在无线光通信中，通信系统发射的光束通常近似看作平面波或球面波，而实际的发射光束是高斯波束，所以在研究通信系统性能指标时必然会存在差异。运用理论分析和实验仿真的方法，在不考虑湍流内、外尺度影响和弱湍流的前提下，对比分析了平面波、球面波以及高斯光束模型条件下孔径平均效应的差异。在此基础上，进一步分析了三种传输模型在误码率(BER)性能方面的差异。结果表明，高斯波束条件下孔径平均对误码率的影响明显，最先达到饱和状态，球面波次之，平面波较为平缓。

提出了一种高双折射多孔光纤几何结构，其包层气孔呈圆形晶格阵列。应用有限差分波束传播法对其双折射特性进行了数值模拟，分析了截面结构参数对双折射特性的影响，比较了圆形、四边形和八边形晶格阵列产生的双折射。研究结果表明，这种圆形晶格多孔光纤的模式双折射在1.7～2.0 μm波长范围内可达到10-2量级；在截面结构参数相同的情况下，圆形晶格多孔光纤比四边形和八边形晶格多孔光纤具有更高的双折射，其偏振拍长值在0.6～2.0 μm波长范围内都处于亚毫米量级。这种光纤适合于制作光纤偏振器件或偏振干涉型光纤传感器。

采用相位掩模板法，实验研究了准分子激光器制作光纤布拉格光栅(FBG)过程中，紫外光热效应对光栅生长过程和光谱结构的影响。研究发现，相位掩模板法直接曝光法中，对同一段光敏光纤进行累加曝光，其反射率不会随着曝光量的增大而线性增长，而在多次曝光时会产生光栅反射率变小的“漂白”现象，并且多次曝光的时间间隔越短，“漂白”的过程也越长；相同的曝光量下，激光器重复频率越高，则曝光所用时间越短，所形成的光纤光栅的反射率越高；扫描曝光制作光纤光栅时，在相同的曝光参数下，扫描移动方向的不同会导致光栅旁瓣分布规律的不同，由此提出了光栅制作过程中存在“热致啁啾”现象。

超短激光脉冲和脉冲序列优良的时间和空间分辨特性使其被广泛应用于物理、生物以及化学领域。 脉冲整形技术作为超短激光脉冲的一个重要研究领域，受到人们的广泛重视。光纤器件由于其插入损耗低、易于集成等优点，被广泛应用于脉冲整形领域。针对超短脉冲的产生、任意波形光脉冲的产生以及微波/毫米波的产生三个应用领域，详细介绍了基于光纤器件的脉冲整形技术。

基于法布里珀罗（FP）结构的光纤光栅功能型器件的研制和应用是近年来光纤光栅领域研究方向细化后的一个热点，其在光纤通信、光纤传感等领域都具有重要的应用。综述了近几年FP结构光纤光栅功能型器件的研究进展，其中包括多波长滤波器、可调谐色散补偿器、分布布拉格反射（DBR）激光器、多参数传感器和高灵敏度超声水听器等。

设计了一种新型的光子晶体光纤(PCF)，使其能同时实现高非线性，超平坦色散和低损耗。通过基于全矢量有限元算法的模拟软件COMSOL，分析加了各向异性完美匹配层的八层空气孔光子晶体光纤的有效模场面积，色散特性以及光纤的限制损耗。数值模拟结果指出在波长1.55 μm处可获得36.2 W-1·km-1的高非线性系数。在1.37~1.70 μm共330 nm波长范围内，光子晶体光纤的色散值可达到(0.3±0.3)ps/(nm·km)，同时限制损耗在1.37~1.62 μm波长范围始终低于0.1 dB/km。

为了提高微光纤压力传感器的制作效率，采用157 nm激光加工的自封闭式法布里珀罗腔，形成在线式全光纤压力传感器，包括微腔和一截短的单模光纤。跟踪压力传感器相位的变化可以获得压力大小。在0~60 MPa的测量范围内，灵敏度达到0.01 rad/MPa，长期稳定性达到±0.04 MPa。所做的10个传感器样品，在60 MPa的测量范围内，灵敏度的冗余度达到±5%，可以规模化制造。这种传感器有望在航空航天、汽车工业和井下监测等领域发挥作用。

详细阐述了利用耦合共振诱导透明(CRIT)方法产生快慢光的基本原理。介绍了几种基于环形耦合谐振系统的慢光结构及其在高灵敏度、高集成化的光学转动传感器和光学陀螺方面的应用和研究进展。

针对数字全息再现像质量差的问题，对数字全息再现光强度进行了分析，介绍了光强相减法和中值滤波方法的原理，提出了用中值滤波和光强相减法改善数字全息再现像质量的设想。光强相减法就是对全息图用HRON相减处理消除零级像和背景光。中值滤波处理能有效地减少背景噪声光。实验对比全息图的直接再现像、HRO相减处理后的再现像、光强相减法处理后的再现像和中值滤波与光强相减法共同处理后的再现像，表明本方法有效地提高了再现像质量。

