介绍了四能级系统的受激辐射耗尽(STED)荧光显微镜的基本原理。按照时间顺序介绍了面包圈型耗尽光焦斑的实现方法。对于横向分辨率的改善，最初使用了光路偏移法，后来发展到均分相位板法，再到成熟的螺旋相位板法；另外还介绍了半波相位板法对轴向分辨率的改善。从宽带光源激发、连续光源激发、多色多通道、快速成像和双光子激发等方面综述了受激辐射耗尽荧光显微镜实验装置的逐步完善。最后展望了受激辐射耗尽荧光显微镜的发展前景。

InGaN基发光二极管(LED)芯片大电流密度下效率的下降影响了其在功率型器件方面的应用，因此效率下降的原因和克服的方法成了当前的研究热点。综述了近年来研究者提出的光效下降效应的几种产生机制，包括Read-Shockley-Hall (RSH)复合、俄歇复合、载流子局域化、极化电场、载流子注入效率及热效应等。同时介绍了一些克服光效下降效应的方法。

为实现使用Hartmann-Shack(哈特曼夏克)波前传感器对高分辨率物镜进行高精度检测，提出了使用二维插值多项式替代泽尼克(Zernike)多项式为重构基底对被测波前进行模式重构的方法。为了验证方法的可行性，仿真高分辨率物镜设计波像差为待测波前，得到重构误差均方根(RMS)值为0.0609λ。模拟理想球面波为待测波前，重构精度随拟合阶数增加稳定变化。经过重构正弦波前、余弦波前、非球面波前以及含有低阶球差、彗差、象散、场曲和畸变等像差的一般波前，进一步对比了Zernike多项式和二维插值多项式为基底的重构精度，得到了一种较Zernike多项式拟合精度更高更稳定的模式重构基底。

针对经典分形模型的功率谱在空间波数小于基波波数时不能满足正幂率的问题，提出了一种统计模型和归一化带限Weierstrass-Mandelbrot(WM)分形模型相结合的一维粗糙海面模型，确定了功率谱的闭式解，并且和Pierson-Moscowitz(PM)谱进行了比较，两者吻合较好。在双尺度法下推导了改进模型电磁散射系数的闭合解，对Longuet-Higgins模型、经典分形模型和改进模型的电磁散射系数的角分布进行了比较，发现3种模型散射系数之间的差距主要是由于大尺度波浪的不同造成的，证明了改进模型的有效性，并通过实测数据进行了验证。

雨滴谱(DSD)反映了云及降水物理学特性,是推导降水强度、雷达反射率因子等物理参量的基本要素，取决于水凝物由冰晶或云水转化为地面降水这一复杂微物理过程。为更好地了解北京地区夏季降水雨滴谱特征，利用Parsivel激光降水粒子谱仪于2007年7月至8月间在北京市观象台进行观测，得出不同降水类型的雨滴谱分布以及雨滴质量加权平均直径、最大直径和降水强度等微物理参量，对观测数据进行拟合确定不同降水类型M-P谱分布函数参数值。结果表明北京夏季降水过程中直径在0.2~1.5 mm之间的小雨滴对雨滴数密度贡献均大于直径超过2.0 mm的大雨滴，对流云降水的雨滴谱比层云的更宽，大雨滴所占比例更大。并在此基础上计算得出不同降水类型雷达反射率因子与降水强度的关系参数。

研究了一种能够工作在C波段或C+L波段的带宽可选择的掺铒光纤放大自发辐射（ASE）光源。该光源采用双向抽运结构，并通过利用后向反馈技术结合光开关来实现波段选择。实验表明仅通过控制光开关的工作状态就可以交替获得25.9 mW的C波段和22.5 mW的C+L波段ASE谱。

传统的光纤分布式温度传感器存在精度不高和设备昂贵的缺点。设计了新型的基于受激布里渊散射(SBS)的分布式温度传感器，通过将乙醇填充到光子晶体光纤中，利用乙醇的折射率随温度变化的特性，光子晶体光纤的有效面积也随之变化，使得光纤输出功率随着温度的变化而变化；数值求解基于光纤的SBS耦合方程组，获得输出功率和温度的变化关系，从而验证了新的传感机制的可行性。基于新设计，要达到1 ℃的分辨率，功率测量设备的动态测量范围只需要达到40 dB，远小于传统测量系统中频率测量设备的80 dB。同时还对该系统中可能存在的一些影响因素进行了分析。

