基于Rytov近似和Huygens-Fresnel原理, 推导出外差激光雷达在non-Kolmogorov弱湍流中斜程探测时目标平面的平均光强和闪烁指数, 得到外差激光雷达系统效率, 并针对广义指数、天顶角、结构常量、基站结构、望远镜孔径和光束类型对系统效率的影响进行了研究.研究结果表明：当广义指数小于3.2或大于3.8时, 外差激光雷达的系统效率减小幅度较大;随着天顶角的增大系统效率逐渐减小;双基站结构外差激光雷达的系统效率小于单基站结构;随着望远镜孔径的增大, 系统效率存在最低值, 并最终趋于平缓;近场时平行光系统效率最大, 远场时发散光的系统效率最大.

通过分析CCD成像特点, 设计了侧向散射激光雷达几何标定实验, 得到CCD各像元的角宽度, 并确定了CCD像元与散射光位置之间的对应关系.对两次实验中采集的回波信号进行标定, 并分别与POM02进行相函数比对、与后向散射激光雷达进行探测信号比对, 结果表明：相函数廓线和POM02测量结果相吻合;侧向散射激光雷达信号与后向散射雷达的距离修正信号在650 m以上的变化趋势一致.侧向散射激光雷达弥补了后向散射激光雷达在近地面段不能探测气溶胶的不足, 该标定方法可靠, 为进一步利用侧向散射激光雷达研究近地面气溶胶的时空分布奠定了坚实的基础.

针对伪毫米波超宽带信号脉冲宽度窄且信号强度低而不易探测的特点, 本文提出了两种光学辅助包络探测方案.将伪毫米波超宽带信号调制到光载波上, 利用光纤布喇格光栅带通滤波器滤出调制器输出的第一边带信号, 通过光电探测器和低通滤波器便可以得到用于判决的伪毫米波超宽带信号的包络信息.数学推导和仿真分析了分别采用相位调制器和强度调制器对输出包络信号振幅的影响. 研究结果表明：强度调制器需要偏置控制电路来稳定偏置点的位置, 当强度调制器工作在最小传输点时, 得到的包络信号幅值最大;相位调制器无需偏置控制电路, 其输出信号包络的幅值等于使用强度调制器的系统可得到的最大值;使用相位调制器的系统较使用强制调制器的系统具有结构更简单和插入损耗更低的特点.

提出了一种测试电沉积应力演变的方法.其机理为当带金属包层的布喇格光纤光栅为阴极进行电沉积时, 在沉积应力作用下, 布喇格光纤光栅的中心波长将发生漂移, 以此可推知沉积应力的大小.测试中首先利用光纤光栅解调仪记录电沉积应力作用下的布喇格光纤光栅中心波长的偏移量, 并将整个沉积时间分成小的时间段;然后依据沉积速度和标定的不同沉积厚度下的布喇格光纤光栅应力灵敏度, 计算出每时间段的应力值;最后将各时间段应力累加以获得累积应力随时间的演变.以电镀镍为例, 使用涂覆有化学镀镍磷金属包层的布喇格光纤光栅传感器, 进行电沉积应力测试, 测试表明：当测试镍镀层厚度小于50 μm时, 传感器灵敏度大于7pm/MPa, 准确度大于0.14 MPa;在6 000 s的电镀时间内, 累积压应力为173.049 9 MPa.

提出了一种基于ZnTe碲酸盐玻璃的单芯光子晶体光纤偏振分束器.在外侧包层纤芯对称位置引入缺陷孔, 使缺陷模和纤芯基模发生耦合以实现光束分离.采用全矢量有限元法对所提出的单芯光子晶体光纤偏振分束器的特性进行研究, 结果表明: 该分束器可以实现1.3 μm和1.55 μm波长光的分离, 并使光束沿X和Y偏振方向同时传播;当光纤长度为15 mm时, 1.3 μm和1.55 μm处的串扰值分别低至-45.1 dB和-40.2 dB, 小于-20 dB的带宽分别为44.2 nm和67.1 nm;在传输波长1.3 μm和1.55 μm处的损耗值为0.063 dB和0.048 dB;偏振分束器在具有低串扰值的同时, 具有较低的限制损耗.

