依据自发参量下转换过程中泵浦光功率和相关光子的线性关系，搭建了光子计数器线性测量实验装置，分析了光子计数器非线性误差产生的机理，探讨其线性应用条件和修正方法.通过调节泵浦光功率改变入射至光子计数器的相关光子速率，实现了光子计数器线性的测量，并对实验测量值进行了修正.结果表明，通过线性测量和修正可以提高单光子计数器测量准确度，降低光子计数器的非线性误差，其入射光子速率最大线性工作范围可由105s－1扩大到107s－1.

为消除微通道板光子计数探测器系统中电子噪声的干扰，研究了探测器分割噪声的来源，并提出利用COMSOL软件仿真计算分割噪声的方法.利用有限元方法对基于Vernier阳极探测器的成像过程进行三维建模，实现了一组5×5针孔阵列的模拟成像，计算出Vernier阳极分割噪声所产生的电子云质心位置的偏移量，验证了Vernier阳极探测器成像编码的正确性与仿真研究分割噪声的可行性.通过分析不同参量的阳极面板，利用数值拟合方法，得到电子云质心偏移量与阳极面板设计参量之间的关系.在固定面板参量的前提下，可以通过提高微通道板增益来有效降低分割噪声对质心位置偏移影响.

为了提升微光夜视系统中高性能近贴式像增强器极限分辨力，在归纳近贴式像增强器及其部件调制传递函数模型的基础上，结合高性能超二代和超三代像增强器的结构和电参量以及典型产品性能值，研究分析了像增强器及其部件调制传递函数分布特性参数，及它们对像增强器极限分辨力和综合评价参量-信道宽度的影响.研究结果表明：进一步提升像增强器性能需要提升荧光屏的性能或改善调制传递函数分布特征；信道宽度参量可作为评价像增强器调制传递函数曲线分布特征的有效参量.研究结论对于进一步提升高性能像增强器的性能具有理论指导意义.

针对大角度（大于50°）衍射光学元件低成本、批量化制备的需求，提出一种基于纳米压印技术的制备方法.首先利用光学曝光技术或电子束直写技术制备衍射元件的原始母板，然后将原始母板的结构通过纳米压印过程复制到压印胶上，完成衍射光学元件的制备.由于纳米压印母板可以多次重复使用，降低了制作成本，提高了效率.用该方法制备了不同特征尺寸（最小为250 nm，衍射全角为70°）的衍射光学元件，具有良好的衍射效果，实现了对高深宽比浮雕结构的高保真复制.该技术可实现从微米到纳米跨尺度兼容的衍射光学元件的高保真、低成本、批量化制备.

为了无损表征周期性极化晶体的畴结构，用严格耦合波分析法分析了周期性极化铌酸锂晶体的周期和占空比.以波长为532 nm，功率为20 mW的连续激光器为光源， TE偏振光垂直入射周期性极化的铌酸锂晶体表面，同时对晶体施加电压以改变其正负畴间的折射率差，通过光电探测器检测各衍射级的衍射效率.使用最小二乘法将光电探测器记录的实验数据与严格耦合波分析模拟的结果进行优化拟合，反演出晶体的周期和占空比.测试结果表明，该方法能准确地测试周期性极化铌酸锂晶体的周期和占空比，其周期的测试准确度为0.05 μm，占空比的测试准确度为0.05.比布喇格衍射公式计算的晶体周期准确度提高一个数量级.

研究了一种基于波长扫描激光器的光纤温度压力测量系统.光纤传感头为边孔光纤光栅，利用其特有的双折射特性产生双反射峰，以实现对温度和压力的同时测量.系统采用嵌入式开发技术，将激光波长扫描、光谱数据采集和以牛顿最小二乘法为核心的光栅解调算法高度整合于一体，极大降低了光纤传感系统的体积与成本.实验结果表明，在温度10~50℃、压力0~1.2 MPa时，双反射峰对应温度与压力的变化均呈现良好的线性响应特性；系统的波长解调准确度可达1 pm，温度及压力的分辨率分别达到0.1℃和0.1 MPa.该系统可为温度、压力的参量测量提供低成本、小型化、性能可靠的解决方案.

