依据Tatarski大气光学湍流参数化方案，利用数值天气预报模式（WRF）模拟了高美古、茂名、乌鲁木齐等典型地区高空大气光学湍流廓线。并将高美古和茂名使用温度脉动仪实测的光学湍流与其对应的模拟数据做了对比，结果表明，模拟的光学湍流廓线与实测的光学湍流廓线吻合得较好，相关性在76%左右。高美古和茂名的对比验证结果表明，利用WRF模拟高空大气光学湍流的方法是可行的，模拟得到了乌鲁木齐高空大气光学湍流廓线。结合这3个典型地区的气候特点，分析了不同气候类型下光学湍流的特征和变化趋势。

开发了一种基于双模式探测的大动态范围激光测距方法。使用基于硅雪崩光电二极管（APD）的单个探测器在线性模式与盖革模式之间切换，实现了平均光子数为1~105的大动态强度范围光信号探测。在此基础上，进行了30 m的室内线性探测模式测距和500 m的室外盖革探测模式测距实验，利用时间相关单光子计数设备记录的信号详细分析了两种模式测距的时间特性，证明了这种方法可以根据探测距离和背景环境进行探测模式切换，从而实现大动态范围激光测距。并且进一步分析了APD偏置电压的调节对测距系统测量精度以及探测背景噪声的影响。

光栅拼接法是目前制作大尺寸平面衍射光栅的重要方法之一，而拼接误差是评价拼接光栅是否能够使用的重要指标之一。实时定量测量拼接误差，能够实现对拼接误差的自动闭环调整，通过实时指导拼接提高光栅拼接的精度。建立了衍射波前与光栅拼接误差关系的数学模型，分析了干涉仪测量光栅拼接误差的原理，用ZYGO干涉仪实现拼接光栅0级及-1级衍射波前的数字化定量提取，分析并计算了拼接误差波前，得到五维拼接误差的数值解。利用拼接光栅-2级的衍射波前验证五维拼接误差结果的准确性，实验结果表明由0级、-1级、-2级拼接波前计算的拼接误差具有较好的一致性，为利用波前检测光栅拼接误差并实现自动化闭环调整提供了理论指导。

根据啁啾光纤光栅的温度可调谐性这一原理，提出通过控制啁啾光纤光栅的温度，改变其色散量，从而获得最小输出脉宽的方案,并通过实验验证了这一想法的可行性。利用啁啾光纤光栅作为啁啾脉冲放大(CPA)系统中的脉冲展宽器，用空间光栅对作为脉冲压缩器，通过压缩器为脉冲提供的负色散来补偿展宽器为脉冲引入的正色散。利用自相关仪测量压缩输出脉冲宽度随温度的变化情况，间接反映啁啾光纤光栅色散量随温度的变化情况。从实验所得数据可以得知，当温度从-7 ℃上升到50 ℃时，脉宽从1057 fs先下降到764 fs后又上升到910 fs，共变化了439 fs。在此过程中，随温度的上升，啁啾光纤光栅的色散由补偿不足变为过补偿。

随着空间激光通信技术的发展以及建立抗干扰高速天空地一体化信息网络的需要，研究空间激光通信组网技术迫在眉睫。在分析空间激光通信组网技术难点的基础上，提出了一种新的激光通信组网方案。利用广角扩束镜与双光楔组结合作为多点激光通信系统的光学天线，广角扩束镜可实现对不同方位目标信号光的收集，双光楔组可实现对不同方位目标的同时动态跟踪。以此光学天线为基础，研究了可实现一对多同时空间激光通信的总体方案，设计了系统中的光学天线、中继光学分系统、收发分光分系统等。该方案可为空间激光通信组网提供一种新的技术途径。

