以主动差分吸收光谱遥感技术为基础，在干净大气环境条件下，结合参考光路设计技术，开展了获取近地面气溶胶颗粒物的光谱新方法研究.针对以宽带氙弧灯为光源的主动差分吸收光谱系统固有宽波段特性，建立了解析颗粒物光学厚度模型，获取了大气颗粒物光学特性.最后通过外场实验，获得测量期间气溶胶颗粒物光学厚度，然后采用对数线性回归获取Angstrom波长指数和混浊系数，以及大气能见度数据.主动差分吸收光谱系统用测量光程范围内的大气总的吸收特性，获得监测区域的颗粒物平均水平，更具有代表性和进一步应用价值.

在兰州地区夜间进行了链路长为610 m的激光传输实验，研究了高斯激光在不同天气条件下的光强分布及其起伏特性.采用三维伪彩色变换方法，分析了光斑光强的空间分布规律，得到了光斑主瓣光强服从类高斯分布，并按照晴天、多云天、阴天的顺序，光斑几何中心位置附近光强分布的陡峭度依次减小，而其衰减则依次增大的结论.同时，利用实测光强值分析了大气闪烁指数，结果表明: 晴天、雨后晴天和阴天下的闪烁指数分别为0.225 4、0.189 2、0.188 8，这说明晴天下的光强起伏大于雨后晴天和阴天的，且均为弱起伏.通过对归一化光强的频数分布进行非线性拟合得到了光强的概率密度分布，它们均服从对数正态分布，其中晴天下的概率密度曲线的拟合优度更是达到了0.997 50.

宽波段太阳辐照度仪采用fèry棱镜分光，利用线阵CCD反馈控制光谱扫描，波长覆盖范围为400~2 500 nm.为实现该仪器的高准确度光谱定标，在实验室内利用单波长激光器和OPO激光器分别作为光源.通过光谱扫描，得出定标波长与CCD像元的对应关系.根据棱镜参量和光路设计参量推导出全波段内光谱定标方程，实现全波段光谱定标.通过与其他特征波长比较，分析得出光谱定标合成不确定度优于0.5 nm.用定标好的仪器进行室外测量，将测量结果与大气辐射传输软件modtran4模拟结果相比对，可得实际测量的大气吸收峰与模拟结果一致.将该方法在红外波长区域定标结果与传统的多项式拟合光谱定标方法对比，显示该定标结果优于传统多项式拟合方法.证明该定标方法的正确性和仪器设计的合理性.

通过对太阳能电池串联电路的动态特性分析，建立了不均匀光照条件下多峰值出现的充要条件.基于串联电路的工作原理，建立了局部峰值点功率之间的数学关系，确定了最大功率点区间位置的动态判断系数.该方法可快速定位全局最大功率点所在区间，确定该区间的上下边界，将电导增量法的运行初值保持在该区间，能够使其快速准确跟踪到全局最大功率点.该方法利用较少计算和小区间搜索代替全局搜索，具有良好的快速性和准确性.同时该方法改善了区间搜索重启条件使其拥有较强的鲁棒性.

采用真空热阻蒸方式在CMOS图像传感器感光面上镀制不同厚度性比价高的Lumogen薄膜.研究发现不同Lumogen薄膜厚度的CMOS传感器的暗电流噪声未发生明显变化，说明真空热蒸发方式对互补金属氧化物半导体器件本身未造成热损伤; 光响应非均匀度随膜厚增加而增大; 动态范围却随膜厚增加而减小; 量子效率随膜厚增加呈现先增大后减小.同时，研究发现敏化膜层最佳厚度为389 nm，此时CMOS传感器的量子效率提高了10%，且光响应非均匀度，动态范围均在相对较好的范围内.

对空间光混频器的90°相位差补偿的几种方法进行了比较分析，并在此基础之上提出了两种新方法.第一种方法采取旋转本振光支路的1/4波片来补偿相位差，旋转信号光支路的第一个1/2波片来调整I路与Q路分光比; 第二种方法通过旋转本振光支路的1/2波片和1/4波片到计算出来的角度来实现预定的相位差和分光比.对两种方法进行仿真分析和系统实验.采用第一种方法时，1/4波片快轴与x轴的夹角在－10°~10°变化时，相位差补偿范围为－14°~29°，分光比在0.7~1.4范围内变化; 当1/2波片的快轴与y轴的夹角在35°~55°变化时，分光比在0.47~2.1范围内变化.采用第二种方法求解出I/Q路相位差分别为80°、85°、90°、95°、100°，I/Q路分光比分别为0.5、0.75、1、1.5、2时，1/2波片的快轴和1/4波片的快轴的位置.采用这两种方法均可以简单而精确地实现设定的相位差和分光比，有利于光锁相环的相位锁定以及解调出的信号强度的提高.

