利用自行研制的紫外CCD光学多道分析器对太阳紫外辐射光谱进行探测。对太阳紫外辐射光谱进行的初步分析表明：太阳紫外辐射在一天内早晚小中午大，与太阳天顶角（SZA）变化呈相反相关；不同波段的辐射量不同，长波段的辐射量一般比短波段的辐射量大；太阳紫外辐射光谱强度受云的影响而衰减，且衰减依赖于波长，随波长的递减而减小。紫外CCD光学多道分析器不仅能够用于监测太阳紫外辐射总辐射量，而且可以精确分析各波长的辐射量，以及在不同大气状况下各波长辐射量的相对变化情况。

将光谱插值法应用到差分吸收光谱(DOAS)技术的数据分析反演中，合理地将浓度较高物质的特征光谱变化所引入的误差降低到忽略不计，从而实现DOAS对掩盖在高浓度物质强吸收下的痕量物质包括NO3自由基、乙二醛(CHO)2以及单环芳烃化合物（MAHC）的精确测量。模拟了发射谱线发射强度以及压力展宽程度不断变化的高压氙(Xe)弧灯(简称Xe灯)特征光谱，精确去除了在450 nm附近强度比(CHO)2高两个数量级的Xe灯结构，实现了大气光化学作用指示剂(CHO)2浓度的正确反演；模拟了由在大气含量决定的不断变化的H2O的特征光谱，在662 nm与623 nm附近去除了比NO3强几十倍的H2O的非线性吸收，正确反演了夜间大气污染物的“清除剂”NO3自由基的浓度；模拟了由柱浓度决定的不断变化的O2的特征光谱以及受温度影响不断变化的O3的特征光谱，去除了在250～285 nm波段比单环芳烃吸收高十几倍的O2和O3的吸收，为大气光化学烟雾和气溶胶的前体物单环芳烃浓度的反演去除了最大的干扰。

随着纳米研究和纳米加工技术的发展，国际上越来越重视对纳米测量的有效性和溯源性。国际计量局（BIPM）尺度计量长度工作组（CCL-WGDM）长度咨询委员会先后提出并组织了5次纳米标准样板（NANO1~NANO5）的国际比对。NANO5比对是由丹麦基础计量技术研究院（DFM）主导的。该比对是从2005年1月开始，历时1年多结束。标准样板在12个国家计量研究院所间相互循环校准，形成三个有序的环。主导实验室DFM对比对数据进行了处理，其结果已于2008年7月底公布。比对结果证明中国计量科学研究院的纳米光栅测量装置与国际同行保持同等水平。

天基时间同步网络的精度限制以及光钟的出现，使得用光纤来进行时间信号的传递和检测成为高精度时间同步的主要方案之一。介绍了高精度时间传递和检测的原理，分析了利用光纤进行高精度时间传递的同步误差来源，并提出了相应的改善措施。采用一种新型的模拟与数字混合编码和检测的方式设计实现了一个利用光纤链路进行高精度时间传递的实验系统，验证了所提出的改善系统性能的措施。实验测试表明，光纤时间同步精度在200 ps以内，时间同步准确度在±600 ps以内，此结果优于以往任何形式的天基时间传递系统。

基于菲涅耳衍射理论建立了毫米波全息成像雷达理论模型，确定了照射源、传输空间、目标后向散射系数、散射传输空间和接收复数信号之间的关系，根据该理论模型利用接收的复数信号反演计算出目标图像。基于傅里叶光学角谱理论，采用Matlab程序针对该毫米波全息成像雷达理论模型进行了编程计算。该仿真程序可以仿真计算系统中各种因素对成像质量的影响，包括发射天线增益方向图、接收天线方向增益图和目标散射特性等。利用该仿真程序可以优化系统中的各项参数，为实际设计毫米波全息成像系统提供帮助。

从联合变换相关的基本理论出发，推导了输入目标图像的位置坐标与相关输出平面上对应相关峰位置坐标关系的普适表达式，进行了单目标、多目标联合变换相关仿真实验和相关峰特性分析；分析了运动目标联合变换相关峰位置的变化规律并进行了仿真。结果表明，位置非对称联合变换相关峰始终对称地出现在相关输出平面的坐标原点的两边，且相关峰和坐标原点的连线与目标图像中心和参考图像中心的连线平行，相关峰位置到坐标原点的距离等于输入平面中目标与参考物间的距离；目标运动时，对应相关峰的位置会随目标运动而相应地改变，且二者的坐标变化量相同。