保偏光纤偏振轴的检测和对准是保偏光纤应用中的关键技术.为提高基于端面成像的偏振轴检测方法的检测精度, 以熊猫型保偏光纤为研究对象, 采用基于曲面拟合的亚像素边缘检测算法和椭圆拟合算法提高检测的准确度, 采用多次测量取平均法提高检测的精确度;利用检测结果的正态分布特性, 提出一种基于概率的偏振轴定轴方法.搭建了保偏光纤自动定轴系统并进行实验, 准确性验证实验结果表明：亚像素边缘检测方法平均可以减小45%的偏差, 而拟合椭圆相较拟合圆平均可以减小15%的偏差;精确性验证实验表明采用多次测量取平均的方法可以有效减少检测结果的离散程度;定轴实验的结果表明, 基于概率的偏振轴定轴方法可以达到优于0.1°的定轴准确度.

理论分析和实验研究了光源相干度对其产生的Bessel光最大无衍射距离的影响.以He-Ne激光器为光源, 用旋转毛玻璃法产生部分相干光, 经过扩束后再用轴棱锥法产生Bessel光束.通过移动旋转毛玻璃改变部分相干光的相干度, 测量其产生的Bessel光束的最大无衍射距离, 得到光源相干度与产生Bessel光束最大无衍射距离的关系.结果表明, 随着光源相干度的降低, Bessel光束最大无衍射距离明显变短, 当相干度g≈1下降为g=0.8时, 最大无衍射距离缩短了一半.用高斯-谢尔模型进行分析和模拟, 理论模拟结果与实验观察结果基本吻合.

为了研究艾里光束(Airy beams)通过负折射率介质中的传输特性, 利用ABCD矩阵光学理论推导出了Airy光束通过负折射率介质的传输解析表达式.利用该解析表达式得到了Airy光束通过负折射率介质的传输特性.计算结果表明, Airy光束通过负折射率介质后的自加速和光强都可以通过负折射率介质的工作频率调控.Airy光束通过负折射率介质的横向偏转系数随传输距离z的增大而加速偏转;同时当传输距离z相同而负折射率介质的工作频率不同时, 偏转系数也不相同.Airy光束的强度和偏转度都可以通过负折射率介质的工作频率调控.结果显示可以利用负折射率介质的工作频率方便有效地调控Airy光束, 研究结果在光学器件设计和医学科学中都有潜在的应用价值.

提出了一种基于基元全息图频谱分析的计算全息参考光角度选择方法.通过分析基元全息图的空间频谱成分, 导出全息图正确再现需要满足的约束条件;求解了基于空间光调制器的计算全息再现系统的参考光角度取值范围;用N-LUT算法计算了成像距离为1 000 mm时, 一幅22.5 mm×26.1 mm的二维图像取不同参考光角度时的全息图, 并进行了数字再现和光学再现实验.结果表明：参考光角度在0.893 8°到1.398 0°之间选择可以获得质量良好的再现像;参考光角度小于0.893 8°时, 再现像与共轭像不能完全分离, 参考光角度大于1.398 0°时, 全息图频率过高会造成欠采样, 导致再现像与下一级共轭像互相交叠.实验现象与理论分析一致, 验证了参考光夹角选择方法的正确性.

全息波导显示系统中输出光栅的衍射效率、位置和长度对整个显示系统的光强输出均匀性及能量利用率有重要的影响.通常输出光强均匀性由输出光栅的衍射效率决定, 能量利用率受多重光栅的位置和长度影响.本文以中心视场光束的输出光强均匀为目的, 对相应输出光栅衍射效率的位置分布进行优化与曲线拟合, 得到输出光栅衍射效率随输出位置连续递增的分布曲线, 并应用到所有视场光束.计算结果表明, 相比于传统阶梯状衍射效率分布输出光栅, 全息波导显示系统中采用具有连续衍射效率分布输出光栅时的光强输出均匀性得到明显提升.针对部分衍射光束未能进入出瞳的现象, 提出错位优化法, 按照出瞳大小和使用距离优化各重输出光栅的位置和尺寸, 减小了光栅的无效衍射区域, 提高了出瞳范围内的能量利用率.

