在高频及低频脉冲种子光的情况下讨论了掺镱双包层光纤放大器的输出特性.在有限差分法中，对于不同重复频率的脉冲种子光，需要设置不同的初始条件以快速计算得到稳定输出.本文给出了在高频和低频情况下设置初始条件的方法，并讨论了作为种子光的准连续高频高斯脉冲峰值功率与其等效连续光功率之间的关系，最后计算了种子光为高频及低频脉冲情况下的平均输出功率与泵浦功率的关系.

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率;但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾，由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍，从而进一步增大了信号的谱宽，并通过色散补偿介质实现了光脉冲压缩.实验给出了10 GHz速率下的结果，通过泵浦光的相位调制在0.5 W平均泵浦光功率条件下得到了脉宽19 ps的光脉冲,结果与理论分析基本吻合.

温度标定是分布式光纤喇曼测温系统重要组成部分.本文设计了一种基于半导体制冷模块的多温度参考标定装置，采用了新颖的动态多段光纤温度标定方法，并通过实验验证了该标定方案的可行性与准确性.结果表明,随着外界环境温度的变化，传感光纤所处任一处的温度都能够精确解调,其温度解调结果更加准确，测量误差小于1 ℃.系统性能更加稳定，更能够适应复杂的环境变化.

利用溶胶-凝胶技术自主合成了一种具有优良光学特性和高热稳定性的有机/无机复合芯层材料.这种功能材料的分子中含有有机柔性侧链，可形成环氧交联.与无机SiO2-TiO2体系相比，具有较高的热光系数（量级为10－4/K），以及更好的成膜性和可加工性.通过与实验室自行配制的P(MMA-GMA)包层材料相匹配，设计制备了基于这种有机/无机复合功能材料的倒脊型波导马赫-曾德尔型热光开关.器件的波导与热电极性能良好.插入损耗为10 dB，驱动功率15 mW，开关时间小于1 ms，消光比15 dB.

采用传统的熔融-淬冷法制备了系列Ge20Te80－xIx(x=2, 4, 6, 8 mol%) 玻璃样品.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、差热分析仪等设备系统测试了玻璃结构和物化性质，分析了卤素I对玻璃形成及稳定性的影响；利用分光光度计、红外光谱仪等研究了玻璃光谱性质，分析了I对玻璃的短波吸收及红外透过光谱的影响；利用Tauc方程计算了样品的直接和间接光学带隙.实验结果表明：I的引入，降低了Te的金属性，提高了Te基硫系玻璃的成玻能力；随着卤素I含量的增加，玻璃的密度减小，摩尔体积增大，且短波吸收截止边发生红移，光学带隙减小；I的引入提高了玻璃的热稳定性，其中玻璃组分为Ge20Te72I8样品热稳定性最好，其特征温度（ΔT）达到121℃；各Ge-Te-I玻璃样品均具有良好的红外透过性能，其红外透过范围为1.8~25 μm.

采用高温固相法在弱还原气氛下制备了Sr0.955Al2－xGaxSi2O8∶Eu2+ (x=0～1.0)系列荧光粉，研究了Ga3+置换铝Al3+对晶体结构和光谱特性的影响.Ga3+进入SrAl2Si2O8晶格与Al3+发生类质同相替代使晶胞参量a、b、c、β和晶胞体积V都随Ga3+置换量呈线性增大，表明形成了连续固溶体.镓置换铝对晶胞参量c的影响最明显，b其次，a最小.Eu2+的宽带激发光谱位于230～400 nm，表观峰值位于350 nm，可由267 nm、305 nm、350 nm和375 nm四个峰拟合而成.随着镓置换量增加，较短波长的三个激发峰发生红移并且267 nm和350 nm峰强度减弱，305 nm峰强度明显增强，375 nm峰位和强度基本不变，表观激发峰半高宽由109 nm减小至98 nm，基本不随镓置换量变化.发射光谱位于380～600 nm为不对称宽带，可由406 nm和441 nm两峰拟合而成并且随Ga3+置换量增加线性红移，拟合发射光谱峰面积之比线性递增，Ga3+进入晶格对较长波长发射中心影响较大.Ga3+置换量为1.0 mol时，表观发射峰位从407 nm线性红移至422 nm，表观峰值随Ga3+置换量线性增大，半高宽由58 nm增加至79 nm.镓置换铝造成Eu-O距离变小，发光中心Eu2+所处晶体场增强，5d轨道能级分裂变大，最低发射能级下移.

