随着激光在航天器中应用的增加，出现了激光系统在空间环境中失效的现象。激光薄膜和基底元件（包括晶体和玻璃）是激光产生和输出的重要组成部分，空间环境对它们损伤性能的影响直接关系到激光系统的稳定性、使用寿命和光束质量，因此它们的空间损伤效应成为急需研究和论证的问题。总结了国内外激光薄膜和基底在不同空间环境(包括真空度、温度、污染、空间辐照等)的性能变化、损伤机理和改进措施，为用于航天器的激光薄膜和基底元件的性能评估、预测和性能改进提供理论依据和分析方法。

可调液晶微透镜是一种基于电光效应来改变其折射率空间分布的新型变焦微透镜，在微光学系统和微光机电系统中具有广阔的应用前景。简要介绍了可调液晶微透镜的基本结构，分析了其焦距调控的工作原理。阐述了可调液晶微透镜的研究现状，并指出了可调液晶微透镜研究的发展趋势。

钬激光是高相干辐射光，在雷达、测距以及医疗等多方面有着广泛的应用。根据钬激光的发展历程，总结出提高其输出功率及效率所需改进的几个方向，包括晶体材料的选择、掺入杂质及浓度的研究。进一步阐述了钬激光在各领域的应用与前景，并重点讨论了Ho:YAG激光在医疗领域的应用。

增益导引折射率反导引(GG IAG)光纤的特点是纤芯的折射率比包层的折射率小，增益效应保证了模式在此波导中的传输，从而使得该光纤在单模传输的同时，模场尺寸较传统光纤大幅增加。总结了增益导引折射率反导引光纤激光器的研究进展。分别综述了国内外增益导引折射率反导引光纤的理论分析，包括弯曲特性、模式耦合特性、增益饱和特性和温度特性，以及掺钕、掺镱增益导引折射率反导引光纤激光器的实验进展情况。讨论了增益导引折射率反导引光纤激光器在高功率光纤激光中的现状及现阶段急需解决的问题。

介绍了国外四频差动激光陀螺（FMDLG）的发展历程和应用现状。通过对FMDLG相关研究资料的调研，归纳了提高FMDLG性能的关键，包括基础理论的研究、基础工艺的提高、腔体的优化设计、电子系统设计和误差补偿技术。概述了国内的FMDLG研制历史和现状，结合自身研制经历，给出了FMDLG需要解决的若干问题。

太赫兹(THz)光谱技术识别爆炸物类危险品是一种极具竞争力的新型安检方法。总结了不同研究机构的爆炸物指纹谱数据，建立了可供参考的数据库；讨论了棉布、塑料、皮革、涤纶和硬纸板等常见材料覆盖下隐蔽爆炸物的检测状况；介绍了远距离探测爆炸物的最新研究进展。最后，分析了实战场景中应用THz光谱技术检测爆炸物需要面临的混合爆炸物、复杂环境条件和远距离探测等主要问题，并对未来的发展趋势作了展望。

利用模式理论和传输矩阵法，对基于包层空气孔排布为正八边形对称结构的光子晶体光纤光栅(PCFG)的模式截止特性以及谐振特性进行了研究，得出了此种光子晶体光纤光栅的模式截止条件和可传导的模式，并利用得到的模式截止条件，提出利用相位匹配条件设计相应的光纤光栅周期来得到满足需要的谐振波长，同时给出了谐振峰的反射谱图。研究表明，通过合理选择此种光子晶体光纤光栅的结构参数，可以实现需要的单模传输以及定制波长处的主谐振峰的谐振。所研究的基于包层空气孔排布为正八边形对称结构的锗掺杂光子晶体光纤光栅有望更好地应用于光子晶体光纤光栅传感领域。

高功率超短脉冲串需求广泛，但是有限的平均功率和能量的低利用率限制了超短脉冲串的应用。基于不同于锁模机制的非线性孤子效应，利用振幅调制连续光抽运，数值模拟了光纤中高功率超短脉冲串的稳定产生。分别研究各输入参数如抽运功率、调制深度、调制频率以及光纤参数包括非线性系数、群速度色散系数等对高功率超短脉冲串输出特性的影响规律。为了综合考量各参数对抽运效率的影响，以利于光纤参数和调制参数的选择，引入了归一化调制频率。研究结果表明：选择具有小非线性及较大群速度色散的光纤，适当增加调制频率和调制深度，都可以在保证高平均功率输出的同时获得相对高的抽运效率，而较小抽运功率则有利于能量提取。

