基于大气信道内的空间激光通信演示验证实验，对系统光斑跟踪精度的影响因素进行了分析，研究了大气湍流对光斑跟踪精度的影响，建立了光斑质心检测模型，设计了一套信标光光斑粗精复合跟踪系统.搭建了室内测试实验系统，完成了大气湍流对光斑跟踪精度影响的测量，结果表明在中弱湍流时，跟踪精度随湍流增大有近似线性关系，系统整体跟踪精度在5~15 μrad之间，可较好地完成光斑跟踪功能.在野外环境开展的飞机-飞机激光通信演示实验中，对伺服系统的跟踪性能及跟踪精度进行实际测量，整体跟踪精度不大于15 μrad，与室内实验测试系统基本一致.

为实现水平非均匀分布的低层大气气溶胶光学特性的遥感探测，提出一种基于双扫描激光雷达的气溶胶精细探测方法.该方法以扫描激光雷达为遥感探测工具，通过双激光雷达相向交叉扫描工作模式，实现对同一空域近地表气溶胶全视野剖面的交叉探测，从而提供双激光雷达方程组以精确求解气溶胶消光和后向散射系数.在数据反演过程中，通过对交叉扫描区域进行坐标化和网格化处理、网格像素单元的初值预设，以及双扫描激光雷达方程组的数值逼近反演得到气溶胶消光.利用长距离扫描激光雷达的数据对该方法进行验证，结果表明，该方法与多角度方法反演所得到的结果随高度变化的趋势具有高度的一致性；同时双扫描激光雷达可提供交叉扫描区域剖面的气溶胶浓度分布，相比于单条廓线具有较大的优势.

针对多普勒非对称空间外差干涉技术，提出一种目标信号相位自校正的方法.首先通过连续采样单色光的干涉图跟踪绝对相位漂移；然后分段线性拟合不同风速下的干涉相位，通过计算两条拟合曲线距离去除相位漂移.搭建风速模拟实验平台，获得采样干涉图，并对相位误差进行校正.结果表明，在60.37 m/s的模拟风速下，相位漂移误差达到30.78 m/s，通过相位校正风速反演误差降低至3.51 m/s，风速精度得到较大改善.最终通过几组不同风速下的反演值得到了平均2.97 m/s的风速测量精度.

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和交叉谱密度函数，对高斯型非均匀关联的部分相干光束在大气湍流中的传输特性进行了研究.结果表明，部分相干光的相干度的变化和源平面的高斯调制半宽、传输距离等有着密切关系.在传输过程中，初始平面相干度分布存在突变，在传输过程中消失；光束中两点的相干度随着传输距离的增加先增大后减小，并且相干度的分布由非均匀分布变成均匀分布.这种非均匀关联的部分相干光束在激光通信领域具有广阔的应用前景.

为了提高雾天图像的去雾效果，针对暗通道先验法则中存在的不足，提出一种单幅图像快速去雾方法.该方法以暗通道先验法则为基础，采用四叉树搜索算法对大气光值进行估计，并通过白平衡对大气散射模型进行简化.然后，利用暗通道先验知识得到介质传输率粗略估计，并通过引导滤波和双阈值判断方法对介质传输率中边缘和天空区域进行优化.最后，通过简化大气散射模型和色调调整得到去雾图像.与几种典型的图像去雾方法相比，该方法运算速度较快，能有效提高去雾图像的清新度，并获得较好的图像颜色.

为了实现室内运动目标位姿的高精度测量，建立了一套激光投影成像式位姿测量系统.该系统利用两两共线且交叉排列在同一平面上的点激光投射器作为合作目标捷联在运动目标上，通过与光斑接收幕墙的配合共同组成运动目标位姿测量基线放大系统，利用高速摄像机实时记录幕墙上投影光斑的位置，利用摄像机标定结果求解投影光斑的世界坐标，利用投影光斑之间构成的单位向量建立运动目标位姿解算模型.最后，根据测量原理推导了图像坐标提取、摄像机外部参数标定、光束直线度与目标位姿解算结果之间的误差传递函数.实验结果表明，当摄像机的视场范围为14 000 mm×7 000 mm时，测量系统的姿态角测量精度为1′(1δ)，位置测量精度为5 mm，且误差大小与目标位姿测量误差传递函数理论计算值一致，验证了本文提出的目标位姿测量方法与测量误差传递模型的准确性，能够满足目标位姿测量高精度的要求.

