反演PM2.5(直径小于2.5 μm的颗粒物)质量浓度廓线，不仅可以估算污染物的柱浓度，还可研究污染物在空间的扩散规律，为防控大气环境污染提供科学支撑。假设在大气边界层内一次PM2.5质量浓度廓线的探测过程中，气溶胶的种类和成分保持不变，则根据地面上气溶胶消光系数与PM2.5质量浓度之间的比例关系，即可把激光雷达反演出的消光系数廓线转化为PM2.5质量浓度廓线。分析了两个晚上PM2.5质量浓度廓线个例及其随时空变化的情况，并对2014年3月至2015年2月探测到的82个晚上的数据按季节进行平均，获得了PM2.5质量浓度廓线的季节平均值。

四棱锥波前传感器具有空间采样率高和光能利用率高等优点。要准确地从光瞳像中提取待测波前的斜率信息，需要事先对光瞳像的尺寸和位置进行标定。分析了光瞳像尺寸标定误差和位置标定误差对自适应光学系统闭环校正效果的影响。提出了一种对无调制四棱锥波前传感器光瞳像进行标定的方法，并在考虑系统像差和探测噪声的条件下对该方法进行了多次仿真实验验证。分析结果表明，即使系统存在像差（均方根小于1.7λ），该方法仍可以对光瞳像的尺寸和位置进行准确标定。该方法可应用于实际自适应光学系统。

介绍了一种在开放大气环境下、利用水平探测的双波长-偏振米氏散射激光雷达遥感地表气溶胶消光吸湿增长因子的新方法。在激光雷达垂直观测气溶胶吸湿性质相关研究报道的数据筛选方法的基础上，利用消光系数与实测相对湿度（RH）之间的强相关性，以及实测的粒子质量浓度和粒子退偏振比的变化规律作为判据，说明吸湿增长作用是引起地表气溶胶消光系数增大的主要原因。相比于激光雷达垂直方法观测气溶胶吸湿性质，该筛选过程更加严格地约束了激光雷达水平观测吸湿性质的筛选判据，且对气象条件的约束相对简单。利用筛选得到的有效数据，计算得到气溶胶消光吸湿增长因子，并分析其对波长的依赖特性。观测结果表明，在开放大气条件下，合肥地区粒子谱分布可能会出现单模态、双模态甚至多模态的复杂情况，导致Angstrom波长指数与相对湿度之间的变化规律表现为正相关、负相关和不相关3种结果；同样也导致短波的气溶胶消光吸湿增长因子弱于、等于或强于长波的气溶胶消光吸湿增长因子的多样性现象。

大面积绿潮爆发对海洋生态环境、渔业经济、滨海旅游业等造成严重的负面影响。利用遥感技术可对绿潮进行宏观、及时、动态的有效监测，也可进行及时治理和预防，以减少经济损失。从GF1-WFV和HJ-CCD影像数据提取我国沿海绿潮水体的反射光谱特征，分析与非绿潮水体的光谱特征的差异，进而面向环境一号和高分一号开发了多光谱绿潮指数（MGTI）-多波段差值耦合算法，并用该算法对绿潮进行遥感监测。同时与Landsat7-ETM+影像监测面积、归一化植被指数（NDVI）算法和增强型植被指数（EVI）算法提取绿潮面积进行比较验证。结果表明，所开发算法对绿潮发生位置和面积的监测效果较好，且精度达到94%，可有效地应用于我国沿海二类水体的绿潮监测，为利用国产卫星数据监测沿海绿潮提供理论依据和方法支撑。

