对基于蓝绿激光的海水光学传输信道特性进行了分析，提出了利用蓝绿激光雷达探测海洋赤潮的新方法。利用蓝绿激光具有较强的海水透过性，可以获取较深海域的赤潮信息。通过检测海水中蓝绿激光的后向散射信号，可以实现对海洋赤潮密度信息的获取。在分析海洋赤潮粒子吸收和散射特性的基础上，建立了基于蓝绿激光雷达的海洋赤潮密度探测模型。通过仿真计算，证明该模型可以有效探测出海洋赤潮密度的大小，进而可以实现对海洋赤潮消长过程的监测和预报。

提出一种利用基于数字微反射镜装置(DMD)的数字光刻系统制作掩模版的方法。通过制图软件制作出二元光栅、菲涅耳波带片等衍射光学元件的掩模图，将这些图形导入数字光刻机，利用DMD系统的空间光调制特性，经精缩投影曝光，在覆胶铬板上刻蚀出相应的图案，经过腐蚀及去胶得到需要的掩模版。将制作好的掩模版用于精缩光学系统，可在晶圆片上得到亚微米结构的图案，达到高分辨率的要求。该方法是将传统的光刻工艺与DMD数字化虚拟掩模的特点相结合，相对于激光束直写法和粒子束刻蚀法，可以更方便、高效、低成本地获得掩模版。

为了制作宽带稳定的光纤偏振器件，提出了一种改善双折射多孔光纤偏振拍长色散特性的方案。将具有圆孔包层阵列和芯边一对大圆孔的双折射多孔光纤，分别在两个正交方向上进行横向压缩或伸展，利用多种非对称结构产生的符号相反的双折射色散曲线进行平衡补偿，消除偏振拍长的波长敏感性。采用全矢量波束传播法计算分析了不同参数变化对模式双折射的影响，通过优化结构参数，在1550 nm波长窗口获得了中心拍长值约为39.5 mm的平坦拍长色散曲线，在1380~1750 nm波长范围内, 拍长值相对变化率约为1.27%。若用这种光纤制成1550 nm波长窗口的零级1/4波片，以2π/300作为带宽容限，则工作波段约为1400～1710 nm范围，相对带宽可达20%。

为了获得大模场光纤结构以提升光纤激光的输出功率，通常采取多种技术措施来增加光纤的模场大小。但随着光纤模场大小的增加，光纤波导对模场的约束能力下降，导致模场大小的提升受到限制。从光纤波导的本征模场理论出发，首先分析大模场光纤模场分布的特点，然后讨论模式耦合和模场畸变现象对模场大小增长的限制作用。最后，在考虑限制因素影响的基础上，应用有限元分析方法对几种折射率分布的光纤模场进行计算。结果表明，光纤模场的等效面积与相邻模式之间的等效折射率平方差的乘积趋向一个常量，光纤模场大小的增长受到这一常量的约束。

对高折射率纤芯掺铒布拉格光纤放大器特性进行实验研究，测量了正向抽运、反向抽运方式下布拉格掺铒光纤放大器的小信号增益和噪声系数。实验结果表明，与普通掺铒光纤放大器相比，二者的自发辐射谱形状基本相同，但是掺铒布拉格光纤放大器的效率较低。通过对光纤模场的理论计算，分析了原因所在并提出相应的改进措施。此外，对两种光纤放大器的饱和增益特性进行了比较。当普通掺铒光纤放大器和布拉格掺铒光纤放大器工作在相同增益水平下时，与前者比，布拉格掺铒光纤放大器具有更大的输入信号动态范围，可以应用于放大器的增益控制领域。

空间光通信中激光调制器的调制频率和输出光功率直接影响光通信速率和链路距离。为兼顾高调制频率和大输出光功率两个指标，提出采用横向调制、组合调制等方法，开展铌酸锂晶体结构及参数优化、光耦合设计及功率计算、射频驱动源设计、自动偏置设计等关键技术分析，设计了一个最高调制频率达1238 MHz，输出光功率大于1 W的激光调制器，其半波电压约266 V，调制深度约1.39 rad，折减系数约0.99，消光比约20 dB。实验证明，激光调制器的设计指标和实验结果基本相符，成功地应用于误码率优于10-9，链路距离大于7 km的空间光通信地面演示验证实验中，具有应用于临近空间、深空光通信的可行性。