通过在基于高双折射光纤Sagnac干涉仪的Sagnac环内增加一段高双折射光纤并控制两段高双折射光纤的熔接角度，设计制作了二阶Loyt-Sagnac干涉仪结构.利用Jones矩阵对反射谱特性进行了理论推导，对光束入射角度和高双折射光纤长度进行了优化，并对两种结构的干涉仪温度传感器进行仿真和实验.仿真结果表明，利用二阶Loyt-Sagnac干涉仪结构的游标效应，能提高其作为温度传感器时的灵敏度；实验结果证明，单段Sagnac环干涉仪温度传感器灵敏度为－1.46 nm/℃，而使用二阶Loyt-Sagnac干涉仪的温度传感灵敏度为－17.99 nm/℃，提高了约12.32倍.

为了消除由法布里-珀罗标准具的干涉峰偏移引起的光纤布喇格光栅波长解调误差，采用多参考光栅进行法布里-珀罗标准具波长校准，搭建了相应的光纤布喇格光栅解调平台.将待解调光栅、法布里-珀罗标准具和多个参考光栅分别接入采样通道，用多个参考光栅对法布里-珀罗标准具进行波长校准，得到准确度较高的标准具干涉峰波长，再以此波长计算待测光栅波长，降低了校准误差.实验结果表明，利用该方法搭建的光纤布喇格光栅解调系统校准的重复性误差小于1.6 pm，波长解调误差低于1.8 pm.

针对所研制的一种能够测量加速度直流信号的光纤加速度计，建立了影响该加速度计测量准确度的光学原理误差、交叉灵敏度误差以及温度引起的误差模型，并对该模型进行了仿真和实验分析.结果表明：随着信噪比增加以及光谱采样间隔减小，解调算法的测量误差水平降低，测量准确度可达到4.5×10－5g；在1倍重力加速度下交叉灵敏度误差为1.8 mg；当环境温度20℃时，温度每升高（降低）1℃，会使标度因数增加（减小）0.79‰.

针对全场光学相干层析术实用化时成像速度不高的问题，提出一种基于FPGA控制的相位调制快速全场光学相干层析系统成像方法.首先用FPGA搭建电路以产生频率可调的高准确度正弦信号与脉冲信号, 然后利用所产生的信号作为调制频率，采用四步移相法获取光学断层图像.采用该方法对洋葱表皮细胞进行光学断层成像，并与传统相移法及采用单片机调制方式获取的图像进行对比，结果表明该方法不仅能提高成像质量，且对高分辨率光学断层图像的采集时间从目前的4 s（0.25 Hz）减少到0.03～0.05 s（20 Hz～35 Hz），提高了系统的成像速度.

采用无大口径窗口玻璃光路系统设计了Φ1 200 mm口径彩色纹影系统，并建模分析了该大型彩色纹影系统在重力、温度、气体冲击等复杂工作状况下的纹影像面照度均匀性.针对2.0 mm切1/4、2.0 mm切1/2、0.5 mm切3/4这3种典型狭缝宽度和刀口切割量的组合，分别分析了该系统在理想状态下和考虑系统综合误差时系统像面照度的均匀性.结果表明：在考虑系统综合误差时，纹影像面均匀性较理想情况降低，在较低灵敏度下，整个像面照度不均匀性范围为－2.44%～2.45%；在中等灵敏度下，不均匀性范围为－3.43%～3.45%；在较高灵敏度下，不均匀性范围为－5.76%～5.81%，说明该系统能满足实际工程应用要求.