报道了基于空芯光纤中气体受激拉曼散射效应的1.5 μm波段光纤激光实验。利用高峰值功率、窄线宽、亚纳秒量级的1064 nm微芯激光抽运一段充高压乙烷气体的空芯光纤。通过乙烷气体分子的受激拉曼散射，获得了1553 nm的激光输出，峰值功率达到16.6 kW，线宽小于0.2 nm，脉宽约为435 ps。该功率水平是目前在掺铒光纤中获得的最高峰值功率的4倍以上。该研究为同时实现高峰值功率和窄线宽的1.5 μm波段光纤激光提供了一条新的技术途径。

基于太阳能聚光集热系统的几何对称特性，提出一种运动累加方法来计算吸热器的能流密度分布。采用光线跟踪方法，推导了吸热器表面能流分布的运动累加数学模型，此模型可以将光线跟踪过程转换为旋转运动或平移运动，避免大量求解光线与吸热器曲面的联立方程组。在Visual C++平台编制运动累加程序，计算了典型的碟式和槽式系统配置不同吸热器的能流密度分布，并与文献对比验证了该方法的正确性。结果表明，在碟式—腔式吸热器中，跟踪光线6.10×108根需112 s，在结果符合的情况下可跟踪光线9.648×107根，这样仅需16 s。运动累加方法的计算过程较简单，且具有一定的计算效率，可以为对称特征的聚光集热系统参数协同优化提供一定参考。

介绍了相位差法基本原理，应用相位差法估算稀疏孔径成像系统各子镜误差，分析基准子镜对相位差法计算结果的影响。以Golay3稀疏孔径为例，提出利用稀疏孔径成像系统中的每个子镜单独对目标物成像，计算每个子镜的焦面成像图与原目标物图的算术平均值标准偏差（AMSD），将AMSD值最小的子镜设为基准子镜。分析在实际运用中基准子镜误差大小对系统剩余子镜误差估算精度的影响，最后讨论离焦量对相位差法计算精度的影响。理论仿真表明：利用相位差法对稀疏孔径成像系统各子镜误差进行估算时，必须先确定基准子镜；AMSD值越小，对应子镜的误差也越小，将其作为基准子镜，利用相位差法计算出的系统剩余子镜的误差也越小；在相位差法的计算过程中，改变离焦像的离焦量对计算结果影响不明显。

水面无人艇技术在气象监测、海面搜救、对敌侦察、精确打击等方向发挥着越来越重要的作用，但实际海面环境中的云层辐射、波浪反射、气象条件等光学图像形成中的各种干扰因素，使海天线的准确检测难以实现。为了解决这一问题,提出一种基于梯度显著性的海天线检测方法，梯度显著性的计算有效增强了海天线的直线特征并抑制了各种干扰因素，采用区域生长方法实现了对海天线的检测和辨识，最后使用XL水面无人艇在实际海面环境下采集的光学图像进行验证，结果证明了所用方法的准确性和实时性。

衍射受限集成成像光线追迹算法所重构的深度平面是物体深度的重聚焦图像，重构图像像质模糊，不利于物体的三维重构。针对这些问题，提出了一种基于衍射追迹的深度平面重构算法,由菲涅耳衍射公式计算物空间点源传播至成像系统各平面的光场分布，最终求得每个采样点在传感器上的光强脉冲响应，通过反解与光强脉冲响应相关的线性方程组，实现物体深度平面的图像重构。仿真结果表明，采用该方法实现的重构图像是物体的深度平面切片，而且图像像质接近于原始图像，有利于物体的三维重建。

利用向列相液晶材料的各向异性和双折射特点，采用紫外光刻和湿法刻蚀技术，设计并制作了透明的圆孔图案梯度折射率液晶微透镜阵列。搭建了光学测试系统，测试了该阵列的聚焦性能和焦距，并给出了焦距与加载电压之间的关系。将该阵列与主镜头和图像传感器进行耦合，构成一个双模成像相机原型，通过开启或关闭加载电压实现光场成像模式和普通成像模式的快速切换。在两种工作模式下对目标物采集双模原始图像，结果表明该相机既可在光场工作模式下采集三维光场图像，也可在普通工作模式下采集普通图像。

