对基于InGaN/GaN量子阱的蓝绿双波长发光二极管的材料生长和发光性质进行了研究.通过设计生长多组具有不同参量的外延结构，获得了优化的双波长量子阱结构参量，指出量子阱位置的分布、蓝绿阱间垒的宽度以及材料构成对量子阱发光性能均有较大影响.对双波长发光二极管器件光学性质进行了研究，结果表明，InGaN/GaN量子阱发光更依赖于In团簇形成的局域激子发光，从而导致了小电流下的反常光学现象.通过数值计算材料内部极化场的强度，对波长漂移的原因进行了解释，并通过双波长发光效率拟合分析了发光二极管“droop”效应可能的产生机理.

交通、船舰、机场等应用领域的信号灯、探照灯容易受到天气因素的影响，本文通过实验比较了不同颜色LED光源在淡水雾和海雾中的穿透性能，并研究了淡水雾中LED光源的透光性与距离的关系.结果显示：各种颜色LED光源在雾中的透射率随距离呈指数关系下降；而且，淡水雾和海水雾中，黄光LED的透过率均为最大.本研究工作为信号灯、探照灯等功能照明提供了设计依据.

为了实现掺Tm光纤激光器的高功率连续运转，需要解决半导体激光器输出的低光束质量泵浦光到增益光纤包层的高效耦合问题，以及增益光纤的热管理问题.利用柱面透镜组成的望远镜光学系统对半导体激光器输出泵浦光束进行扩束，使其水平方向的光束发散角获得降低，利用45°反射切割镜对扩束后的光束进行切割，经整形处理后水平方向的光束参量积为 84 mm·mrad，实现了约70%的光纤端面耦合传输效率.设计了两段增益光纤串联的结构，增加了泵浦光接收端面数，获得了528 W的可用泵浦功率.光纤的热管理方面，在泵浦光的输入端部(约250 mm)，采用了水冷金属热沉散热.基于该实验装置，利用总长度6.4 m的掺Tm增益光纤，获得了最高280 W的连续输出功率，激光中心波长2 015 nm，对应于耦合泵浦功率的斜率效率达55.6%.实验结果表明：通过对半导体泵浦光束的整形处理，可以提高光束对增益光纤的耦合传输效率；双光纤串联的结构在增加可用泵浦功率的同时，降低了光纤端部的热负载，并使整个光纤长度上的热分布更加均匀.

报道了一种基于Nd∶YVO4/MgO∶PPLN的高效连续单谐振连续中红外光学参量器.采用LD泵浦的输出波长为1 064 nm的连续Nd∶YVO4 激光器作为入射光，经过MgO∶PPLN晶体进行非线性频率转换.理论分析了非线性晶体的周期、温度对光学参量振荡量输出波长的影响.提出采用紧凑的平平腔结构，利用多周期的MgO∶PPLN晶体(29.52~31.59 μm)，产生宽带可调谐的中红外激光，其信号光调谐范围为1.48~ 1.63 μm；闲频光调谐范围为3.0~3.8 μm.结果表明：在MgO∶PPLN的极化周期为30.5 μm，温度为100℃的条件下，当808 nm泵浦光功率为8.06 W时，获得最高760 mW的信号光和360 mW的闲频光输出，对应光光转换效率为13.9%.

利用准三能级理论，建立了端面泵浦Ho∶YAG激光器阈值理论模型，推导出Ho激光阈值泵浦功率表达式，并分析了阈值泵浦功率与介质吸收效率、输出镜透过率的关系.结果表明：Ho∶YAG激光器属于低阈值激光器，合理选择激光器参量，采用1 907 nm泵浦或1 930 nm“翼泵浦”方式，可使Ho激光阈值泵浦功率处于毫瓦级水平；选择合适透过率的输出耦合镜，可实现Ho∶YAG激光输出波长在2 092 nm和2 124 nm之间转换.