由于数字全息采用相干光成像，当再现距离偏离焦点时，再现像的边缘会出现振荡现象，采用传统的清晰度评价函数不能准确实现自动聚焦。通过对再现像进行小波分析可以发现，偏离焦点时的小波变换高频系数的幅值比聚焦时要小得多。针对这一特点，对拉普拉斯算子和小波变换清晰度评价函数进行了改进，将原来利用高频系数之和改为利用聚焦窗口中高频系数的最大幅值为清晰度评价依据。为便于同时观察到数字全息三维空间内的目标，还提出了将不同层面上的再现像进行融合的算法。进行了模拟数字全息自动聚焦及再现像融合实验和用数字全息观察生物标本的实验。实验结果表明，改进后的清晰度评价函数可以准确实现数字全息的自动聚焦；提出的融合算法可以将数字全息再现后得到的一系列再现像融合到一幅图片中。

基于计算全息，结合4f系统双随机相位图像加密技术，提出了一种图像加密以及传输的新方法。分析了计算全息(CGH)记录图像独具的扩频效应及特有的解密密钥，并实现了针对全息图不同的频谱单元及组合，采用原相位板、共轭板以及两者的有序组合作为解密密钥的计算机模拟，研究了其抗噪性能，新方法提高了图像加密的安全性。

研究了采用“金属导电基底/Parylene 介电层/Teflon疏水层”透镜内芯材料的介电上电润湿（EWOD）特性。实验获得了导电液滴分别在直流电（DC）和50 Hz交流电（AC）控制下的接触角随电压变化的曲线。实验结果表明，为达到DC电源控制下的液滴的EWOD相同效果，使用低频的AC电压应考虑其瞬时最大值而不是有效值（均方根值）。目前已经制作出基于50 Hz交流电控制的可变焦液体透镜并进行加电压变焦实验。给出了该液体透镜的焦距与电压之间的变化曲线，实验结果与上述分析一致。

提出了基于谱域光学相干反射法的生物组织折射率测量技术，设计了共光路干涉结构，提高了测量速度，抗干扰能力强。中心波长为850 nm的宽带光源发射的光经Y型耦合器传输到样品端，由样品散(反)射后，回射入样品臂，经Y型耦合器传输到光谱分析系统，使用计算机虚拟仪器完成系统构建与优化。编写快速傅里叶变换程序进行信号分析。使用标准K9玻璃样片作为样品进行验证，实验误差为0.29%。实际测量了黄瓜浅表切片在850 nm波长处的折射率，测量时间小于1 min。

使用时间及环境变化会引起空间光调制器（SLM）初始相位的改变及波长响应的偏移。针对这一问题，研究了纯相位SLM的初始相位的校准及多波长响应。针对初始相位的校准问题，采用四步移相干涉法测量了SLM的初始相位，进行反复校准，得到了很好的修正效果。针对多波长响应问题，实验研究了干涉条纹级数的变化与不同波长对应的灰度级间的关系，获得了SLM对多波长响应的修正系数。研究结果为在各种不同环境中精确使用SLM提供了技术参考。

为了测量超长焦距高功率激光系统的波前畸变，研制并校准了基于空间相位调制的径向剪切干涉仪。仪器采用多波长设计，满足可见光和红外探测的需要。为研制并校准径向干涉仪，同哈特曼夏克(HS)传感器、Zygo干涉仪进行了对比实验。通过实验与理论对比，得到径向剪切干涉仪参数的最佳值。研究了汉宁窗的取值范围和边缘截取值的合理范围，结果表明，校准后的径向剪切干涉仪能够准确测量，仪器的重复性和精度都能满足高精度波前探测要求。

利用调Q Nd:YAG激光器输出的1064 nm纳秒脉冲激光聚焦在石英上，分别采用激光热加工法和激光诱导等离子体法加工微通道。热加工的通道长度可控，通道周围产生热裂纹；诱导等离子体加工的微通道内壁光滑，通道深度可达4 mm。研究了激光热加工微通道时的温度场和热应力分布，分析了激光诱导等离子体加工微通道的过程。研究表明，激光热加工时温度场的存在导致热应力的产生，热应力超过石英断裂阈值使石英发生炸裂，导致微通道的形成及热裂纹的产生；激光诱导等离子体法由于等离子体屏蔽效应产生的高温等离子体烧蚀石英形成微通道，避免了热裂纹的产生。

在惯性约束聚变(ICF)精确打靶中，对激光束变换、整形和控制要求苛刻，通过数字在线操控技术能够在线实现激光系统的自动校准。对数字在线操控的关键技术如非线性宽带传输、宽带放大和频率转换等模型及其算法进行详细分析。同时还对激光系统中不可或缺的辅助性技术开展了研究，具体包括基于傍轴光线追迹方程(PRTE)的光线追迹、光场的矢量衍射传输、基于迭代算法的相位恢复、光栅分析以及微纳米器件的时域有限差分(FDTD)分析等。在建模及算法分析过程中，给出了相应的模拟计算结果，并用来验证理论的正确性和算法的稳定性。