在拍摄低频全息光栅的现有研究中，仅对干涉条纹的宽度和对比度进行深入分析，讨论杨氏双缝干涉条纹在屏上沿Y轴或X轴上的分布状况，并没有研究干涉条纹方向的斜率变化。选择马赫曾德尔干涉光路，在若干次拍摄低频全息光栅实验中找到了干涉条纹方向斜率k1与两干涉点光源连线斜率k2的变化规律，并用相干光理论和数学函数推导了两者间相互制约的内在变化关系，即k1×k2=-1。研究结果为拍摄不同条纹方向斜率的低频全息光栅提供了理论依据和实验基础，扩大了低频全息光栅在精密测量中的应用领域。

为了能够同时处理含有较强噪声和欠采样区域的包裹相位图，对基于快速傅里叶变换的4种典型相位解包裹算法的速度、准确性及适用范围等相关问题进行了深入的研究，并且通过计算机模拟分析了该类算法中的4种经典算法的抗噪能力和处理含有欠采样情况的能力。结果表明，对于含有强噪声的数据，基于四次快速傅里叶变换算法的效果最好，基于横向剪切干涉和傅里叶变换相结合的算法效果最差；对于含有欠采样的数据，基于横向剪切干涉和傅里叶变换相结合的算法效果最好，基于四次快速傅里叶变换算法次之；对同时含有噪声和欠采样区域的实验数据，基于四次快速傅里叶变换的相位解包裹算法精度最高。

相位恢复算法被广泛应用于去除同轴数字全息共轭像。其中，多采样距离相位恢复算法相比于基于单幅全息图的相位恢复算法，尤其是在两幅全息图的重建算法中，重建精度更高且收敛速度更快。针对采样距离和采样间隔对再现物光波前的精度的影响，通过记录不同采样距离的多幅数字全息图，进行相位恢复。通过分析比较再现相位像的标准化均方根误差，得到优化算法的最佳采样距离和采样间隔。结果表明，采样距离在130~160 mm范围内时误差较小，采样距离为150 mm、采样间隔为2 mm时误差最小，仅0.0096。

基于矢量衍射理论，研究了连续型相位光瞳滤波器对径向偏振光束在焦点区域成像效果的影响。设计了一种余弦函数形式的连续相位型光瞳滤波器，实现了缩小径向偏振光束的横向焦斑。利用Matlab优化工具箱，以超分辨性能参数G为优化目标，以斯特雷尔比S为约束条件，对余弦函数形式的连续相位型光瞳滤波器进行优化并给出了几组优化结果。优化结果表明所设计的余弦函数形式的连续相位型光瞳滤波器在数值孔径为0.8时对于缩小径向偏振光横向焦斑有明显的效果。关于此种连续相位光瞳滤波器的计算结果，对实际中制作相位光瞳滤波器有一定参考价值。

根据偏振光反射原理和多角度测量的多点拟合算法，研究了薄膜材料的厚度、实际测量中的噪声、特殊入射角三个因素对薄膜参数测量精度的影响。对SiO2薄膜样品进行数值模拟分析，结果表明，薄膜厚度大于150 nm时的反演误差较小，50 nm以下的薄膜反演误差较大；噪声越小测量精度越高；SiO2薄膜存在特殊的入射角，该角选为初始入射角将出现较大误差甚至错误，测量时应避开。若初始入射角的选取偏离特殊角±2°，即可消除特殊点所带来的影响。

分析了盖革模式雪崩光电二极管(APD)工作原理，利用采样间隔内等长时间片的方法，建立了盖革模式APD的激发概率模型。在此基础上进一步分析了光子计数探测概率以及噪声模型，根据噪声模型给出了探测虚警率；针对漫反射和镜面反射两种类型目标，分析了两种反射表面的回波信号模型，结合噪声模型，最终得到了混有噪声信号的光子计数探测概率模型，并且计算了一定阈值条件下的探测概率。

依据线偏振光反射原理，实现了对介质折射率的测量。使用高准直半导体激光器激光入射到待测样品表面，逐步旋转样品或改变样品表面的入射角，得到待测样品反射光强随入射角变化的关系曲线；当用p线偏振光入射时，曲线上有一光强随入射角的变化趋近于零的点，其对应入射角为布儒斯特角，由线偏振光反射原理可求得样品折射率。用此方法测量了玻璃和棱镜的折射率，测量的结果偏差控制在1×10-3量级，测量的重复性比较好。