螺吡喃聚合物薄膜在短波辐照后的曝光灵敏度和偏振敏感性均得到显著提升.基于这一特性, 在线偏振的蓝紫光(405 nm)伴随下, 用两束耦合的绿光(532 nm)以s-p的记录模式在螺吡喃掺杂的PMMA聚合物薄膜上构建全息光栅, 并通过低功率红光(632.8 nm)进行探测.在405 nm和532 nm 双光子共同作用下, 衍射效率动力学特性强烈依赖于辅助光功率.研究发现, 405 nm激光辐照产生了两种作用：一方面为记录光提供了可取向的部花青分子;另一方面, 扰乱了532 nm激光形成的折射率光栅并降低了部花青分子的转化活性.考虑到光栅随机光场区的部花青分子聚集体的存在, 本文建立了包含衍射效率与各分子光响应速率关系的理论模型.实验数据与拟合结果精准吻合, 有效地解释了偏振全息记录中螺吡喃与部花青分子相互转化的微观机制.

针对小波变换轮廓术中相位无法快速准确展开的问题, 提出了一种能有效抑制噪音的相位展开算法.首先, 分析了小波脊系数幅值质量图和相位导数方差质量图的特征;然后依据相位值与其数学期望的偏差程度, 利用小波脊系数幅值矩阵和导数方差思想构造了 “小波脊系数幅值导数方差”质量图;最后分别进行软件仿真和真实模型实验, 并将利用新质量图引导的相位展开效果与传统相位展开质量图法和改进的质量图法进行对比.实验结果表明, 本文算法提高了相位展开精确度, 相位展开误差率降低了2.61%.所提质量图易于构造, 在引导相位展开时不仅能得到较准确的绝对相位值, 还能有效抑制噪音的影响,从而重建出精确度高的物体三维模型.

由于传统的背景抑制方法没有充分利用信号的方向信息, 使其不能有效区分背景边缘和红外弱小目标, 从而造成背景抑制结果中有较多的背景泄露.针对上述问题, 本文利用改进的剪切波变换和引导滤波, 提出了一种新的背景抑制方法.首先,采用改进的剪切波变换对红外弱小目标图像进行多尺度和多方向分解, 将图像分解得到不同的高频子带系数和低频子带系数;其次, 利用目标信号与边缘在方向上的差异, 采用自适应引导滤波对高频子带系数进行处理;再次, 对分解后的低频子带系数和处理后的高频子带系数进行改进的剪切波逆变换, 得到预测的背景图像;最后, 将原图像与背景预测图像相减获得背景抑制且目标增强的红外图像.为了验证本文方法的有效性, 采用多组实验对其进行验证, 并与经典的Max-Median、TDLMS和Top-hat等方法作比较.多组实验结果均表明本文方法在主观视觉和客观评价指标方面均优于其它三种经典方法, 可有效提高红外搜索跟踪系统对红外弱小目标的探测概率.

为快速、准确地识别图像中的目标, 提出一种结合图像熵和加速鲁棒特征算法的目标自动识别方法.首先, 分块计算图像的信息熵, 根据阈值筛选出纹理丰富区域.然后, 结合Hessian矩阵和Harris算法提取纹理丰富区域的局部特征点.接着, 计算特征向量并用主成分分析降低向量维数.最后, 采用双向最近距离比例匹配算法进行分类, 并用随机抽样一致算法剔除误匹配点.实验结果表明：对仿真数据库中带有视角、光照和尺度变化的图像, 识别率分别为87.12%、75.31%和84.98%, 平均识别时间分别为70.35 ms、71.27 ms、220.63 ms;对含8956×6708像素的航空大面阵图像, 正确匹配率为78.13%, 识别时间为68.09 s.本方法识别率和时间性能均优于加速鲁棒特征算法.

为满足高速飞行器对目标快速识别和打击的需求, 针对大观测场高速机载光电探测系统像质退化严重、像质补偿元件机构复杂、像差校正实时性较差的问题, 提出采用可变形反射镜作为动态像质补偿器对传统高速动态成像光学系统像质进行补偿和改进.利用基于像清晰化函数最优化的自适应光学动态像质补偿技术的优化算法对系统动态像差进行闭环实时校正, 通过仿真对所提出的方法进行可行性分析和验证.仿真结果表明: 与校正前相比, 该校正方法使光学系统在60°大角度观测场内泽尼克动态像差变化量的峰谷值最大下降17.5%, 点列图弥散斑均方根半径降低至10.61%, 校正后的系统残余像差小, 在整个观测场内, 像质均接近光学衍射极限.

