激光脉宽与能量是影响水下LIBS光谱质量的关键因素。本文搭建了一套水下固体靶LIBS探测系统，采集了不同激光脉冲条件下水下铝靶的LIBS光谱，分析了激光脉宽为6~25 ns，激光能量为8~25 mJ的条件下光谱信噪比、信背比、稳定性（RSD）以及其他物理特征的变化规律。结果表明，当激光脉宽大于12 ns时，随着激光能量的增加，信噪比逐渐增加，激光脉宽的增加能够显著提升信背比。当激光能量在16 mJ左右且脉宽大于14 ns时，光谱的稳定性较好。当激光峰值功率密度大于或接近水体击穿阈值时，光谱信号质量较差，从阴影图像与烧蚀坑的结果来看，在该条件下会有多点击穿现象出现，空化气泡半径、冲击波速度与激光烧蚀量均较17 ns激光脉冲更大，激光能量转化为光谱辐射的效率低，因而在该条件LIBS信号质量大幅下降。由此得出，在激光峰值功率密度不超过水体击穿阈值且能击穿靶面的前提下，激光脉宽的增加能够有效改善水下LIBS信号。

外差波前检测仪主要用于空间光与光纤耦合的环形器耦合效率的检测与装调过程的检测。具有检测精度高、环境适应性好等优点。从其检测原理出发，分析了声光移频器固定频率偏差、声光移频器随机频率偏差、探测器固定帧频偏差和探测器散粒噪声对检测精度的影响，单一因素引起的检测波前PV（Peak to Valley）值变化在10^-3λ量级。实验验证了仿真分析的有效性，验证系统的综合精密度优于0.01λ。研究结果为研制外差波前检测仪提供理论支撑。

Fabry-Perot（F-P）滤光器是太阳二维成像光谱观测系统的重要组成部分，为了实现高精度太阳二维成像光谱观测，要求F-P滤光器必须具有准确的中心波长。由于滤光器在工作时只能提供控制器数值，无法直接获取波长信息，本文提出一种基于双波长强度调制的定标方法，利用F-P滤光器强度调制的周期性和双波长强度调制的差异性，建立控制器数值和滤光器腔长及波长的对应关系，实现波长精确定标。在实验室开展F-P滤光器定标测试，测试结果表明对于Hα谱线，滤光器的波长定标精度达到0.0093 ?，满足一米新真空太阳望远镜（NVST）下一代二维成像光谱观测系统的指标要求。

云是大气辐射能量平衡和水循环中的重要中间因子。水云滴谱分布和云的光学和微物理特性紧密联系，准确的云滴谱分布对分析大气中各成分间的相互作用至关重要。偏振遥感是一种可用于水云滴谱分布反演的新型大气探测技术，多角度偏振探测信息可用于反演水云滴谱分布特征。但当前此类方法大都不考虑传感器成像几何和云的特性，采用固定反演尺度忽略了传感器散射角覆盖和云异质性带来的影响。因此本文基于水云偏振辐射特性和辐射传输理论，建立基于多角度偏振数据的动态分辨率云滴谱反演方法，根据卫星成像几何和云特性对视场内不同尺度的反演可行性进行定量评估。本方法通过逐像元选定最优像元合并策略，在保证反演精度的同时提高反演的分辨率，最后将反演方法应用于DPC （Directional Polarization camera）观测数据。结果显示，相较于POLDER（Polarization and directionality of the Earth's reflectance）的云滴谱产品采用的25×25像元的固定反演尺度，我们的方法反演尺度在1×1至7×7之间动态调整，实现了反演分辨率的提升。与MODIS（Moderate resolution imaging spectroradiometer）的云有效粒子半径产品对比发现，云有效粒子半径的反演结果误差小于2.05μm的占比超过50%，整体分布具有较好的一致性。这说明本方法可以在提供更精细的反演结果的同时，保持了较好的反演精度。我们的研究为进一步提高国产多角度偏振数据的利用效率，改善云滴谱反演精度提供了思路。

定制化散斑调制在优化计算成像分辨率、信噪比等成像性能方面具有重要意义。针对现有的定制化散斑调制方法难以在特定宽谱波长范围、特定轴向距离范围内获得满足同一统计分布散斑的不足，本文提出一种定制化的宽波段散斑调制方法，并将其应用在单次曝光多色荧光超分辨显微鬼成像中。通过设计单次曝光多色荧光超分辨显微鬼成像系统的相位调制器在多个波长实现定制超瑞利散斑调制，仿真结果表明其不但能显著提高多色荧光显微成像的时间和空间分辨率，同时还能够实现极低信噪比下的多色信号重构，有望应用在生物学中观察活细胞的动态过程。