板条激光器具有高输出功率和高光束质量的特性，但是其原始出射光束的远场光斑呈椭圆形，而且远场发散角略大，不适合超远距离传输.针对该问题，本文研究了平均输出功率为50 W、单脉冲宽度为6 ns、波长为1 064 nm的板条型激光器发射的光束经过光学变换后通过湍流大气的情况.对板条激光器原始出射光束的x方向(大发散角)选取参量优化的柱面望远镜系统进行扩束，使其与y方向(小发散角)的远场发散角接近，且x方向与y方向的束腰位置在同一位置防止离焦.运用普通球面扩束镜压缩整形光束的远场发散角，最终在外场实验中获得远场发散角小于100 μrad，x、y方向发散角比值小于1.1的激光光束，且接收面上的光斑呈圆形.

由于目前的全光加密方案基于光学非线性效应，因此仅适用于单波长光信号的加密操作.为了解决全光加密方案无法对多波长信号同时进行加密的问题，提出了一种多波长信号异或加密系统方案.该方案基于铌酸锂光波导泡克耳斯效应，利用外加电场对铌酸锂光波导中光信号产生调制相移，并通过多波长相干光明文与光密钥的干涉实现异或加密.由于相邻波长光信号在相同外加电场作用下的调制相移差别很小，因此该方案能够实现较高输入信号波长范围的多波长信号全光加密操作.利用该方案仿真实现了对8×10 Gbps，波长间隔为0.8 nm，码形为上升沿与下降沿均为10 ps的非归零码信号的异或加密操作，输出各波长加密信号误码率小于4.30×10－86，Q因子大于21.51；理论分析与仿真得出了该多波长全光加密方案能够完成输入信号波长范围高达400 nm的异或加密操作；并得出该加密方案在输入信号波长小于78 nm时，加密操作能够改善输入信号消光比.理论分析与仿真结果共同验证了该方案对于多波长光信号进行异或加密的可行性与有效性.

测量了未经Cs-Sb激活的Na2KSb膜层和经过Cs-Sb激活的Na2KSb(Cs)膜层的光谱反射率.测量结果表明:两种膜层在200~700 nm波长范围内光谱反射率基本相同，因此可以推断出这两种膜层的折射率也基本相同，说明经过表面Cs-Sb激活的Na2KSb(Cs)膜层内部的成份基本未发生变化，两种膜层的光程差基本相同；推断出Na2KSb膜层表面的Cs-Sb层很薄，其表面激活过程是一种表面效应.对Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层进行了XPS能谱分析，测量结果表明Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层表面除主要存在Na、K和Sb三种元素之外，还存在C、O以及少量的Cs元素；Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层表面存在C和O的原因是在样品解封的过程中受到了污染.对Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层表面进行时间为10 s的氩离子刻蚀，再进行XPS分析，结果表明能谱中不再出现Cs原子的谱峰.对Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层表面进行总时间为600 s的氩离子刻蚀，XPS能谱中出现了Si原子的谱峰，说明氩离子已经刻蚀到阴极玻璃窗的表面.根据刻蚀时间分析，Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层表面存在的Cs原子层的厚度约为3 nm，并且该Cs原子层只是存在于多碱阴极膜层的表面，并未深入到多碱阴极的膜层内部，这也说明Na2KSb膜层的表面Cs激活是一种表面效应.测量了未经过Cs-Sb激活和经过Cs-Sb激活的两种多碱阴极样品的荧光谱，测量结果表明：经Cs-Sb激活的多碱阴极样品与未经过Cs-Sb激活的多碱阴极样品相比，其荧光谱的峰值强度有所增加，而荧光谱的峰值波长却有所减小.说明Na2KSb多碱阴极在Cs-Sb激活之后，跃迁电子的数量有所增加，同时跃迁电子的能级也有所提高，这种现象可以解释为多碱阴极在激活过程中的“体积”效应.所以多碱阴极在表面Cs激活过程中，既有表面效应，又有“体积”效应，而这种“体积”效应是指Na2KSb膜层内部的能带结构变化，并非Cs原子扩散到Na2KSb膜层内部.

