望远镜是人类探索宇宙奥秘最重要的科学工具之一。大型地基光学望远镜对天观测时，大气扰动使星光波前畸变导致其实际分辨率大幅下降，是长期困扰高精度天文观测的重大科技问题。因此世界各大望远镜均在竞相发展自适应光学技术，以校正大气造成的波前畸变，使望远镜达到近衍射极限分辨率，这标志着地基光学望远镜正在进入自适应光学望远镜时代。激光钠导引星是用激光激发海拨约90 km电离层中的钠原子产生的人造亮星，作为自适应光学校正的信标源，是自适应光学望远镜的核心技术之一。文中介绍了激光钠导引星技术的原理、方法与国内外发展状况，尤其是该实验室采用的固体激光和频技术，实现了钠D2线光谱匹配和钠层激发匹配的微秒脉冲钠导引星激光，并在国内外大望远镜上使用获得成功。

通过对波长上转换红外探测过程的分步测试和理论计算，对量子级联波长上转换器件与系统的红外响应特性进行了深入的研究。结果表明：量子级联波长上转换红外探测器件可以在较低的本底发光下实现较强的红外响应。上转换器件的响应度在平带偏压附近迅速增加，且红外光转换为上转换器件电流的线性度良好。对于波长上转换器件的近红外发光过程，文中应用ABC模型，获得了与测试结果非常一致的系统响应电流与电流转换效率，并合理地解释了波长上转换红外探测系统的非线性响应特征。

大口径望远镜有助于提升空间碎片目标测量能力。根据激光测距雷达方程应用多台相对较小口径望远镜同时接收激光回波信号，可等效实现单台大口径望远镜激光信号接收能力，弥补大口径望远镜在目标快速跟踪、系统运行维护等方面不足，并可兼顾测距系统测量能力和效率。基于中国科学院上海天文台相距约55 m的1.56 m和60 cm口径望远镜系统，研究了双接收望远镜测距技术，在国内首次开展双望远镜空间碎片激光观测试验，验证了多望远镜同时接收碎片目标激光信号测量技术。测量数据结果表明：1.56 m口径望远镜激光回波接收能力是60 cm口径望远镜的约3~4倍，双望远镜可等效于一台约1.65 m口径望远镜的激光接收能力，在远距离、小尺寸空间碎片目标高精度激光观测中将发挥重要作用。

设计了一种二极管型非制冷红外探测器的前端电路，该电路采用Gm-C-OP积分放大器的结构，将探测器输出的微弱电压信号经跨导放大器(OTA)转化为电流信号，再经电容反馈跨阻放大器(CTIA)积分转化为电压信号输出。该OTA采用电流反馈型结构，可以获得比传统OTA更高的线性度和跨导值。输入采用差分结构，可以有效地消除环境温度及制造工艺对探测器输出信号的影响。电路采用0.35 μm CMOS工艺进行设计并流片，5 V电源电压供电。Gm-C-OP积分放大器总面积0.012 6 mm2，当输入差分电压为0~5 mV时，测试结果表明：OTA跨导值与仿真结果保持一致，Gm-C-OP积分放大器可实现对动态输入差分信号到输出电压的线性转化，线性度达97%,输出范围大于2 V。

光束法平差是遥感图像实时拼接系统的关键步骤，它需要消耗大量的运算时间，同时也决定了系统的拼接精度。针对画幅扫描红外成像实时拼接系统中的光束法平差算法，提出了一种实用的光束法平差策略，利用相邻扫描行图像的配准平差，将最新扫描行图像依次配准到已拼接图像中，为拼接图像的实时更新奠定了基础。同时利用GPGPU对光束法平差算法进行了并行加速，在保证精度的情况下，提高了拼接算法速度。通过画幅扫描成像的实时平差实验，验证了算法的精度和实时性。

通过人工红外照射改变目标与背景的红外辐射特性能够对相关跟踪形成有效干扰，其中，红外照射的位置对干扰效果具有重要影响。为提升红外照射干扰相关跟踪的效率，文中建立了红外照射仿真搜索相关跟踪干扰点模型，对干扰相关跟踪的有效照射位置进行快速搜索。首先，运用TracePro光线追迹软件建立了真实实验条件下的红外照射系统模型，并利用高斯模型对照射光斑的照度分布进行了拟合。然后，在一定空间范围内，采用二维扫描的方式进行真实照射干扰和仿真照射干扰对比实验，结果表明：仿真照射与真实照射的干扰结果一致性达到了98%，且仿真照射找出了真实照射条件下干扰相关跟踪的全部干扰点，从而很好地验证了文中方法的有效性。