为了实现对待测样品高质量的体视显微成像，提出了基于可编程发光二极管（LED）阵列照明的透射体视显微镜。该显微镜光学系统使用可编程LED阵列作为照明双光源，照明孔径、角度以及波长均可自由选择，通过改变可编程LED阵列上红蓝圆形光源的半径r和圆心间距d分别实现对体视显微镜焦深和体视角的灵活可控。实验结果表明，该显微镜系统简便，观察者根据自身需要选择合适的焦深和体视角可有效解决因人眼瞳距个体差异大引起单一体视角出现的双像不能重合等问题，实现对待测样品的直接体视显微观看。使用数值孔径NA=0.1(4×)的显微物镜，在最佳参数r=2，d=3时可清晰观测到待测样品的层次关系以及相对位置等三维信息。

针对复杂背景下红外图像中低信噪比弱小目标实时检测问题，提出一种基于相关滤波器的红外弱小目标检测算法。该算法将红外目标检测转化为模式分类问题，在离线训练阶段，利用二维高斯模型构造红外小目标训练集，在此基础上训练得到对目标背景具有区分能力的相关滤波器，在线检测阶段，利用滤波器对图像分块进行滤波操作，目标和背景的滤波响应有着显著的差异，最后生成整幅图像的滤波响应置信图以此来判断图像中是否包含目标及其具体位置。在单帧单目标图像、序列图像多目标检测实验结果表明，与经典检测算法相比，所提方法不仅具有更高检测性能，有效降低了虚警概率，而且具有较好的实时性，适用于复杂背景条件下弱小目标的实时检测。

随着半导体制造步入1x nm技术节点时代，调焦调平系统的测量精度达到几十纳米。在纳米尺度范围内，集成电路（IC）工艺对调焦调平测量精度的影响很大。提出一种基于光学三角法和叠栅条纹法的调焦调平测量技术，利用空间分光系统将两组位相差为π的叠栅条纹同时成像到两个探测器上，通过归一化差分的方法计算硅片高度，可有效降低调焦调平测量技术对IC工艺的敏感度，尤其是IC工艺导致的光强变化的敏感性。实验结果表明，该系统测量重复性精度为8 nm（3σ），线性精度为18 nm（3σ）。当测量光强变化达90%时，该测量技术引起的线性精度变化为15 nm（3σ）；当光强变化为65%时，线性精度变化小于1 nm（3σ）。

研究了不同脉冲能量下1 kHz飞秒激光脉冲在石英玻璃内部诱导的损伤痕迹、纳米光栅结构及其双折射特性，发现在激光辐照区域顶端形成的微纳结构具有两种周期性:沿光传输方向的周期为ΛK；沿激光偏振方向的周期为ΛE。通过数值模拟飞秒脉冲在石英玻璃内部的传输过程，研究了入射能流密度分布及自由电子密度分布对双周期纳米光栅结构的影响。结果表明，较大的入射能流密度有利于纳米光栅的形成，且产生的电子密度会影响周期ΛK，电子密度越大，周期ΛK越大。从理论上分析了双周期纳米光栅结构的形成过程，认为等离子体非对称生长及其引起的局域场强分布影响了双周期纳米光栅结构的形成。

基于圆特征的视觉测量方法简单且精度高，因此具有广泛的机器视觉应用，但单个圆特征的单目视觉位姿估计存在二义性问题。为了有效剔除虚假解，基于三线构型的姿态估计方法，提出了一类基于角度约束的圆位姿二义性消除方法。对具有先验信息的三线构型，利用三线构型与相机系的姿态关系可以得到圆平面法向量的一个角度约束。若三线构型不具有先验信息，利用二视图三线构型的相对姿态估计可以得到一个二视图间圆法向量的角度约束，这两类角度约束都可以排除圆的虚假法向量。实验结果表明，该方法可有效消除圆位姿二义性，第一种角度约束可以达到99.2%的成功率，第二种角度约束可以达到96.7%的成功率。

