采用自动化场地辐射计（ATR）测量地表反射，结合CE318型太阳光度计获得的大气参数和漫总比辐照度仪获得的漫总比数据，计算出卫星过顶时刻的高光谱地表反射率。基于反射率基法对中分辨率成像光谱仪(MODIS)/Aqua和MODIS/Terra的可见光至近红外波段1~7开展了场地自动化观测绝对辐射定标试验。结果表明，利用场地自动化观测定标方法获取的表观辐亮度与MODIS/Aqua、MODIS/Terra星上获取的表观(TOA)辐亮度的相对偏差不大于4%。这说明场地自动化观测定标方法与人工定标方法具有同等水平的定标精度，验证了场地自动化观测定标方法的可行性。

在遥感定量反演的地面同步实测环节中，人为因素、环境变化、条件限制等测量不确定性因素会不可避免地引入数据噪声，致使水体悬浮物浓度反演精度降低。为此，提出一种顾及测量不确定性的水体悬浮物浓度遥感定量反演方法，即自适应抽样一致性极限学习机（ASAC-ELM）算法。该算法结合了极限学习机（ELM）、随机抽样一致性（RANSAC）和N邻近点抽样一致性（NAPSAC）方法的优势与特点，利用参数维度自适应地选取RANSAC或NAPSAC算法进行参数估计，避免了ELM算法易受非零均值正态分布数据噪声影响的缺陷。ASAC-ELM算法通过选取局内点（非噪声点）数据建立模型，可去除噪声数据的干扰，提升模型的精度与适应性。通过模拟多组不同数量级且服从非零均值正态分布的随机数，将加性噪声引入训练数据中，实现不同噪声比条件下对ASAC-ELM算法的检验，并与ELM算法、传统反向传播（BP）神经网络算法进行了对比。结果表明，不同噪声比条件下，ASAC-ELM算法的水质悬浮物浓度反演精度高于ELM算法和传统BP神经网络算法，且反演结果稳定性较高。

为了提高非理想条件下气象能见度的观测精度，从大气光传输理论出发，提出了等效视感阈值和广义科西米德定律，建立了非理想条件下气象能见度观测的相对误差和修正系数计算公式，并模拟分析了非黑色目标在非水平天空背景条件下的气象能见度观测的相对误差和修正系数。结果表明：修正系数受目标反射率、背景反射率、目标与背景距离以及大气消光系数的共同影响，并呈现一定的规律性分布。为了满足观测业务的需求，非理想条件下气象能见度的观测结果需要修正，特别是当修正系数小于0.8时。

光栅法布里-珀罗腔干涉型水听器系统内的时域串扰严重限制了其实际应用，因此，对系统内时域串扰的产生机理进行分析，讨论在相位产生载波(PGC)解调方法下干涉信号的幅度对其相位信息的影响，并制作了两组不同反射率光栅水听器进行对比实验。实验表明，高反射率(R=0.6)光栅系统时分串扰明显，串扰信号在满足PGC解调能力的基础上其相位信息不会明显衰减；低反射率(R=0.02)光栅实现了34 dB的串扰抑制。进一步研究发现，低反射率光栅系统中的串扰主要由前端水听器单元外加信号引起的多普勒效应噪声和时分串扰噪声组成。

大气信道中，信道衰落以及天线间距的限制导致无线光多输入多输出(MIMO)系统的各光束间存在一定的相关性，这种相关性严重影响无线光通信系统的性能。基于脉冲位置调制(PPM)建立了相关信道下无线光MIMO系统的信道模型，并采用Wilkinson方法推导出对数正态衰落时无线光MIMO系统的平均信道容量。模拟结果表明：空间相关性的存在降低了系统的平均信道容量，而且随着总能量的增大，相关性带来的容量损失也增大。在完全相关信道中，发送端相关对信道容量产生的影响比接收端相关的影响更为严重。