针对海天背景下红外舰船目标识别提出了一种基于机器学习的分类算法。该算法首先利用分割算法提取红外图像中的连通区域，并对原图相应的位置进行标记和归一化处理，然后利用HOG特征提取标记区域的高维特征向量，用线下样本库训练得到的SVM分类器对所提取的HOG特征进行高维特征空间的分类，识别目标和干扰。仿真实验表明，该算法具有良好的性能，在复杂海天干扰背景下能够有效地识别红外舰船目标。

光子晶体引入缺陷后形成的缺陷模在增益介质中将被放大形成激光，为了进一步明确缺陷的激光特性，首先从理论上分析了光子晶体的特征矩阵，接着得出了以下光子禁带特性：光带隙宽度随着周期数的增加而增大，但在周期数达到一定数值后其光带隙宽度是确定不变的；折射率比值越大，光带隙宽度越大；叠加不同中心波长的光子晶体可以简单、有效地拓展光带隙范围。在一维KTP光子晶体的禁带特性实验分析中得到了KTP缺陷的光子能带结构的波长响应曲线；随着温度的上升，KTP的折射率随之增大，进而缺陷模向长波长方向移动。上述研究对于微小光源的发展具有一定的理论和实际意义。

248 nm的KrF准分子激光器在光刻、科研等领域有重要的应用。研制了一台用于刻写光纤布拉格光栅的准分子激光器，设计并完善激光器的机械结构，分析了激光器的均匀放电、预电离等关键技术。通过研究充电电压、工作气体配比和总的工作气体压力对输出激光能量和效率的影响，优化激光器的性能；并对光斑均匀性、光束发散角和能量稳定性进行了测试和计算。该准分子激光器的重复频率为1～50 Hz，最高输出效率达2.0%，单脉冲输出能量最高达360 mJ，当工作电压不低于24 kV时，激光输出能量不稳定度小于1.8%。用该激光器作为光源采用静态相位掩模法在光纤内刻写布拉格光栅，并对刻写结果进行分析和讨论。

利用880 nm半导体激光器同带泵浦声光调Q Nd:YVO₄自拉曼激光器，以减轻热效应对泵浦功率的限制和对拉曼增益的影响，获得高效的1 176 nm一阶斯托克斯光输出。使用两块长度10 mm的Nd:YVO₄晶体作为增益介质，脉冲重复频率190 kHz时，在26.8 W入射泵浦功率下获得6.11 W的平均输出功率，光光转换效率22.8%。实验研究了拉曼增益介质长度对输出功率和转换效率的影响，并对自拉曼激光器输出功率曲线中出现凹陷的原因进行分析，认为凹陷并非源自谐振腔稳定性，而是由于增益较弱的斯托克斯光对于谐振腔失调的敏感性所致。对照试验结果显示，与808 nm传统泵浦方式相比，880 nm同带泵浦下自拉曼激光器的输出功率和转换效率得到明显提高。

介绍了一种利用横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)作为开关器件驱动激光半导体的设计方法。通过对半导体激光器驱动电路原理的分析，并结合PSPICE建立射频功率晶体管的电路模型，经过理论分析和计算从而获得更优化的驱动电路；采用高速电流反馈型运算放大器构成电流串联负反馈电路从而得到稳定的输出电流，有效地提高了窄脉冲信号的转换速率和频响特性。实验结果表明，半导体激光器输出电流脉宽20 ns-CW可调，上升和下降时间小于10 ns，幅度最高可达2 A，重复频率为0~10 MHz。实验结果验证了设计思路的可行性，进一步提高了半导体激光器的输出指标。

高功率非对称泵浦耦合器是高功率连续光纤激光器的关键无源光器件，它可以将多路泵浦光高效率地耦合进主光纤中，从而为光纤激光器提供所需的泵浦光功率，但已有双波导耦合理论并不能直接应用于该型耦合器的研究。为解决这一问题，在双波导定向耦合器的不完全耦合理论基础上，针对高功率泵浦耦合器非对称的特点，将其耦合系数和光功率方程组做了进一步推导，并进行了数值仿真，研究结果表明：两光纤中的光功率按照一定周期变化，当泵浦光纤的锥角在1°~1.5°之间时，可以获得97%以上的最佳耦合效率，且与其对应耦合长度的局部变化对耦合效率的影响较小。该研究结果对高功率非对称泵浦耦合器的设计及制作均具有指导意义。