提出了一种采用加速鲁棒特征算法匹配运动物体的特征点，实现在线三维测量的方法.该方法只需投影一固定的正弦光栅到在线运动中的被测物体表面上，使投影光栅线垂直运动方向，当物体每移动相同的距离，由CCD采集到相应的变形条纹图，从中提出对应的背景光场，借助SURF算法对各帧背景光场的物体进行特征匹配，即可获得一组具有等步相移量的等效相移条纹图，从而采用等步相移算法可重构出在线运动物体的三维面形.实验验证了该方法的有效性和可行性，并与在线FTP方法进行了比较，所提方法的平均绝对误差小于在线FTP方法的二分之一，均方根误差小于在线FTP方法的四分之一.

根据现有无人机光电定位方法对动态目标定位的局限性，借鉴光电经纬仪角度交会定位方法，提出改进的基于机载光电平台的双机交会定位系统.介绍了交会定位系统的构成及其工作原理，构建辅助坐标系，对视轴向量进行齐次坐标转换，建立双机交会定位模型.研究了交会定位中载机相对目标位置对定位精度的影响，给出了理想的测量位置，得到最优定位位置，最优交会角为69.984°.最优位置下，当目标距离双机基线20 km时，定位均方根误差为38.043 4 m.分析了卡尔曼滤波对定位结果的影响，建立合适的滤波模型，滤波后的定位均方根误差减小到13.584 2 m.

为探究白光LED用于准直测量的可行性与优劣势，将其与LD的准直光束对比，进行功率和定位的长期稳定性以及不同空气扰动下的稳定性实验与分析.实验结果表明：在功率稳定性方面，LD开机预热后功率才能趋于稳定，长时间工作会因激光器发热而受到影响，而白光LED无需预热便能长时间保持稳定；在定位稳定性方面，白光LED产热少，由其作为热源引起系统结构的漂移明显小于LD；根据以空气中存在均匀温度梯度场为模型的理论分析和同一干扰下白光中不同波长成分的漂移量计算结果，发现在同样干扰下，波长越长，光束受影响程度越小，白光所受影响略大于LD，为不同波长不同强度光束的加权平均效果.最后，通过基准验证实验，比较两种准直光束对同一直线导轨直线度误差的测量结果，发现白光LED准直光束在传播过程中强度分布保持稳定.研究表明白光LED成本低、功率稳、发热少，适用于准直测量.

针对星载漫射板远紫外波段（140~240 nm）的双向反射分布函数测量过程中，探测器响应线性问题和紫外光源稳定性差的问题，提出一种采用光源监测比例补偿的相对测量方法.根据测量方法设计了一种基于六自由度转台结构形式的测量系统，该系统采用漫射板两维平移+两维转动、探测器两维转动的组合运动形式，可实现漫射板半球空间内任意点、任意方位的双向反射分布函数测量.用所提方法进行测量实验，并对影响系统测量结果的主要因素进了不确定度分析，结果表明总测量不确定度约为5.5%.

引入光纤光栅传感器，并结合螺纹管压弯扭分离测量理论，实现对螺纹管所受压力、弯矩和扭矩的测量.由测量结果可知，光纤光栅传感器测得压力与驱动电机上压力传感器测得压力基本相符，两者测得压力的差值为-11.4~15.5 N；光纤光栅传感器测得弯矩与理论值基本一致，两者之间的差值为-0.54 ~0.46 N·m；光纤光栅传感器测得扭矩与驱动电机上扭矩传感器测得扭矩基本相符，两者测得扭矩的差值为-0.54 ~0.87 N·m.测量结果验证了光纤光栅传感器对螺纹管力学参数测量的可行性，为螺纹管的力学参数测量提供了一种新方法.

为提高天文定位系统的定位精度，减小倾角传感器安装误差对系统水平测量精度的影响，对系统中倾角传感器的安装参数标定及校正进行了研究.首先，给出基于倾角传感器的天文定位系统工作原理，分析倾角传感器安装过程中存在的误差源.然后，提出一种通过对天文定位系统进行改造，利用系统自身完成倾角传感器安装参数标定的方法，并给出了倾角测量数据的校正算法.最后，建立三视场天文定位系统仿真测试平台，对标定方法的性能进行了分析和验证.实验结果表明：该倾角传感器安装参数标定方法的标定精度与倾角传感器自身测量精度保持一致，在全量程范围内校正后的倾角测量结果最大误差为4.315 5″，基本满足天文定位系统中高精度倾角测量要求.