引入La2O3等阳离子半径大的材料作纤芯，用低折射率材料作包层，开展了物化性能相匹配的高光学质量纤芯和包层玻璃的制备。采用棒管法拉丝工艺开展了光纤传像束单丝的拉制实验，并对所拉制的双包层光纤进行了测试。实验得到了单根光纤直径为30 μm，透过率为48%/m，芯包同心度误差0.01%，数值孔径为0.82的传像光纤。实验结果表明，该材料的光接收角达到了110°，光纤的集光能力显著提升。

详细论述了导光板的工作原理以及导光板网点设计的理论。利用几何光学的反射、折射、散射等理论，推导出了非均匀网点分布公式，设计了一款大尺寸LED双侧边缘背光的导光板。利用光学模拟软件建立导光板模型，并进行了调试仿真。在充分考虑成本和可能性的前提下使得均光度接近80%，达到了广告灯箱对均光效果的要求。

提出一种采用非均匀量化思想编码傅里叶变换数字全息图的方法，并以均匀量化数字全息图为对比，分析了所生成的数字全息图在量化噪声功率方面的改善情况。仿真结果表明，在编码位数相同的情况下，采用非均匀量化编码方案生成的数字全息图具有更低的量化噪声功率及更好的再现质量，作为水印信号使用时，在遭受同等强度高斯噪声或椒盐噪声干扰的情况下，从嵌有非均匀量化数字全息水印的载体图像中可以复原出更清晰的数字再现像。而在抗剪切、抗JPEG压缩等方面表现出与均匀量化全息水印相类似的稳健性。该方法可用于信息隐藏应用中对全息水印信号的预处理及全息图的数字化存贮、转换及处理等。

深度图像匹配在三维数字成像与造型、三维光学检测领域中，具有重要的作用及研究价值。其匹配精度的高低、速度的快慢直接影响到最终三维模型的测量精度与速度。目前应用较为广泛的匹配方法主要有基于迭代最近点和基于标志点两种方法。简要论述了各种深度图像匹配的方法，着重介绍迭代最近点与借助标志点两种方法的理论与发展，并结合实验数据，阐述两种方法优缺点、匹配精度、误差来源、时间复杂度、应用前景等。

离轴抛物面镜广泛应用于高能短脉冲激光装置的无像差聚焦打靶，随着对焦斑能量的需求越来越高，大多采用多路激光聚焦打靶，对聚焦元件提出了新的要求。大口径拼接抛物面镜可确保光学元件面型精度优于λ/4，且具有较好的可扩展性，90°离轴设计能有效增加激光的聚焦效率。基于几何光学和衍射光学，分析了90°拼接离轴抛物面镜作为聚焦终端时，拼接子镜的角度和位置失调对聚焦光斑的影响。结果表明，面外角度倾斜和光轴方向面外位置失调对焦斑斯特列尔比和20 μm直径环围功率比的影响远大于面内旋转角和位置失调，在进行拼接设计时无需补偿面内失调量；计算得到角度倾斜与位置失调的精度分别为±0.5 μrad和±105.3 nm，并采用蒙特卡罗误差分析对拼接后抛面镜的空间聚焦性能进行了预测，在该精度条件下可满足要求。

外来生物入侵已成为当前全球性的环境问题，为此迫切需要一种能实现现场检测的植物检验仪器。研究了一种用于幼虫现场检测的便携式图像分析仪，该仪器采用变焦显微物镜系统，能实现0.7～9倍的变焦；以发光二极管（LED）为光源，采用正交实验法进行反射式均匀照明系统的优化设计，使目标面上Ф50 mm的范围内照度均匀性达到83.7%；编写出专用的幼虫图像分析软件，对被检幼虫进行分析与识别。便携式幼虫图像分析仪的研制，为植物检验检疫在线检测提供了新的手段。