提出了一种新的基于斜坡检测的激光雷达低空风切变预警算法,该算法将下滑道扫描与单双斜坡检测相结合。首先，把下滑道扫描方式下获取的激光雷达径向风速投影到下滑道上，进行数据重构。其次，对逆风风廓线进行单斜坡及双斜坡梯度变化的检测并以国际上规定的低空风切变阈值及风切变强度因子判别公式判断风切变。使用香港天文台实际激光雷达数据进行了实验验证，结果表明新方法能够检测出单斜坡未能检测出的风切变。该方法是有效的，对于提高风切变的预警率有重要意义。

大气散射效应是影响星载激光测高仪接收脉冲回波的重要因素。根据星载激光测高仪接收脉冲回波信号与大气响应函数之间的关系式，在忽略大气多次散射效应的条件下，通过分析散射激光束的几何轨迹和散射概率，推导出单次大气散射激光脉冲和接收脉冲回波的特征参数的数学解析式。以地球科学激光测高仪系统参数为输入，采用数值仿真分析的方法，模拟了大气散射介质分布、激光指向角和目标倾斜角对接收脉冲回波信号特征参数的影响。结果表明，若散射介质的高度和粒子半径范围分别为0.2~6 km和0~120 μm，则其对接收脉冲回波的能量、重心和均方根脉宽的影响最大值分别超过15%、250 cm和800 cm。随着激光指向角或目标倾斜角的增加，接收脉冲回波的能量基本不产生影响，但是其重心和均方根脉宽近似呈线性增加趋势。同时，采用高斯拟合方法可以减小大气散射效应对接收脉冲回波的影响。所得结论对于接收脉冲回波的数据处理与分析以及激光测距精度的评估具有一定的指导意义。

波门是激光制导中广泛采用的一种抗干扰措施，其对干扰信号录取概率的大小对干扰成功与否非常关键。依据制导信号与干扰信号在波门内既相互联系又相互独立的特点，提出可用干扰信号与制导信号的联合概率密度函数描述干扰条件下波门对激光信号的录取，同时需要考虑干扰信号对实时波门的牵引作用。运用Matlab软件仿真了不同宽度的实时波门录取干扰信号的概率与超前同步时间的关系，表明对宽度一定的实时波门存在一个最佳的超前同步时间；超前同步时间为零时，波门录取干扰信号的概率接近于0.5，而不是接近于1；波门越宽、干扰设备的时间精度越高，干扰信号就越容易被波门录取；波门受到牵引后其对干扰信号的录取概率增加，而波门宽度的影响不大。在此基础上，用Monte-Carlo法对一次制导过程中波门对制导信号与干扰信号的录取以及多次制导中导引头跟踪真假目标的结果作了模拟，这可为建立对激光半主动制导**干扰效能评估系统打下基础。

光整流效应是产生太赫兹波的有效途径之一，而产生高功率太赫兹波则需要采用高强度的飞秒激光激励光整流晶体，但激光强度过大会造成晶体损伤，从而严重影响高功率太赫兹波的输出。因此，对光整流晶体的损伤阈值进行研究具有重要的理论意义与实用价值。通过对飞秒激光与非线性光整流晶体材料相互作用物理过程进行分析，建立了飞秒激光作用下光整流晶体损伤阈值的预估模型，比较分析了铌酸锂、碲化锌和硒化锌三种晶体材料的损伤阈值随飞秒激光脉宽的变化规律。结果表明，当飞秒激光的脉宽相对较小时，光致电离在整个作用过程中占主导地位，随着脉宽的增大，雪崩电离逐渐起主要作用；雪崩电离速率和光致电离速率均与晶体的禁带宽度密切有关，光整流晶体材料禁带宽度越大，晶体材料的损伤阈值越高；铌酸锂晶体的损伤阈值明显高于碲化锌和硒化锌晶体，更适合用于高功率太赫兹波的产生。

拉曼光谱检测常常受到荧光干扰，而移频激发拉曼差分光谱法(SERDS)是一种有效抑制拉曼光谱荧光背景的方法。基于该方法，采用两个波长相近、基于体布拉格光栅技术的固定波长激光器，设计了一套拉曼光谱测试系统。通过控制激光器的功率和温度，保证了输出波长的稳定性。采用高灵敏度的薄型背照式面阵CCD，设计了光谱数据采集光路和电路。同时，在软件上实现了差分光谱的三种重构算法，即简单积分算法、带数值插值的简单积分算法和多重约束解卷积算法。在实验中，利用文中系统对强荧光背景的某品牌香油进行了拉曼光谱测量，分别采用这三种算法处理差分光谱进行光谱重构，并对比了重构效果。实验结果表明，设计的系统能够有效抑制荧光对拉曼光谱检测的影响。