设计了一种新型光子晶体光纤（PCF）磁场和温度传感结构。在光子晶体光纤包层的一个空气孔中填充磁流体，形成定向耦合结构，检测结构的磁场和温度变化。利用全矢量有限元法（FEM）对该传感器特性进行了仿真研究。结果表明，该传感结构可以实现磁场范围为100~250 Oe（1 Oe=79.58 A/m），温度范围为10~60 ℃的检测，在该范围内磁场和温度的灵敏度最高可达1.10 nm/Oe和-3.86 nm/℃。

当通信速率较高时，室内光信号的多径效应不可忽视，当发送端存在时间弥散性时，提出一种室内可见光通信多输入多输出（VLC-MIMO）多径衰落信道建模方法。由于光正交频分复用（OFDM）技术能有效抵抗码间干扰，故将非对称限幅光OFDM（ACO-OFDM）和MIMO相结合，建立MIMO-ACO-OFDM系统。用迭代法计算每对LED和光电探测器（PD）之间的冲激响应，连接LED和PD阵列的几何中心作为等效视线传输（LOS）信道，建立了多径信道模型。分析表明，当PD在房间中间时多径信道路径增益大，多径干扰弱；当PD在墙角时信号衰减大，多径干扰强。采用迫零（ZF）和最小均方误差（MMSE）检测，理论推导了系统误码率性能，建立了蒙特卡罗仿真模型。仿真表明，低阶调制时系统有更好的性能。当调制阶数小于64时，MMSE比ZF更有优势，随着信噪比增大两中检测方法得到的系统性能趋于相同；当LED半功率角变小时光束会聚强，PD在房间中心时性能最好，越往墙边性能越差；当PD视场角变小时，虽然在房间中心时接收功率不变，但多径干扰变弱性能变好。

运用分步傅里叶变换法对适用于超短艾里脉冲的高阶耦合非线性薛定谔方程进行了求解，利用Matlab软件对超短艾里脉冲在单模光纤中传输时相互作用的演化过程进行了数值模拟。结果表明，负三阶色散效应可加快波包的渗透速度，超短脉冲可传输更远距离；正三阶色散效应可减慢超短脉冲的传输，当三阶色散系数足够大时脉冲前沿处的振荡转移到后沿处。自陡峭效应通过孤子分裂的形式使超短脉冲产生时域位移，内拉曼效应导致脉冲在波长较长一侧产生拉曼自频移，且超短脉冲的能量由前沿处转移到后沿处。自陡峭效应和内拉曼效应的共同作用导致超短脉冲产生时域位移且脉冲前沿处的能量会转移到后沿处。三阶色散效应、自陡峭效应、内拉曼效应三者同时存在时会显著影响超短艾里脉冲相互作用的自弯曲特性和自加速特性。

基于调制度分析的光学垂直测量技术利用投影和成像共轴，可以有效地解决复杂物体和台阶状物体测量时所存在的遮挡、阴影等问题。该方法不需要截断相位计算和相位展开过程，只需解算条纹的调制度分布就能得到被测物体的三维面形，已成为广泛应用的光学三维检测方法。针对基于傅里叶变换方法的垂直扫描测量技术存在的问题，利用小波变换的局部和多分辨率特性，将小波分析技术用于调制度测量轮廓术中，提高了每个扫描位置获取单帧条纹的调制度测量的精度。推导了调制度和小波系数之间的关系，计算机模拟和实验均验证了方法的有效性。

基于矢量像差理论，提出了以Fringe Zernike多项式为表征函数的偏轴自由曲面光学系统像差分析方法，推导了偏轴自由曲面系统的三阶像散和彗差解析表达式，分析了自由曲面对偏轴系统像差节点分布的影响。根据像差分布特性，有针对性地选取和优化Zernike系数，设计了一个偏轴两反自由曲面长波红外光学系统，系统有效焦距为500 mm，口径为300 mm，采用384 pixel×288 pixel非制冷红外探测器接收，像素大小为25 μm。优化后的系统三阶像散和彗差节点被重新移至视场中，平衡了系统偏轴引起的非对称像差，系统成像质量接近衍射极限，满足使用需求。