光场PIV（Particle Image Velocimetry， PIV）是一种单相机三维流场测量方法，在狭窄通道复杂流场测量场景下具有独特优势。传统的光场PIV粒子场重建方法存在重建效率低、计算机内存需求大和重建粒子存在拉伸效应等问题。为此，本文提出了一种基于深度残差神经网络模型（Particle Reconstruction Convolutional Neural Networks， PRCNN）的快速、高分辨率粒子场重建方法。首先，对原始光场图像进行子孔径图像提取，构建“粒子三维分布-光场子孔径图像”数据集；此后，建立网络模型，采用自定义损失函数进行训练获取预测模型。通过粒子场数值重建以及圆柱绕流三维流场测量实验对该方法重建准确性等进行评价。结果表明，相比于传统的联合代数重建方法（Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique， SART），PRCNN可以有效缓解重建拉伸效应，使粒子场重建质量因子提高了153.83%；单张图像重建时间仅需0.098s，加速比达到了3976.53；PRCNN与SART算法计算速度场分布基本一致，在管道中心深度截面上，相对于平面PIV测量结果，SART算法和PRCNN的平均相对误差分别为14.56%和12.92%。证明了PRCNN用于光场PIV技术中实现准确的三维流场测量的可行性。

红外分焦平面偏振探测器存在着严重的非均匀性问题，导致获取到的偏振信息准确度下降，通过校正实验能够有效消除非均匀性所带来的影响。本文在实现红外分焦平面偏振探测器校正的基础上，着重针对实验装置中光源的非均匀性和辐射强度等因素对最终校正效果引入的误差干扰进行研究，验证了使用均匀光源的必要性以及光源强度对实验装置抗噪声能力的影响，为实现探测器的精确校正提供了装置选取的参考准则；进一步开展了探测器校正后的成像实验，目标的偏振特征信息恢复效果明显。

近年来利用注意力进行特征提取并寻找点云对之间的相似结构是完成点云配准任务的重要手段。目前特征提取阶段中单一感受野易丢失重要的相似特征，从而导致低重叠场景下点云配准的性能损失。对此，本文提出了一种基于深度交互性多尺度感受野特征学习的三维点云配准网络DIM-RFNet，通过结合点云结构的上下文一致性寻找潜在相似结构特征以实现点云准确配准。首先将点云通过分组构建邻域片并提取邻域片特征，使用上下文编码-解码器来提取多尺度感受野特征，并降低内存开销和提高不同结构特征的区别度。为了使任务集中在重叠区域，降低异常值的不利影响，并进一步扩大多尺度特征感受野，DIM-RFNet构建一种新的重叠关系编码-解码器，通过预测重叠关系置信度得到特征表示、重叠得分、匹配得分。该方法在ModelNet40、ModelLoNet、3DMatch、3DLoMatch和OdometryKITTI数据集上与相关方法进行比较，结果表明，该方法显著提高了特征提取能力，并在低重叠场景中取得有竞争力的配准性能。

高精度的光束扫描系统是冷原子实验中原子转移、原子寻址的重要器件。本文利用可旋转楔形棱镜（振镜）的光折射效应，实现了一维受控的高精度光束扫描系统，并将其用于产生移动的光学偶极阱系统，能够实现冷原子在空间的大范围绝热转移。光学偶极阱由一束准直的大功率1064 nm 激光通过透镜强聚焦形成，其束腰半径为21.9 ± 0.4 μm。通过设计振镜与透镜之间的距离以及控制振镜的偏转角度，实现了偶极阱束腰在一维方向上的高精度可控移动，通过设计偶极阱束腰位置移动的加速度形式，能够实现偶极阱在22.5 ms 内绝热移动7 mm。在平移过程中，光学偶极阱功率起伏为 ± 3.45 %，束腰位置在垂直于移动方向上的起伏为共焦参数的 ± 1.7 %。利用该系统，实验可以在30 ms 内将原子转移5 mm，原子转移效率大于90 %，温度变化小于5 μK；并且当转移时间为45 ms 时，转移效率达99.6 ± 4.6 %。通过改善电机的响应，最快可在10 ms 内将原子绝热地转移1 mm，原子转移效率为94.3 ± 3.6 %。该光束扫描系统具有通光孔径大（高斯直径>10 mm）、光损耗极小、更低的噪声和移动过程中光频率不变等优势，能够广泛用于冷原子及单原子阵列实验中的原子转移和寻址。

基于伪不变定标场（PICS）的辐射定标利用高精度遥感载荷建立的大气层顶（TOA）反射率模型直接计算入瞳辐亮度而无需地面同步测量，能够实现光学遥感载荷的高精度高频次辐射定标。然而，目前针对国内陆表稳定目标的研究，多是直接使用长时间序列的高精度卫星历史数据，构建出通道式TOA反射率模型，在进行其他卫星绝对辐射定标时往往使用交叉定标的方式。本文提出一种针对稳定场TOA通道式反射率模型的光谱拓展方法，引入GF5B/AHSI高光谱数据提取参考光谱，与稳定场TOA通道式反射率联合求解光谱缩放因子，实现通道式TOA反射率模型在光谱维上的拓展，所构建的稳定场TOA反射率光谱模型适用于光谱响应各异的不同卫星光学载荷绝对辐射定标。进一步地，本文还利用Sentinel2/MSI数据和Landsat8/OLI数据对稳定场TOA反射率光谱模型进行了验证，并基于GF6/WFV的定标过程给出绝对辐射定标结果的不确定度分析。结果表明，模型预测值和Sentinel2/MSI，Landsat8/OLI观测值的平均相对差异在±5%以内，GF6/WFV的8个波段定标不确定度小于5.4%，充分证明了构建光谱拓展模型的有效性。