为定量分析大气折射对辐射传输的影响，建立了矢量辐射传输模型(VSPART)，讨论了大气折射对漫射光Stokes矢量及辐射通量密度的影响。在模型中，采用射线追踪法实现了大气折射过程的参数化，基于矩阵算法实现了辐射传输方程的求解；将VSPART模拟结果与文献值及SPDISORT、DISORT、RT3/PolRadtran和MYSTIC的模拟结果进行了对比，验证了模型间的一致性；在纯瑞利散射大气及含气溶胶大气条件下，分析了大气折射对地面下行辐射和天顶上行辐射漫射光Stokes矢量的影响，讨论了大气折射效应随太阳天顶角的变化。结果表明，太阳天顶角为86°时，在瑞利散射条件下，由大气折射造成的漫射光（波长0.35 μm）I、Q和U分量的相对偏差可达9.2%、10.2%和11.3%，辐射通量密度的相对偏差可达5.3%。对于地面下行辐射，大气折射的影响总体随天顶角增大而增强，天顶上行辐射则反之。大气折射对地面下行漫射辐射的影响强于天顶上行辐射。随着气溶胶光学厚度的增加，大气折射效应显著增强；煤烟气溶胶条件下，大气折射的影响强于矿质型及海盐型气溶胶情形。当太阳天顶角大于70°时，大气折射的影响迅速增强，此时有必要在辐射传输模拟过程中考虑大气折射效应。

设计了一种按斐波纳契数列排列的准周期光学微结构。在TM偏振模式下，运用严格耦合波分析（RCWA）方法，对光学微结构的光吸收率进行了数值计算。讨论了斐波纳契级数、占空比以及镀膜的厚度3种因素对微结构光吸收效率的影响。得出在AM1.5太阳能光谱辐照度下，当斐波纳契级数为S3、占空比f=0.7以及镀膜厚度t=20 nm时，该结构在300~1100 nm波段内最高平均吸收率可以达到95.17%，说明在太阳能电池表面抗反射层应用方面具有很大的潜力。

为了兼顾光源聚焦镜引入的像差对光谱仪器分辨率和信噪比的影响，提出了消像差凹面全息光栅和聚焦反射镜一体化设计方法。建立了包含聚焦镜和凹面全息光栅的像差分析物理模型，推导了像差系数表达式，构造了像差校正目标函数，经优化得到设计结果。在一体化设计中，针对臂长为170.3 mm、基底曲率半径为170.2 mm的单色仪光栅，通过反向增大全息光栅像散项，补偿聚焦镜引入的轴外像差。与传统设计方法相比，该方法的像面点列图的均方根尺寸在子午方向由86 μm减小到81 μm，弧矢方向由765 μm减小到167 μm，提高了系统的消像差能力，为凹面光栅光谱仪器的光学系统设计提供了新的思路。

提出了一种弧形齿面蚀刻衍射光栅波长路由器，通过合理设计齿面形状，可以同时提高器件的损耗均匀特性和频谱通带带宽。设计了基于InP平台，中心波长1550 nm，通道间隔400 GHz的4×4波长路由器。仿真结果显示，各通道之间的损耗差异可由8.1 dB减小到0.8 dB，频谱响应形状为平顶，1 dB带宽由0.3 nm增加到1.6 nm，并可以通过调整设计参数，平衡器件的损耗均匀程度、带宽和整体损耗。实验结果显示，各通道间差异为3.1 dB，1 dB带宽约为1.1 nm，器件串扰低于-12 dB，验证了该方法的正确性。该方法无需增加器件尺寸或引入额外结构，可应用于任何材料平台的蚀刻衍射光栅器件。

数字水印技术是一种新型的光信息加密技术，具有很强的伪装能力，但受到相位探测误差问题的限制，在信号还原过程中，传统的通过先求解相位后逆光路计算明文信息的方法并不具有实用性。迭代算法通过在频谱域和空间域施加有关约束，可有效实现对微弱信号的还原。结合数字水印技术和迭代算法的有关理论，提出了一种新的信息加密和还原技术，可以突破相位探测误差问题的限制。此外，该技术可以有效地隐藏和还原目标信息，对相位板的准确性要求高，使得信息难以被破解\.理论分析和仿真结果表明，平均均方误差在经过若干次迭代计算后，成功收敛，其还原系统具有高稳健性。该技术具有伪装能力强、恢复算法收敛快的优点，可广泛应用于个人身份伪装和信息识别等领域。