数字微镜器件(DMD)具有较高的刷新速率和衍射效率，是理想的动态计算全息图加载器件。采用发光二极管(LED)作为光源来代替激光可以有效减少由激光的时间和空间相干性带来的散斑噪声。提出了一种以LED为光源、以DMD为计算全息图承载器的全息显示系统。研究了DMD进行全息显示的调制特性，分析了LED作为再现光源导致像质变差的原因，并用数值仿真的方法验证了LED的相干性和准直度对DMD全息显示系统再现像像质的影响。根据仿真分析结果，采用滤色片和空间滤波器来提高LED的相干性，同时采用非球面准直透镜来改善光的利用效率，最终得到了较好的显示效果。

基于自由空间法，设计研制了一套D波段透射率测试装置，对典型衣服、鞋底及快递包装进行了测试。该测试装置包括D波段矢量网络分析仪、高斯波束天线、双曲透镜、光学导轨以及固定夹具。采用直通反射-传输线（TRL）校准方法和时域门技术，提高了测试准确度，保证数据有效性。对10种厚薄不同的衣服进行了D波段透射率测试，测试曲线趋势与已报道文献结果吻合。对鞋底以及快递包装的透射率进行了测试，获得了与安保场景比较接近的数据，有利于安检系统的设计。

采用数字相位共轭技术研究了散射介质中光场的还原特性。将散射介质简化为相幅随机调制面，推导了三种相幅调制情况下的光场还原效果，并给出数值模拟结果。结果表明在纯相位随机型调制或高斯曲线足够宽的高斯振幅相位随机型调制下，可以得到理想的光场还原效果。在纯相位随机型调制下，共轭波前记录精度越高、波前探测孔径越大，光场还原效果越好。光场的还原过程可以容纳一定的噪声，相对于光场相位的还原，强度还原的抗噪能力更强。

高动态范围成像技术能够避免因为拍摄方向如逆光和曝光量的不同而使图像存在亮度信息缺失和色差，影响真实场景的信息采集。该技术有利于在复杂环境下获得更高的成像质量，被广泛应用于模式识别、智能交通系统、遥感遥测、**侦察等众多领域。相机响应函数的标定是高动态范围成像技术的关键，能够建立真实场景的辐照度与采集图像亮度值之间的映射关系，从而获得真实场景的高动态范围图像。所提出的算法通过单帧输入图像获得成像系统的相机响应函数，大大地提高了计算效率，并且适用于欠曝光及过曝光条件下采集的图像，扩展了相机响应函数标定算法的应用范围。

针对空间相机在轨传递函数因包含大气传递函数而难以客观反映空间相机成像性能的问题，依据靶标调制度、相机入瞳前的物方调制度、像方调制度这三种调制度之间的关系，提出了一种可准确测试大气传递函数和不含大气在轨传递函数的方法。利用该方法对空间相机进行测试，结果表明：实时的大气传递函数为0.762，含大气的沿轨传递函数为0.177，不含大气的沿轨传递函数为0.232。实验室测试的传递函数值与不含大气的沿轨传递函数值的相对误差为4.7%。

阐述了基于相位差异（PD）的波前传感技术的基本原理；仿真分析了PD技术的噪声适应性及探测器离焦误差对精度的影响；利用PD技术的波前传感结果分别辅助装调了离轴、同轴三反光学系统，并分别将多视场的波前图与干涉检验的结果进行对比。实验结果表明，利用PD技术可实现三反光学系统的波前传感及辅助装调。与干涉检验的结果相比，波前传感结果的RMS偏差均优于0.02λ，检测精度满足工程需求。