基于点对应的相机姿态估计算法缺少科学的性能评价方法，增加了工程应用中算法选择的难度。针对该问题，提出了在特定代价函数下的相机姿态估计算法性能评价方法，主要包括3个性能评价参数：精度、效率和存在区域最优解成功率。其中，区域最优解不同于局部最优解，若给定区域为代价函数定义域，则区域最优解等价于全局最优解。着重阐述了存在区域最优解的判断方法，以角度残差为基础建立代价函数，利用姿态矩阵计算代价函数的Hessian矩阵下界，若Hessian矩阵下界半正定，则代价函数在以该姿态矩阵为中心、大小由像点噪声模型确定的邻域内为凸函数，即存在区域最优解。借助仿真实验平台，对9种经典相机姿态估计算法进行了性能评价。结果表明，RPnP+LHM算法的综合性能最优。

针对手臂静脉这一生物特征，提出一种基于链码表示的静脉特征提取及匹配算法。由近红外手臂图像中提取出静脉的骨架结构，并将其分割为若干条曲线段，通过曲线的相对方向、相对位置及形状特征计算匹配曲线对，利用粒子群算法计算匹配曲线间的最优空间变换关系，根据静脉全局变换后点集的重叠情况判断匹配程度。针对来自9个国家的110位实验者组成的手臂图像库进行实验，Rank-1和Rank-10%识别率分别为74.5%和93.6%，优于改进Hausdorff距离及模板匹配方法，表明手臂静脉可作为一种新的生物特征来进行身份认证。

在应用机器视觉技术进行测量时，测量系统的像素当量、系统误差和光源强度等因素均会对测量精度造成影响，因此必须对像素当量和系统误差进行标定，并分析光源强度对工件图像边缘位置的影响。提出一种基于点阵标定板的视觉测量系统综合标定方法，在提取标定圆圆心坐标的基础上，计算圆心距物理尺寸和像素尺寸的比值,得到像素当量；建立圆心实际坐标和理论坐标的二元三次误差模型，并利用最小二乘法拟合求解误差模型系数；通过确定光源强度引起的图像边缘位置误差补偿量，实现测量系统的综合标定。实验结果表明，该方法可以有效提高系统的测量精度。

以3-巯基丙酸为稳定剂，采用水相合成法合成Mn掺杂的ZnS量子点，该量子点在室温条件下能够发射较强的磷光信号。十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为一种阳离子表面活性剂能够与该量子点发生静电作用，最终与量子点聚合形成Mn掺杂的ZnS量子点/CTAB纳米复合材料，使量子点的室温磷光（RTP）强度明显增强。加入米托蒽醌（MXT）后，MXT能够与CTAB通过疏水作用和结构作用结合成为更加稳定的混合物，最终导致CTAB从量子点的表面脱离，进而使该量子点的室温磷光强度降低。结果表明该纳米复合材料能够大大提高量子点对MXT的检测性能，可由此建立高效、灵敏的检测MXT的室温磷光传感器。在最优条件下，该传感器对MXT的检出限为0.23 nmol/L，线性范围为0～200 nmol/L，相关系数R为0.99，且尿液和血清实际样品的检测回收率为98.6%～102.5%。该量子点磷光分析方法简便快速、灵敏度高、选择性好，能够用于体液中MXT含量的分析与检测。

仿造蝉翼凸起状结构，建立了硅纳米锥模型，在此基础上研究其减反射及陷光性能与其底部直径、高度的关系，确定直径150 nm、高度500 nm为其最优结构参数，该参数的纳米锥结构在300~1200 nm波段平均反射率为1%。将优化的纳米锥结构与平板结构以及相同参数的纳米柱结构进行了比较，从反射曲线、电场强度分布、能量吸收密度分布、电子生成速度分布多个角度证实了纳米锥结构优异的减反射及陷光性能，为硅基光伏器件减反射陷光微结构设计提供了参考。