基于Zernike多项式拟合三平面互检法，在理论上对光轴偏离、旋转角度以及有效面积对不同面型精度平面的测量误差进行了分析，并分别进行了实验验证.研究结果表明，旋转角度误差和有效面积对测量影响不敏感，可适当降低标定旋转角度成本；而光轴偏离对测量精度影响明显，在高精度面型绝对检测中应对其进行严格校准.

利用有限元模型分别研究了回流过程和工作过程中传导冷却高功率半导体激光器的正应力、切应力和形变，并借助理论公式分析了热应力和smile的产生原因和分布规律.分析表明，在回流过程中热膨胀系数不匹配造成的切应力是正应力和变形的根源，而在工作过程中，热膨胀系数不匹配和温度梯度共同影响着热应力和变形.在此基础上，将回流导致的剩余应力和变形作为初始条件施加在有限元模型上，对工作状态器件的热应力和smile进行模拟，以获得更精确的模拟结果.最后，通过有限元模型和实验手段研究了不同热沉温度对 smile 的影响.结果表明，工作过程会导致器件的smile增大，热沉温度的升高也会造成smile进一步增大.

建立自由旋涡气动窗口全流场仿真模型，对大密封压比气动窗口的全流场展开数值研究，得到自由旋涡气动窗口的流场结构，发现大密封压比气动窗口形成的自由旋涡射流在光束输出通道内无明显的波系结构.根据模拟结果对自由旋涡气动窗口的性能进行优化，对自由旋涡喷管上壁面型线进行二次粘性修正.优化自由旋涡射流场后，激光器输出光束通道内压力分布稳定上升；增加扩压器外端壁吹气1.19 MPa、内端壁吹气1.68 MPa时，自由旋涡射流总能提高，气动窗口密封压力从37.5 torr降低至6 torr.该研究结果对自由旋涡气动窗口技术的发展具有参考意义.

测量了不同组份比例x的CdSxSe1-x/ZnS（核/壳）量子点的吸收谱和发射谱，确定了量子点的吸收系数、吸收截面和发射截面.量子点吸收截面随粒径的增大而增大、随x的增大而减小.采用紫外固化胶，制备了掺杂浓度为0.1~5 mg/mL的CdS0.4Se0.6 /ZnS量子点光纤，测量了不同掺杂浓度量子点光纤中473 nm泵浦功率的吸收衰减速率.吸收衰减速率和吸收截面弱关联于掺杂浓度.测量了光致荧光光谱强度随光纤长度和量子点浓度的变化.量子点光纤的光致荧光峰值强度随掺杂浓度和光纤长度变化而变化，且存在一个与最大峰值强度对应的饱和掺杂浓度和光纤长度.本文的实验结果有助于进一步构建新型的CdSxSe1-x/ZnS量子点增益型光电子器件.

提出了一种基于金纳米棒自组装的促进和抑制检测汞离子的方法.在合适的实验条件下，当金纳米棒胶体溶液中加入还原性谷胱甘肽（GSH）时，金纳米棒因Au-S键的形成，通过氢键和静电相互作用发生头对头（End to End）的自组装.当以上体系中加入汞离子时，这种头对头的自组装会被打破，金纳米棒重新呈分散状态.这种方法的最低检测限为1 nmol/L，检测范围为1 nmol/L-100μmol/L.该汞离子检测方法特异性强、灵敏度高且检测的浓度范围比较大，有望广泛用于水环境中汞离子的检测.

采用高温熔融淬火法成功的合成了Tm3+/Yb3+共掺杂的含有不同浓度Tm3+的氟氧化物碲酸盐玻璃.测量了样品的吸收光谱，结果表明Yb3+和Tm3+成功掺入到玻璃基质中.在 980 nm激发下，样品在801 nm（3H4→3H6）发射最强，在476 nm（1G4→3H6）和651 nm（1G4→3F4）发射较弱；分析了上转换发光强度与Tm3+浓度依赖关系，确定了上转换发光的最佳掺杂浓度为 0.1% Tm2O3；探讨Tm3+的上转换发光机理和Tm3+的浓度猝灭机理，结果表明在980 nm激发下Tm3+获得的能量主要来自于Yb3+→Tm3+的量传递，Tm3+的浓度猝灭机理为Tm3+-Tm3+之间的交叉弛豫导致的无辐射能量传递，根据能量匹配的原则，给出可能的交叉弛豫通道.此外，在980 nm 激发以 3F2,3 和 3H4作为热耦合能级研究分析了Tm3+在氟氧化物碲酸盐玻璃中的温度传感性能，结果表明灵敏度随温度的升高而升高，说明Tm3+掺杂的氟氧化物碲酸盐玻璃可以作为光纤传感材料，且在高温灵敏度更佳.