为提高反向条纹生成的速度和精度，提出了一种基于Delaunay三角剖分的反向条纹生成方法。利用投影机坐标系与相机坐标系之间的正向映射关系，将相机坐标系上的相位点组成相位散乱点集合，并进行Delaunay三角剖分。将投影机坐标系上的相位点作为插值点，找出插值点所对应的Delaunay三角形并进行插值计算，插值后即得到预期反向条纹的垂直和水平方向的相位值，利用这些相位值可进一步生成反向条纹。计算机模拟实验和实物仿真实验表明，所提方法在反向条纹生成的速度和精度上均有改进，具有较高的应用价值。

大口径菲涅耳透镜由多个子镜拼接而成，子镜失调误差会影响拼接菲涅耳透镜的成像质量，以瑞利判据作为评价标准，根据菲涅耳透镜波前像差理论，分析了拼接菲涅耳透镜子镜各个自由度失调误差公差允限，给出了理论计算公式。分析表明：拼接菲涅耳透镜F数越大，各自由度失调误差公差允限越宽松。采用Zemax软件进行理论仿真，利用干涉仪对拼接波前进行实验检测，检测结果显示，拼接波前与理论计算最大误差为0.006λ，验证了理论的正确性。分析结果为拼接菲涅耳透镜光机设计、检测与装调提供了理论依据与指导。

空间外差光谱仪(SHS)所获取的干涉图像需经过傅里叶变换才能得到光谱信息。频域光谱的信噪比和光谱信号的质量很大程度上取决于干涉条纹调制度。针对干涉条纹调制度的影响因素进行了定量理论分析，包含分束器分束特性、光学系统像差（干涉组件面形误差、准直镜头输出面形误差及成像镜头调制传递函数曲线）、扩展光源及像元大小等。实验证明，空间外差光谱仪样机复原光谱实测结果与理论计算一致性较好，对干涉条纹调制度的定量分析为干涉型光谱仪各功能组件的设计提供了理论依据。

寻求不依赖于实验室标准传声器的灵敏度而直接溯源至国际单位制基本单位的声压量值复现技术是声学计量的长期目标，对声压量值摆脱实物基准具有重要意义，激光多普勒测速技术是实现这一目标的有效途径。以行波管内平面波声场为测量对象，建立无固定频移的激光多普勒测速系统，采用光子相关光谱分析法解调多普勒信号，获得声管内示踪粒子的振动速度，根据平面波声压与质点振动速度的线性关系，复现声管测量点处的声压。以工作标准传声器的测量结果为参考，评估测量方案的可行性和测量结果的准确性，分析影响测量准确性的主要因素。测量结果表明，声波频率为315 Hz，声压级在100 dB~110 dB范围内间隔1 dB变化时，测量偏差小于0.5 dB；声压级为105 dB，声波频率为315，400，500，800 Hz时测量偏差小于0.3 dB。

对高功率激光多程放大系统中脉冲强度的三维时空变化特性进行了详细的数值分析，理论计算表明具有一定时空分布的光束在放大过程中会产生复杂的时空演化畸变，给脉冲功率的整形预测带来了一定的难度。提出了输入输出积分能量曲线拟合的方法，实现对多程放大系统输入脉冲波形的高精度反演预测，对于方波和复杂多台阶波形输出都能得到很好的预测结果，方波预测相对功率偏差低于0.032%，三台阶脉冲相对功率偏差为0.78%，另外还实现了更为复杂Haan脉冲的反演预测，相对功率偏差为0.13%。该方法不仅精度高，而且计算快速、适用性很强。

采用Nd∶YAG与Nd∶YVO4晶体组合应用的方案,将具有优良导热和光电性能的Nd∶YAG晶体作为抽运光的前端吸收晶体，其后端放置具有较宽吸收谱的Nd∶YVO4晶体，用来吸收由于谱宽不匹配而没有被Nd∶YAG晶体吸收的抽运光能量成分。两种晶体在波长1064 nm处的发射谱相互重叠，其吸收的抽运光能量可以转化成共同波长的振荡激光，提高了抽运光的利用效率。这种组合应用的方式还可以有效抑制振荡光功率随抽运源工作温度变化而产生的波动。实验证明，采用这种激光晶体的组合应用方案，相对于单一Nd∶YAG晶体方案，激光器的光光转换效率可提升22.9%，输出功率对温度的敏感度由7%降到1%以内。