为了分析外场环境因素对傅里叶望远镜成像质量的影响和验证成像过程不受下行链路大气扰动影响的特点，开展了傅里叶望远镜外场实验研究.外场实验在室内实验的发射光学系统的基础上增加了主镜、次镜和会聚透镜组对目标散射光进行3次会聚仿真实际系统的成像过程，同时将目标与主镜、主镜与次镜分别拉开100 m距离验证成像系统不受下行链路大气扰动影响的特点.实验利用胶片打印的2种不同的卫星图片作为目标，获得了Strehl值分别为0.44、0.39的无大气扰动的外场重构图像和Strehl值分别为0.43、0.38的含大气扰动的外场重构图像.通过比较外场重构图像与室内重构图像的Strehl值,得出发射光学系统中光束的振动对成像有较大影响.分析发现无大气扰动外场重构图像与含大气扰动外场重构图像的Strehl值相近，从而验证傅里叶望远镜成像过程不受下行链路大气扰动的影响.

在托普利兹和循环矩阵的基础上，提出一种新的托普利兹-循环块相位掩膜矩阵可压缩双透镜成像方法.模拟实验结果表明:新的相位掩膜矩阵压缩成像可以在显著减少测量的同时，有效地捕获图像信息来重建原始图像;新相位掩膜矩阵的研究为确定性测量在压缩成像领域的应用提供了更多的支撑，在拥有原托普利兹和循环确定性测量优点的同时，还拥有自身的块结构特点，可以进一步减少物理实现成本，为新的照相机的设计提供若干理论、计算和技术支撑.

根据包含五阶非线性的扩展非线性薛定谔方程，数值研究了高斯型连续谱相位扰动而不是传统单色扰动下基于调制不稳定性的高重复率脉冲串产生.结果表明：脉冲串也能像传统情形那样形成，但却呈现出不同的特性.如脉冲数目有限，且各脉冲的高度、强度及间距不等.脉冲数目随传输距离增加而增加.而五阶非线性能使脉冲宽度和间距变小因而有利于高重复率脉冲串产生，负五阶非线性则相反.对脉冲串形成过程中演变啁啾的数值计算表明，啁啾及其随距离的变化都是高度非单调的，五阶非线性将改变啁啾的范围和量值.

采用数值计算方法对薄膜材料的Z-扫描参量进行研究.对不同激光脉宽下Z-扫描的三阶非线性折射系数和吸收系数进行分析，结果显示不同等级的脉宽激光器对计算结果的数量级影响很大.对不同小孔光阑半径的Z-扫描闭孔曲线进行仿真，结果显示光阑小孔越小，获得特征曲线的峰谷值越明显.对不同光阑离透镜焦点的距离值进行Z-扫描闭孔曲线仿真，结果显示距离为1/2透镜焦距值时闭孔Z-扫描曲线能得到相对较大的峰谷差值.数值分析结果与相关文献报道的实验结果基本一致.

粒子群优化算法是一种新的演化计算技术，与遗传算法相比，粒子群优化算法具有易于实现，控制参量少等优点，且在大多数的情况下，可快速收敛于最优解.为了获得更优的膜系结构，本文提出了一种利用粒子群优化算法进行膜系设计的方法，并以增透膜、高反膜及分光膜为优化设计实例验证该方法的可行性.在这些实例中，以理论反射率和实际反射率的误差平方和为评价函数.结果表明，将粒子群优化算法用于膜系设计是有效的，在相同设计条件下，应用粒子群优化算法可以得到比遗传算法更优的膜系结构.

使用直流磁控溅射法在玻璃基底上沉积Mo薄膜，采用X射线衍射仪、原子力显微镜和四探针测试系统研究了溅射工艺对Mo薄膜的结构、形貌和电学性能的影响.结果表明：当基片温度为150 ℃时，薄膜获得(211)晶面择优取向生长，而在低于250 ℃的其它温度条件下，样品则表现为(110)晶面择优取向生长.进一步的表面形貌分析显示：薄膜的粗糙度随基片温度变化不明显，其值大约为0.35 nm，随溅射功率密度的增大而变大；电学性能方面：随着溅射功率密度的升高，薄膜导电性能迅速增强，电阻率呈现近似指数函数衰减；随着基底温度的升高，薄膜的电阻率先减小后增大，当基底温度为150 ℃时，薄膜电阻率降低至最小值2.02×10-5 Ω·cm.