光子能带结构中的狄拉克点是目前光子晶体研究中新兴的热点。选用双轴材料，用六边形介质柱构成了六角晶格各向异性光子晶体。该光子晶体有三个各异的主介电常数 εxx、εyy、εzz。依据麦克斯韦方程组，垂直极化（TE）波中的狄拉克点会受到 εxx≠εyy的影响，即可以通过调制双轴材料中X、Y方向的主折射率Nx、Ny得到光子晶体中TE波的狄拉克速率，从而调节TE波中狄拉克点在能带结构图中的位置（即调节狄拉克点的归一化频率及其在布里渊区的位置）。研究了Nx、Ny（对应 εxx、 εyy）与TE波中狄拉克点的存在性的关系，并通过仿真实验验证了提出的观点。这些研究可为研发新型光学器件以及构建光子芯片提供更多的可能。

为研究采用功能性近红外光谱（fNIRS）技术评估不同情绪状态下操作者脑力负荷（MWL）的可行性，为开展以MWL评估为基础的操作者功能状态（OFS）评估提供技术支持，进行了多种情绪刺激下的图片n-back任务实验，包括负性、积极和中性三组情绪。采用任务绩效、主观量表和fNIRS生理测量等方法采集16名参试者的实验数据。任务绩效和主观状态评分均表明参试者MWL在外部因素影响下发生变化。从fNIRS信息中提取了时域、频域和非线性域共380个生理特征作为OFS评估模型输入，采用支持向量机作为分类器，建立了MWL评估模型。评估模型采用中性情绪刺激下的任务数据作为训练数据，积极情绪和负性情绪刺激下的实验数据作为测试数据，分别取得了92.49%、75.90%和79.99%的平均分类正确率。通过实验数据分析，验证了任务负荷和情绪刺激能够有效影响操作者MWL的实验假设，证明了采用fNIRS技术建立多种情绪状态下MWL评估模型的可行性，为开展复杂任务情况下以MWL为基础的OFS评估提供依据。

参量荧光是基于光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术的光参量放大器的本征量子噪声。它不具备与主激光相同的时域啁啾特性，在压缩器中形成不可压缩的脉冲底座，降低了激光脉冲的信噪比。在小信号增益情况下，基于解析公式给出了不同抽运波形、不同增益、不同系统带宽和啁啾率情况下参量荧光脉宽的演化规律。结果表明：单级放大器输出荧光脉宽正比于抽运光脉宽；荧光脉宽随着增益的增大而变小；增益一定的情况下，荧光脉宽随着超高斯波形阶数的增大而变大。对OPCPA系统而言，展宽-压缩系统对荧光存在色散展宽的作用，其最终输出荧光脉宽与系统带宽、啁啾率紧密相关。基于拍瓦OPCPA(PW-OPCPA)实验平台进行了相关的验证实验，实验结果与理论具有良好的一致性。

对获得多波长同时产生的可调控的频率转换器件进行了研究。通过分析非线性晶体中耦合光强随传播距离的变化，提出了一种基于晶体中光强分布获得非线性结构的方法。针对和频过程，利用MATLAB软件进行仿真，设计出了6个和频过程同时发生的非周期结构。为灵活调控各个非线性过程的输出强度，得到任意形状的目标功率谱，提出在设计过程中引入权重系数。对和频及倍频产生的研究表明：获得的非线性结构不仅实现了多波长的同时输出，而且可以任意调节输出光功率谱。该设计方法速度快、效率高，可以为实际制作非线性光学器件提供理论指导。

利用条纹泽尼克多项式来表征自由曲面的光学元件，并将多项式中表示初级球差、彗差、像散项转换为矢量形式。利用矢量波像差理论,研究了自由曲面光学元件校正光学系统初级像差的特性。通过分析可知，自由曲面在光学系统中不同位置时所校正的像差特性不同。当自由曲面位于光学系统的孔径光阑（入瞳或出瞳）上可以校正光学系统全视场内为常数的初级像差；当自由曲面远离孔径光阑时，由于轴外视场成像光束口径的缩放与偏移，自由曲面可以校正非对称初级像差，且不同初级像差与视场依据关系不同。