利用飞秒激光聚焦辐照金属表面可以诱导出亚波长周期结构，从而实现金属表面着色。改变照明光入射角和样品水平旋转角，金属表面结构色的色调和亮度均发生变化，这说明结构成色具有方向性。为探究飞秒激光在金属表面着色的均匀性，基于国际光学照明委员会关于颜色差的规定对成色的偏差作了分析，结果表明，样品加工面积越大，颜色的均匀性越差。在设定的实验参数下，当样品加工面积达到64 mm2时，其边缘与中心颜色的差异可以被人眼明显察觉。通过制作两个彩色图标来展示结构色的方向性和均匀性对飞秒激光彩色标记实际应用的影响。

对航空大型零部件的视觉测量时，采用传统的相机标定方法需要依靠高精度的标准参照物，大型的参照物加工难度大、精度难以保证，不能满足大视场相机标定要求。针对这些问题，提出了结合四角共线标志约束进行现场标定的方法；在空间测量视场范围内靠近主点的区域布置标定控制点，利用线性变换求解标定初值，在拍摄视场四角放置共线标志约束尺，利用交比不变性质以及直线拟合完成畸变系数求解，进行控制点的数量优化以及参数的整体优化得到现场标定最优解。相关标定实验结果表明在2.5 m×1.8 m的视场范围内现场重建误差小于0.07%，可以满足现场标定的高精度要求，对于航空大型零部件的视觉测量具有较好的稳健性与适用性。

针对从单目红外图像中恢复深度信息的问题，提出了一种基于深层卷积神经网络（DCNN）的深度估计方法。用劳斯掩膜和梯度检测器分别提取不同尺度下红外图像的纹理能量与纹理梯度，并将这两种纹理信息作为红外图像的第一种特征；提取图像中像元及其邻域的灰度值,以及统计其灰度直方图作为另外两种特征；分别用三种特征和深度信息标签训练DCNN，得到三种训练后的DCNN分别对单目红外图像进行深度估计。实验结果表明，相比较另外两种特征，用纹理信息训练的DCNN能够更有效地估计深度，并且优于现有的估计方法，尤其能较好地表现局部场景的深度变化。

采用微波等离子体气相沉积(MPCVD)在商用3 mm×3 mm×1 mm高温高压合成(HPHT)Ib型(100) 金刚石衬底上同质外延生长B掺杂金刚石薄膜，并在此材料的基础上用磁控溅射和电子束蒸镀技术制备了不同结构参数金刚石肖特基势垒二极管。测试结果表明：所生长的金刚石薄膜表面非常平整，可以看到比较明显的原子台阶；所制备的器件具有明显的整流特性，肖特基电极直径100 μm，肖特基电极和欧姆电极间距10 μm，外加电压-15 V，300 K时测得器件正向导通电阻20 Ω，反向饱和电流近似为10-6 A，反向击穿电压大约103.5 V；电极间距越大，反向击穿电压越高, 器件正向电流越小。