为了进一步提高激光原位熔覆层的质量，利用激光重熔方法对TC4钛合金表面激光原位熔覆层进行了处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分别对比研究了熔层的显微组织、相分布和显微硬度。结果表明，适当工艺参数的激光重熔处理可以消除位于原位熔覆层底部的大气孔，可以使熔层中的陶瓷相分布更均匀，从而提高熔层的组织致密性；激光重熔处理后熔层硬度值的梯度变化减弱，熔层的平均显微硬度与质量的稳定性均得到提高。

超声调制光学成像技术融合了光学成像和超声成像的优点，已实现对浑浊介质内隐藏异体的成像，是一种很有前景的医学成像技术。通过实验探究超声调制光信号与组织光学特性的关系、超声焦区内外组织的光学特性对调制信号的影响，发现超声对光信号的调制深度与超声焦区组织的光学性质呈简单的线性关系，调制深度随样品散射系数的增大而减小，随样品吸收系数的增大而增大。超声区信号调制深度基本不受超声调制区域外复杂组织的光学特性的影响。这为超声调制光学成像提供必要的图像重构依据。

以非成像光学为基础，设计了一种在大发散角范围内均匀配光的大功率LED室内照明二次配光透镜方案。采用划分网格法建立光源LED和接收面的映射关系，推导透镜自由曲面面形的一般方程，采用差分法求解透镜面形方程获得面形轮廓数据，再用三维软件建立透镜模型，通过光学仿真软件对所建模型进行光线追迹。结果表明：此方案适用于40°～140°配光角度要求的均匀配光；仿真配光角度120°的照明系统，当透镜的口径与LED发光面直径之比大于等于10时，照明系统的均匀性优于0.9，能量利用率大于92%，且照明效果不受接收面高度的影响。该设计方法为实现大功率LED室内均匀照明系统的小型化和简单化提供了一种有效的途径。

针对测量红外目标模拟器的辐照度值所设计的辐照度测量系统，其光学系统特点是改善辐射光束的能量分布，将能量集中到探测器上。根据双色和单色探测器的不同用途，单个双色探测器和两个单色探测器的双色红外共光路光学系统均能够满足辐照度测量系统的需求。双色探测器难以得到，但对应的光学系统结构简单，调制传递函数响应度高，实用性强；单色探测器容易得到，但对应的光学系统结构复杂，不过仍然有很好的像质，满足辐照度测量光学系统的要求。光学设计结果表明，3～5 μm的中红外波段和8～12 μm的长波红外波段在两个系统中同时较好地完成了像差校正，系统畸变都很小，最大不超过0.7%，调制传递函数曲线均接近衍射极限。

提出一种可产生中心光斑较强的无衍射线结构光的新型光学元件——变折射率三角棱镜。变折射率三角棱镜的折射率分布呈阶跃式变化，可以用于解决折射率均匀三角棱镜产生的无衍射线结构光能量均匀分布、中心光斑能量利用率较低的问题。采用几何光学理论分析了产生中心光斑较强的无衍射线结构光的原理，计算了中心光斑较强的无衍射线结构光的相关参数。由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的光强分布特性。研究表明，平面波正面入射新型光学元件可以产生中心光斑较强的无衍射线结构光。

介绍了微扫描技术及其给红外焦平面阵列(FPA)成像带来的好处,分析了微扫描红外焦平面阵列成像方案的特点,比较了各种微扫描成像方案的优势及不足,指出了红外焦平面阵列微扫描成像工程化的可行方案和研究方向。设计了一种采用非制冷氧化钒384 pixel×288 pixel焦平面探测器的长波红外微扫描光学系统。其工作波长范围为8～14 μm，F数为1，焦距为150 mm。利用光学设计软件Code Ⅴ进行了仿真计算，对其像质进行了评价，并给出了微扫描系统的配置方案。

概率统计模型是量子统计的基础。在几率处理的量子统计模式中通常假设具有极大数目的量子运动能满足随机过程大数定理的条件，其概率分布能利用经典多元正态分布从连续概率统计出发进行逼近。从量子交互作用测量出发，对Einstein受激发射、Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH)、Aspect等测量参数形成四元组。利用多变量逻辑函数和变值原理， 在N元0-1输入/输出序对上形成变值测量四元组，建立变值双路模拟模型。该模型根据多元/条件概率、同步/异步、对称/反对称等不同条件得到对应概率统计分布，形成4组16个统计直方图。根据穷举模拟计算结果，展现变值概率统计在复杂交互作用条件下能否满足连续的概率统计分布。给出了两类仿真实验计算统计分布测量结果。模拟测量结果表明，多元概率统计与正态分布关联，而条件概率统计则与量子干涉统计分布关联。