以基于猫眼效应的激光主动探测为应用背景，针对以往几何光学分析方法研究猫眼效应回波特性中存在的不足，从矩阵光学入手，提出了光学窗口映射的光束传输分析方法，建立了光学系统离焦和光束斜入射条件下猫眼效应回波的形状和能量模型，解决了传统公式中发散角物理意义不正确和无法准确预知回波空间范围的问题。通过搭建模拟的理想猫眼光学系统对模型进行了实验验证，实验结果与模型计算结果符合得很好。该模型及相关结论对于基于猫眼效应的激光主动探测及其防护技术研究具有重要的参考价值。

在对散射介质散射特性进行分析的基础上，提出了一种对散射介质中物体进行单像素成像的方法，基于数字微镜阵列和单点探测器，设计并搭建了相应的单像素成像系统。通过对数字微镜阵列加载一系列具有不同相位的条纹图案，采集对应的光强信息，结合图像恢复算法，实现了对位于散射介质中的物体成像。为了去除噪声，分析了噪声的来源，设计了滤波器对所拍摄的物体图像进行滤波处理，图像质量得到了显著提高。与传统散射介质成像系统相比，该系统结构简单，无需复杂的标定过程，在多个领域具有应用前景。

针对遥感图像非局部相似的特性，提出了一种基于图像非局部相似性、低秩矩阵和最小全变分（TV）的压缩感知（CS）重构算法。充分利用了遥感图像的非局部相似性先验、局部平滑性先验以及低秩矩阵的特性，同时引入了一种新的基于欧氏距离和结构相似度的联合块匹配方式，使匹配结果更准确，最终实现了高质量的遥感图像重构。仿真结果表明，与传统的基于变换域稀疏或TV约束的重构算法相比，所提出的算法能获得更高的图像重构质量，峰值信噪比和结构相似度等评价值都有较大的提高，验证了算法的有效性。

基于距离分辨的激光反射层析成像是一种兼顾远距离和高分辨率成像特点的新型激光成像系统。激光发射脉冲宽度大于采样周期时，接收回波被视作反射率分布与发射脉冲的卷积。在重构目标反射率分布轮廓时成像分辨率降低。运用变分贝叶斯方法对1维探测回波信号进行非盲解卷积处理，对探测回波进行脉冲压缩，有效解决了由卷积效应带来的图像降质。设计了激光反射层析实验，并对实测数据进行了处理。重构图像表明此方法有效提高了系统成像分辨率。

自制的太赫兹量子级联激光器性能良好且易于集成和实际应用。利用该激光器出射的太赫兹波对非金属物质的穿透性，在该激光器中配以辅助光路与阵列接收模块，设计出具有一定空间尺度和分辨率的透射式成像系统，对该成像系统中的光束整形关键参数选择因素进行了分析。将此成像系统与基于光电导天线对收发的全光纤太赫兹时域光谱系统相结合，实现了联动式太赫兹分析仪的设计。此联动式太赫兹分析仪可对非金属包装中的隐匿物品进行太赫兹波段成像与指纹谱的联动获取，整机操作软件能在后台控制与监控内部各设备，实现了对危险品的快速、直观、准确的定位以及对物品种类的无损分析。

描述了利用低相干干涉技术实现光学镜面间距测量的方法。首先，采用微机电系统(MEMS)光开关多通道延迟结构实现测量范围的多倍增，然后通过共光路激光测距结构实现扫描反射镜的位移测量，再利用包络提取算法对低相干干涉信号的零光程差位置进行定位，最后实现镜面间距的高精度测量。实验测量系统为全光纤结构，利用该系统完成了对因瓦合金（Invar）标准块、大间距光学结构和光学镜组的镜面间距测量，在导轨扫描量程为300 mm的条件下，实现了在0.02~550 mm范围内的镜面间距测量，测量精度优于0.5 μm。该套系统可用于光刻机曝光系统、航测镜头、激光谐振腔等高性能精密光学系统的装调与检测。

传统的调制度测量轮廓术在进行系统的标定时，需要将标准平面多次精密移动，以建立调制度与实际物理高度的映射关系，同时还要对摄像机进行单独的标定。提出一种新的用于调制度测量轮廓术系统的高度映射与相机同时标定的方法。该方法用一个含有多个台阶的标定模块代替传统的调制度测量轮廓术标定方法中使用的标准平面及复杂的平移定位系统，多个高度相同但空间离散分布的台阶构成多个虚拟校准平面，虚拟平面上的调制度分布是通过一个拟合过程实现的，同时多个台阶的中心点还可以作为立体靶标用于相机标定。这种标定方法的特点是：只需要一次扫描测量过程就可以完成系统的标定，包括建立调制度与高度的映射关系和对相机的标定。阐述了该标定方法的原理，并给出实验结果说明了该标定方法的有效性。