采用密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法，利用广义梯度近似和Perdew-Burke-Ernzerdorf泛函，计算了不同Sn掺杂浓度下SZO(Sn∶ZnO)体系的电子结构与光学性质。研究了Sn掺杂浓度对SZO(Sn∶ZnO)的晶体结构、能带结构、电子态密度及光学性质的影响，并结合计算的能带结构和差分电荷密度对比分析了掺杂位置对计算结果的影响。研究结果表明，随着Sn掺杂浓度的增加，晶格常数c与a的比值变化很小，掺杂后晶胞没有发生畸变。掺杂体系的能量逐渐增大，稳定性减弱，且随着掺杂浓度的增加，带隙呈现先减小后增大的变化规律。掺杂后的SZO(Sn∶ZnO)成为间接带隙半导体，在导带底部附近出现了大量Sn原子贡献的导电载流子，明显提高了掺杂体系的电导率，并在费米能级附近与价带顶部之间出现一条由Sn原子贡献的杂质能级，能带结构呈现半填满状态，价带部分的电子态密度峰值向低能方向移动约1.5 eV。同层掺杂的电子得失程度较大，带隙比相邻层掺杂和隔层掺杂时小。掺杂后吸收带边发生红移，材料对紫外光的吸收能力明显增强，介电常数虚部增大，主要跃迁峰向高能方向移动。计算结果表明SZO(Sn∶ZnO)是一种优良的透明导电薄膜材料。

采用大规模荧光分子断层成像（FMT）投影数据进行重建需要消耗大量的计算内存，花费较长的计算时间。为降低FMT重建的病态性以及加快重建速度，基于流形学习和压缩感知理论，提出了结合局部保留投影（LPP）和稀疏正则化的重建方法，并对原始的多投影荧光数据进行重建。为评估该方法的重建效果和时间，分别设计了非匀质圆柱单、双目标仿真实验和真实小鼠实验。实验结果表明，在保证FMT重建图像精度和分辨率的同时将重建时间大幅度减少。

在光折变晶体中可通过光诱导来产生光子晶格，对偶极孤子在光子晶格中的传输特性进行研究，通过数值仿真发现，偶极光束入射到对角晶格点时，改变光折变晶体上的外加电场强度、入射振幅以及光诱导晶格深度，偶极光束的传输会出现不同的传输结果。研究结果表明，由于光诱导晶格的存在，入射偶极光束可以克服两峰间的相互作用；当外加电场强度、入射振幅和晶格深度三个条件匹配时，异相偶极孤子存在且能稳定传输，而同相偶极孤子总是不稳定的，当光束强度较低时，其不稳定性较弱。

星载多模式差分吸收高光谱成像仪是一种新型空间大气探测仪器，要求同时具有天底、临边和掩日等多模式探测功能，主要用于二氧化硫、二氧化氮等大气痕量气体探测。提出了利用两个扫描镜切换不同探测模式、利用双光谱仪减小系统的光谱杂光，利用分色片将工作波段分成3个通道实现多模式高光谱分辨率探测的新方法，设计了一个多模式差分吸收高光谱成像仪光学系统，瞬时视场为1.8°×0.04°，系统F数为2，工作波段为250~500 nm，分成250~310 nm、300~410 nm和400~500 nm 3个通道。利用ZEMAX-EE软件进行优化设计和分析，其中250~310 nm通道，光谱分辨率为0.12 nm，满足光谱分辨率不大于0.4 nm的指标要求；300~410 nm和400~500 nm通道，光谱分辨率分别为0.25 nm和0.23 nm，满足光谱分辨率不大于0.6 nm的指标要求。多模式差分吸收高光谱成像仪在空间维方向的调制传递函数（MTF）在特征频率0.25 lp/mm处达到0.98以上，能够满足空间多模式差分吸收高光谱大气探测的要求。

建立了光机一体化仿真方法，从而实现对光学系统的性能评估。利用Ansys有限元软件进行热-结构仿真，将得到的数据文件进行刚体位移分离时采用新的评价函数，通过设置位移参量和随机值验证计算精度达到0.3%。运用Householder算法做Zernike拟合，将拟合系数作为与ZEMAX进行通信的数据接口，并采用动态数据交换技术实现Matlab与Zemax的数据交换。在此基础上给出一个角度检测物镜仿真的实例，得到了光学畸变随温度变化的曲线，说明为达到1″的测量精度，需保证工作温度范围为14~26 ℃。