由于无人机影像具有数据量大、分辨率高等特点，在进行影像拼接处理时会涉及多张影像，因此其拼接误差不能忽略，且随着拼接影像数量的增多误差会不断积累。在分析了无人机影像拼接主要误差来源之后，较深入地研究了影像重叠度及误差累积问题。确定了无人机影像拼接的最佳重叠度，并依据最佳重叠度对原始影像进行“抽稀”处理，最后提出了一种适用于无人机影像的分块拼接方法。研究结果表明，根据最佳重叠度对原始影像进行“抽稀”能减少参与拼接的影像数量，对“抽稀”后的影像采用分块拼接方法能够有效地减小拼接误差、改善影像拼接视觉效果，同时在一定程度上提高了影像处理效率。

随着火炮实弹射击发数的增加，身管内膛由于不断遭受高温、高压火药气体和弹丸的摩擦作用而产生多种疵病，影响射击精度和射击安全性。分析了内膛压痕、锈蚀和烧蚀等疵病边缘梯度和边缘方向上的特点，将疵病图像分为遍布性疵病和区域性疵病两大类；根据图像Radon变换对方向的敏感性和Susan边缘检测算子便于提取含有梯度信息的边缘特点，定义了遍布性疵病和区域性疵病的分类因子，为后期疵病特征提取和识别提供了依据。实验证明，该算法能有效地对两类内膛疵病进行区分和计算，并且识别准确率高，从而实现了内膛疵病图像的定量预分类。

利用干涉法测量自由曲面的面形时，针对曲面曲率梯度较大的局部区域，由于干涉条纹的密度过大，无法通过干涉图获取对应的面形信息。针对这一问题提出一种基于多光束的自由曲面干涉检测方法。在干涉测试臂中，采用不同角度的多光束作为测试光，当测试光的入射角与局部被测曲面的曲率相匹配时，该区域形成的干涉条纹密度降低。通过将不同入射角度的光束照射至曲面，实现对被测曲面全口径面形的测量。该方法不需要补偿元件，也不需要机械装置调节自由曲面的位置。对测量过程中形成的干涉图进行仿真，为系统的设计和构建提供基础。

根据现有的激光冲击成形理论，利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA，通过合理的简化、建模及单元的选择、材料属性的设定、网格的划分、约束的施加、求解的控制等，建立了TC4钛合金薄板两工位激光单次同步冲击成形的有限元模型，并对成形的过程进行了数值模拟。在后处理中绘制了成形过程的动态响应曲线，分析了冲击波在靶材中的传播及衰减特点；通过路径的操作，绘制了成形后的轮廓曲线，并对应力分布状况进行了深入分析，为激光同步冲击成形的研究与应用提供参考。

利用光纤中的多阶受激拉曼散射和声光可调谐滤波器(AOTF)，设计了可输出单一波长的黄光可调谐拉曼激光器。得到了558~583 nm内6个波长的黄激光，该激光器输出单一波长脉冲能量约为5 μJ，激光半峰全宽小于5.4 nm，脉冲宽度约为2.5 ns，发散角小于1\O。所利用的AOTF调谐为新波长可调谐拉曼激光的发展提供了一个方向。

提出了一种基于桌面视觉系统(DVS)的深度测量方法，并推导了相关的立体图像对校正方法和计算公式，主要包括：几何畸变校正、中心投影的重投影变换、缩放变换、竖直平移变换以及亮度和颜色校正等。通过重投影变换可以使内参数彼此不一致的两个会聚式相机拍摄得到的立体图像对，变换为平行式摆放且具有相同内参数（除几何畸变系数外）的两相机拍摄得到的立体图像对。该方法首先对桌面视觉系统拍摄的立体图像对进行校正处理，使其变换为理想的立体图像对；然后，对校正后的立体图像对进行立体匹配，得到各对同名点的水平视差；最后，基于水平视差和摄像机标定的参数，应用三角测量法求空间点的深度信息。实验结果表明，测量方法的相对误差在0.31%以内。

设计、制作和测试了用于1.31和1.55 μm光波长的40 Gb/s微带线行波电极的电光调制器。假设聚合物材料的电光系数γ33=30 pm/V，设计的调制器性能参数分别是半波电压Vπ=4.92 V和调制带宽42 GHz。用有完全自主知识产权的二阶非线性光学聚合物材料BPAN-NT作为芯层材料制作了聚合物电光调制器。对调制器的各项特性参数进行了直流、低频和微波的测试，在1.31和1.55 μm波长上测得低频（237 Hz）Vπ分别为32.1和40.5 V，折算得芯层材料的电光系数γ33=3.856 pm/V。测得消光比为20 dB。在50 MHz~40 GHz频率范围内，测得电极系统实际的微波损耗系数α0=0.6 dB·cm-1·GHz-1/2，用此值理论计算得出调制带宽为42.70 GHz。在7.5~16.0 GHz 以及 32~40 GHz频率范围内用光谱仪测量器件的调制度M，并获得调制度的频率响应曲线。3 dB调制带宽为30 GHz。