空间遥感相机的空间分辨率、时间分辨率以及光谱分辨率不断提高，相机的观测谱段也得到了拓展，实现了多谱段观测。针对多谱段观测需求，通过计算以及光学设计软件设计研究了可见光与红外一体化光学系统。可见光部分系统焦距为6000 mm，F数为11.8，波段为400~900 nm。红外部分系统焦距为1280 mm，F数为2.5，波段为3000~5000 nm，两个系统视场均为1.4°×0.6°。可见光波段系统与红外波段系统共用前四片反射镜，五镜为二向分色镜，将可见光反射至五镜上方的时间延迟积分CCD中，红外波段透过五镜至后方校正镜组。整个系统无色差，结构较为紧凑，可见光与红外部分成像质量均达到要求。

提出了一种激光光束整形自由曲面透镜的设计方法，这种方法可以对有一定发散角的激光光束进行整形。设计分为两个过程：1）设计初始结构，以准直激光光束作为输入光束，采用能量网格划分法，设计自由曲面整形透镜，将设计好的透镜作为下一步设计的初始结构；2）逆向反馈优化法，以带有一定发散角的光束作为输入光束，用上一步获得的透镜作为初始结构，采用逆向反馈优化的方法作进一步优化设计。应用这种方法，以束腰为10 mm，发散半角为2.5°的发散激光光束为例，将其整形为40 mm×40 mm的方形光束，辐射照度均匀度达到了90.4%。最后，对设计的透镜进行了加工误差分析和安装误差分析。分析结果表明：透镜表面面形误差在±5 μm范围内对目标平面辐射照度的均匀度几乎没有影响；透镜安装时，纵向位移误差dz对目标平面辐射照度的均匀度影响较小，横向误差dx、倾斜角误差dφ对辐射照度均匀度影响较大。

采用严格耦合波分析方法研究了长波红外波段锗基底的圆柱形周期阵列仿生蛾眼抗反射微结构的衍射特性，并进行理论分析和模拟仿真验证。重点分析了周期、深度、占空比和整体面型轮廓等参数对微结构抗反射特性的影响，得出具有较好抗反射效果的结构组合参数。采用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术在锗基底上制备该亚波长周期微结构。通过热场发射扫描电子显微镜对微结构表面形貌进行表征，并应用红外成像光谱仪在长波红外波段分别对双面抛光锗片、单面微结构和双面微结构进行测试对比，结果显示在8~12 μm范围内双面微结构的反射率小于8%，基本达到设计要求。

从理论和实验两方面讨论了方形孔径微透镜阵列的泰伯效应，利用传递函数法分析了该阵列的菲涅耳衍射区的光场复振幅分布，讨论了泰伯像成像的条件。实验中，在特定位置处可观察到三种交替出现的清晰成像，实验测得的成像距离与理论值吻合。选用不同参数的方形孔径微透镜阵列，泰伯子像成像规律总体不变，当中心距大于孔径边长且小于两倍孔径边长时泰伯子像像元间出现交叠现象。方形孔径微透镜阵列在分数泰伯平面可观察到清晰的呈棋盘状分布的泰伯子像，这将拓展微透镜阵列的实际应用。

激光束照射液体产生的热累积效应会引起其折射率变化，从声光方程出发分别分析了液体瞬态折射率与稳态热致折射率产生的机理，研究了透镜焦距以及入射波长对去离子水折射率的影响。利用表面等离子体共振检测系统对温度改变的高度敏感性，建立了一种新型的液体棱镜检测系统，数值模拟了不同功率下去离子水的稳态共振曲线，当功率变化为0.7 W时，其折射率变化为1.4×10-3。采用功率可调的980 nm的连续激光器对去离子水的热光效应进行了实验研究，得到了其稳态热致折射率随功率的变化关系，当功率变化0.7 W时，其折射率变化为3.35×10-3，最后剖析了实验与理论之间误差的可能来源。