为了减小白光相移干涉法测量物体微观形貌时产生的误差，对极值法的搜索路径进行优化后与Carré相移算法相结合，提出一种基于白光干涉测试技术的改进Carré相移算法.该算法减小了光源扰动及电荷耦合元件散粒噪声带来的影响，且对相移器的线性误差不敏感，免去了相位解包裹过程，提高了运算效率.采用单刻线样块对扫描步距进行校准实现了光源中心波长的在线修正，减小了由于光源特性及环境扰动误差带来的影响.采用不同算法对标准粗糙度样块进行三维形貌恢复以及表面粗糙度的重复性测量实验，结果表明：该算法对表面粗糙度的测量结果较传统白光干涉算法准确度提高，测量重复性优于1%.

基于马赫曾德干涉原理，设计搭建了可调制与放大干涉条纹的光压测量装置.由频率和功率可调制脉冲激光产生光压，使真空中两面高反镀铝薄膜产生微小形变（位移），从而使由氦氖激光器发射、经半反半透镜分束的参考光和信号光的光程差改变，即干涉条纹发生改变.用CCD记录干涉条纹位移量，数据处理获得干涉条纹位移量和薄膜形变量的关系，计算出脉冲激光在薄膜处的光压.分别讨论了脉冲激光入射角度、频率等参量对检测结果的影响，并通过双角度入射方法消除了热辐射效应的影响.该检测装置可测得最小光功率为15.0mW所产生的光压大小为13.42 μPa，线性工作范围为15.0 mW（13.42 μPa）至200 mW(1179 μPa)，且工作稳定、灵敏度高，测量结果准确.

为了提高大靶面交汇测量系统的测量准确度，分析了交汇测量原理，推导出脱靶量坐标公式.根据脱靶量公式分析其各项参量，利用几何关系建立像元坐标与偏移角度之间的映射模型.根据映射模型，利用光栅尺设计了一种针对线阵相机的标定方法，该方法不考虑相机参量，将整个光学系统看作一个整体，基于整体参量直接对像元坐标和它所对应的偏移角进行标定.实验结果表明，标定后的交汇测量系统在1.4 m处的平均测量误差为0.4 mm，最大测量误差优于0.6 mm.该方法简单高效，可提高系统标定的速度，且标定误差满足系统交汇测量准确度的要求.

以傅里叶变换极限脉冲作参考脉冲，利用单次测量分析法对复杂的皮秒脉冲进行测量,用窗口傅里叶变换代替傅里叶变换对干涉条纹进行时间-频率分析，直接提取出复杂脉冲的啁啾特性或光谱成分，将光谱图中的功率密度S(ω, t)沿ω轴求和重建脉冲的时域包络.分别用该方法和传统频域干涉测量法测量一个线性啁啾脉冲和一个复杂脉冲.结果表明，该方法可实现复杂整形脉冲的实时测量，且时间分辨率为70 fs.

采用跟踪反馈控制法，实现了双飞秒光频梳系统的频率联动，研究了主动光频梳自动扫频和手动扫频情况下，双光梳间的频率联动特性.结果显示，对主动光频梳进行自动扫频或手动扫频时，从动光频梳的频率跟随变化，且双光梳频率间的相关系数最大可达0.99，说明双光梳的频率间保持了较好的联动特性.最后，将频率联动的全保偏双光梳系统用于测距实验中，测量距离为1.332 m，时间间隔为0.2 s，连续进行16次测量，测得数据的标准差为0.35 μm，测量精度可达亚微米量级.

测量了高功率976nm InGaAs量子阱半导体激光器在低于1/30阈值电流下的低频电噪声，提出了以1/f噪声时域信号小波系数相关性与电流的关系来分析噪声来源的方法.结合1/f噪声源理论模型及小波变换系数的特性，完成了不同偏置电流下纯1/f噪声、加白噪声后的1/f噪声两种情况下的对比实验.实验结果表明：所测的低频噪声表现为明显的1/f噪声，对于纯1/f噪声，噪声幅度和小波系数相关性在判断噪声来源时具有相同的结果；对于加白噪声后的1/f噪声，噪声幅度变化很大且不能正确表征1/f噪声来源，而部分尺度下的小波系数相关性仍能作为判断噪声来源的可靠参量.