为了深入了解皮秒激光烧蚀对晶体硅所造成的影响，使用不同平均功率下的皮秒脉冲激光辐照晶体硅，然后使用X射线光电子能谱仪和透射电子显微镜，分别对被烧蚀晶体硅的化学成分与微观组织结构进行观察与分析。研究发现：随着激光脉冲平均功率的增加，烧蚀产物中晶体硅的相对含量不断下降，而SiO2的相对含量则逐步上升；与此同时，材料的无定形化程度也随之加剧。最终认为：因激光脉冲平均功率增加而逐渐升高的激光能量密度是诱导上述实验结果出现的主要原因，并最终不断扩大并加剧着材料所受到热与机械损伤的范围与程度。

放电引发重频HF/DF激光器具有的波长和功率优势使其成为当前中红外激光技术研究的热点之一。介绍了在利用紫外预电离横向放电结构建立的放电引发重频HF激光装置上，通过对气体循环系统增益区流场结构分析和注入管道结构的优化设计开展的重频能量稳定输出实验研究。实验结果表明，通过管道结构的优化设计，放电增益区流场均匀性得到明显改善，气体置换的最低流速达到6.5 m/s，激光器稳定运行频率由60 Hz提高到100 Hz，且稳定体放电的单位体积放电沉积能量由1.6 J/(ml?atm)(1 atm=1.013×105 Pa)提高到2.0 J/(ml?atm)，激光平均功率达到40 W。

为了在理想的光频范围内扩展硅太阳能电池的低反射特性，设计了一种由球型微纳米颗粒周期排列构成的光学微结构。利用球型微纳米颗粒结构表面良好的抗反射特性，扩展硅基太阳能电池的超低反射特性。首先采用Mie散射理论研究了单个球型硅颗粒的散射特性；进而使用MEEP仿真软件通过控制变量法分析了多个颗粒构成的周期性二维光学微结构的光反射特性，分析了球型微纳米颗粒的周期数、半径、间距对反射率的影响。结果表明：合理选择球形颗粒的半径、间距以及周期数构成合适的周期性二维光学微结构，可以在理想的光频范围内获得超低反射特性。

利用姿态角传感器、角度编码器结合激光测距传感器，与全站仪构成非接触的组合测量系统，实现大尺度空间中隐藏区域的空间坐标测量。建立了测量系统的数学模型，设计标定靶并对系统进行了标定。针对测量系统，提出一种根据控制点在空间的分布确定权值的加权最小二乘的标定方法。以全站仪直接测量和组合系统测量两种测量方式，对同一空间点进行坐标测量，通过测量对比来验证组合系统的测量精度。实验结果表明：该测量系统可以使得组合测量的量程扩大并保持较高的空间坐标测量精度，采用加权最小二乘算法进行标定的结果使测量误差更小。

为了实现对干扰弹能量及特性的非接触式测量，开展了基于红外辐射式干扰弹能量测量装置研究。首先，针对干扰弹的能量和辐射的波段等特点进行了总结和提炼；接着，确定了用红外辐射能量的量级来表征干扰弹的能量及其特性；然后，在以上的理论基础上，对红外辐射的能量测量进行仿真和研制，包括探测器的选取与应用设计，模拟信号处理和数字信号的处理，采用相关测量方法对能量进行检测以及计算。最后，介绍了红外测量装置的具体实现方法以及优势。实验结果表明：红外辐射能量测量装置的响应时间小于2.5 ms；探测灵敏度优于２.５×108 cm?Hz1/2?W-1。基于红外辐射式的能量测量系统成功实现了对1~21 μm的长波红外能量的准确测量，且具有较高的灵敏度和较低的相应时间。

噪声性能是限制光电检测电路探测能力的重要因素，针对这个问题，设计了基于光电二极管反偏的光电检测电路并分析其电路噪声，分析噪声时，创新性地从光电检测电路结构出发，将整个电路等效为光电二极管、晶体三极管、运算放大器三个级联模块，详尽分析了每个模块的噪声来源及其相关因素，计算每个模块的输出噪声，最终得出整个电路的输出噪声电压模型。根据输出噪声电压模型，确定了电路的各项参数，预估电路的输出噪声电压，最后，搭建实际电路，测量电路的噪声性能，验证了输出噪声电压模型的准确性，实现低噪声光电检测电路的设计。