折转光管广泛应用于舰船、车载等光电测量系统中，在方位基准传递过程中，光路在高度上产生折转，入射光与出射光在方位上保证相互平行，从而实现方位基准的保精度传递。对于长度小于1 m的折转光管多采用平面镜法或水银盘法检测其光轴平行性，但对于长度大于3 m的折转光管，采用上两种检测方法则不能满足其精度指标要求。为此，提出了对于3 m长度的折转光管光轴平行性检测的一种新方法，此方法适用于长度大于3 m的折转光管光轴平行性的检测。

将半导体激光器输出光照射到带有振源信息的受迫振动玻璃表面，经玻璃表面反射的光携带有振源的信息。反射光由光电二极管采集并转换为电信号，再经功放放大后，直接送喇叭输出，达到了将振源声音还原的目的，实现了对远程语音的监听。同时还设计了基于声卡采集和LabVIEW软件的信号分析系统并进行了测试。测试结果表明，本装置可以较好的对模拟房间内的语音信号进行远程监听，最远监听距离可达50.7 m，具有灵敏度高、操作简单、制作成本低廉等优点。

设计了基于二维三角晶格光子晶体的90°弧线弯曲波导以实现Γ-K波导和Γ-M波导的连接。通过在弯曲弧线和Γ-M波导两侧引入缺陷面，形成了具有布拉格反射和全内反射的双重光子局域作用。模拟可得该二维三角晶格光子晶体90°弧线弯曲波导的透射率达90%。

海洋激光雷达在探测水下目标时，其探测深度会受到波动水面的影响。对于光子在目标平面上的空间分布，已经成为研究的热点。而已有工作多集中在光子径向分布半径较小的情形，对于光子在目标平面大范围的扩散情形研究较少。基于蒙特卡罗方法，通过对比舍选抽样法和变换抽样法，光子径向分布半径较大的情形得以分析。结果显示，对于相同半径，光子径向相对能量分布与风速满足一定的规律。这说明，由于风速影响所产生的随机性并不是完全随机，也有一定的规律性。同时，舍选抽样法和变换抽样法的对比显示，变换抽样法作为一种近似，其结果没有舍选抽样法精确。

称取32.4 mg氯化铜粉末，配制出质量分数为1.62×10-4的CuCl2溶液。将1064 nm NdYAG激光聚焦到溶液表面，产生高亮度的等离子体光斑。实验测得等离子体的电子温度为1850 K，电子密度为5.8×1016 cm-3。实验证实激光诱导产生的CuCl2溶液等离子体满足局部热力学平衡状态。

采用Nd:YAG激光器对阀芯端帽工作面进行激光合金化处理，得到以TiC为主要增强相的激光表面合金层。通过X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电子显微镜及能谱仪对合金层的物相组成、显微组织及室温油润滑条件下的耐磨性能进行了检测和分析。结果表明，阀芯端帽工作面激光合金化处理后，合金层的物相主要由马氏体、残余奥氏体、Cr23C6和TiC组成；合金层组织致密，无微裂纹或气孔等缺陷，与基体成良好的冶金结合，显微硬度达358 HV，约为基体的1.6倍；合金层的耐磨能力为基体的5.2倍，磨损表面较为光滑，未出现明显的犁沟或剥落。

基于模糊数学理论，综合考虑影响激光喷丸(LSP)强化诱导三维残余应力场的多种因素及其多层次性，建立了残余应力场优劣的二级模糊综合评判模型。以两组有限元分析的数据为例，对激光喷丸诱导三维残余应力场的优劣进行模糊综合评判，并对两组疲劳试样进行疲劳模拟试验，得到的疲劳寿命结果很好地证明了模糊综合评判结果的正确性。该方法可为优化和控制激光喷丸强化诱导三维残余应力场提供理论依据。

圆光斑激光冲击强化条件下由于冲击边界产生反向塑性加载效应，会产生“残余应力洞”现象。对TC17、1Cr11Ni2W2MoV、LY2和K417等4种材料进行圆光斑单点激光冲击试验，通过显微硬度和残余应力测试验证了“残余应力洞”的存在，并分析了激光功率密度和强化次数等参数对“残余应力洞”现象的影响。为了抑制“残余应力洞”对强化均匀性的影响，以TC17为对象，优化光斑搭接工艺并开展多遍强化试验，结果表明，与单个光斑强化相比，同样激光参数下，采用特殊光斑搭接和多遍强化可以有效抑制圆光斑残余应力洞现象，提高强化效果均匀性，残余应力和显微硬度平均值分别提高60 MPa和30 HV0.2，极值差分别降低了70 MPa和94 HV0.2。