为了优化基于侧边抛磨光纤器件的性能，采用在线抛磨和测量的方法，实验研究了抛磨区长度和抛磨区剩余包层厚度对侧边抛磨光纤折射率传感特性的影响.研究发现，侧边抛磨光纤对材料折射率的传感特性依据灵敏度可以分为三个区域：1)折射率在1.300～1.450范围内，传感特性的灵敏度很低,但线性度很好；2)折射率在1.450～1.500范围内，具有灵敏的传感特性，但在这个范围内线性度较差；3)折射率液大于1.500以后，可以同时获得较好的灵敏度、线性度和稳定性.比较抛磨区长度分别为10 mm和20 mm的侧边抛磨光纤，20 mm的抛磨区长度不会提高传感的灵敏度，却会增加器件的不稳定性.抛磨光纤剩余包层厚度对传感灵敏度和功率损耗有重要影响，可依据器件实际需要选择合适的剩余包层厚度.

采用轮式侧边抛磨技术对单模多模单模光纤结构的多模光纤部分进行侧边抛磨处理，研究了不同抛磨深度情况下该光纤结构对环境折射率的传感特性.结果显示，单模多模单模光纤结构的光谱特性曲线中存在多个损耗峰，这是由多模光纤中多种高阶模式相互干涉形成的.当单模多模单模光纤结构被侧边抛磨到接近纤芯时，光谱没有发生较大变化，只是各损耗峰波长发生了不同程度的漂移；但是，当抛磨掉部分纤芯时，单模多模单模光纤结构的光谱曲线发生较大变化，抛磨后单模多模单模光纤结构对外环境折射率变化敏感.当抛磨区深度为10 μm，长度为20 mm时，折射率传感器的最高灵敏度只有703.2 nm/RIU；当抛磨区深度为15 μm时，最高灵敏度为798 nm/RIU；当抛磨区深度为20 μm时, 最高灵敏度高可达1 190 nm/RIU.研究表明，通过侧边抛磨单模多模单模光纤结构可实现一种新型的光纤折射率传感器，且可通过增加抛磨深度来提高该传感器对折射率的传感灵敏度.

在光突发交换网络中，突发包重传能够在一定程度上减少由于突发包冲突而产生的数据损失，但重传次数的增加会加重网络负荷，从而增加数据丢失率.本文提出一种基于优先级的可控重传方案，根据网络负荷赋予不同优先级突发包每次重传不同的概率，并对重传次数加以控制，当重传次数达到4次时，便不再进行重传而将产生冲突的突发包丢弃，以此来均衡网络负荷.利用路径阻塞率和突发包丢失率来衡量模型性能，并进行仿真分析，仿真结果表明重传次数的增多以及重传概率的增大虽然会在不同程度上减少包丢失率，却也同时增大了路径阻塞率，因此必须对重传次数及重传概率加以控制；所得结果对光突发交换网络试验床设计有一定理论指导意义.

针对以直径1 000 mm、边缘角60°的碟式镜为一次镜的二次反射系统，讨论了不同形状的二次镜(旋转椭圆面型、旋转双曲面型、平面型及旋转抛物面型)的聚光情况.结果表明：当旋转椭圆面型和旋转双曲面型二次反射系统的焦点落在一次镜顶点处时，对旋转椭圆面型二次反射系统，随数值孔径增加，接收板中心的能流密度先增大后又减小，光斑直径减小；数值孔径为0.4时，能量聚光比最大，约为5000倍.旋转双曲面型二次反射系统的能流密度和光斑直径均随数值孔径的增大而减小；数值孔径为0.5时，能量聚光比最大，约为8 990倍，旋转椭圆面型和旋转双曲面型二次镜均适用于二次反射低焦系统.旋转双曲面型二次反射系统聚光比更高，结构更紧凑.对平面型二次反射系统，随焦点位置的升高，接收板中心的能流密度增大；光斑直径几乎不变；焦点相对位置为0.9时，能量聚光比最大，达到21 000倍；适用于高焦二次反射系统.旋转抛物面型二次反射系统随二次镜位置的上升，接收板中心的能流密度增加；光斑直径减小；最大能量聚光比约80倍，适用于低倍二次反射系统.