复眼透镜在均匀照明中应用广泛，但是在大像差系统中其均匀性和能量利用率等性能会大大下降。通过对复眼透镜光束整形系统的成像假设，将其分解为若干子成像系统的组合，并讨论了像差及其表现对整形性能的影响。认为在像差表现中边缘点扩散、像面畸变、子孔径成像位置偏离对复眼透镜整形性能影响较大，而内部点扩散在一定程度上能够提高其整形性能。通过具体实例，控制对复眼透镜性能影响较大的像差表现而放宽影响较小的像差表现，优化设计以两个普通球面镜而不是通常采用的傅里叶透镜作为积分透镜的大像差复眼透镜整形系统，验证了该成像分析方法及其结果的有效性。

在微光成像系统中，为了克服限制微光像增强器和红外成像器件灵敏度提高的技术瓶颈，应用了由探测器输出的光子个数推断出目标特征的光子计数技术。采用雪崩光电二极管作为探测器，将其工作状态设置在盖革模式下。通过分析和计算，雪崩光电二极管可以实现单光子数量级的高灵敏度探测。根据夜天光的光谱分布特点和典型目标的反射特性，仿真得到了在晴朗星光环境下雪崩光电二极管与绿色植被、混凝土和暗绿色涂层的光谱匹配因子分别为：0.4972，0.5021和0.4979。提高了夜天光近红外辐射的利用率，为构建以雪崩光电二极管为核心的夜视系统提供了一定的理论依据。

条带式合成孔径激光雷达（SAL）系统中光轴角包括俯仰角和水平偏离角两方面，其中光轴的水平偏离角会导致发射孔径运动轴与其孔径方位向坐标轴不平行，从而导致距离向图像失真。从理论出发推导出了两轴夹角与其失真关系的公式，并通过实验观察验证了由此引起的距离向图像失真。在实际的条带式SAL系统设计中，这种严重的图像失真是必须要解决的问题。通过点目标对系统进行校正的方法，消去了因两轴夹角而产生的距离向和方位向之间的耦合，是保证SAL系统能进行复杂面目标成像的必要条件。

为实现无损在线探测缸盖内部热裂纹，提出一种基于红外热成像技术，由缸盖表层温度直接判断其内部热缺陷的新方法。以某型柴油机缸盖为研究对象，分析了缸盖的传热机理，结合缸盖温度场的三维分布，确定了其内部易产生热裂纹的部位，并对裂纹结构进行了加工模拟。构建缸盖温度场检测台架，对正常结构缸盖与裂纹缸盖开展了外部特征区域温度场的检测。结果表明，在缸盖传热边界一定的情况下，缸盖表层温度场的变化能直接反映缸盖内部热裂纹缺陷，具体表现为传热受阻的左表面特征区域最高温度值降低，而其他特征表面由于传热量的增强使得表面上的温度升高，这与缸盖实际的传热规律相符。

利用多普勒频移效应，法布里珀罗（F-P）干涉测量技术可用于瞬态高速运动物体的速度历程测量。研制了一套F-P干涉测速系统，包括激光器、光纤探头、F-P干涉仪和条纹相机。F-P干涉仪的条纹常数为1000 m/s，系统的时间分辨为纳秒级，速度分辨率可达到10 m/s。F-P干涉仪采用固定腔结构设计，干涉条纹无需调节，大大简化了实验操作。利用该系统进行了化爆加载飞片速度测量和电炮驱动飞片速度测量。测量到的化爆加载下的飞片速度达到了2 km/s，电炮驱动飞片的速度达到了5 km/s。

研制膜基反射镜需要解决的关键技术之一是膜基反射镜的面形控制。对自行开发的基于模糊逻辑控制理论的膜基反射镜面形控制系统的结构和功能作了详细介绍。在前期对均匀载荷作用下膜基反射镜面形控制进行理论研究的基础上，进一步对非均匀载荷作用下口径300 mm、不同F数的膜基反射镜面形控制进行分析和仿真，并与均匀载荷作用下的仿真结果作了分析和比较。结果表明，非均匀载荷作用下膜基反射镜波前误差的均方根（RMS）值比均匀载荷作用下膜基反射镜波前误差的RMS值降低两个数量级。