针对水下三维重建成像时图像失真的问题, 提出一种基于非平行双目视觉系统的转化条件和转化模型, 将摄像机透过平面防水罩拍摄的水下图像转化为摄像机与目标间无水存在的一般空气图像.当摄像机焦点在水与空气分界面处时, 水下图像和空气图像像素间存在一一对应关系, 当摄像机焦点位于水面外时, 该模型在物距远大于焦距及焦点沿z轴方向与折射面距离的情况下仍成立.实验利用特征点三维坐标重建验证模型的正确性, 结果显示, 利用本文方法重建的三维坐标和实际三维坐标相比, x、y、z轴方向的重建误差平均值分别为2.23%, 1.51%, 1.10%, 表明该模型转化后的图像可采用空气中的图像处理方法, 为空气中的三维重建方法应用于水下的探索提供理论依据.

为了满足中红外一氧化碳检测中分布反馈量子级联激光器的驱动要求, 设计并实现了一种专用型脉冲驱动电源.首先, 研制了高稳定的供电系统和完善的保护系统, 显著提高了驱动脉冲的质量并保证了电源工作的可靠性;其次, 依据“多级隔离”的思想设计了电源各功能电路, 很大程度上提高了驱动电源的抗干扰能力;同时, 将深度电压负反馈与比例-积分-微分控制算法相结合, 有效提高了输出电流的稳定度.利用该驱动电源对中科院半导体所研制的波长为4.76 μm的分布反馈量子级联激光器做了驱动测试.实验结果表明, 在长时间 (200 h) 运行中, 系统驱动电流的稳定度为2.5×10-5, 线性度为0.004%, 满足分布反馈量子级联激光器的驱动要求, 为中红外一氧化碳的可靠检测提供了保障.

为满足高功率激光装置全程光路自动准直快速性及高精度的要求, 提出了一种光斑对应椭圆的长短轴差值法对光斑形状调节, 并结合重心法快速、高精度的获取光斑图像中心位置.利用大律法、3×3邻域法及8向链码法对光斑图像进行处理, 得到面积最大的光斑;分析最大光斑区域中心距, 求出最大光斑对应椭圆的长短轴长, 并根据长短轴差值调节光斑形状, 至长短轴差值近似为零, 获得形状最规则的光斑;分析形状最规则光斑的中心位置与其基准位置在x和y方向的偏差, 并将该差值转为闭环控制的步进电机所需要调整的步数, 实现激光光束的自准直.该算法应用在高功率激光装置中, 结果表明, 主放大光路的准直时间缩短为15 min, 近场准直的准确度优于0.2%, 远场指向准确度优于1 μrad, 满足高功率激光光束的准直要求.

为了产生频差可调谐1 064 nm双频激光输出, 设计了一种扭转模结构双腔双频Nd∶YAG激光器, 其两个驻波谐振腔共用相同的Nd∶YAG增益介质, 以扭转模结构消弱增益空间烧孔效应, 使Nd∶YAG激光器的两个驻波腔均以单纵模振荡, 从而获得正交线偏振1 064 nm双频激光输出.理论分析了扭转模结构激光单纵模选择原理和双频激光同时振荡原理, 实验研究了双频激光振荡特性和频差调谐特性.研究结果表明：双频Nd∶YAG激光器的两个谐振腔能够同时以线偏振单纵模稳定振荡输出, 其频差大小可随激光腔长的改变而调谐, 频差调谐范围可达1个纵模间隔, 实验观察到的频差调谐范围为0.3 GHz～3 GHz.

理论研究了强聚焦混合偏振矢量光束作用在瑞利粒子的辐射力,推导出混合偏振矢量光束深聚焦在焦平面处产生辐射力的计算表达式,数值模拟了焦平面附近轴向光束强度分布及数值孔径与径向系数对辐射力分布的影响.结果表明, 强聚焦混合偏振矢量光束深聚焦后在焦平面附近产生的辐射力在一定情况下能够实现对瑞利粒子的三维捕获,并且受数值孔径和径向系数的影响, 其中径向系数影响较为明显.大量数据整合结果表明当径向系数大于3时, 才能实现与光阑数值孔径相匹配, 完成对焦平面附近瑞利粒子的三维捕获.