研究四个二能级原子与两维耦合腔的相互作用系统，其中每个腔囚禁一个二能级原子，并且原子通过单光子跃迁与腔场发生共振相互作用。利用负本征值度量两子系统间的纠缠，讨论了腔与腔之间的耦合系数变化对原子与原子之间和腔与腔之间纠缠的影响。研究结果表明，随腔与腔之间耦合系数的增大，原子与原子之间纠缠增强，腔与腔之间纠缠减弱。

在超强耦合条件下，利用绝热近似的方法，对反演对称破缺拉比模型进行了研究。得到本征值和本征函数的解析表达式，并研究了反演对称破缺的影响。讨论了量子谐振腔初态为福克态和相干态条件下的系统动力学问题。特别关注了崩塌和复生现象，研究结果表明反演对称破缺会影响崩塌和复生现象的时间和高度。

过采样是为提高遥感扫描图像分辨率而提出的一种新的成像体制，为将其应用于红外搜索与跟踪系统，需研究过采样对系统点目标检测性能的影响。从扫描成像原理角度对比分析常规采样和过采样的特点；基于高分辨率图像退化方式给出扫描图像仿真方法；通过仿真扫描图像进行单帧目标检测处理，对比分析两种采样体制下的系统点目标检测性能。结果表明，在相同条件下，过采样系统点目标检测性能优于常规采样；常规采样扫描图像中目标一般呈现1×1点状，而过采样扫描图像中目标呈现斑点状，利用该特性可进一步提升过采样系统目标检测性能。

激光雷达近场回波信号较强，容易使光子计数系统产生数据堆栈现象，而死区时间是修正数据堆栈的重要因子。构建了一种激光雷达光子计数数据廓线的空间方差数学计算模型，用于评价光子计数数据的泊松分布质量。利用计算分析结果估算激光雷达光子计数系统死区时间，进而修正光子计数数据中遭受数据堆栈的数据。计算结果表明，激光雷达远场信号基本符合泊松分布，而近场信号不符合，但是死区时间修正后的光子计数数据的泊松分布特性可得到明显改善。通过最小化数据方差与均值的偏离程度，估算系统死区时间以修正数据堆栈现象，使得光子计数数据最大化地服从泊松分布。研究结果表明，长距离扫描激光雷达系统所应用的Licel数据记录仪TR40-160光子计数系统的死区时间约为3.402 ns，修正后的激光雷达数据堆栈现象得到明显改善。

为了考察大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用，建立了大气颗粒物近前向散射光测量实验装置，通过单分散和多分散颗粒物样本的实验测量和基于米散射理论的颗粒物光散射计算，得到颗粒物近前向散射光强度与粒径及分布宽度的关系，结果表明该装置可用于测量环境大气气溶胶质量浓度。通过已知参数的单分散气溶胶样品测量，借助米散射理论计算，可以获得较为准确的响应度数值，并估计测量实际大气颗粒物的误差范围。采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标，测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度，需要约2.5倍的修正。

石油类污染物是造成雾霾等空气污染问题的重要原因。去噪处理的有效性是石油类污染物荧光光谱检测中的热点问题。提出一种基于经验模态分解-提升小波变换(EMD-LWT)相结合的低浓度石油类污染物荧光光谱去噪方法。经验模态分解法（EMD)可自适应地滤除微弱荧光信号中的噪声，但去噪过程中第一个本征模态函数（IMF)包含的频率范围过宽，影响了去噪准确性和有效性。引入提升小波变换（LWT）对IMF1实现更精细的分解，有效分离出IMF1的有用信息，改善信噪分离效果。将EMD-LWT联用方法和传统的EMD或LWT去噪法分别运用于煤油荧光光谱检测中，仿真结果表明，与只用EMD或LWT相比，EMD-LWT相结合的光谱去噪法得到的信噪比和均方根误差均显著提高，验证了该方法的有效性和可行性。