提出一种利用光纤光栅作为传感元构成传感阵列对冲击能进行检测的方法.通过搭建简易冲击系统装置，将光纤光栅应变传感器沿轴向对称粘贴于圆杆表面，对入射应力波能量进行检测.实验结果表明，两杆对心正冲击时入射应力波幅值最大，能量传递效率最高.通过分析频率域内的应力波信号可知，其能量主要集中在0~5 000 Hz频率范围内.将入射应力波能量与冲杆动能进行对比，结果表明冲杆与圆杆传递能比在93%以上，基本满足冲击机械性能测试的需求.

为了提高强度相干方法对空间目标的成像质量，避免复杂的相位估计过程及其引入的额外误差，对高阶强度相干的相位恢复方法进行了改进.在对高阶强度相干相位测量信噪比定量讨论的基础上，选择三阶强度相干方法对远场目标测量过程进行仿真，针对相位解算过程中频谱模值传递噪声放大等问题，根据相位估计与相位测量结合的思路，提出了相位闭合正则项改进算法.通过室内强度相干成像实验，比较改进算法与最速下降法、先验信息迭代方法对相同测量结果的图像恢复效果.实验结果表明，改进算法得到的图像误差值低于原有方法，较为有效地提高了成像质量.

为了从全向红外搜索和跟踪系统采集的海量大视场高分辨率红外图像中快速准确地检测出红外弱小目标，本文提出了一种基于由粗到细的分阶段检测策略和时空域特征融合的红外弱小目标检测算法.首先，通过引入基于频域的快速显著性检测算法预先检测出目标可能存在的候选区域; 其次，对候选区域进行角点检测以判定是否存在候选目标; 最后，通过结合帧间时空域特征对候选目标进行进一步判定，以提取真实目标、删除虚假目标.多种实际场景的实验结果表明，该目标检测算法不仅运算量小而且探测概率高、虚警率低，是一种工程实用性能很好的红外弱小目标检测算法.

针对传感器模式噪声易受CFA插值噪声和JPEG压缩噪声污染，提出一种基于空域平滑滤波的传感器模式噪声预处理方法，去除干扰噪声，从而提高数字照片图像来源检测准确率.假设传感器模式噪声是一种类似高斯白噪声的随机信号，其在频域具有与高斯白噪声相似的平坦频谱; 基于此，在空域采用高斯白噪声对传感器模式噪声进行引导滤波，其空域平滑效果使传感器模式噪声在保持自身性质的同时，拥有与高斯白噪声相似的特性.手机相机照片图像库的评估实验结果表明，与现有预处理方法相比，所提算法在图像来源检测准确度上Kappa统计系数提高了0.026以上，同时算法对JPEG压缩的鲁棒性也明显优于其他算法.

基于数字全息显微层析技术，采用横向干涉系统，旋转被测的扭转保偏光纤，获得光纤180°视角下各个角度的全息图并由CCD记录, 通过图像处理与再现算法提取物光波的相位分布信息.利用滤波反投影还原出光纤各个断面的二维折射率分布，并由此构建扭转保偏光纤的三维折射率分布，揭示扭转保偏光纤内部的三维信息.测量结果显示，扭转保偏光纤的应力柱随着光纤同时扭转，但包层、应力柱和纤芯的折射率并不改变.采用边缘检测提取了光纤不同断面应力柱的位置，并计算了扭转保偏光纤的扭转角度.

CO和CH4气体作为判断变压器运行状态的故障气体，对其浓度的探测在变压器维护中具有重要意义.为了准确探测变压器运行过程中产生的CH4和CO气体浓度，本文利用光声光谱技术，设计了一套基于宽带光源的多组分气体探测系统，和共振型光声系统相比，该系统中所用的非共振型光声池体积小，易加工，池内各处信号强度相同，降低了对声学信号探测器的安装要求.系统的性能通过对CO和CH4气体的探测进行评估.首先，从理论上分析了信号强度与调制频率呈反比，然后根据宽带光声系统在不同调制频率下的响应，确定系统的最佳调制频率为22 Hz.在最佳调制频率下，根据温度与待测气体光声信号的关系，对光声信号进行温度补偿，消除温度变化对光声信号的影响，进一步提高了系统的稳定性.最后，通过不同浓度的CH4和CO气体对系统进行标定.实验表明，温度补偿前后，光声信号随温度的漂移分别为0.023 23V/℃和 8.383 48×10－5 V/℃，通过对不同浓度CH4和CO气体的探测，系统的线性度分别达到 0.995和0.998 4.在一个大气压下，积分时间为1s时，宽带光声探测系统对CO和CH4气体的探测极限浓度能够达到1μL/L.该系统成本低，线性度好，探测灵敏度符合国标对变压器维护过程中CO和CH4气体的探测要求.