提出可实现动态测量的一步π移相相位提取算法。该算法是将具有π移相的两幅干涉图进行重新排列组合，构造出一幅含有时域-空域信息的时空条纹图，通过提取时空条纹图中的信号谱来快速求解相位。在时空条纹图的频谱中，时间频率的引入使得信号频谱能够与背景干扰频谱有效分离，因此在不需要高载频的情况下依然能够对信号谱进行有效提取。将其应用在移相干涉测量中，与传统移相法进行对比发现，此算法不仅能够有效地消除移相误差，而且能够有效地消除高频噪声。另外，分析了此法在不同频率以及不同移相误差值下对测量精度的影响，在归一化空间频率大于0.03、移相误差值在±30°范围内，其面形恢复偏差均方根值能够控制在1.358×10-3λ以内。

提出了一种提取两幅条纹图像间离面变形相位的新方法。由数字散斑相关方法(DSCM)测得两帧连续图像间的运动场，根据光流基本等式，运用初始图像的条纹频率与该运动场计算全场变形相位分布。介绍了基于DSCM变形相位方法的原理，对周边固定、中心加载圆盘的变形相位测量进行了实验和计算机模拟，验证了该方法的有效性。模拟结果和实验结果表明，该算法能够将直观的面内运动场和离面变形相位的提取联系起来，能够解调出物体全场离面变形相位信息。该方法优点是操作过程简单方便，既不需要将条纹图像转换到频域，也不需要相位解包络运算，且在条纹越密集处提取的变形相位信息更准确。该方法为计算物体全场变形相位分布和动态测量物体形变提供了新的途径。

物体的运动使变形条纹图中物体像素点不对应，因此需要对物体做像素匹配。提出了一种基于相位预测的在线三维测量像素匹配方法。仅投一帧正弦光栅条纹到在线运动的物体上，CCD同步采集相同步距时刻受物体调制的变形条纹图。采用傅里叶变换轮廓术(FTP)方法对采集的变形条纹预测物体不同位置的相位信息，并以该相位信息的特征做像素匹配，实现了物体在各帧条纹图中的像素一一对应，同时匹配后的变形条纹产生等效的等步相移，进而采用等步长相移算法来重构在线运动物体的三维面形。计算机模拟与实验验证了该方法的有效性和可行性。同时，与在线FTP方法进行比较，在线FTP方法和本文方法的均方根误差分别为1.013 mm和0.024 mm，表明该方法对在线三维测量具有较高的测量精度。

选用紫外固化型环氧树脂，采用光刻技术在FR-4基板上制备了平行排布的多模聚合物光波导。波导具有阶跃折射率分布，相邻波导间隔为250 μm，可与并带后的50 μm芯径多模光纤实现多通道低损耗耦合。通过搭建测试平台，对波导的插入损耗、串扰及错位容限进行了测量与分析。实验结果表明，所制备光波导的损耗小于0.05 dB/cm，串扰小于-60 dB。波导在错位容限方面性能良好，当输入端错位±5 μm时，系统增加的插入损耗小于0.2 dB。同时根据实际波导建立仿真模型，采用光束传播法分析了不同入射条件下的模式能量分布、差分模式延时及耦合效率。计算结果表明，使用与波导具有相近纤芯尺寸的入射光纤不仅可以减小耦合损耗和串扰，还能减少激发起的高阶模式数，提高波导的距离带宽积，优化光波导的综合传输性能。所制备的聚合物光波导作为组成光印刷电路板的核心光器件具有良好的应用前景。