高功率固体激光装置中空间滤波器小孔可将光束中非线性增长较快的空间频率成份滤除，改善由光学元件缺陷导致的光束质量下降，因此小孔的尺寸设计是关系滤波效果的关键因素之一。从抑制非线性最快增长频率出发，对神光Ⅲ原型装置中非线性增长最严重的助推放大级非线性增益进行了理论计算，分析了不同频率成份非线性增长的特点，根据分析结果讨论了该级空间滤波器滤波小孔的尺寸设计要求。分析了影响小孔尺寸设计的两个主要因素：等离子体堵孔效应及低频环效应，并讨论了相应尺寸设计要求。根据分析结果，以神光Ⅲ原型装置助推放大级为例对空间滤波小孔尺寸设计方案进行了讨论。

高功率固体激光装置中空间滤波器小孔可将光束中非线性增长较快的空间频率成份滤除，改善由光学元件缺陷导致的光束质量下降，因此小孔的尺寸设计是关系滤波效果的关键因素之一。从抑制非线性最快增长频率出发，对神光Ⅲ原型装置中非线性增长最严重的助推放大级非线性增益进行了理论计算，分析了不同频率成份非线性增长的特点，根据分析结果讨论了该级空间滤波器滤波小孔的尺寸设计要求。分析了影响小孔尺寸设计的两个主要因素：等离子体堵孔效应及低频环效应，并讨论了相应尺寸设计要求。根据分析结果，以神光Ⅲ原型装置助推放大级为例对空间滤波小孔尺寸设计方案进行了讨论。

现有标定方法得到的相机参数与真实物理意义并不能精确对应，因为物理参数不能作为独立的未知数出现在方程中而是耦合在一起。当需要独立使用某参数时，必须分解投影矩阵，造成很大误差。为此提出了一种逐级标定相机各参数的方法。鉴于位姿对等效焦距敏感，基于位姿估计的变化量来标定等效焦距，然后采用平面单应提供的约束方程求解主点，用正交迭代算法来估计外参，最后计算畸变系数。实验验证了方法的正确和高精度。避免了参数之间的耦合，各参数与其物理意义相符，可独立使用。

采用高温固相熔融法制备了Sm3+掺杂重金属镓酸盐玻璃。求得Sm3+的Judd-Ofelt参数Ω2，Ω4和Ω6分别为3.00×10-20，5.19×10-20和1.69×10-20 cm2，计算了Sm3+在可见和近红外区的自发辐射跃迁概率、荧光分支比和辐射寿命等光谱参数。488 nm蓝绿光激发下，在可见区检测到峰值波长位于534，564，601，648和710 nm的荧光发射带，分别对应4F3/2→6H5/2，4G5/2→6H5/2，4G5/2→6H7/2，4G5/2→6H9/2和4G5/2→6H11/2的辐射跃迁。近红外区960，1038和1185 nm的发射带被记录到，分别归属于4G5/2→6F5/2，4G5/2→6F7/2和4G5/2→6F9/2的辐射跃迁，其中位于光通讯低损耗波段的4G5/2→6F9/2跃迁辐射的最大受激发射截面为6.09×10-23 cm2。

航空领域为减轻结构重量并增加结构强度，大量采用复合材料及复合结构代替传统材料，尤其是蜂窝夹层结构以其比强度高及比刚度高的优点得到广泛应用。然而，这些结构在胶接过程中更容易出现粘接不良、脱粘等质量问题。传统检测方法难以对新型结构及新型缺陷类型进行准确检测，需要开展新型检测技术研究以适应实际检测生产需求。利用激光剪切散斑方法、锁相红外热成像、脉冲红外热成像检测方法对内部出现的脱粘缺陷进行检测已经得到越来越广泛的应用，然而此三种新型方法各有检测优势及局限性。利用此三种光学检测方法对蜂窝结构中模拟脱粘缺陷进行检测，从检测原理、适用范围、应用前景等方面对此三种方法的检测优越性及局限性进行比较。结果表明，此三种方法均能对脱粘缺陷进行准确检测，激光剪切散斑方法对粘接不良缺陷检测效果优于脉冲红外及锁相红外方法。

针对病原体快速且高灵敏度和特异性检测的需求，将磁免疫技术与三磷酸腺苷(ATP)生物发光原理结合，提出一种新的致病菌检测方法。首先，采用磁性纳米粒子与特异性抗体结合制备免疫磁性纳米探针，特异性捕获目标物。然后，采用ATP生物发光技术对捕获的病原体裂解并检测，根据光强测量目标物浓度。以大肠杆菌（O157H7）作为检测对象，在细菌浓度为10~108 CFU/mL（CFU为菌落形成单位）范围内，该方法与传统培养法线性相关系数为0.943，总测试时间为2 h。对样品重复测量12次，精密度达到4.88%，具有较好的重复性。