运用非线性偏振旋转效应实现了一种掺铥锁模多波长光纤激光器.采用环形腔结构，以1 565 nm半导体光源为泵浦源，3 m长掺铥光纤为增益介质.利用非线性偏振旋转效应进行滤波.当泵浦功率在800 mW时，通过调节光纤偏振控制器，激光器出现了被动锁模状态的脉冲输出，脉冲重复频率为3.178 MHz，脉冲宽度为617 ps.进一步增加泵浦功率，激光器进入多波长输出的工作状态.调节偏振控制器在室温下得到1～5个稳定的波长激光输出，边摸抑制比为40～60 dB.

以惠更斯-菲涅尔衍射公式为基础，推导了猫眼系统的回波光场，并以二维光栅作为凝视光电成像系统的焦平面器件进行理论计算和实验验证.分析了光阑孔径对回波图像与焦平面器件调制之间相关性及空间截止频率对猫眼回波的影响.结果表明：随着光阑孔径的减小，回波图像信息减少，与焦平面上光斑的相关性降低；随着光阑孔径的增大，光栅干涉形成的次级光斑逐渐出现在回波图像中，回波图像也由于各级光斑的干涉变得复杂，对应的空间频谱变化反映了各级光斑的交叠情况.该研究对利用回波特征用于凝视光电成像侦察设备实施激光主动探测具有实际应用价值.

基于密度泛函理论，采用第一性原理赝势平面波方法研究了β-PTCDA分子晶体的能带结构、分波态密度和光学性质，通过分析不同种类原子的不同电子态在不同电子能级中的贡献，获得β-PTCDA分子晶体的光频介电常数、光吸收系数、折射率和能量损失函数等随光频的变化规律.结果表明：β-PTCDA作为一种直接带隙的窄带隙有机半导体，对费米能级贡献较大的电子轨道为苝核的C 2p以及O 2p电子态，即价带顶；对导带底贡献较大的为C 2p及O 2p电子态，包括酸酐C原子；其在光子能量为2～10 eV的区域具有强的光吸收特性，以及明显的双轴各向异性；在介电函数实部ε1(ω)<0的光频区域，β-PTCDA分子晶体具有各向异性电导率，且与能量损失函数相一致.

用溶胶-凝胶法制备了Eu，Sm共掺TiO2粉体，将其与P25复合，制备了下转换光阳极，用于染料敏化太阳能电池，利用其下转换特性提高电池的光电性能.用荧光光谱对粉体的发光性能进行表征,荧光光谱显示：Eu，Sm共掺TiO2粉体受463 nm光激发可以发射550~700 nm的可见光，具有下转换功能.当Eu3+的摩尔掺杂含量为1%，Sm3+的摩尔含量为0.5%时，制备的Eu3+，Sm3+共掺下转换光阳极，短路电流达到14.08 mA/cm2，与使用Eu3+掺杂TiO2的下转换光阳极电池相比，提高了32.08%，转换效率也达到5.29%.

分析了电润湿液体变焦透镜的光学特性和变焦系统设计理论，将各组元焦距作为变量，列出了该液体透镜变焦系统的变焦方程.利用粒子群算法优化求解变焦方程，得到符合条件的初始结构；再利用优化设计软件进行像差平衡，设计了一个具有4片液体透镜，焦距为20～120 mm的大变倍比液体透镜变焦系统.系统各焦距处光学传递函数在66 lp/mm处均大于0.3，畸变小于2%，满足设计要求.

针对大型天文相机在旋转方向上出现的像旋现象，用无摩擦、无磨损、免润滑、易维护、分辨率高的柔性铰链轴系设计了一种快速微调机构，使其直接带动相机进行机械消旋.柔性轴系由八个倒圆角柔性单元均匀阵列分布组成，根据单个柔性单元的结构特性应用力学理论建立了该机构的理论模型，分析了刚度与结构参量的关系.进行了有限元仿真，并通过实验进行测试，结果表明：有限元仿真与理论分析最大误差为3.215%，实验测试结果与理论分析最大误差为4.875%，验证了理论公式准确可靠.通过理论公式建立数学模型，方便快捷地确定了该快速微调机构的最优结构参量，实现了满足技术要求并且工作力矩尽量小的设计目标.