介绍了应用于我国兴隆观测站2.16 m望远镜高分辨率光谱仪的天文光学频率梳。采用掺镱光纤激光频率梳作为源光梳，通过模式滤波使模式间隔达到25 GHz，与天文光谱仪的分辨率相匹配。光谱展宽和平滑后，光谱覆盖可见光范围达到270 nm以上，光谱平滑度可长期保持在1 dB范围内，边模抑制比达到42 dB。该天文光学频率梳的视向速度理论定标精度可达cm/s量级，使寻找系外类地行星乃至直接测量宇宙膨胀速度成为可能。

通过分析实测法布里-珀罗型半导体激光器(FP-LD)和分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)光谱数据特征，提出了一种基于局部最大矩阵的自适应算法，用于检索半导体激光器光谱峰值。建立数据序列的局部最大矩阵，利用矩阵行向量特征修正该矩阵，根据修正后矩阵的列向量特征定位峰值，并进一步修正和补偿峰值位置。该算法具有较强的抗噪能力，整个检索过程无需人为干预，自适应性和稳健性强，满足实时计算的要求。实测数据计算结果表明，该算法与直接比较法、优化的导数法和遗传算法相比，在检验准确率和计算时间方面优势明显，平均检验准确率可达98%，平均计算时间仅为0.12 s，可应用于半导体激光器实测光谱特性实时分析。

基于气体染料激光器的均匀光斑输出特性，建立了一套亚皮秒紫外标定装置。该系统可以产生波长为248.5 nm，脉宽约为0.5 ps，总能量约为100 mJ，大小约为35 mm×25 mm的均匀光斑。利用该系统成功实现了高时间分辨惯性约束聚变诊断系统的初步标定。结果表明，新建立的亚皮秒紫外标定装置可以满足皮秒系统的精密标定需求，并且利用系统稳定的能量输出特点，有望发展定量化的时间分辨定标技术。

光参量啁啾脉冲放大器（OPCPA）是现阶段最常用的超短超强脉冲放大器之一。参量荧光是OPCPA的本征量子噪声，其形成的脉冲底座会大大降低输出信号脉冲的信噪比。采用数值模拟的方法，研究了不同脉宽比和抽运波形条件下参量荧光的演化规律及其对信噪比的影响。计算结果表明，在增益一定的情况下，随着脉宽比的增大，信噪比与效率-带宽积都呈先增大后减小的趋势。存在一个最佳脉宽比，使得两者同时达到最大。脉宽比小于此最佳值时，随着超高斯抽运光波形阶数的增大，信噪比减小而效率-带宽积增大；脉宽比大于此最佳值时，随着超高斯抽运光波形阶数的增大，信噪比增大而效率-带宽积减小。

针对视觉背景提取算法（ViBe）中出现的鬼影问题、不能很好适应背景高频扰动和摄像机抖动问题以及由于采用空间邻域扩散机制引起背景更新错误问题，提出一种改进的视觉背景提取算法。该算法结合视觉显著性判断背景模型中存在的鬼影目标，通过判断背景模型中每个像素点的鬼影程度，结合模糊准则自适应改变时间子采样因子，加快消除鬼影的速度；通过建立一个闪烁程度矩阵，判断背景高频扰动程度来设置自适应匹配阈值，加入小目标丢弃和空洞填充策略；统计前景像素24邻域区域的像素点个数，判断前景像素点是否为摄像机抖动或者背景更新错误引起的噪点，提高算法的稳健性。结果表明，改进后的算法可以很好地弥补经典ViBe算法的不足，准确率与识别率等指标均大大提升。

传统宽视场三维测量常采用多传感器构建的测量系统实现，传感器的同步和多传感器测量坐标系的统一两大难点导致测量精度与测量速度难以兼容。为了实现更宽视场范围内目标物的实时三维测量，设计了1种由单摄像机和2个四棱锥反射镜构成的全向立体视觉传感器。2个四棱锥反射镜对称摆放，顶部相对，下四棱锥顶端安装高分辨率工业摄像机。四棱锥反射镜成像形成4对虚拟摄像机，等效于传统双目视觉传感器的1对摄像机同时采集同名特征点，从而由4对虚拟摄像机实现水平4个方向的同步测量。解决了传统双目视觉传感器体积大、视场狭小、图像采集不同步等问题，且有效保证了图像的透视投影不变性，避免了曲面镜成像产生的图像畸变，减小了后续工作难度。