针对以往连续变焦镜头控制系统存在的速度响应慢、准确度低等缺点，对连续变焦镜头及其控制系统的设计方法进行改进.采用机械补偿的变焦距镜头理论，确定变焦距系统位移曲线.基于数字信号处理技术和步进电机的控制技术，设计了包括数字信号处理器、步进电机、步进电机驱动器、键盘控制、计算机通信、液晶显示模块为一体的控制系统，同时对变焦距系统增加了自锁模块，提高了控制系统的安全性与可靠性.初步实验结果表明，控制系统准确度在0.01 mm以内，满足0.12 mm的设计指标.

为了有效地利用光源能量，满足LED远场照明系统要求，提出了一种实现LED大视场角准直照明的自由曲面透镜设计方法.运用ZEMAX软件序列模式下的多重组态建立透镜结构，在ZEMAX的二次开发环境下，采用宏语言编写自定义优化函数，实现对光学系统的自动优化.通过得到的自由曲面面型数据，借助光学仿真软件进行模拟，模拟光源采用圆面发光的LED朗伯体，视角为180°，透镜材料为PMMA，点光源模拟得到的发散半角在±0.1°以内，能量利用率在87%以上，实现了较高的能量利用率.

针对传统光谱仪体积大、成本高、检测速度慢、需样品前处理等不足，提出了利用数字微镜面阵（DMD）实现光谱谱面分割分时选通的近红外光谱仪光学系统.首先，对比传统光路介绍单探测器微型光谱仪系统测量原理;然后结合DMD特性提出光路方案，根据几何光学原理进行初步光学元件选型和光路结构设计，利用ZEMAX光学软件对光路进行仿真，确定结构参数；最后，搭建实验平台，进行光路测试.实验结果表明：该系统光路尺寸为70 mm×130 mm，测量波段为（900～1 500 nm），分辨率可达19 nm；在能量损失较小的情况下，减小狭缝尺寸可提高光学分辨率，狭缝的极限尺寸为200 μm；减小狭缝子午面高度可减小谱面内弯曲现象.本系统基本满足近红外分光，实现单点探测器光谱测量的要求.

三位置球面面形绝对检测方法在一定的条件下可以简化为两位置球面面形检测方法.本文在研究三位置绝对检测原理的基础上，提出了基于菲索干涉系统新的两位置球面面形检测方法.该方法的简化条件分为参考面面形误差偶对称或被检面面形误差偶对称两种不同的情况.实验结果表明，两位置检测方法可以有效实现PVr值λ/30的高准确度检测，且检测结果PVr值重复性在±λ/300范围内，RMS值重复性在±λ/4 000范围内.采用两位置检测方法得到的面形误差分布结果与三位置绝对检测方法非常接近，PVr值相差小于λ/300，RMS值相差小于λ/2 500.因此在一定条件下，两位置检测方法可以有效简化实验装置和检测步骤，且不失三位置绝对检测方法的准确度和重复性.

在利用光反馈光腔衰荡技术测量大口径光学元件反射率及其均匀性分布时，需要对光学元件进行二维扫描测量，而在扫描过程中光学元件的倾斜失调将对测量结果造成影响.本文根据失调谐振腔光束传输增广矩阵，通过数值运算模拟了在对称共焦腔和一般稳定腔情况下，光反馈衰荡腔结构中由样品倾斜失调引起的输出腔镜上光斑中心位置变化以及对反射率测量的影响.仿真结果表明：对称共焦腔情况下，输出腔镜上奇数次光斑无漂移，偶数次光斑漂移量为固定值；在一般稳定腔情况下，输出腔镜上奇偶数次光斑均往复振荡漂移.分析表明，该系统对样品失调角度的敏感程度与样品在腔内的位置以及腔长有关，通过改变样品在腔内位置，选择适当腔长以及包络拟合法可以减小样品失调对测量结果的影响.

为了分析激光脉冲宽度对远距离尾流气泡后向检测的影响，基于Fournier Forand体积散射函数，通过Monte Carlo方法建立了水中激光脉冲后向散射信号时域特征的分析模型.利用该模型研究了初始激光脉冲宽度不同时，水中远距离舰船尾流气泡的激光脉冲后向散射信号变化情况.结果表明：随着初始激光脉冲宽度的增加，后向散射信号中水体散射信号与尾流气泡回波信号的轮廓变得模糊；当脉冲宽度增大到一定程度时，无法从后向散射信号中辨别出回波信号；并且，随着尾流区气泡散射强度的减小以及气泡区与检测器之间距离的减短，这种变化趋势变得更加明显.基于仿真结果，提出一种基于逆卷积运算的尾流气泡回波信号提取方法.