在目标回波光子仍为纯态的假设前提下，推导了M&M′态的量子照明目标探测错误概率边界，并与非纠缠Fock态、NOON态进行了对比.仿真结果表明：M&M′态相对于非纠缠Fock态的探测优势仅受限于信号与闲置光路间光子数的分配比例；这使得以M&M′态作为光源的量子照明探测，能够在更大信噪比动态范围内(至少两倍于NOON态)获得优于非纠缠Fock态的目标探测性能.

针对光电极值法和石英晶振法各自的弊端，结合两种方法提出了光控-晶控膜厚监控法.在相同工艺条件下，分别使用这三种方法监控905 nm窄带滤光片（规整膜系）和830 nm截止滤光片（非规整膜系）的膜厚，对制备的滤光片的透射率光谱曲线进行比较.结果表明，光控-晶控膜厚监控法除了各项指标都符合要求外，在曲线通带处获得的平均透过率值比光电极值法和石英晶振法获得的平均透过率值提高了3%～6%，且与理论光谱基本吻合，光谱特性最好.该方法不仅对规整和非规整膜系都能进行监控，且能有效降低膜厚误差，提高光谱特性.

以自上向下热蒸发大型镀膜机为实验平台，开展了逆向蒸发制备大口径银反射镜研究.通过设计特殊蒸发舟及优化相关工艺参数，实现了金属银膜稳定、高速向下蒸发.根据逆向热蒸发工艺特点，选取熔点低、升华型材料Cr和SiO及特殊设计的蒸发舟，以Cr或CrNx为粘结层，SiOx或SiOxNy为保护层，制备了三种具有四层结构的介质保护性银反射膜，并对所制备反射镜样品的反射率、断面形貌和环境稳定性进行了表征.实验结果表明：膜系结构为3 nmCr/120 nmAg/0.6 nmCrNx/150 nmSiOxNy的银反射膜具有较好的环境稳定性和光谱特性;通过了24小时湿热实验（50℃/相对湿度98%）和盐雾实验，在400～1 800 nm波段光谱范围内，银反射膜的平均反射率达到97.8%.

采用旋涂法和滴涂法制备了含螺噁嗪光致变色分子的不同基质薄膜，并将其应用于全光开关实验中.分别对含有螺噁嗪的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜和二氧化硅薄膜的光致变色特性进行了吸收光谱的比对研究，结果表明：螺噁嗪/聚甲基丙烯酸甲酯薄膜经过多个开关周期后透射信号强度明显衰减；螺噁嗪/二氧化硅薄膜透射信号强度保持不变，具有更为优异的光学可逆性，更适合于作全光开关.在全息光开关实验中，选用螺噁嗪/二氧化硅薄膜，采用光擦除和热擦除两种方法研究了它的输出光信号衰减动力学特性，发现光擦除具有更短的响应时间.基于光擦除法研究激发光功率为5 mW、10 mW、25 mW时的光开关特性，发现当激发光为10 mW时，光栅对比度、衍射信号强度和开关对比度等特性最佳.

用高真空磁控溅射设备分别在工作气压为0.40 Pa和0.67 Pa下制备了非晶碳膜全反射镜样品，利用X射线掠入射反射测量了膜层厚度、粗糙度和膜层密度，用原子力显微镜测量了样品的表面粗糙度，用同步辐射测量了不同工作气压下制备的非晶碳膜全反射镜的反射率，并对测量结果进行了分析讨论.测试结果表明：在0.40 Pa工作气压下制备的非晶碳膜反射镜的性能优于在0.67 Pa工作气压下制备的反射镜的性能，在掠入射角小于4.5°时，非晶碳膜全反射镜在5 nm以上波段有比较平坦的高反射率，在波长小于5 nm波段，反射率急剧下降.