基于自旋密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波模守恒赝势方法, 确定了准确计算Zn16O16超晶胞各原子对应的U值; 通过计算形成能和化学键的布局分析了掺杂结构的稳定性; 通过原子电荷布局和自旋电子态密度的计算分析了掺杂结构的能带结构和磁性状态; 讨论了各稀土原子掺杂对ZnO吸收光谱的影响. 结果表明: 稀土元素的引入使晶格膨胀, Zn-O键最长键增大而最小键减小, 导致氧四面体畸变; Y/La/Ce掺杂的ZnO具有亚铁磁性，Th掺杂ZnO则呈弱铁磁性, Ac掺杂ZnO为顺磁体; 稀土元素使ZnO的价带和导带下移, 费米能级进入导带, 增强了体系的电导率; Y/La/Ac掺杂对ZnO带隙宽度的影响较小, 吸收光谱略微蓝移, 而Ce /Th掺杂则有效提升了ZnO对可见光的吸收.

基于UMC 0.18μm CMOS工艺，提出一种适合紫外/蓝光探测的探测器，该器件由栅体互联的NMOS晶体管和横向/纵向光电二极管构成.其中，浅结的光电二极管由UMC工艺中Twell层（浅P阱）和Nwell层形成，以增强其对紫外/蓝光的吸收，栅体互联的NMOS晶体管可以放大光电流，提高探测器的灵敏度和动态范围.仿真结果表明，本文设计的紫外/蓝光探测器具有低的工作电压和暗电流，对300~550 nm波长范围的光具有高的响应度和宽的动态范围.在弱光条件下（光强小于1 μW/cm2），响应度优于105 A/W，随着光强增大，响应度逐渐降低，但总体仍超过103 A/W.

提出一种基于铜沉积石墨烯涂层光子晶体光纤马赫-曾德干涉的硫化氢气敏传感器.将45 mm光子晶体光纤两端与单模光纤进行拉锥熔接，使得光子晶体光纤的空气孔熔接时形成塌陷层，更好地激发包层模式，形成基于马赫-曾德结构的干涉仪.采用单层石墨烯粉体，加入异丙醇分散液，反复浸涂至光子晶体光纤包层表面形成石墨烯涂层，并沉积铜纳米颗粒，使传感器对硫化氢气体具有高的响应度.实验结果表明，在硫化氢气体浓度为0~60 ppm范围内，随着被测气体浓度不断增大，其输出光谱呈现明显蓝移，传感器灵敏度为0.042 03 nm/ppm，且线性度良好.该传感器成本低、灵敏度高、结构简单，适用于低浓度硫化氢气体的在线监测.

基于荧光共振能量转移的原理，以修饰于核酸适体上的FAM作为能量供体，以氧化石墨烯作为能量受体，构建了荧光适体传感器，分别对不同浓度的胰岛素和多巴胺进行检测.结果表明，胰岛素的线性检测范围为0.05~10 μmol/L，多巴胺的线性检测范围为1~500 μmol/L，当胰岛素和多巴胺检测浓度相同时，胰岛素检测信号远强于多巴胺.对胰岛素和多巴胺分别进行特异性实验，发现该传感器对胰岛素和多巴胺有较强的特异性.说明基于荧光共振能量转移的核酸适体传感器不仅可实现多种物质的微量检测，还具有较强的选择性，在生物和医药检测领域应用前景广阔.

针对平板型太阳能聚光器中出现的漏光问题，提出了无漏光聚光器的设计方法.该方法结合简单的数学计算与折射定律、反射定律推导出光线在光波导板中无漏光传播的最大距离理论公式，建立了无漏光聚光比与空气隙结构张角角度、主聚光器高度和宽度之间的数学模型，利用控制变量法分析了无漏光聚光比与各参数之间的关系.运用光线追迹软件对所设计的平板型无漏光太阳能聚光器进行光线追迹模拟，结果表明: 在模拟光源选择存在0.27°的发散半角的太阳光源条件下，考虑光线在透射面处的菲涅耳损失和光学材料的吸收，在无漏光范围内实际最大聚光比达到698×、857×和1 032×时的聚光效率分别为88.2%、85.3%和80.2%；超过无漏光范围后随着聚光比进一步增大聚光效率下降较平缓.