为解决传统靶场光测成像设备人工调焦效率低，受人为因素影响大，难以保证得到全程清晰目标图像的问题，提出了一种粗调与精调相结合的快速搜索调焦算法。该算法借助对图像清晰度评价来自动搜索到正焦面。使用计算速度较快的Brenner函数以大步长进行粗略调焦，然后使用对清晰度变化较敏感的Tenengrad函数实现小范围，小步距的精确调焦。使用Mean Shift跟踪算法，实验中搭建了硬件系统平台。通过对同一待测目标在相同位置的多次调焦实验，结果表明，该自动调焦算法具有较好的稳定性，能够满足实际靶场测量准确度与实时性的要求。

理论上模拟分析了硅基绝缘（SOI）槽波导微环谐振腔加盖SiO2包覆层情况下的温度稳定特性。对比了槽微环和纳米线微环，以及不同结构的槽微环谐振腔的温度稳定性。得到在室温下，5 μm半径槽微环在1.55 μm附近的谐振波长随温度变化为0.049 nm/℃，而相同温度、半径以及折射率情况下纳米线微环谐振波长随温度变化为0.092 nm/℃，是槽微环的1.88倍。而且改变槽微环的槽宽和两侧Si条的宽度也会对微环的温度特性有影响，增加槽宽或者减小Si条宽度都会使谐振波长随温度的变化进一步减小。通过采用负温度系数聚合物材料WIR30-490和优化槽波导的结构参数，使得温度对微环谐振波长的影响降低到0.0023 nm/℃。

对含左手材料的三层平面波导的TM振荡模进行了研究。利用麦克斯韦方程组，得到了TM振荡模的色散方程。根据该色散方程，考虑芯层厚度及模阶数对色散特性的影响，画出了相关TM模的色散曲线。从中可以发现，色散特性反常且具有双模简并的特性。此外，对波导中TM模的归一化功率流特性进行了相关的研究。结果显示，在一定的条件下，TM振荡模的归一化功率流具有正、负和零。正的归一化功率流意味着能量在波导中正向传输；负的归一化功率流则说明了能量在波导中向后传输；而零归一化功率流则说明了能量静止于波导中。

研究三维黏弹性薄板中激光激发兰姆波的传播特征。从应力应变关系理论出发，推导出三维频域波动平衡方程。考虑材料的黏弹性特性，在频域内建立激光激发兰姆波的三维有限元模型，模拟三维黏弹性薄板中兰姆波的激光激发及其传播过程，数值结果与解析法计算所得的群速度曲线、色散曲线及衰减曲线特征完全一致。结果表明，在单向纤维黏弹性薄板中，随着垂直于纤维方向逐渐向平行于纤维方向转变，s0模和a0模的传播速度逐渐增大，a0模的色散特征逐渐减弱；兰姆波在同一方向的传播距离越远，波的衰减越大，且兰姆波中高频成分的衰减大于低频成分。

半导体激光器是光通信中的核心器件之一，广泛应用于城域间的骨干网。光电集成电路计算机辅助设计是对光电器件建模仿真的重要方法，在光通信中起着举足轻重的作用。推导了激光器小信号频率响应的计算公式，研究了激光器的封装寄生参量的谐振现象，利用这种谐振效应对激光器的频率响应特性进行有效补偿，采用数据用电路仿真软件PSpice对建立的等效电路模型进行小信号频率响应分析得出3 dB频率响应带宽。

采用水热法合成了Yb3+/Er3+共掺杂的BaYF5:上转换发射纳米晶。采用X射线衍射仪和扫描电镜对样品的结构和形貌进行了分析。在980 nm半导体激光器激发下，研究了水热合成温度对BaYF5:Yb3+/Er3+ 材料上转换发光特性的影响。研究结果表明，200 ℃水热合成样品的上转换发光强度达到最大，220 ℃水热合成样品的大小和尺寸均匀，粒径约为100 nm。通过研究光强与抽运功率的双对数曲线发现，523，546，649和667 nm的发射均属于双光子过程。在此基础上讨论了样品的协作敏化和声子辅助共振能量传递的上转换发光机制。