实验研究了飞秒脉冲激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换效应，以及产生的彩色锥形辐射现象.系统分析了各参量对二次谐波转换效率及彩色锥形辐射现象的影响.研究结果表明:蓝绿色锥形辐射具有最大的发散角，这与相位匹配理论模拟结果吻合;正入射时，增大泵浦光强及晶体厚度均会引起彩色锥形辐射亮度增加，且最大出射角中心波长往长波移动；不同光束偏振态下可依次观察到彩色锥形辐射、超连续现象.

提出一种利用厚金属狭缝阵列耦合激发表面等离子激元制作非周期图形的纳米光刻模型.采用时域有限差分电磁场模拟仿真软件研究了厚金属狭缝阵列中表面等离子激元的激发、模式选择以及光刻胶中的光场分布.结果表明，通过优化厚金属狭缝阵列结构参量和匹配介质参量可有效抑制表面等离子激元在光栅狭缝出口处的发散，增加表面等离子激元的穿透深度，可获得高分辨率的较大曝光深度的周期和非周期纳米图形，可为纳米激光直写技术提供有益的借鉴.

采用Negativity熵来描述两子系统间的纠缠，研究了由两个二能级原子与光纤联接的单模腔构成的系统的纠缠特性.利用数值计算方法讨论了原子与腔场的耦合强度和原子选择性测量对纠缠特性的影响.研究结果表明：对一个原子的选择性测量，可增强原子间与腔场间和腔场与腔场间的纠缠.

用费米线性光学方法，提出无相互作用费米量子信道物理模型.用平稳量子高斯态协方差矩阵性质及Majorization不等式理论，推导出在平稳高斯输入态下费米量子信道最小输出熵的表达式.利用在n模费米系统添加一个额外模的方法，得到平稳高斯态和高斯态输出熵的关系;利用此关系式，借助在高斯输入态下费米信道最小输出熵值是可达的猜测，推导出无相互作用费米信道直积态容量的表达式.最后，用最小输出熵的迭代算法验证已推出的费米信道最小输出熵表达式正确性，数值计算结果表明：对于带噪声的无相互作用费米量子信道，已推出最小输出熵与数值计算结果的吻合度可以达到10e-9.

利用测量计算模型和系统化参量统计方法模拟双态量子交互作用系统，在多种交互作用模式下模拟双路量子干涉测量的统计分布效应.从量子交互作用出发， 对Einstein受激发射， Mach-Zehnder干涉仪和Stern-Gerlach自旋测量等测量模式形成测量四元组.利用多变量逻辑函数和变值原理， 在N元0-1输入/输出序对上形成变值测量四元组， 建立变值双路模拟模型.变值模型根据：概率、同步/异步、对称/反对称等不同组合条件特征输出统计分布结果，形成2组8个统计直方图.

提出了一种新的基于视场拼接的全视差三维显示方法及图像生成方案.系统核心部分由一个微投影机阵列、一个反射光路和一个散射屏组构成，图像生成方案采用基于OpenGL的算法实现.为了验证所提出的基于视场拼接理论的正确性，利用液晶显示器、菲涅耳镜组、定向散射屏和背投式反射光路搭建了实验样机.该装置可以在更紧凑的系统结构下显示包括横向视差和纵向视差在内的三维图像，并且通过图像生成算法的配合实现了动态三维显示效果.

为解决检测面尺寸较大时CCD难以得到高质量数字全息图的问题，本文利用负透镜设计光学系统让CCD接收来自物体的缩小虚像，以球面波为参考波，使用单色CCD近距离得到三种色光照射下的大尺寸彩色物体的数字全息图，然后采用可控放大率波面重建算法得到同一尺寸的数字全息重建像，合成彩色数字全息重建像.同时，使用两种消零级方法去除零级干扰，提高重建像质量，一种方法利用空间光调制器相移技术在参考光中加入一次任意相移,记录两幅数字全息图，消除重建零级像;另一种方法使用“无干扰全息图”消除重建零级像及共轭像.本文讨论结果可为大物体彩色数字全息及多波长数字全息检测应用提供有益的参考.

针对不同非球面面形的实时检测需求，研究了基于空间光调制器的标准波面重建技术.基于空间光调制器波面重建的原理设计了干涉测量系统，依据空间光调制器的自身特点选取修正离轴计算全息编码方式实现对标准球波面的编码.针对实验中空间光调制器作为全息再现介质引起重建波面质量下降问题，提出了错位叠加优化方案，并将这一过程进行了模拟实验.结果表明,基于错位叠加方法的重建波面均方差值提高了近4.45倍.研究成果为非球面检测过程中标准波面的获取提供了可靠的理论基础.