运用矩阵运算方法，得到一个与自聚焦透镜完全等价的单薄透镜光学系统。这个等价光学系统，仅由一个正薄透镜和两个完全相同的光学间隔组成。在近轴近似条件下，它可以替代自聚焦透镜，从而大大简化包含复杂自聚焦透镜的光电系统的光学分析。利用这个等效光学系统，对所有节距的自聚焦透镜的成像特性进行了研究，阐明了各个节距的自聚焦透镜的物像关系。并在此基础上讨论了该等效系统在光纤准直、复印机光学系统以及光纤耦合器里的应用。

设计了一款2.4倍变焦距的紧凑型数码镜头，焦距的变化范围是3~7.2 mm，视场的变化范围是62°~30°。该镜头是个3组结构，第1组是个固定组，2，3组是变倍组，共有4个透镜。该镜头组是一个典型的负正正（NPP）结构，第1组是一个负透镜，第2组是一个正透镜组，第3组是一个正透镜。其中，第2组包含两个透镜，这样有利于色差的控制。镜头中所有透镜的材料均为塑料材料。调制传递函数被用来评价变焦距系统的成像质量。变焦镜头的调制传递函数值在空间频率142 lp/mm，0.7视场处，均大于0.3。该镜头的总长度为10.7 mm。该镜头的像质可以很好地满足消费性电子产品的要求。

介绍了一种小角度LED高效配光镜组及阵列，每个配光镜组包含一个发光芯片、反光碗和收光透镜，发光芯片发出的散射光经过反光碗和透镜的二次配光后会聚。LED阵列是由多个配光镜组列阵而成，并给出了其设计方案与软件仿真结果。经过多次工艺试验及批量生产后验证表明，该LED高效配光镜组及阵列设计方案正确、可行，能够高效收集光能量，并最大限度收缩发光角（θc≤10\O），大大提高了光能利用率，具有二次配光光学组件尺寸小，安装方便的优点。列阵配光后的LED在远场形成均匀的面阵照明，特别适合中远距离的均匀照明系统。

根据目前多数高功率半导体激光器模块只适合工作在准连续（QCW）状态下的特点，提出了利用光谱方法测量半导体激光器温升进而计算得到热阻的计算方法。该方法具有简单、直观、快捷的特点，同时避开了常规计算热阻方法要求半导体激光器工作在连续状态的局限性。其中在不同占空比、同一工作电流下得到的热阻值一致性较好，更接近文献给出的数值，具有实际应用价值。

从原理上分析了光栅透射谱对偏振相关损耗测量的灵敏度、测量范围和检测难易度等多个性能指标的影响机理，并利用传输矩阵法对各种光栅结构的传感性能进行了比较分析。为了降低检测误差，利用分立层剥重构算法分析了透射功率谱为级联三角形的光栅结构。为基于光栅偏振特性的传感测量中光栅结构的选择提供了参考。

为开展5.12汶川大地震的震后灾情及次生地质灾害遥感应急调查，利用无人机平台和机载光学遥感载荷组成的无人机航空遥感系统，沿龙门山断裂带及其沿线，对地震形成的山体滑坡、崩塌等地貌变化造成的堰塞湖和其他次生地质灾害，进行了高空间、高时间分辨率的低空遥感探测，获取了大量及时、准确的遥感信息。根据收集遥感数据情况，采取了机载定位定向系统（POS）数据处理、正射影像制作与自动镶嵌、次生地质灾害类型分析与解译等航空遥感数据处理流程，完成了以四川省绵阳市安县等为重点的次生地质灾害调查和灾情评估。

引入双向反射分布函数(BRDF)分析卫星可见光散射特性。建立卫星结构模型并分析了太阳在大气层外可见光辐射照度，将单一波长BRDF测量方法扩展到可见光波段的加权平均测量，利用BRDF经验模型和实验获得的表面样片的实验数据，数值求解出卫星表面材料的BRDF的三维特性。最后分别在漫反射和非漫反射两种条件下，计算出卫星可见光散射强度的空间分布，为空间目标的可见光探测与识别提供依据。