为了解决使用激光干涉仪测量平行平板光学元件面形时会产生干扰条纹的问题，提出了一种利用短相干光干涉测量平行平板光学元件面形的方法。在泰曼格林干涉仪中使用钠光为光源，由于钠光为短相干光源，当参考面与被测平板前表面光程匹配时，平行平板后表面的反射光无法与参考光和测试光干涉，从而避免了干扰条纹的产生。测量时采集到的为单幅干涉图，使用虚光栅移相叠栅条纹法从中提取波面数据，即可得到平行平板光学元件的面形数据。实验测量了一平行平板光学元件的面形，其面形数据与使用Zygo干涉仪测得的结果吻合。

数字微镜器件(DMD)动态红外(IR)景象模拟技术具有大动态范围、高空间分辨率、高帧频、空间均匀性好、体积小等特点，能够在实验室内模拟红外景像，降低红外系统的研发成本，缩短研发周期。根据基于DMD的红外景象模拟系统的要求，分析了红外投影光学系统的特点，确定了其技术指标。从初始结构选取入手，利用像差平衡理论和非球面技术，针对DLP5500 DMD(1024 pixel×768 pixel)，设计出一种成像质量高、性价比高，工作在8～12 μm波段的红外投影光学系统。系统采用三片透射式结构，焦距为200 mm，相对孔径为13。应用Zemax光学设计软件进行像质评价，各视场调制传递函数(MTF)接近衍射极限，各视场的点列图均方根(RMS)半径远小于艾里斑的半径，满足设计要求。

介绍了含有谐衍射面的单片式胶囊内窥镜的设计方法。系统工作波段为0.486~0.656 μm，视场角为116.2°，光学系统总长为2.4 mm。另外，设计了含有3个球面透镜的胶囊内窥镜和含有非球面的单片式胶囊内窥镜，并和含有谐衍射面的单片式胶囊内窥镜进行了比较。结果表明，含有谐衍射面的单片式胶囊内窥镜可以达到含有3个球面透镜的胶囊内窥镜的成像质量，外形结构和含有非球面的单片式胶囊内窥镜一样简单。系统在频率40 lp/mm处的调制传递函数大于0.6。

设计了一个无热化双视场长波红外光学系统，工作波段7.7~9.7 μm。通过轴向移动一组透镜实现红外系统双视场设计，为了满足光学系统大温度范围工作的需求，采用光学被动无热化的设计方法，通过合理分配光学元件材料，利用不同材料的热差特性来消除整个光学系统的热离焦，实现了红外光学系统的无热化设计。像质评价结果表明，光学系统在全温度范围内（-60 ℃~+70 ℃）双视场成像质量好，接近衍射极限。

针对大型太阳模拟器光源过热造成光学系统特性不稳定或者丧失的实际问题，以大型太阳模拟器中的散热器为研究对象，通过其热传导分析，建立其三维立体模型，并构建出气工作状态下的数学模型，运用有限元分析方法，设定优化区域值，对散热量、结构与质量构成的多目标参数进行优化设计。优化结果实现了散热器质量不大于16 kg时，散热量不小于11000 W的优化目标，所研究方案为大型高温工作的光学设备研制提供了一种有效设计方法。

实验研究了亚波长十字形金属阵列结构在太赫兹(THz)波段的透射特性。研究表明,在保持十字形金属阵列结构尺度不变的前提下，改变太赫兹波的偏振方向时，其太赫兹透射谱具有无偏窄带滤波特性。大部分太赫兹波可以通过该结构继续传播，仅有很窄带的太赫兹波衰减到极低值，因而产生窄带限波效果。当改变太赫兹波的偏振角度时，透射凹陷所在的频率位置几乎不发生改变，证明该结构在太赫兹波段是一种很好的透射式无偏窄带器件。

传统遗传算法的并行机制使得遗传算法的广域搜索能力较强，而禁忌搜索算法具有较快的收敛速度和较强的局部搜索能力。将遗传禁忌混合的优化算法用于光学薄膜的膜系优化设计中。混合优化算法的主体思路是以遗传算法为主体，把禁忌搜索算法的多样化特征引入遗传算法的交叉和变异中，从而使搜索过程具有记忆能力，实现两种算法的优势互补。通过减反膜和分束膜的实例优化设计，得到了比传统遗传算法更好的设计结果，表明该算法是高效和可靠的。