提出了一种基于偏转平移光路的激光束方位校准方法，采用转动与平动相结合的控制机构对激光束进行反馈偏移调节，以实现光路的自动校准及光束方位的稳定性控制。采用两个探测器对光束的方向和位置进行检测，通过简单的校准光路设计，在水平和竖直方向上实现了对光束角度偏移和平行偏移的反馈式分离调节，避免了调节过程中不同偏移量之间的耦合影响。引入的平行偏移控制对光传输距离不敏感，因而有利于提高调节的稳定性和精确性。进一步介绍了基于该方法搭建的光束校准系统，实验结果表明该系统能够实现预期的校准效果。

针对硬脆非球面光学镜硬度高、型面特殊、加工面积大、加工质量要求高的特点，提出了一种基于法向跟踪的、以圆筒形砂轮端面进行磨削的非球面范成精密加工方法。在此基础上，进一步设计了智能化的实时检测与自适应控制方法。应用这些方法实现了磨削运动轨迹的精确控制、砂轮磨损的自动补偿、磨削压力的自动控制、工艺参数的自动调节。实验结果表明：以圆筒砂轮端面进行磨削的、基于法向跟踪的非球面范成精密磨削法可以保证非球面的面形精度，砂轮磨损实时检测与自适应控制方法能提高加工质量和效率。

针对小F数、短后工作距的Cook型光学结构，设计了一种基于光学自由曲面的通道分光方案以及相应的检测方案。该分光方案利用光学自由曲面的多自由度来修正通道分光元件倾斜引入的像散，使透反两通道光学像质均接近衍射极限。采用计算全息检测技术实现分光元件光学自由曲面的面形检测，检测光路的系统波前峰谷值为0.0096λ，均方根为0.0017λ。分光元件及检测方案均满足设计需求，且对小F数、短后工作距的光学系统的通道分光具有借鉴和实用参考价值。

随着Skysat-1卫星的成功发射，高分辨率视频相机是目前竞相开发的卫星有效载荷。为降低成本、适应小卫星平台，亟需设计与研制体积小、重量轻、易实现、能对面视场成像的长焦距光学系统。研究与设计了适于面视场成像的全视场同轴三反望远物镜，解决其固有的二次遮拦和像面引出困难等问题。由近轴几何光学理论，导出消除二次遮拦的条件和系统总长与三镜中继成像倍率的关系，讨论并得到合理的三镜中继成像倍率等参数。利用出瞳附近处的平面镜，无遮拦地引出像平面，同时用平面镜组折叠光路，减小系统总长。给出了确定初始结构参数的方法与结果，优化设计得到了有效焦距、视场角、F数分别为10 m、1.1°×1°、14.3的无二次遮拦光学系统，其总长约为有效焦距的1/8，成像质量接近衍射极限。

中阶梯光栅光谱仪通过交叉色散形成的二维光谱图,无法直接对入射光的波长进行光谱标定。为此，建立了C-T型棱镜透射式中阶梯光栅光谱仪的谱图还原模型，分别分析了棱镜和光栅色散方向的色散规律以及棱镜与光栅之间的相互作用关系，并且建立了波长与像面坐标的关系表达式。根据该类中阶梯光栅光谱仪的光路结构特点，以及光束在各个光学元件的传输特性，校正各光学元件引入的坐标计算误差，最终精确计算出波长所对应的像面坐标,完成谱图还原模型的建立。通过该方法建立的模型可快速准确地对该类型中阶梯光栅光谱仪二维谱图进行谱图还原及波长标定，模型的计算误差小于一个像元。

在介质加载石墨烯等离子激元波导的基础上设计了一种由两个高折射率介质条形成的双介质加载石墨烯表面等离子激元波导(DDLGSPPW)。采用有效折射率法和有限元法研究在DDLGSPPW中石墨烯表面等离子激元（GSPP）模的有效折射率随入射波长、介质条2的宽度、高度以及介电常数的变化规律。结果表明，通过改变DDLGSPPW的介质条2的参数来改变GSPP模的有效折射率和模式数目，并调节GSPP模在两个介质条中场分布情况，表现出的性质和四层介质平板波导的性质很相似。DDLGSPPW的这种性质使其有望在集成光学器件中产生新的应用价值。