受大气蒙气差的影响，地基光电望远镜观测得到的星体或飞行器位置和实际位置存在偏差；空间目标的俯仰角越小，蒙气差越大。为了对空间目标进行较为精确的定位，需要对光电望远镜进行蒙气差修正。文中在分析光电望远镜原有的大气蒙气差修正计算模型的基础上，为提高低仰角观测时蒙气差修正精度，采用回扫任务目标轨道附近恒星进行误差修正的方法对回扫得到的蒙气差修正量曲线进行大量实验总结并进行多项式拟合，最终得到针对低仰角长波红外观测的蒙气差修正公式。经过多次实验验证，长波红外系统起跟仰角由10°降低至2°，目标捕获时间提前50 s以上，可观测飞行器部件分离等关键特征点。实验结果表明文中方法有效降低了低仰角蒙气差修正误差，提高了长波红外系统的跟踪精度和捕获能力，具有实际工程应用价值。

为了对大尺寸筒状设备进行圆度误差评定，研制了大尺寸筒状设备圆度误差测量系统。其结合了激光准直、图像处理等多方面技术对大尺寸筒状设备的圆度误差评定进行研究。首先，介绍了系统获取大尺寸筒状设备圆度数据的方式。然后，根据圆度数据的获取方式，提出了基于相邻测点位置关系的最小外接圆过滤算法。最后，验证该算法的过滤效率，并与同类算法在解算时间、解算结果两方面进行比较。实验结果表明：最小外接圆过滤算法解算时间较以往同类算法缩短了30%以上。系统CCD测量杆的测量精度达到0.7 mm。大尺寸筒状设备圆度误差测量系统满足工程需要，可对大尺寸筒状设备进行有效圆度误差评定。

在反射镜组件进行检测装配时，各零件加工过程中形成尺寸公差、形状位置公差会产生装配应力。装配应力通过反射镜体传到反射镜镜面使反射镜面形变差。针对该问题文中提出将柔性铰链应用于反射镜组件检测工装设计的方法。为验证该方法的可行性，针对某反射镜组件的特征参数和检测方法，应用柔性铰链设计理论及仿真分析软件设计了反射镜组件检测柔性工装。完成对反射镜组件重复性试验、拧紧力矩敏感性试验，试验结果表明柔性工装具有较好的稳定性。反射镜组件面形与反射镜单镜面形相比变化0.006λ rms，满足工装设计要求。与“刚性”工装比，柔性铰链应用反射镜检测工装显著降低了装配应力对反射镜面形的影响。

提出了基于能量沉积的γ辐射对光纤折射率的影响分析方法，计算了光纤的色散变量随光纤的V参数、折射率变化，开展了γ辐射对光纤色散影响的测量实验，得到了光纤的色散系数随辐射剂量变化数据。实验及理论计算结果表明：(1) 光纤的色散系数随γ辐射剂量的增加而增大，在一定的剂量(0~500 Gy)范围内，光纤色散增加量呈逐渐饱和趋势；(2) γ辐射导致光纤折射率发生变化，从而引起材料色散的变化，辐射效应中的电子密度增大是折射率改变的主要因素；(3) 辐射感生损耗引起的信号幅度降低要比辐射感生色散引起的脉冲展宽明显，对于暴露在核辐射环境中的长距离光纤，其脉冲信号产生的畸变是两者同时存在并共同作用的结果。

研制了一套用于面阵探测器360°连续扫描成像的红外光学系统。该光学系统包含了一个无光焦度的望远镜、一个方位补偿摆镜及一个二次成像物镜，采用了制冷型面阵红外探测器。引入了方位补偿摆镜，按二倍角关系朝相反方向摆动，解决了面阵探测器连续扫描中的成像拖尾与模糊问题。采用了像方扫描方式，使得摆镜通光尺寸由物方扫描的大约40 mm×220 mm缩减至目前14 mm×22 mm，摆镜质量减轻了95%以上，摆动频率可达100 Hz，使系统可在1 s内完成对360°方位的扫描成像。系统结构简洁紧凑，共由八片透镜以及一片反射镜组成，像质接近衍射限。实验室测试结果表明：方位补偿摆镜固定时，对小圆靶成像有明显拖尾成长条状；而开启摆镜摆扫之后，小圆靶成像清晰无变形，成像效果接近凝视型。