提出了一种基于单幅图像的去雾新算法.首先把图像归一化后从RGB彩色空间转换到HSI彩色空间，对色调分量运用四叉树分割法进行分割图像;分割后图像的每一局部小方块可以认为具有相同的场景深度，从而可以对每一局部小方块估计出空气光.然后再对亮度分量运用雾天图像光学模型，从雾的物理特性上去除雾对图像的影响.最后再对图像的饱和度分量进行校正，得到复原后的图像.该算法的主要优点是速度快，且不仅可以应用于彩色图像，也可以适用于灰度图像.通过该算法与其它几种算法的实验结果进行分析和比较，表明该算法能有效恢复出清晰图像.

为了提高地面和云层等红外复杂背景下弱小目标的检测性能，提出了一种基于视觉细胞响应模型的红外弱小目标背景抑制新方法.首先利用简单细胞的感受野计算模型将原始图像采用Gabor函数卷积获得相同大小的两幅图像;然后采用设计的复杂细胞响应的非线性汇聚策略函数对获得的两幅图像进行融合处理，从而将红外图像中弱小目标和背景杂波分离，达到抑制背景的目的;最后采用自适应阈值分割技术得到目标点，实现了对红外弱小目标的检测跟踪.实验结果显示，与去局部均值和最大中值滤波两种滤波方法相比较，该方法能有效地检测出信杂比较低的弱小目标信号.

提出了一种利用布里渊光纤环形腔移频技术实现分布式光纤布里渊传感的方法.该方法基于布里渊光时域分析法原理，将一束单纵模运转激光器输出的激光分为两束;一束光入射布里渊光纤环形腔中产生窄线宽的受激布里渊散射光作为斯托克斯光，另一束光经过低频相位调制后作为泵浦光;斯托克斯光和泵浦光分别相向入射进入传感光纤，通过测量布里渊谱得到光纤温度或应变.利用该方法可将十几GHz的微波频率转化为兆赫信号频率进行探测处理，仅需一台激光器，因此系统结构简单、成本低，还可减小激光器频率波动对测量准确度的影响.实验验证了该方法的可行性.

研究了低双折射光子晶体光纤中由光纤扭曲造成的圆双折射效应，并应用Sagnac干涉仪结构设计了扭曲传感器.在Sagnac环中的光子晶体光纤上施加机械压力引入初始线双折射并产生正弦干涉光谱，再扭曲光纤产生圆双折射使干涉光谱随扭曲角度移动.光谱峰值波长随扭曲角度变化符合Sinc函数关系，理论分析与实验相符.传感器灵敏度为1.00 nm/°，分比率为0.01°，并具有超低的温度系数-0.5 pm/℃.

通过比较有Cs-Sb表面层多碱阴极和未有Cs-Sb表面层多碱阴极的荧光谱，发现有Cs-Sb表面层多碱阴极的荧光谱峰值波长向短波方向“蓝移”以及荧光峰增强的现象.这一现象表明在多碱阴极Na2KSb基层上制作Cs-Sb表面层之后，不仅多碱阴极的逸出功降低，而且 Na2KSb基层的结构也发生了变化.这意味着在相同功率和相同频率入射光照射下，经过表面Cs-Sb处理的Na2KSb基层能够产生更多的跃迁电子并且跃迁能级更高，逸出表面的机率更大，获得的阴极灵敏度更高.这表明Cs-Sb表面层既具有表面效应，又具有体效应.要进一步提高多碱阴极的灵敏度，除进一步降低多碱阴极的逸出功外，还需进一步提高Na2KSb基层的性能，使相同功率和频率的入射光能产生更多的跃迁电子，并且跃迁的能级更高，这就需要进一步改进工艺，提高Na2KSb材料的性能.

提出了一种基于特征点匹配和校验的鲁棒实时电子稳像算法.首先利用Kanade-Lucas-Tomasi角点检测器提取参考帧和当前帧的特征点，并用绝对误差和准则进行特征点匹配；在校验阶段，提出一种能够有效剔除前景运动物体特征点和错误匹配点的空间位置不变准则；最后，在相似运动模型下，利用最小二乘法求解全局运动矢量进行运动补偿.实验证明：该算法满足实时性要求，对视频的平移、旋转、缩放运动都有较好的稳像效果，并对运动物体具有鲁棒性.