通过高温固相反应在空气中制备了一系列Eu掺杂的Ba2MgSi2O7发光材料。利用发射光谱和激发光谱，证实在Ba2MgSi2O7中，Eu3+在空气中被还原成Eu2+。研究表明：在1350 ℃急冷条件下制备Ba2MgSi2O7Eu2+荧光粉比在1250 ℃炉冷条件下制备的发光强度提高了近6倍。而且，添加NH4F助溶剂能提高空气中制备Ba2MgSi2O7Eu2+荧光粉的发光性能。当NH4F用量为4%时(摩尔分数)，Ba2MgSi2O7Eu2+荧光粉的发光强度是不含助溶剂的5倍。

应用可见/近红外光谱结合遗传偏最小二乘法（GA-PLS），建立了柑桔类水果可溶性固形物（SSC）的快速无损检测模型。应用光纤光谱仪采集脐橙的可见/近红外光谱，其光谱范围为350~1800 nm。把脐橙的可见/近红外光谱划分成15个光谱区间，通过GA-PLS方法，选出5个光谱区间（包含波段446个，对应波长范围为554~643 nm，1000~1088 nm，1089~1177 nm，1445~1533 nm和1623~1711 nm）建立了预测脐橙可溶性固形物的模型。验证组的最佳预测结果为相关系数和均方根误差分别为0.9132和1.2579。实验结果表明，应用GA-PLS方法选出的可见/近红外特征光谱区域，不仅提高了脐橙可溶性固形物模型的预测精度，而且使模型更加简洁。

多光谱成像技术是不同环境下高保真物体颜色再现的关键。在计算机图形学中，采用基于光谱的彩色渲染方法使成像的物理意义明确，比传统的红绿蓝（RGB）三通道彩色渲染方法在应用上有明显优势。讨论了多光谱成像的基本原理，分析了图形学中对成像模型所做的必要近似，并展示了光谱合成颜色的基本方法，介绍了所采用的多光谱渲染器实现方案以及实现上应该注意的问题。以4个实例，从不同方面分析了基于光谱的渲染技术在颜色评价、各种材料物体的外观再现、不同光源对物体表观颜色的影响以及材料反射率重建算法分析等的应用，展示了基于光谱的渲染技术广泛的应用前景。

研究了利用波前像差数据的客观验光技术。用波前像差仪测得人眼波前像差，然后采用菲涅耳衍射积分计算出框架眼镜镜片处的波前，通过最小二乘拟合，得到矫正屈光不正所需最优镜片的球度、柱度、散光轴位角。将上述数据分别与仅通过第2阶泽尼克系数计算及通过第2，4阶泽尼克系数计算的值进行比较，发现最优球度、柱度、散光轴位角与仅用第2阶泽尼克系数计算的值相比，平均误差分别为：1.20 D，0.13 D，1.53°，与采用第2，4阶泽尼克系数计算的值相比，误差分别为：0.14 D，0.13 D，1.37°。结果表明，使用第2，4阶泽尼克系数计算屈光度已经能够满足要求，而只用第2阶泽尼克系数计算误差较大。计算结果为波前眼镜工程数据的获取提供了依据。

研究了明视觉下亮度变化对神经对比敏感度函数（NCSF）的影响。分别测量人眼的对比敏感度函数（CSF）和调制传递函数（MTF），而后通过计算的方法获得白光的NCSF。运用这种方法对4只人眼进行白光（15，210和310 cd/m2）下的NCSF测定。测试结果表明：白光的NCSF均随着亮度的增加有较大幅度的提高，并且曲线向着高空间频率方向移动，提高的幅度和移动的大小存在个体上的差异。CSF的变化趋势类似于NCSF的变化趋势，但在亮度的影响下，CSF的相对增长幅度要高于NCSF的相对增长幅度，这种情形在高频部分尤为突出。由于NCSF反映的是排除了眼屈光系统的从视网膜到大脑的视觉特性，因此NCSF随亮度的变化才是视觉的神经系统对亮度敏感特性的客观反映。