由于薄膜衍射元件表面质量密度低、面形公差宽松，可将其作为空间大口径衍射望远系统的主镜，构成具有超大口径、轻质量、高集光率的光学载荷，提高对地球不受干扰、实时观测能力.本文分析了衍射元件的加工公差、衍射望远系统两部分空间相对位置的系统公差，提出了衍射望远系统两部分空间相对位置测量方法，并分析了测量准确度.该方法利用两种不同结构的计算全息元件，将激光光源在CMOS有源探测器上形成两个聚光光斑，实时分析两光斑的相对位置，可以精确测量偏心量和倾斜量，测量准确度分别可达50 μm和0.003°，为未来大口径衍射望远系统在空间的实施奠定了基础.

基于二元光学元件的相位延迟表达式，推导出谐衍射光学元件在光束斜入射时的相位延迟表达式以及衍射效率表达式，定性分析了谐衍射光学元件衍射效率与光束入射角度的关系.分析表明：在可见光范围内，谐衍射光学元件的谐波长随入射角增大而向长波方向漂移，并且短波部分变化较长波部分更为明显；对于单色光，随着入射角变化，出现不同衍射级次更替现象；对于普通衍射元件，随入射角增大波峰漂移速度远大于谐衍射元件衍射波峰速度；入射角对短波段的衍射效率影响更大.

采用集成模型法研究了航天器微振动对空间相机像质的影响，针对探测器CCD曝光积分时间内动态成像系统像移等价于静态像点模糊，提出动态成像评价指标，并进行了动态成像分析.介绍了空间相机受到的各种微振动干扰源，利用有限元软件建立了相机的有限元模型，并对相机进行动力学分析，获取了光学元件的微振动量，将其输入到光学软件CODE V，得到系统退化的像面点列图、调制传递函数、像移量等分析结果.这种方法适用于任何振幅、频率形式的复杂微振动，且有效减少运算量.利用该方法完成微振动干扰对空间相机像质退化的仿真模拟，结合动态成像评价标准分析判断微振动对系统像质的影响程度，得到光学元件微振动与像质退化之间的关系，为系统优化设计和隔振补偿措施提供参考依据.

结合微型光谱仪体积小、测量速度快的特点和双光路光谱仪的光束结构，基于双芯光纤和面阵探测器Czerny-Turner光学结构设计并研制成功一种微型双光束光谱检测系统——一双光束微型光谱仪.系统中第一根双芯光纤将光源光强均分成两路，一路作为参考光路，另一路作为检测样品的样品光路.参考光和被测样品光通过第二根双芯光纤传输并同时照明微型光谱仪的入射狭缝，两个纤芯沿狭缝长度(非色散)方向排列.为保证两路光的成像光谱不会发生重叠和串扰，在交叉对称Czerny-Turner光学结构中加入消像散柱面镜元件，运用光学设计软件对光谱仪系统进行了优化设计.光线追迹结果显示，双芯光纤传输参考光路与被测样品光路光束的成像光谱可以在300～800 nm范围内分离.依据设计结果加工并装调成功双光束微型光谱仪系统实验样机，实现了参考光谱和被测样品光谱在光谱仪上的同时显示与测量.实验表明，所设计的双光束光谱仪不仅具有双光路的光束结构，而且充分利用微型光纤光谱仪接口及配置灵活的特点，实现了真正意义上具有双光束光路结构的微型光谱仪系统.

针对高光谱图像异常目标检测中图像邻近像元光谱相似易对检测结果产生干扰的现象，将聚类算法引入到异常目标检测领域，提出一种采用主成分量化和密度估计期望最大聚类的高光谱图像异常目标检测算法.在高维空间中，使用期望最大聚类算法对像元光谱向量进行聚类，将邻近像元的空间相关性转化为类内或类间像元的关系，根据异常像元分布在类别边缘的原理，以类为单位检测异常目标，有效地避免异常点的信息被淹没；另外，针对期望最大聚类算法对初始化过程要求敏感的问题，提出了根据图像的第一主成分信息，分别利用向量量化和密度估计的方法对期望最大聚类算法进行初始化，进一步提高算法的检测效果和计算效率.用合成和真实的AVIRIS高光谱数据进行仿真实验，仿真结果表明使用基于主成分量化和密度估计期望最大聚类算法的高光谱图像异常目标检测算法明显优于传统的异常检测算法.