数值计算了LBO晶体中基频光波长为1064 nm时，在I类倍频相位匹配范围内所有匹配方向上慢、快光的走离角、互作用角和折射率。基频慢光的走离角范围为0°~1.35°，倍频快光的走离角范围为0°~1.52°，慢快光互作用角范围为0°~1.15°；在不忽略三波走离角、互作用角以及折射率的变化的情况下，数值求解了三波耦合波方程及在各相位匹配方向上倍频转化效率随通光长度的变化规律。结果表明,在匹配方向约为(42.2°，19°)时转化效率达到极大值，约为3.35%。在每一匹配角方向上，其转化效率与通光长度的平方成正比。

为了更好地解释相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像的基本原理，方便对CARS显微图像进行处理，使用角频谱的方法对物镜后的CARS显微成像光场分布进行了研究，计算了横向和轴向的光场分布随着物镜数值孔径以及入射光斑大小的变化情况。计算结果表明，光场分布的半峰全宽基本随着数值孔径的增大而减小，并且入射光束腰斑半径越大，CARS显微成像的分辨率也相对越高。理论计算工作为即将开展的实验奠定了基础。

照明光路是决定投影仪光学引擎的光能利用率和光学体积的主要因素。传统照明光路针对朗伯光源进行收集与分配，无法从根本上消除系统光效低和体积大的缺点。设计了一种基于渐变折射率(GRIN)透镜阵列的单片式数字光处理(DLP)激光投影光学引擎的照明光路，以单级透镜系统取代了传统的聚光、匀光等结构复杂的光学组件。通过光线追迹软件对照明光路的光学特性进行了仿真评估，光能利用率达69.5%，照明均匀性达90.9%，光学体积仅为3.06 cm3，达到了提高光效和减小体积的设计目的。

为了满足市场对低成本、高变焦比光学变焦手机摄像镜头的需求，采用三运动组份变焦核结构型式，选用优质光学塑料非球面透镜与普通光学玻璃球面透镜混合结构，利用计算机辅助设计软件Zemax优化镜头系统，设计了一种4.6倍光学变焦、500万像素(5×106 pixel)的手机摄像镜头。系统全视场调制传递函数（MTF）值在空间频率20 lp/mm处大于0.8，广角端及摄远端的MTF值在1/2奈奎斯特频率处大部分视场大于0.4 lp/mm；相对畸变均小于3.2％；全视场广角端处的相对照度大于67％，摄远端处的相对照度大于89％，并且变焦曲线平滑。该镜头系统具有分辨率高、制造成本低、变焦比高的优点。

利用传输矩阵法和傅里叶变换，讨论了光脉冲通过光子晶体时能流密度的时空分布，这有助于了解每一时刻光脉冲在光子晶体中各处的能量输运细节。这种能量输运行为主要是光脉冲的各傅里叶分量经历了不同的相移和幅度变化后重新相干叠加的结果。同时，也讨论了在出射端电场强度随时间的变化关系。

基于光子晶体耦合和解耦合特性，通过在二维方形光子晶体中设计缺陷结构，从而得到了一种四波长波分复用器。采用平面波展开法，分析双平行光子晶体耦合结构的色散关系，找到该结构的解耦点。利用时域有限差分法计算了器件的透射率，通过改变耦合区域介质柱尺寸和改变输入端介质柱密度的方法分别降低了器件散射和反射对其性能的影响，此外利用添加耦合通道的方法增大器件隔离度，从而达到优化器件效率的目的。通过优化透射率和隔离度，得到尺寸为44 μm×18 μm，四波长透射率分别为95%,87%,82%和96%，隔离度分别为19.7,15.4,13.1和19.8 dB的四波长波分复用器。

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是一种新兴的光谱测量技术，是太赫兹(THz)领域的研究热点。传统THz-TDS系统利用步进的时间延迟线进行扫描，并通过锁相放大器获得THz信号。这种方法检测THz信号的速度有限，无法应用于某些要求快速测量的场合。而快速扫描THz-TDS系统可以实现THz信号的快速检测，易于进一步扩大其应用范围。总结介绍了快速扫描THz-TDS系统在国内外的代表性研究进展，对几种实现快速扫描的方案进行了分析比较，并提出了一定的改进方法。

通过对宽光谱膜厚监控原理分析，设计出一套便携的嵌入式宽光谱在线膜厚监控系统。该系统基于ARM9内核微控制器S3C2440, 采用Linux操作系统,使用跨平台Qt2开发可实时监控界面。系统通过USB光纤光谱仪采集光谱数据，S3C2440微控制器对采集的光谱数据通过宽光谱扫描、评价函数、单波长极值等多种方法进行综合处理，最终达到监控镀膜过程中的光学膜厚的目的。系统测试表明，该系统测量精度高、测量速度快且便于携带。