针对空间紫外波段航天器自主导航姿态敏感器的特殊需求，提出基于正组为FK5和熔石英、负组为QF1的新型紫外玻璃组合方法，设计了波段330~365 nm、焦距80 mm、F数1.6、视场角8°×8°的紫外星敏感器。基于近轴鬼像能量计算的方法对鬼像抑制指标进行计算。利用Code V对系统轴上一阶鬼像进行初步的分析与判断，再利用非序列光线追迹对系统轴外多阶鬼像进行仿真计算，得到完备的轴外鬼像能量分布。结果表明，该光学系统结构紧凑，像质良好，各视场成像弥散斑均方根半径10 μm内能量集中度大于80%，相对畸变优于0.05%，在相差7等星的动态范围下，像面处亮星最大鬼像光斑照度仅为暗星照度的1/21，满足紫外星敏感器的探测需求。

为满足空间探测对大孔径空间衍射望远镜的需求，提出了一种空间薄膜衍射望远镜主镜展开的结构形式。首先分析了大孔径空间衍射望远镜成像的特点，提出大孔径空间薄膜衍射望远镜主镜展开对结构设计的要求。然后根据这些设计要求设计了一种新型的展开结构形式，使用三维建模软件Solid Works对提出的模型进行三维建模。最后使用Adams对展开结构模型进行仿真分析。对虚拟样机进行初步仿真结果表明，该展开结构在旋转驱动的驱动下各部件可以按照设计的运动形式展开，且运动平稳、可靠。所提出的主镜折叠展开结构为大孔径空间衍射望远镜主镜展开结构设计提供了一种新的思路。

多束激光的远场叠加对于提高远场靶面能量是一种有效的方法，单元光束的参数的变化对于远场合成光束都会产生影响。为了分析脉冲激光参数控制对远场能量分布的影响，利用夫琅禾费衍射积分公式导出了4束普通脉冲高斯光束合成的远场光强的解析式，并整理了激光中心波长和脉宽的改变对远场叠加后能量分布的影响之间的具体关系。通过MATLAB的数值模拟，结果表明：当光束的中心波长减小或者脉冲宽度减小时，远场能量向中心轴上汇聚，远场轴上光强增加。当轴上光强相对于理想中心波长和脉宽的远场轴上光强的变化率小于5%，中心波长变化率最大不能超过7.89%，或者脉宽变化率最大不能超过91%，因此，中心波长的变化对于远场光强分布的影响比脉宽更大。

得益于嵌入式软硬件平台的迅猛发展，可穿戴式成像设备成为发展的新趋势，并对传统便携式成像设备产生了深刻的影响。以集成了TI DM3730双核异构处理器、SDRAM、NAND Flash及电源管理的Jorjin AP模块作为处理核心，接入低功耗、小型化微光探测器和高分辨率的OLED微显示器，设计构成了应用于微光环境下目标辅助观察的嵌入式平台。平台对并行视频信号做差分对转换，提高视频传输距离和稳定性的同时，简化了视频接口线数，创新性地强化了设备穿戴的灵活性。平台算法处理能力强、功耗低、重量轻，可无线通信、视频存储及电池供电，能有效提高使用者的夜间目标探测能力，在工业、科学、**等领域有着广泛的应用前景。

为了降低光学薄膜的表面散射损耗，依据微粗糙面的一阶微扰理论，在不考虑多重散射效应的情况下，利用电磁场边界条件给出的光学薄膜任一界面粗糙度引起的散射场在入射介质中的表达式，重点讨论了单层光学薄膜实现零散射的条件以及实现减散射的条件，理论研究结果表明：当膜层的光学厚度为λ/4的偶数倍时，单层薄膜要实现减散射就必须使单层膜的折射率大于基底的折射率，且空气-薄膜界面的微粗糙度必须小于薄膜-基底界面之间的微粗糙度。当膜层的光学厚度为λ/4的奇数倍时，单层薄膜的折射率小于基底的折射率，且膜层两个界面的粗糙度必须满足特定条件，才能实现减散射的效果。

手术显微镜是显微外科手术中不可或缺的工具，大物镜是整个手术显微镜的关键部位之一。针对手术过程中工作距和系统放大倍率需根据不同的使用情况进行调整，设计了一套连续变焦大物镜。所设计的连续变焦大物镜由正、负透镜组组成，选用机械变焦补偿形式，通过沿光轴方向移动正透镜组，实现术面观察范围Φ20 mm～Φ125 mm、工作距150～350 mm、焦距230~400 mm，可同时满足连续变焦和工作距可调，并给出正、负透镜组间隔与变焦位置的采样曲线，导程量较小。