提出一种基于马尔科夫优化策略复杂自由曲面的纹理重建方法，该方法利用实验室研制的三维数字化设备对目标物体的深度数据和纹理数据进行采集，将局部采集的深度像数据匹配到全局坐标系下，建立物体的几何模型; 然后通过坐标变换，把采集的纹理照片映射到重建的几何模型表面，并进行曲面纹理融合处理，实现自由曲面的纹理重建.该方法对物体的形貌没要求，能实现结构复杂的自由曲面的纹理重建，得到高保真质量的真实感模型.采用该算法对几种不同的实物进行数据采集和真实感三维重建，实验结果验证了算法的可靠性和有效性.

为优化毛细管电泳荧光信号检测系统，提高检测灵敏度，以100～1 000碱基对的脱氧核糖核酸作为分离对象，羟乙基纤维素为筛分介质，研究了直流电场下毛细管电泳荧光信号检测系统中的噪声特性.对不同分离电场强度、羟乙基纤维素溶液浓度和分子量、毛细管有效长度以及毛细管内径形状等情况下的噪声特性进行分析.分析得到该检测系统中信噪比最佳的优化参量，即分离电场强度为500~600 V/cm、羟乙基纤维素浓度为0.6%~0.7%、羟乙基纤维素分子量为250、圆形内径为50 μm以及毛细管有效长度为8 cm.

提出并论证了一种基于双边带调制的双扫频干涉测距技术,利用电-光双边带调制产生的－1和+1阶边带分别作为扫描方向相反的两个扫频信号，在接收端各获得一个频率与相对距离相关的拍频信号，通过将这两个拍频信号相乘的方式来减小由光路中扰动引起的测量误差.利用Optisystem软件进行系统仿真，结果表明，该方法能够有效抑制由于光路中扰动产生的测量误差.设计了实验验证系统，在光路中引入小幅振动作为扰动时，该方法对扰动的抑制比超过14 dB，有效地提升了测距准确度.

研制了双沟型脊波导结构的1 060 nm分布反馈激光器.和普通脊波导激光器相比，该器件能提高在连续条件下的侧模稳定性.单模最大输出功率达到300 mW边模抑制比大于45 dB.采用该激光器进行泵浦周期性极化铌酸锂晶体倍频实验，得到的绿光功率为3 mW,该方案将成为低成本绿光光源实现方案.

搭建了长腔“8”字型掺铒光纤激光器，并对产生的谐波锁模方波脉冲进行了实验研究.结果表明，该脉冲具有光滑的宽带光谱，示波器上显示为方波脉冲，但自相关迹证实其为类噪声脉冲，即为类噪声方波脉冲; 通过调节偏振控制器和泵浦功率等激光器腔内参量，获得了高达5阶的谐波锁模类噪声方波脉冲; 该类噪声方波脉冲并非可以无限增大脉冲能量，而是在一定条件下产生脉冲分裂，出现谐波锁模方波脉冲现象.

对钠硼铝硅酸盐玻璃熔体进行拉丝，再经过退火热处理，制备得到光纤直径80~130 μm的PbSe量子点玻璃裸光纤.透射电镜分析发现光纤中PbSe量子点的晶粒尺寸为4.2~5.5 nm，掺杂体积比约1%.对量子点光纤的柔性进行了初步测试.以980 nm泵浦激光作为激励源，用荧光光谱仪观测了量子点光纤的荧光发射谱.结果表明: 合适的量子点光纤的退火条件跟块玻璃不同.当退火温度为500~600℃、热处理时间为5~10 h时，观测到量子点光纤有强烈的荧光辐射，峰值波长位于1 300~1 450 nm，半高全宽达200~330 nm.光纤最佳退火温度为600℃、时间7.5 h.本文得到的量子点玻璃光纤可进一步制备成玻璃基底的量子点光纤型增益器件光纤放大器、光纤激光器等.