反卷积方法是提高光谱仪分辨率的重要手段。采用空域迭代反卷积和频域维纳滤波对多纵模激光器光谱进行数据仿真，并在不同光谱仪采样率条件下，比较了迭代反卷积和维纳滤波结果。仿真结果表明，迭代反卷积和维纳滤波可以有效消除光谱仪仪器响应函数引起的光谱展宽，提高光谱仪分辨率。在光谱仪采样率低的情况下，迭代反卷积的分辨率增强效果优于维纳滤波。随着采样率的增加，维纳滤波的误差小于迭代反卷积。实验分别测量了单纵模和多纵模632.8 nm He-Ne激光器光谱，并对测量结果进行反卷积处理。结果表明，低分辨率光谱仪测量的激光器光谱经反卷积处理后与高分辨率光谱仪直接测量结果一致。

基于傅里叶变换红外光谱仪干涉图的单边过零采样和非对称性，对Forman卷积法干涉图相位校正方法进行分析和改进。针对Forman卷积法相位校正过程中需卷积运算，硬件实现难的问题，应用三个快速傅里叶变换（FFT）运算实现线性卷积，节省运算时间。并通过仿真分析了小双边数据量、切趾函数、多次相位校正等对干涉图相位校正效果的影响。在以500 K的红外黑体为辐射源，获取红外光谱范围的大气吸收谱实验中，通过HgCdTe点探测器获取单边过零干涉图，采用改进的 Forman法对干涉图进行相位校正和光谱重建，经标定、归一化后的复原光谱，光谱分辨率为4 cm-1，波长误差比较小，有比较高的准确度。

随着高速半导体器件的发展，高电子迁移率晶体管（HEMT）的工作频率已经达到亚太赫兹波段，所以无法简单地通过传统电学方法进行检测。鉴于此，必须采用超快光学方法测定HEMT器件的截止工作频率。利用持续时间更短的飞秒脉冲激光瞬时关断处于饱和工作状态下的HEMT器件，并且采用太赫兹时域光谱技术测量在器件被关断后电流的变化情况（时间是皮秒量级），最后，利用所测量到的太赫兹波形（即源漏电流随时间变化的曲线）和截止工作频率的关系，直接推算出可达到亚太赫兹波段的HEMT器件的截止工作频率。

基于严格耦合波理论，从反射率、吸收增强因子、光生载流子几率和理想光电转换效率几个方面模拟分析了不同锥型亚波长光栅对1 μm厚晶硅电池产生的影响。模拟结果得出：在相同光栅高度下，虽然小周期（P=100 nm）锥形亚波长光栅的表面反射率低于大周期（P=500 nm）结构的表面反射率，但是大周期锥形亚波长光栅薄膜晶硅电池的光生载流子几率和理想光电转换效率高于小周期结构的相应值，且这种区别随着光栅高度增加而增加。在AM1.5D太阳光谱下，最优化的大周期光栅使得薄膜晶硅电池光生载流子几率和理想效率增加1.4倍和1.65倍，而最优化的小周期光栅只能分别增加0.54倍和0.48倍。

利用射频磁控溅射方法在玻璃和聚酰亚胺膜（PI）衬底上沉积了氧化铝质量分数为2%的掺铝氧化锌透明导电薄膜（ZnO∶Al）。系统地研究了不同衬底材料对薄膜的结构、电学以及光学性能的影响。分析表明，衬底材料对薄膜的结晶性和电学性能有较大的影响，对可见光透射率却影响不大。X射线衍射(XRD)分析得出所有的ZnO∶Al具有良好的c轴择优取向性，在可见光区(400～800 nm)两种衬底上的薄膜都达到了85%的透射率。玻璃衬底上的薄膜呈现出更强的（002）衍射峰及相对更小的半峰全宽（FWHM），薄膜电阻率达到了2.352×10-4 Ω·cm。电镜分析表明，相对于PI上的ZnO∶Al膜，玻璃上ZnO∶Al膜表面有更致密的微观结构及更大的晶粒尺寸。PI衬底上的ZnO∶Al膜也有相对较好的电、光学性能，其中电阻率达到了6.336×10-4 Ω·cm，而且由于PI衬底柔性可弯曲，使得它适于在柔性太阳电池和柔性液晶显示中做窗口层材料及透明导电电极。玻璃上的ZnO∶Al膜则可应用在平板显示和太阳电池技术中。