通过6 kW 横流CO₂激光器在40Cr钢表面激光熔覆了不同成分配比的WC/Co50复合涂层。运用金相光学显微镜(OM)，扫描电镜(SEM)，能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等表征手段分析了涂层结合区形貌、显微组织和物相组成，测试了复合涂层的显微硬度和磨损性能。结果表明，外加的WC颗粒在高能激光束作用下大部分发生溶解，涂层主要由碳化物WC、W2C、(Cr，Fe)7C3和M6C及Fe-Cr固溶体等物相组成。涂层中组织结构比较复杂，出现了树枝状初晶、包状过共晶，枝晶间共晶和硬质相颗粒。WC/Co50 熔覆涂层的最大显微硬度位于涂层次表面，其最大平均显微硬度为基材的1.93倍，且随着深度的增加逐渐降低。相同磨损条件下，复合涂层的磨损失重仅为基材的13.3%。

为了满足凹球面光刻所需的曲面网栅掩模的需求，建立了凸球面激光直接写入系统用于制作曲面网栅掩模。该系统目前支持最高±20°的基片倾斜，结合加工时的曝光量修正算法，在口径为50 mm、曲率半径为51.64 mm的凸球面基底上制作了矩形网栅图案，并结合双摆台联动在凸面上制作同心圆环图案。实验结果表明，现有凸球面直写系统初步具备加工凸面网栅掩模的能力，为后续的曲面掩模光刻打下坚实基础。

以往的CCD摄像机通过曝光时间和信号增益调节光照强度时，二者不能被最优配置运用，难以最大限度的发挥它们的调光功效，特别是对于光照强度变化剧烈，动态范围大的状况，画面不清晰。针对上述不足，将直方图均衡化法进行一定的改进，精确配置曝光时间，优化信号增益系数，实现曝光时间与信号增益的最优化配置。经过实验验证，画面效果得到明显改善，调整时间不超过40ms，系统运行稳定、可靠。

采用三点弯曲法对六边形Nomex蜂窝夹层板在不同温度下的弯曲性能进行了研究。根据蜂窝芯的正交各向异性特征，分别取面内的两个主方向为长度方向制作了L试件和W试件。在25 ℃、50 ℃、100 ℃、150 ℃和180 ℃下开展了弯曲实验，确定了弯曲刚度与剪切刚度。结果表明：随着温度的升高，两个方向上的弯曲刚度与剪切刚度均明显下降；当温度升高到180 ℃时，弯曲刚度与剪切刚度均低于常温时的20%。对于蜂窝夹层板在横向力学载荷作用下的破坏模式，当温度低于50 ℃时，多出现面板凹陷；当温度达到150 ℃甚至更高时，多出现面板与蜂窝芯脱离并向外凸出。文中研究成果可以为Nomex蜂窝夹层板在变温或激光辐照下的工程应用提供参考。

可膨胀石墨是制备膨胀石墨(EG)的先躯体，压柱成型会对其膨胀所得EG的激光消光性能产生影响。为了优化其成型参数，将先驱体可膨胀石墨(GIC)采用不同压强压制成药柱，对其热膨胀特性及膨胀后所得EG的膨胀体积(EV)、蠕虫形貌、微观结构以及对1.064 μm激光的消光性能展开了研究。结果表明：相较于松散态，成型GIC先驱体所制备的EG蠕虫变细、变短，孔隙率降低；成型压强由0 MPa增至50 MPa，其EV由356 ml/g减小到216 ml/g，所得EG对1.064 μm激光的质量消光截面σM由0.18 m2/g减小到0.04 m2/g，且在20～40 MPa时EV变化率仅为10.6%，σM变化率同样很小。显然，存在对 EV及σM影响较小的压强范围，因此，在EG工程应用中，为满足尽可能大的装药密度，GIC成型可考虑选该压强范围的上限值。

在采用低偏和保偏混合光路的混偏光纤陀螺的光学架构中，包含了一些单模光纤元件和单模光纤。当单模光纤发生弯曲时，光纤中传输的纤芯导波模式和单模光纤中的界面反射波模式之间将会发生相互干涉，导致光的传输特性受到影响。提出了单模光纤弯曲对光纤陀螺标度因数稳定性影响的数学模型。仿真和实验结果表明：当温度发生变化时，单模光纤弯曲会导致传输光的中心波长发生漂移和振荡，从而影响光纤陀螺标度因数稳定性。中心波长振荡的振幅与弯曲半径直接相关。