为了解决ZEMAX软件拟合计算折射率温度系数经验公式常量时，参量回归计算的折射率和折射率温度系数与实验值存在较大偏差的问题，用1stOpt差分进化法求解折射率温度系数经验公式常量.以氟冕D-FK61和特种火石H-TF3A光学玻璃为例，用该方法求解的λtk常量与其通用数值范围0.08～0.33相吻合，参量回归计算的折射率和折射率温度系数与实测值的偏差分别小于1×10－5、2×10－7/℃.该方法作为ZEMAX软件计算光学玻璃折射率温度系数的有效补充，计算的准确性高，可为热补偿光学系统设计提供准确的光学参量保障.

在单层聚苯乙烯小球模板上，制备了大面积倾斜L形手性结构.通过倾斜角沉积技术,在小球的一侧生长二氧化硅，在二氧化硅上面沉积金属层; 在垂直方向沉积另一金属层,使两个金属层具有不同高度从而形成倾斜L形手性结构.研究发现，通过控制二氧化硅的厚度，可以实现倾斜L形手性结构的圆二色性的调控.数值模拟结果表明，倾斜L形手性结构的圆二色性机制符合Born-Kuhn模型理论.

基于表面等离子体共振原理，采用石墨烯超材料设计了开口环结构，用于调制太赫兹波.增加石墨烯的费米能级，改变开口环的开口距离，叠加多层石墨烯以增强石墨烯超材料的共振强度，进而增强太赫兹波调制，调制频率范围包括低频段和高频段.由于石墨烯费米能级的可调谐性，单层结构在高低两个频段的调制深度分别为81%和68%，多层结构在高低两个频段的调制深度分别增加到93%和95%，为动态调制提供了可能.该设计为调制器、吸收体等太赫兹器件的设计提供了指导和借鉴.

为了提高频谱资源的利用率，解决传统滤波器组体积大的问题，利用开口环结构的超材料具有高集成度的特性，设计了一款整体尺寸仅为15 mm×20 mm的滤波器.基于时域有限积分法分析了开口环结构滤波器的反射系数曲线与电磁参数之间的响应特性，通过在开口环缝隙处加载可调谐的二极管器件，实现了超材料滤波器在X波段(10.9~12 GHz)的连续可调，扩展了滤波器的工作频带.该可调谐超材料滤波器的工作带宽达11.0%，通带内回波损耗最小值为32 dB，插入损耗最大值为0.38 dB，具有高集成度、宽频带、通带内选频特性良好的特点.

利用格林函数推导出金属纳米结构电子能量损失谱的计算公式，基于时域有限差分方法对几种典型的结构进行建模仿真，数值模拟运动电荷和结构的距离、液晶环境材料对电子能量损失谱的调节作用.仿真结果表明: 当增加电子与纳米结构的距离时，电子能量损失谱谱峰降低; 当添加液晶材料或各向同性衬底材料时，电子能量损失谱的峰值发生明显红移，但液晶的光轴倾角改变对峰值的调制作用有限.通过计算电子能量损失谱研究金属纳米结构表面等离子激元共振特性，为高度复杂的等离子体激元纳米结构的设计提供了理论基础.

在晶体场理论(CF机制)和电荷转移机制(CT机制)的基础上，结合双自旋-轨道耦合参量模型、自旋哈密顿量的高阶微扰公式及晶场能量公式计算得到C3H7NO2∶VO2+ 晶体的自旋哈密顿量(EPR参量)和吸收光谱，及电荷转移跃迁能级.对比只采用CF机制和采用双重机制下的计算结果，发现高价钒离子(V4+)掺杂在C3H7NO2晶体中的CT机制对于其EPR参量的影响不能忽略.

理论分析了贵金属纳米颗粒介电函数的尺寸及温度修正，考虑环境介质折射率的色散及随温度变化关系，计算了温度变化环境中Au纳米球的光学性质.结果表明，体相和纳米Au金属介电函数实部均随着温度升高而增大，而体相材料和纳米Au介电函数虚部表现出不同的温度特性; 对于纳米球的光吸收效率，温度升高，纳米球的吸收峰峰值增大; 对10~100 nm的Au纳米球吸收效率的温度灵敏度分析表明，Au纳米球的光吸收效率温度灵敏度随粒径增大而减小.

为了实现校准能见度仪中标准散射体的快速准确定标，建立了用于校准能见度仪的标准散射体的定标系统.研究了定标系统中全景成像折反光学系统的设计方法.根据抛物面反射镜的光学特性推导出抛物面面型的计算方法.根据定标系统对光学系统的要求，完成全景成像色度计光学系统的设计.对全景成像折反光学系统进行建模仿真并设计实验验证光学系统的设计与仿真结果的正确性.实验结果表明: 全景成像折反光学系统的空间检测俯仰角范围为0°~90°，方位角范围为0°~360°，且最小角分辨率为1°，与仿真结果基本一致，满足用于校准能见度仪的标准散射体定标系统中光学系统的设计要求.