利用水热法制备了菊花状的氧化锌纳米棒, 并进行表征, 将纳米氧化锌掺入纳米金刚石中配制成电泳液, 超声分散后电泳沉积到钛衬底上, 再经热处理后进行场发射特性的测试.结果表明：未掺混的金刚石阴极样品的开启电场为7.3 V/μm, 在20 V/μm的电场下, 场发射电流密度为81 μA/cm2;掺混后阴极样品的场发射开启电场降低到4.7~6.0 V/μm, 在20 V/μm电场下, 场发射电流密度提高到140~158 μA/cm2.原因是纳米ZnO掺入后, 增强了涂层的电子输运能力、增加了有效发射体数目, 提高了场增强因子β, 而金刚石保证了热处理后涂层与衬底的良好键合, 形成了欧姆接触, 降低了场发射电流的热效应.场发射电流的稳定性随掺混ZnO量的增加而下降, 要兼顾场发射电流密度及其稳定性, 适量掺入ZnO可有效提高纳米金刚石的场发射性能.

为获得高质量的远红外硫系玻璃, 采用传统的真空熔融淬冷法配合真空低温固化技术制备了高卤素含量的Te硫系玻璃(卤素Imax=40 at.%), 并分析了该系列Ge20Te80-xIx(x=10、15、20、25、30、35、40)硫卤玻璃样品.采用分光光度计和傅里叶红外光谱仪等光学仪器分析该玻璃的可见/近红外吸收光谱和红外透射光谱等频谱性质, 利用Raman光谱仪和X射线衍射仪分析了玻璃的内部微观结构.研究表明, 随着卤素I元素的增加, 可见/近红外吸收光谱的短波截止边持续发生蓝移, 光学带隙持续增大, 从近红外的1 μm一直到远红外波长25 μm都保持透光性;Ge20Te65I15玻璃的转变温度最大, 在138℃附近, 其红外透过率最高, 达到50%.

通过实验测量额头温度拟合光生物节律因子-额温差曲线,对现有评价光生物效应作用大小的BioEq模型和CLA模型的计算结果进行分析比较.利用不同图片LCD屏幕的光谱计算节律因子, 发现两种模型对于绿色波段的光抑制较强, 而对红色波段的光则与实际不相符.通过对九种不同颜色的LED光源测试额头温度, 比较模型计算结果与实际光生物效应的作用, 发现光生物节律因子与生理体征变化线性递增, 其中对BioEq模型的直线拟合相关度达到0.95.

激发光强和激发持续时间是快速光脉冲藻类光合作用测量方法的关键实验条件.通过光脉冲激发实验, 定量分析了不同平均激发光强下还原态初级电子受体的比例和发生再氧化的初级电子受体的比例.结果表明：快速光脉冲激发的最佳平均光强为30 000 μmol quanta·m-2·s-1, 最佳激发持续时间为70 μs;30 000 μmol quanta·m-2·s-1平均激发光强能够在70 μs内还原96.08%的初级电子受体, 且仅9.81%的初级电子受体发生了再氧化.

针对漫射模型在近光源区具有较大模型误差, 导致光学特性参量反演准确度较低的问题, 提出了一种利用矩变换, 改变原始数据形态, 提高反演准确度的方法.比较了不同阶次条件下的光学特性参量反演准确度和拟合残差的统计分布状况, 分析了不同信噪比下重构系数的相对误差.对25组数据的研究结果表明：3阶矩变换可显著提高两个光学参量(μa、μ′s)的估计准确度.在无噪音条件下, 吸收系数μa重构的平均相对误差为7.04%;有效散射系数μ′s重构的平均相对误差为5.55%, 相比于自然对数变换, μa降低了8.57%;μ′s降低了32.73%.在信号噪音满足一定条件情况下(大于50 dB), 3阶矩变换仍然能获得较高的光学参量反演准确度.矩变换方法能有效地提高光学特性参量反演估计准确度.