出了一种多模二极管激光吸收光谱测量系统，该系统以发射谱稳定的多模二极管激光器作为光源，结合长程吸收技术和谐波检测技术，通过对1570 nm CO分子多条吸收谱线的探测，实现了对CO浓度（即指体积分数）的测量。实验在室温和20.265 kPa(即0.2个标准大气压)条件下进行，通过配置不同的CO-N2混合气体，对一系列不同浓度的样品气体进行了测量。测量前通过9种不同浓度的CO-N2混合气体对系统进行定标，获得定标公式，用得到的定标公式进行CO浓度的反演。结果表明，在CO体积分数低于10%的情况下，浓度测量值与已知值一致性较高，平均偏差为2.57%；通过对CO体积分数为0.5%的混合气体测量信号进行分析，得到系统对CO的探测极限为3.03×10-5。该系统可以满足CO的在线监测，且稳定性高、灵敏度高，实验装置简单、易用。

随着现代光学测试技术的不断发展，对图像处理技术的要求越来越高。灰度级层次蕴含了图像细节的重要信息，因此改变图像灰度级可以使图像的细节更清晰。通过滤光技术可以形成不同的灰度级。依据光学薄膜理论，并结合膜系设计软件，通过建立膜系优化评价函数，实现了0°~60°入射3~5 μm滤光膜的设计，并采用真空沉积技术研制了灰度调节膜。通过在钼舟上方放置铜网，解决了由于SiO沉积速率不稳定产生的膜层表面缺陷的问题；采用逆向分析法对实验测试结果进行模拟，通过调整膜层监控方式，使膜系的敏感层厚度得以精准控制，降低了膜厚控制误差，从而平滑了光谱曲线。经过测试，制备的灰度调节膜满足红外成像系统灰度级调节的要求，并通过了相关环境测试。

飞秒激光诱导金属表面周期性自组织微纳米条纹结构，在调控热辐射源、摩擦、超亲水性、超疏水性和打标等方面具有广泛的应用前景。研究了800 nm飞秒激光诱导金属钨表面周期性自组织结构的形成规律和形成机理。采用Sipe干涉模型和有限时域差分法，仿真了第1个飞秒激光脉冲刻蚀后随机粗糙表面引起的激光电磁场能量表面分布和第20个脉冲后低空间频率条纹结构引起的激光电磁场能量表面分布。揭示了低空间频率条纹与高空间频率条纹的形成机理，考察了表面微观形貌的演化和条纹周期随着脉冲增多而递减的现象。

为了对现有颜色协调模型进行评测，选择了CIELAB颜色空间中均匀分布的24个颜色，分别以色块和服装为应用场景，组织观察者进行了颜色协调度评判实验。通过心理物理实验采集到了不同观察者的颜色协调度评判结果，分别对颜色协调原则和现有的颜色协调模型进行验证，发现以色块和服装为应用场景的颜色协调度呈现弱相关性（R2<0.126）,现有颜色协调模型的预测结果与实验数据呈现弱相关性（R2<0.5）。对Ou模型（基于匀色色块建立）和Luo&Ou模型（基于服装色建立）进行优化后，预测不同场景的颜色协调度性能有较大地改善，研究成果可为颜色协调度的预测提供一种研究方法和参考依据。

提出一种基于掠入射微柱面反射镜阵列的X射线成像型平响应低通滤波技术。根据X射线光学理论，介绍了基于微柱面反射镜阵列的平响应低通滤波原理，分析了元件透射谱的计算方法。基于电子束刻蚀技术在聚酰亚胺衬底上制作了金柱体直径200 nm、深度1.3 μm、占空比0.393的微柱面镜阵列样品，根据理论计算在2°掠射角时其截止能量为1250 eV，响应不平整度为5.7%。利用转角精度优于0.1°的三维精密转角机构，在北京同步辐射装置的4B7B软X射线束线站标定样品在不同掠入射角下的透射率，得到初步标定结果。标定结果显示，在1 keV以上的不同能点各曲线均有下降趋势，且角度越大下降能点越偏软，说明掠射角的增大对较高能的X射线具有明显抑制效果。由于电子束刻蚀的技术局限性，样品的深宽比、侧壁垂直度、侧壁粗糙度等参数并未达到理论要求，所以标定结果与理论计算值有一定差异。