光子化研究是相控阵雷达的发展趋势，光子晶体以其优异的集成度及光学特性在相控阵雷达光子化研究中具有广泛的应用前景。基于光子晶体波导慢光特性及热光调制原理，设计了应用于相控阵雷达波束形成网路的光实时延迟线。通过优化光子晶体慢光波导参数，所设计光子晶体光实时延迟线可实现延时量为0~36.69 ps的高精度调谐，得到23 GHz以上的延时带宽。通过优化实时延迟线群速度随温度的色散特性，温度每变化1 ℃，延时量变化量在0.36~1.57 ps/mm范围内。所提出的基于光子晶体波导的光实时延迟线，可实现延时量的高效、高精度调谐，相对于传统电域波束形成网络，具有集成度高、瞬时带宽大、调谐精度高等优点，为高频段宽带相控阵雷达波束形成网络的研发提供了理论基础。

研究了Ho3+/Yb3+掺杂的氟锗酸盐玻璃在980 nm激光二极管抽运下的中红外2.0 μm、2.85 μm和可见上转换发光特性以及两种稀土离子之间的能量转移机理。在氟锗酸盐玻璃中掺杂1%（物质的量分数） Ho2O3和9%Yb2O3的样品中，获得了增强的中红外2.0 μm和2.85 μm发光。测得Ho3+的2.0 μm荧光寿命为6.19 ms，理论计算得到Ho3+在2023 nm处最大发射截面面积为6.6×10-21 cm2。研究结果表明，Ho3+/Yb3+掺杂的氟锗酸盐玻璃是一种合适的中红外2.0 μm和2.85 μm 激光材料。

以微腔内光场演化的理论模型Lugiato-Lefeve方程为基础，分别讨论了连续光（CW）抽运和连续光与脉冲光混合抽运两种情况下，正色散微腔中光场的演化过程，以及各参数对光场分布的影响。理论分析结果表明，在CW抽运的情况下，微腔中有稳定的暗孤子存在，并且随着色散系数的增加，暗孤子的脉宽会增加，而失谐参量的增加会使暗孤子的形状发生变化。采用混合抽运可以在腔内形成脉冲形式的光场分布，弥补了单一CW抽运时在特定参数的正色散腔内难以产生亮孤子脉冲的不足。抽运脉冲的振幅过高，会导致腔内的脉冲发生分裂,微腔失谐参量的增加会导致脉冲展宽以及脉冲能量降低。理论分析结果对实现高质量的Kerr光频梳具有重要意义，能够帮助选择合适的微腔及抽运参数。

基于非线性薛定谔方程的Kuznetsov-Ma孤子解，得出零背景的Kuznetsov-Ma孤子形式，给出零背景的Kuznetsov-Ma孤子与准基态孤子之间的关系。利用谱过滤的方法研究单模光纤中Kuznetsov-Ma孤子到准基态孤子转化的动力学行为。结果表明：在Kuznetsov-Ma孤子的最大压缩位置处获取的零背景脉冲能够以准基态孤子的形式在光纤中稳定地传输，并且随着Kuznetsov-Ma孤子物理行为控制参数的增大，更加接近于基态孤子的形式。通过稳定性分析发现，在小的初始白噪声扰动下，准基态孤子会以一定速度稳定传输。

针对传统的Wadsworth光学系统无法应用于宽谱段高分辨率成像光谱仪的情况，给出了一种改进的光学系统方案。通过在Wadsworth系统中加入柱面镜的方法，改变了子午和弧矢方向成像聚焦距离。在对像散和光程分析的基础上，计算获得了改进型Wadsworth成像光谱仪光学系统的最优成像条件，即柱面镜的最优放置位置、最优倾斜角和最优楔角。以一个工作波段为400~800 nm的改进型光学系统设计实例，对设计理论进行了验证。设计结果表明系统具备良好的光学成像质量，探测器在奈奎斯特频率(20 lp/mm)下全视场全波段调制传递函数值达到0.57以上，光谱分辨率达到1.6 nm，实现了对Wadsworth系统的有效改进。