基于边缘光线原理和光学扩展量守恒思想, 结合复合抛物面聚光器和轴对称自由曲面透镜, 设计并研制了大功率发光二极管扩展光源的反射/折射准直器.运用Tracepro软件对系统进行光束追迹模拟仿真和实验, 研制出均匀光斑的光辐射模拟器.模拟器输出发散角为±12°光束, 测量距离出射面50 cm处光屏的光斑, 在尺寸为14 cm× 14 cm的光照范围内, 测得光斑水平方向中心线上的光度均匀度优于4.1%, 竖直方向中心线上的光度均匀度优于3.8%.

基于半导体行业中PCB焊膏印刷检测的实际应用, 采用0.45 WXGA DMD芯片设计了数字条纹投影光学系统.以LED作为光源, 结合透镜阵列照明DMD芯片;同时, 为了减小投影三角关系造成的条纹周期不均匀性对检测结果的影响, 采用双远心光路结构将DMD生成的条纹成像到待测表面, 且适用的最小检测面积为1mm2.光学模拟结果表明, 该数字投影系统在被投影表面上的照明均匀性为91%, 投射条纹的对比度高于0.8, 且条纹周期均匀, 为实际应用与后续条纹分析提供了良好保障.

为解决激光诱导击穿光谱系统中光谱检测模块体积大、分辨率低的问题, 设计了一种小体积、高分辨率的交叉型Czerny-Turner光纤光谱仪.计算了光学系统的结构参量和光学元件的特征参量.运用光学设计软件Zemax对光学系统进行分析与评价, 结果表明该光谱仪在340～440 nm光谱范围内分辨率优于0.1 nm, 系统体积约为200 mm×180 mm×60 mm.此外, 搭建了一套激光诱导击穿光谱实验系统, 通过对重金属溶液的分析检测, 获得良好的实验结果, 整个系统分辨率高、体积小、成本低、结构简单、稳定性好.

在单线缺陷结构中引入两个附加的相邻介质柱, 构成一种新型的光子晶体耦合腔波导结构.通过平面波展开法对波导结构的的慢光特性进行了仿真分析, 研究了平移线缺陷上下两侧介质柱, 以及改变腔体的长度对器件色散特性和群速度的影响.结果表明：与平移缺陷上下两侧介质柱相比, 通过改变腔体的长度, 不仅可将光群速度低到0.03c(c为真空下的光速), 而且器件的有效波长范围接近20 nm.利用时域有限差分法得到波导结构的传输场分布图, 研究波长的选取对入射激励光在光子晶体耦合腔波导中传输场的影响, 发现结构参量优化后的光子晶体耦合腔波导仍然具有良好的传输特性.

针对LED显示屏播放运动画面时的动态假轮廓问题, 提出了集中式门控脉宽调制法.该方法在原有门控脉宽调制技术的基础上, 将PWM周期中的小数场固定于周期的中间, 然后计算整数权重位对应的子场数并将其紧邻小数场实现.分析和实验表明, 集中式脉宽调制法具有与线性PWM相似的点亮时间函数, 能够将任意两灰度级间DFC指标的均值从GPWM方式下的0.6降到0.2以下.在有效消除DFC的同时又保持了GPWM的高刷新频率与高灰度级, 从而明显改善图像的显示质量.同时算法实现简单, 不需要额外的硬件支持.

采用连续变量量子密钥分发的纠缠模型, 在反向协商情况下, 研究法拉第镜不完善对系统安全密钥速率的影响.结果表明, 不完善的法拉第镜会降低系统实际的密钥速率, 并且降低安全通信距离, 且随着法拉第镜失偏角度的增大而增大.此外, 使用大的调制方差, 可以降低法拉第镜不完善对系统的影响.

研究了扩散过程中弱相干光场量子特性的演化.利用正规乘积、反正规乘积和Weyl编序算符内的积分技术, 采用热纠缠态表象求解密度矩阵主方程, 利用Kraus算符给出扩散过程中密度算符解的表达式, 导出初态为弱相干态的量子态密度算符演化规律.讨论了扩散对光场压缩效应和反聚束效应的影响.结果表明：随着扩散过程的进行, 弱相干场压缩深度和压缩范围均在减小;扩散初期光场呈反聚束效应, 扩散时间大于一定值后反聚束效应消失.