为了研究逆向调制器结构参数及接收距离对系统反射光特性的影响，通过建立“猫眼”目标离焦结构等效模型，采用几何光学方法对该模型进行理论分析，推导出表达反射光特性（发散半角、反射光斑半径、反射光功率密度）的相应计算公式并进行数值计算和实测实验。理论分析与实验结果表明：逆向调制器结构参数及接收距离对调制系统反射光斑半径和功率密度的影响明显且呈规律变化，减小透镜焦距、增大透镜口径、增大接收距离可以加快反射功率随离焦量变化速度，有助于改善调制效果。且一般情况下，正离焦的反射光发散半角小于负离焦的反射光发散半角。

为了提高空间光通信PAT系统的扰动抑制能力，提出了一种基于扰动观测器的控制方法。该方法首先对PAT系统进行分析，得到简化的控制模型，然后利用扰动观测器从电机转动位置和光斑位置中观测出扰动，最后将扰动等效补偿量加入到电流环前的综合点。精跟踪系统的仿真实验结果表明：相比常规的PD控制器，加入扰动观测器使扰动隔离度在电机电流饱和前的几乎所有频率处都得到了提升，最优情况可达到28.2 dB；同时，该方法具有很强的鲁棒性，在系统物理参数变化15%时扰动隔离度依然比没有使用扰动观测器时提高了至少1倍。所述的控制方法显著提高了PAT系统的抗扰动性能，对大范围与高动态的精密光电跟踪系统有一定的参考价值。

研究并实现了一种基于256像元线阵InGaAs扫描的光纤布拉格光栅传感解调系统。针对线阵InGaAs探测器，分析了光纤光栅反射谱中心波长定位原理，可实现多个FBG光谱的同时解调，单通道解调传感器数量取决于FBG的带宽和中心波长漂移范围。对256个像素点的光谱数据，通过设置的阈值判断反射谱的个数，分别对每一个谱峰进行拟合，基于高斯指数曲线模型实现了寻峰算法，获得了中心波长。搭建FBG解调系统采集光谱数据，寻峰算法的稳定性达到±0.5 pm。该解调方法无机械移动部件，实现了多光纤光栅波长寻峰的并行快速响应，波长解调范围为1 525～1 570 nm，为多光纤光栅传感提供了高速解调方案。

空间散射光到光纤的耦合在许多领域都得到广泛的应用。然而，当被测物体较大时，如何有效地将空间散射光有效地耦合到光纤的研究还较少。耦合效率和接收视场是空间散射光耦合到光纤接收装置的两个重要的特性参数。文中通过理论分析和软件仿真，分析了在径向移动、轴线移动和不同入射角的情况下，改写耦合效率的变换，比较了在满足一定的耦合效率时，光纤接收装置的几种透镜耦合方式接收视场的大小。最后，通过实验对仿真内容进行了验证。

为了分析同向抽运与反向抽运光纤拉曼放大器的最大拉曼增益，基于耦合微分方程，采用理论推导的方法，根据不同抽运结构下信号光放大的不同实际情况定义并推导出同向抽运光纤拉曼放大器和反向抽运光纤拉曼放大器的最大拉曼增益公式。然后，详细分析了各个参数对两种抽运方式下光纤拉曼放大器的最大拉曼增益的影响。对两种抽运方式下相同参数引起的最大拉曼增益进行了比较。结果表明，同样的参数对同向抽运与反向抽运光纤拉曼放大器最大拉曼增益的影响有相同的地方，也有不同的地方。最后，将最大拉曼增益和常用的开关增益进行了比较。对光纤拉曼放大器的实验、成本估计和器件效率等研究有重要参考意义。

帧转移CCD在先进高光谱遥感技术中具有非常重要的应用价值，而拖尾问题是其在高光谱成像等高帧频应用中存在的最大障碍之一。为了减小拖尾的影响，建立了驱动器、PCB传输线及CCD内部结构一体化的驱动信号传输模型，比传统模型能更准确地预测CCD内部和外部的驱动信号波形；仿真对比了各种典型参数对CCD驱动信号波形的影响，仿真与实测结果具有很好的一致性。根据仿真结果进行了高帧频帧转移CCD驱动电路的优化设计，实现了100 ns的行转移时间，在500 fps的帧频下获得了拖尾系数小于1%的驱动效果，为进一步提高CCD的工作帧频提供了保障。