指标并根据相应参数设计优化了光学系统。光学系统前置镜和中继镜分别采用双高斯和Dyson 结构，视场为35.5o ，幅宽为320 km，系统F 数为4，焦距为100 mm，在400~900 nm 的谱段范围内，平均信噪比(SNR)大于100，在奈奎斯特空间频率为32 lp/mm 处，调制传递函数(MTF)大于0.5，各项指标满足要求。

针对夜间溢油探测问题，提出了一种通过紫外(UV)LED 诱导并基于高光谱波段差辐射指数的探测方法。通过高光谱成像仪，同步采集了紫外LED和卤素灯两种照明方式下的原油、乳化油和本底海水的高光谱图像。基于33个波段(400~720 nm)辐射值构建了波段差指数作为溢油鉴别特征。特征优化方面，通过增L 减R 法、Fisher法进行了有效波长的选择，通过多维尺度分析、主成分分析(PCA)、独立分量分析进行了波段特征提取，通过径向基函数-支持向量机模型对结果进行识别。结果表明，基于紫外LED的高光谱波段差指数的溢油探测模式，比卤素灯的波段均值识别率分别提高了6.01%和8.17%，因此紫外LED光源更适合夜间溢油及乳化的准确探测。并且，通过Fisher有效波长选择和通过PCA得到的特征组合两种方法识别效果相当，优选的3波段特征的紫外识别率分别达到了85.89%和87.02%，12特征的溢油准确率均达到了100%，通过Fisher法提取的有效波长(400~420 nm)，更适合于实际在线溢油探测。紫外诱导下高光谱的成像的海洋溢油鉴别模型，为夜间海洋溢油探测提供了一种快速鉴别方法。

针对独立成分的排序问题，提出一种滑窗负熵统计的独立成分特征提取方法，并将优选成分应用于目标检测。采用小窗口在独立成分的二维空间范围滑动，采用非多项式负熵逼近统计评价每个窗口数据，将窗口统计值的最大值作为该成分的评价值，按照评价值大小排序；采用直方图零值分割方法，确定有效独立成分阈值，将独立成分进行二值化，实现特征提取后独立成分的目标检测。实验结果表明，基于滑窗负熵统计的独立成分特征提取方法，既能避免野值对评价优选结果的影响，又能优选出含有较小目标的独立成分，便于感兴趣目标的快速检测。

针对油料火焰光谱特性研究不足的现状，通过构建全火焰红外测试系统，在室外开放空间条件下对多种油料及其他可燃物火焰的发射光谱进行了测试分析研究，光谱范围为1~14 μm。结果表明，蜂窝煤原始光谱信号最为特殊。其他燃料火焰光谱信号经db2 小波5 层分解后，92#汽油、95#汽油、0#柴油、航空煤油、润滑油火焰光谱低频分量特征相似，在1.2、3.4、4.5 μm 附近存在较强的发射峰。各油料火焰光谱第5 层细节系数重叠度较高。92#汽油、0#柴油火焰光谱低频分量及细节系数与其他燃料(木柴、酒精及纸张)相比特征明显。实验结论对基于光谱特性分析的油料火焰探测识别具有重要借鉴意义。

体折射率不均匀是一种常见的薄膜缺陷，其反演计算对于膜系的设计和制备都有重要影响。推导出体折射率不均匀薄膜的膜系特征矩阵，建立斜入射条件下的不均匀膜光谱特性计算的近似模型，探讨模型的计算精度和计算时间，并利用模型计算椭偏角验证模型的可行性。结果表明，斜入射条件下的不均匀薄膜模型为基于宽带光谱测量数据拟合的膜层缺陷数值反演应用提供了快速有效的方法。