为提高系统的测量范围、灵敏度与线性度, 利用拉锥光纤替代均匀光纤, 进行表面等离子共振光纤传感器性能优化研究.通过大功率激光熔融拉锥工艺, 结合圆环靶磁控溅射制备了锥形光纤等离子共振探头;利用光纤光谱仪, 在1.33-1.43RIU折射率变化范围内, 以探头的表面等离子共振吸收谱对称性、吸收谱半高全宽的稳定性, 以及探头共振吸收波长分辨率为指标, 进行探头性能测试与筛选;利用筛选出的探头, 基于调频光谱原理构建闭环检测系统;在相同检测对象与检测环境条件下, 以阿贝折射率仪测量结果为参照, 对均匀探头与锥形探头的检测结果进行比较.结果表明, 在1.33-1.43 RIU范围内, 相对于均匀光纤探头0.00032 RIU的测量准确度、2 600 nm/RIU的波长分辨率, 锥形探头可在较大折射率变化范围内, 以较好的线性度, 实现0.00003 RIU测量灵敏度和约4 500 nm/RIU的波长分辨率.

针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时存在方位多普勒时变的问题, 提出了一种基于方位时频域keystone变换的机动目标逆合成孔径激光雷达方位成像快速算法.利用多分量线性调频子回波信号的调频斜率与起始频率的比值为常量这一特点, 在方位时频域采用keystone变换将多分量线性调频信号同时转换为多分量单频信号, 利用快速傅里叶变换实现方位聚焦.采用基于分数阶傅里叶变换和最小熵的线性调频参量估计方法, 实现了对调频斜率与起始频率比值的精确、快速估计.结果表明, 与现有的基于Radon-Wigner变换的距离-瞬时多普勒成像算法相比, 所提出的算法成像效率大大提高, 且能够保留更多的目标细节信息, 适合于逆合成孔径激光雷达的实时成像.

针对井下甲烷浓度监控干扰大的问题, 结合实时监测甲烷浓度的系统要求, 设计角镜连动的自消震光学结构, 构建了基于无线网络的实时数据通信系统.在干涉系统中, 固定两个角镜位置, 将两片半透半反镜用连杆结构同步旋转, 由此产生光程差.由于采用了连杆结构, 任意时刻引入的震动在两个分束镜上等量存在, 其结果是差分值, 可实现完全相消.由分析分束器的最大旋转范围计算得到系统的光程差变化范围.结合比尔朗伯定律, 给出系统在井下工作的甲烷气体浓度最低检出限.分别在实验室及矿井主巷道中完成实验过程, 通过化学反应法求得被测甲烷气体的标准浓度, 与WQF530型光谱分析仪的测试结果作比较,结果表明：在实验室无干扰条件下, 两种检测方法的相对误差均小于1.0%;在井下实验中, 传统光学检测方法受环境影响明显, 相对误差大幅增加, 而本系统测试结果基本稳定, 具有较强的抗干扰能力及较高的稳定性.

基于米氏理论, 分别研究了不同波长的激光信号在沙尘天气中发生单次散射和多次散射时光强与能见度间的变化关系.推导出发生单次散射时光强与能见度间的解析表达式, 同时采用蒙特卡洛方法分析了发生多次散射时光强与能见度间的关系, 并与单次散射时的结果进行对比.结果表明：在激光信号波长固定时, 接收光强会随着沙尘能见度的增大而增加, 并趋于稳定值;在能见度固定时, 接收光强会随着激光信号波长的增大而减小;随着传输距离的增加, 多次散射的影响会越来越明显.

基于角谱衍射公式和散射介质的圆形高斯分布模型, 数值模拟光通过散射介质的聚焦.通过反馈优化算法实现散射光束的波前整形, 在目标位置处形成一个很亮的聚焦光斑.改变聚焦目标位置后, 可实现任意位置处的单点或多点聚焦.讨论了空间光调制器上的总调制单元个数、每个调制单元相位准确度与光强增长因子的关系.结果表明：目标位置处的光强随着总像素单元数的增加而线性地增强, 并且随着调制单元的相位准确度的增加而增强.