针对多光子纠缠测距方案量子态的产生和保持困难及量子关联测距中利用光路延迟法进行测距时量程有限的问题，设计了基于双模压缩态和平衡零拍探测的量子测距方案。利用双模压缩光束对应正交分量在同步时关联性最大的性质，对参考信号光电流进行时间延迟实现距离参数的测量，在双平衡零拍探测器对纠缠光束正交分量探测的基础上，分别提出了相关函数估计法、关联噪声估计法和关联矩阵分析法以实现量子测距的延迟时间估计，并进行了相应的理论证明和原理性仿真验证，结果表明，提出的量子测距方案是可行的。

高精度的传感器视线指向确定与校正是天基光学监视系统高精度跟踪和定位目标的重要保障，而高帧频、窄视场的凝视相机的视线指向确定和校正是这一问题的难点所在。在研究凝视相机的成像模型及其观测特点的基础上，提出了基于地标控制点的视线指向实时确定与校正算法。将影响凝视相机视线指向的误差因素(热变形误差、安装误差等)等效为视线指向偏移角，通过建立地标控制点的观测方程和偏移角的状态转移模型，采用扩展卡尔曼滤波器，实现了对偏移角的实时估计和视线指向的高精度确定与校正。仿真结果表明所提算法的精度、时效性均能够满足天基光学红外监视系统目标跟踪与定位处理的需求。

针对烟雾环境中烟雾浓度对偏振光传输特性的影响问题，采用烟煤粒子作为研究对象，分别研究了水平、垂直、+45°方向线偏振光及左旋、右旋圆偏振光经不同浓度介质传输后偏振度(DOP)的变化情况。采用蒙特卡罗方法建立仿真模型并对偏振传输理论进行分析。根据实测中浓度条件的不可控因素，采用光学厚度表征浓度，从仿真与室内实验两方面验证浓度对偏振光传输特性的影响。结果表明，偏振光入射时，偏振度随介质浓度的增加不断下降；水平、垂直、+45°线偏振光入射时，不同线偏振光偏振度随浓度的变化趋势大致相同；圆偏振光入射时，左旋、右旋圆偏振光的变化趋势基本一致；介质浓度较低时，圆偏振光偏振度随浓度的变化与线偏振光大致相同，而介质浓度较高时，圆偏振光的偏振度始终大于线偏振光，表明圆偏振光在高介质浓度、低能见度条件下具有更好的保偏能力。

推导了任意体目标高斯波束的散射场量本征统计矩。以椭球体目标为例，通过数值方法研究体目标在激光波束入射下，三种不同材料的单站散射场量互相关函数、协方差及其非相干散射分量比。数值计算椭球类目标非相干散射分量比随散射角的变化情况，结果表明：目标非相干分量在总散射分量中的比重较小，目标姿态、表面材料及其粗糙度对其散射场量非相干分量比有影响，粗糙面越光滑，非相干分量比越小;金属类材料比非金属镀漆材料的非相干分量比小；具有缩比关系的目标散射场量的非相干分量比的分布趋势基本相同，仅其数值略微有些差别。

在0.55～0.85 μm波段范围内，在保证薄膜高透射率的同时对其相位进行调控，是多偏振成像模块项目研制的关键技术。采用等效膜层理论，使用三种氧化物薄膜材料：Ta2O5、Al2O3、SiO2，在光学玻璃H-LaK4L基底上设计并制备了相位调控增透膜。经过工艺优化，研制结果表明，在28°入射条件下，0.55～0.85 μm的波段范围内，薄膜平均透射率大于97%，其相位差小于1°。膜层能够经受航天光学薄膜产品的环境实验的检验，满足了项目的可靠性要求。