为了提高大口径望远镜的装调效率，对具有三点支撑变形的大口径三反射消像散望远镜在装调过程中的像散场分布进行了研究。采用矢量像差理论和孔径坐标变换，分析了在孔径光阑和非孔径光阑处反射镜存在三点支撑变形时，像散在望远镜失调和非失调情况下的分布特性。最后，在光学设计软件CODE V中利用条纹Zernike多项式Z10和Z11来模拟反射镜三点支撑变形引入的面形误差，通过实际光线追迹对像散场分布特性进行了验证。分析结果表明：当三点支撑变形位于主镜(孔径光阑)上时，不会影响望远镜的像散场分布；当三点支撑变形位于次镜或三镜(非孔径光阑)上时，将会产生与视场共轭成线性的像散项，导致望远镜在失调或非失调情况下的像散出现不同的分布特性。在最终装调时，通过分析像散场的分布可对望远镜的装调状态进行定性的分析，从而为大口径三反射消像散望远镜的装配提供指导。

论述了太阳漫反射板星上反射率定标原理，建立了基于太阳漫反射板的星上反射率定标物理模型。太阳漫反射板双向反射分布函数（BRDF）会随时间发生衰减，是星上定标不确定度的主要来源，为此对监测太阳漫射板BRDF方法展开了研究。建立了中分辨率成像光谱仪（MODIS）太阳漫射板稳定性监测辐射计的监测物理模型，分析其在在轨性能评估中发现的问题。提出了一种积分球“双入光口+挡板”的光学结构，在保证功能实现的基础上简化了物理模型，减少了影响仪器不确定的因素。实验验证了该光学结构可防止太阳观测端口响应出现波纹。根据新光学结构的监测物理模型，参照目前国内对其相关参数的测试水平，对其监测不确定度进行了预估。结果表明，其监测不确定度可优于0.68%。

目前野外工作大口径双波段红外经纬仪的外场辐射定标装置普遍采用大面积均匀扩展辐射源，该方法需要两套定标设备，功耗高、便携性能差、研制难度大。为解决这一问题，分析比较了不同定标方法的原理、过程及技术性能，得出琼斯法是对野外环境下工作的大口径红外经纬仪进行辐射定标最佳方案的结论。为此研制了双波段红外辐射计，该辐射计由黑体照明光管和参考辐射计两部分组成，采用牛顿式望远系统及中继光路系统，选用InGaAs和PbSe两款红外探测器分别接收短波红外和中波红外辐射信号，可对短波和中波双波段进行辐射定标。讨论了校准参考辐射计对保证红外经纬仪最终测量精度的必要性，并给出参考辐射计在短波和中波不同的校准方法和校准结果。对校准该辐射计的不确定度进行了分析，短波和中波校准不确定度分别为4.12%和2.35%。

根据一般条件下电磁场的边界条件，研究了两种介质分界面存在面电荷分布时的反射与透射，证明了这一条件下反射定律和折射定律仍然成立，推导得到存在面电荷分布时入射波平行分量和垂直分量的振幅反射系数和振幅透射系数，即修正的菲涅耳公式。由于不同界面的导电特性不同，两种介质界面的面电荷分布会影响界面的面电导率，修正后的菲涅耳公式与面电导率和自由空间阻抗有关。计算结果表明当面电荷密度或界面特性使面电导率发生较大变化时，振幅反射系数和振幅透射系数及反射率和透射率发生变化。

采用线性调波长的1.55 μm光纤激光和一个控制照明光束方向的旋转平面镜，建立了聚束模式合成孔径激光雷达(SAL)成像演示实验室装置。该装置运转稳定，能够产生与其成像理论预期完全相符的高分辨率成像。给出了典型的聚束模式SAL高分辨率成像结果，包括合作目标成像、非合作目标成像、对同一目标的持续跟踪成像以及相干叠加成像与非相干叠加成像。