根据MOCVD在线监测设备的发展需要，设计了一种多功能在线监测探头，能够同时实现带反射率修正的三种红外辐射测温以及两个波长的反射率曲线监测，即: 940 nm/1 550 nm双波长比色测温、940 nm单色辐射测温、1 550 nm单色辐射测温、940 nm反射率曲线以及1 550 nm反射率曲线监测.对探头的比色测温性能进行测试分析，并利用该探头对Si(111)衬底在我国自主研发的MOCVD系统中生长InGaN/GaN MQW 结构蓝光LED外延片进行在线监测.结果分析表明: 比色测温900℃~1 100℃范围内精度高于1℃; 在700℃~1 100℃范围内重复性误差均在0.7℃内; 距离容差性为2 mm; 三种红外测温最低量程均为435℃; 并能有效避免探测孔有效面积变化的影响; 由940 nm反射率曲线得: n-GaN层的膜厚监测相对误差为3.6%.该设计能够同时实现MOCVD在线测温及膜厚测量，可为MOCVD在线监测设备开发提供参考.

针对传统点聚焦菲涅尔透镜聚光分布均匀性差以及聚焦光斑形状与太阳能电池片不匹配的缺点，采用离轴非旋转对称叠加方法进行了方形光斑均匀聚光菲涅尔透镜设计，透镜采用方形非旋转对称结构，设计过程中通过在透镜中心截取一方形小孔来降低聚焦光斑中心辐照度峰值，改善接收面聚光分布，以提高聚光均匀性.采用光线追迹法模拟并分析了小孔边长、离轴偏移量、离轴聚焦距等参量对聚光性能的影响，结果表明: 采用该方法设计的透镜聚焦光斑形状为方形，聚光均匀度高达90%.

为了探究Czerny-Turner(CT)光路结构在装配过程中各个光学元件偏离理论光学设计参量时对光谱仪光学性能的影响，建立数学物理模型还原Zemax设计的非对称CT结构光路，在不影响光谱仪分辨率的条件下，调节CT结构中的各元件，得到各元件的可调节冗余量.结果表明，准直镜和衍射光栅偏转角度可调节范围分别为±0.19°和±0.17°; 聚光镜和CCD的位置可调节范围都为±0.12 mm.以上四个变量的可调节冗余量最小，对光谱仪最终分辨率影响较大.该研究对CT结构中各光学元件机械调节机构的设计具有参考意义.

提出了一种基于介电润湿效应的三液体透镜与传统固定透镜组合的三组元结构变焦光学系统.在一、三组元固定不变的情况下，通过移动中间三液体透镜组改变系统焦距，并通过三液体透镜的自变焦特性，确保系统在变焦的同时保持像面位置不变.采用光焦度高斯括号法求解系统的初始结构参量，利用Zemax光学软件进行系统设计与优化，最后对系统的成像质量进行分析.结果表明: 该系统总长22 mm，可实现2.7~20.3 mm范围内的连续变焦，系统变倍比接近8，在空间频率180 lp/mm处调制传递函数值均大于0.4.

设计了基于引导光源颜色/相对位置的登陆艇光学对中方法，登陆艇驾驶员通过不同颜色引导光源间的相对位置判断其是否偏航以及偏航的程度，从而提高登陆艇快速入舱的精度和安全.引导光源以横纵向90°视场角的光束对最远200m海面进行均匀照明，采用CREE XPE 型号的LED，通过改进的网格映射法设计自由曲面透镜以获得要求的矩形照明光场，仿真与实验结果表明，所设计的LED引导光源可以满足登陆艇光学对中系统的照明要求.

光与物质的相互作用可以产生许多奇特的量子光学现象, 电磁诱导透明和电磁诱导吸收是其中最典型的现象.本文在通常的Λ型三能级系统中引入射频场作用于激发态的精细结构能级之间，组成光学-射频双驱动场共同激发原子的相干跃迁，使系统的吸收特性出现电磁诱导透明和电磁诱导吸收两种量子相干效应.通过讨论双驱动场开启后直到系统达到稳定的量子相干过程，分析电磁诱导透明和电磁诱导吸收随时间的产生和转化，得到两种量子相干现象之间的关联性及对其进行量子调控的方法.