构建了马尔可夫随机场自适应邻域系统，并将有形目标检测问题构建为马尔可夫随机场理论框架下背景与目标的二元分类问题.首先分析了影响目标形状的主要因素，归纳总结了典型的目标形状；其次以典型目标形状为模板构建了新的马尔可夫随机场邻域系统；然后构建了自适应邻域选择的代价函数，并基于有限差分算子创建了新的马尔可夫随机场势函数，进行背景与目标的分类判别.由于采用自适应邻域系统，所提算法在保持目标检测率的同时进一步降低了过门限率；比经典马尔可夫随机场邻域系统具有更好的目标形状保护新能.仿真试验结果表明，所提算法不仅具有较好的目标检测性能，而且可更好地保护目标形状的细节信息.

受激光调制技术的限制及大气湍流的影响，逆合成孔径激光雷达对自旋目标成像的过程中存在方位多普勒模糊和回波不相干的问题.同时，在成像中相邻回波脉冲间目标转角较大，回波相关性很差，现有的一些相位误差补偿算法难以补偿上述相位误差，传统方位相干积累法无法获取聚焦良好的二维图像.本文利用回波包络信息进行成像，建立了自旋目标逆合成孔径激光雷达成像的空间几何模型，分析了回波信号的特征，提出了一种基于广义Radon变换的自旋目标逆合成孔径激光雷达成像算法.首先采用自相关法在距离-慢时间域对距离压缩后的包络求取目标的自旋角速度，之后对距离-慢时间域的包络作广义Radon变换，实现对包络的非相干积累，并获得自旋目标的二维高分辨图像.由于没有利用回波相位信息，因此避免了相位误差的影响.仿真结果表明：传统距离-多普勒算法无法成像，而提出的方法在低信噪比、多普勒模糊和回波不相干条件下仍能够获得聚焦良好的图像.

为了解决红外偏振图像不能很好地对目标物进行分类的问题，通过分析红外偏振图像在各个偏振角度下的冗余性和互补性，基于模糊C均值聚类算法和边缘提取算法，提出了一种适合红外偏振图像的模式识别方法.该方法分别使用模糊C均值聚类算法和边缘提取算法对图像进行处理，然后采用加权法对图像进行融合得到最后的的结果.计算并比较了本文的识别方法和直接使用模糊C均值聚类算法获得图像的总准确度、生产准确度和用户准确度.结果表明：本文的模式识别法不仅可以达到识别人造目标的目的，而且能够对人造目标进行清楚的分类，实现了计算机和观察者对图像中物体的识别分类.

通过计算线性熵研究了当场初始处于薛定谔猫态和压缩相干态时Jaynes-Cummings模型中原子线性熵随时间的演化特性，讨论了原子运动和场模结构参数对原子线性熵的影响.结果发现原子和场之间的纠缠对压缩参数非常敏感，并且结果表明当腔场初始处于Yurke-Stoler 态时，原子的运动导致了线性熵的周期性演化，随着场模结构参数的增加，不但线性熵的演化周期缩短，而且线性熵的的幅值减小.当腔场初始处于偶相干态时，场模结构参数的增加导致了线性熵的演化周期缩短，然而对线性熵的幅值没有影响.

提出了一个利用四粒子Ω态实现量子对话的方案.首先，通信方Bob制备四粒子Ω态对其中的两个粒子作幺正变换，编码要传送的经典秘密信息，并把这两粒子发送给Alice.然后,Alice对接收的两粒子也作幺正变换，编码自己要传送的秘密信息，把粒子返还给Bob.最后,Bob对四粒子Ω终态作联合测量并公布结果.通信双方Alice、Bob根据公布的测量结果和自己编码时用的幺正算子，解码出对方传送的经典信息，达到双向通信的目的.结果表明：该通信方案只需要传输两个粒子，作两次幺正变换，通信双方都可以获得对方传送4比特经典信息，既实现了用量子信道同时双向传递经典信息，又实现了超密编码，提高了通信容量.通过在系统中随机插入诱骗光子，可以及时发现窃听者Eve的拦截-重发攻击，提高整个通信系统的安全性.