目前，向量相似度测量（VSM）算法被应用于分析前向散射颗粒测试技术的颗粒粒径分布（PSD）。但其对多峰分布颗粒情况的反演结果并不理想，尤其是对3个峰值以上的颗粒分布。为了满足预测多峰分布颗粒的需要及提高普遍适用性，提出了一种基于向量相似度的优化迭代算法，并将其用于颗粒粒径分布函数的反演计算。模拟计算和实验研究均表明：该算法在较高的测量误差情况下仍可得到合理的颗粒粒径分布。

依据3个闪电回击过程的时间分辨光谱，采用不同的方法计算闪电核心电流通道温度及外围发光通道温度，研究了回击电流衰减过程中通道温度随时间的演化特性。结果表明，核心电流通道温度比外围发光通道温度高4000~5000 K。在峰值电流之后，相比于电流的变化，通道温度的衰减更为缓慢。峰值电流之后约400 μs时，通道温度仍维持在20000 K左右，如此长时间的高温导致的热效应是许多闪电灾害的主要根源。

电荷交换复合光谱诊断（CXRS）是在核聚变装置上测量离子温度和旋转速度分布的常规诊断方式之一。通过测量等离子体中完全电离的碳离子（C6+）与高能中性氘之间发生电荷交换辐射出的碳谱线（C VI， 529.059 nm，n=8→7）的多普勒频移来计算C6+的速度，而准确测量的前提是波长的精确标定。介绍了东方超环托卡马克装置（EAST）上CXRS系统的离线波长标定和实时波长标定方法，详细分析了二者的优缺点，针对EAST等离子体及CXRS诊断现状提出了一套应用激光（波长为532.1 nm）作为波长实时标定光源的方案，同时对该方法的有效性进行了仿真分析及实验验证。结果表明使用该方案和利用常用标准灯得到的标定结果一致。

提出了基于浮动基准位置的参考测量方法，有望实现血糖浓度的在体相对测量。基于定态漫射方程在半无限介质中的解析解，分析了浮动基准位置满足的函数关系式；基于Monte Carlo模拟方法，考察了三层皮肤模型在1000~1400 nm波段内浮动基准位置的分布情况，同时分析了吸收系数和散射系数、表皮层和真皮层厚度对浮动基准位置的影响；搭建了基于超辐射发光二极管光源的多环光纤束检测系统，初步验证了浮动基准位置在人体中的存在性。模拟结果表明，三层皮肤模型在1000~1400 nm波段内存在浮动基准位置且具有波长特性，散射系数变化对基准位置的影响大于吸收系数，表皮层厚度差异的影响大于真皮层。三位志愿者的在体实验表明，人体手掌在1050、1219、1314 nm处均存在浮动基准位置，位于径向检测距离1.25~1.75 mm之间，实验结果小于模拟结果，最大偏差达0.75 mm。该结果对指导浮动基准测量光纤探头的设计具有一定参考价值。

在色觉异常者的颜色视觉机制研究中，实验前期需要对每个被验者的色觉类型进行检测和分类。采用常用的测验工具假同色图（石原表和标准色觉检查表），色相排列（Farnsworth D-15和Farnsworth-Munsell 100-hue测验）和定量检测工具剑桥色觉测试对7名色觉异常者（三名红色盲，一名红色弱，一名绿色盲，两名绿色弱）进行了测验。通过与色盲检查镜的测验结果相比较，分析了各测验工具在检测和分类中的优缺点。在此基础上，给出了视觉实验前期色觉异常的检测和分类步骤。

为了去除平板探测器中坏点和响应不一致探元引起的环状伪影对X射线计算机断层成像(CT)质量的影响，利用探元响应与管电流的线性相关关系，提出了一种基于探测器校正的环状伪影去除方法。检测出不同管电流下响应恒定的探元后，分别计算每个探元响应与管电流的相关系数，并检测出响应随机变化和迅速达到最大的探元，将检测出的探元记入坏点模板并进行校正。以单个管电流下所有探元响应的均值为基准，计算同一组管电流下各探元响应曲线方程与基准曲线方程的转化关系，得到探测器的一致性校正参数矩阵。依据坏点模板和一致性校正参数对各探元的输出响应进行校正。实验结果表明，该方法能够有效去除环状伪影，并改善图像信噪比。解决了现有坏点检测方法中阈值选择困难的问题，可适用于多种类型的探测器。