提出一个杂化腔光力系统理论方案，利用两纳米机械振子间的库仑耦合作用实现弱探测光的双光力诱导透明窗口.研究边带可分辨区域和红失谐情况下双光力诱导透明窗口的可调特性. 数值计算表明：两纳米振子间的库仑作用可有效地使单光力诱导透明窗口劈裂为双透明窗口.随着库仑耦合强度的增大,两透明窗口间的距离对称性地拉大；其次，光力腔衰减率的改变对两透明窗口的位置和深度无影响，仅对两透明窗口的宽度产生细微改变，测量精度可在坏腔情形下得到很好的保持；另外，仅增加参量放大器的非线性增益参量将使两透明窗口变宽，而引入驱动参量放大器的光场相位，利用相位匹配可以产生比空腔情形更加狭窄陡峭的双透明窗口，可用于比空腔情况更加精密的测量.

为了满足地物成像光谱分析的需要，设计了同轴安装、体积小、重量轻的适用于无人机载的棱镜-光栅-棱镜型可见近红外成像光谱仪.通过角放大率选择、光焦度分配、相对孔径计算设计了视场较大的前置物镜；通过光栅方程求解、体相位全息光栅布拉格条件约束、棱镜折射定律设计了光谱系统的初始结构；通过工作光谱上下限出射角与探测器光谱维宽度的关系确定了成像物镜的焦距；通过出射光角度明确了出射光谱的非线性.设计的无人机载成像光谱仪工作光谱范围为400~1 000 nm，视场角为40°，全工作波段在空间截止频率20.8lp/mm处的传递函数值均大于0.67，光谱分辨率小于3 nm.装调了无人机载成像光谱仪对室外绿化树木进行光谱推扫成像实验，实现了树叶的多光谱成像.该成像光谱仪能够有效实现光谱成像，性能良好.

采用FS920荧光光谱仪分析了苯并［k］荧蒽（BkF）、苯并［b］荧蒽（BbF）和两者混合物的荧光特性.结果表明BkF的两个荧光峰分别位于306 nm/405 nm和306 nm/430 nm，BbF的两个荧光峰分别位于306 nm/410nm和306 nm/435 nm.BkF和BbF不同浓度配比及其相互间的荧光干扰，使得混合物荧光特性差异较大，荧光强度和浓度间关系变得复杂.为准确测定混合物中BkF和BbF的浓度，采用递阶算法优化的径向基神经网络对其进行检测，结果表明BkF和BbF的平均回收率分别为98.45%和97.71%.该方法能够实现多环芳烃类污染物共存成分的识别和浓度预测.

为了更准确获取反映植物生理状态的荧光动力学曲线，基于光合作用电子传递过程研究了植物光合作用参数测量技术。采用可变光脉冲技术将植物光合作用过程分段为快相与弛豫过程，并测量激发光诱导产生的荧光动力学曲线.对激发光带宽与响应时间进行了定量分析；对I-V转换单元与MFB滤波器进行了设计与仿真分析，获取快相荧光动力学信息；采用同步脉冲采样积分技术，对微弱弛豫荧光进行积分，实现了快相与弛豫荧光动力学曲线的完整测量，并结合非线性拟合算法获取光合作用参数.测试结果表明，系统信噪比达到23.8 dB；暗适应与光适应下，本系统所测Fv/Fm与Water-PAM测量结果的线性相关系数分别达到0.980和0.997.该研究结果为植物光合作用研究及过程参数测量提供了一种测量手段.

针对传统偏振测量较难同时实现高灵敏度和较好稳定性的问题，提出了一种采用光纤环形腔衰荡光谱技术进行偏振测量的方法，并进行了实验证明.对比分析了掺铒光纤放大器放置在环形腔的内部和外部对脉冲曲线和脉冲数量的影响.在掺铒光纤放大器中使用长度为2 m的低增益和低噪声掺铒光纤来减少波形失真并补偿环形腔的内部衰减.利用光纤环形腔衰荡光谱系统对偏振角进行测量，通过记录分析环形腔中光脉冲的衰减时间得到偏振角的变化.结果表明：偏振角和衰减时间在0°~90°的范围内满足良好的线性关系，光纤环形腔衰荡光谱系统的灵敏度和拟合曲线的相关系数分别为4.05 μs/°和0.999 6，最大灵敏度误差为0.027 3 μs/°.通过10次重复实验，选取六组数据进行拟合得到系统的平均再现性误差为0.030 8，重复性良好，可用于旋光溶液测量，也为光纤径向应力双折射特性和光纤激光器的偏振态测量提供了参考.