光子晶体是一种介质常数周期性变化的人工介质材料，具有光子带隙和光子局域两个主要特征。光子晶体光波导是利用光子带隙特性传输光信息的光学器件。与传统的条形光波导相比，它最大的优势是在大的拐角处具有很低的传输损耗（如在60°弯曲时传输损耗可以降低到5%），因此非常适合用于集成光学。从硫系玻璃材料的特征入手，详细介绍了聚焦离子束和电子束曝光这两种光子晶体光波导常用的制备方法，通过这两种方法制备出来的光子晶体光波导都具有较高的表面平整度和较低的传输损耗。对两种方法的制备工艺和特点进行了比较。最后简单介绍了硫系光子晶体光波导的应用，并对硫系光子晶体光波导的发展前景做了展望。

自从10年前通过电镜观察到单光束飞秒激光辐照石英玻璃内部能诱导出自组织纳米光栅结构后，这个方向迅速成为飞秒激光微加工领域的一个研究热点。对纳米光栅结构的研究现状进行了综述，并对其物理化学特性、应用领域以及形成过程中的影响因素等分别进行了介绍，最后对当前研究中存在的机遇与挑战做了展望。

激光熔覆是一种新兴的材料表面技术，近年来得到了快速发展。激光熔覆层的质量受熔覆过程中多种因素的影响，其中熔池温度是一个非常关键的因素，激光熔覆熔池温度的监测与控制系统的研究对提高熔覆层质量具有重大意义。介绍了激光熔覆熔池温度的检测方法，综述了目前激光熔覆熔池温度控制系统的研究现状，并列举了部分温度控制系统。根据目前国内外的发展现状提出了熔池温度监测与控制系统的发展方向。

光流控是一项将光学和微流控技术结合起来，在微芯片上实现部分种类细胞计数、分选等功能的新技术。近些年来伴随着光流控技术的蓬勃发展，流式细胞仪小型化、价格下降以及更紧凑的趋势逐渐明显，而这将会给医疗保健诊断以及某些疾病的预防检测带来极大的便利。对目前该领域液流控制、照明及探测光学、新型分选装置等方面的最新进展进行了介绍。

为了快速准确地复原湍流退化图像，采用了一种基于时域相关特性的频域多帧迭代解卷积算法。算法将时域特性和Tichonov正则化引入到代价函数，同时对点扩展函数(PSF)施加非负支持域约束、带宽约束和能量约束。采用二阶共轭梯度交替迭代解卷积频域代价函数快速估计PSF和恢复图像。通过各向异性的结构自适应调节滤波处理，达到提升图像细节和消除噪声的目的。实验结果表明，提出的算法能够有效地复原湍流退化图像，具有较高的抗噪能力。

盐度是重要的物理海洋参数，会影响海洋许多过程。基于渤海实测的海表盐度和MERIS卫星获取的遥感反射率数据，建立并检验了一种多元线性模型和人工神经网络模型。经检验，两种模型的反演均方根误差分别为0.858 psu和0.689 psu(psu为实用盐度单位)，对应的相关系数分别为R2=0.81和R2=0.82。将模型应用于MERIS遥感数据，获取了渤海海表盐度图，能够体现渤海海表盐度的空间分布情况。两种模型均可适用于多光谱遥感数据。

将Itti模型应用于海洋监视卫星图像舰船目标的检测中。简要阐述了Itti模型的算法处理过程，并将视觉注意点的提取转移过程建立为电容阵列充电模型。针对Itti模型的诸多问题，比如所提取的显著区域形状大小固定、小半径检测实时性差、大半径检测包含背景区域多等，提出了改进算法：引入离散矩变换，增强了图像纹理特征响应；采用阈值分割的方法由显著点搜寻显著区域，提高了检测精度和实时性。运用Matlab对算法进行测试，实验结果表明，改进算法所提取的显著区域形状大小基本与目标一致，实时性好，且显著区域包含背景少。与Itti模型相比，改进算法更适合应用于海洋监视卫星图像舰船目标检测提取。

利用自适应图像分割算法处理中药光谱检测中得到的中药光谱图像，通过运动检测、差分图像的自动选取及光谱曲线中心波长统计对中药图像的像素点进行分类，将中药光谱图像自动分割成不同的区域，提取中药材光谱图像不同区域的光谱信息并消除背景噪声对实验结果的影响。以中药黄连及其混合粉末为例进行实验。实验结果表明该算法能够自动准确地提取出有效区域，并分割出有效区域的光谱图像，较好地消除了噪声干扰并且没有产生无意义的区域。

根据树脂镜片在线检测的要求和疵病尺寸的特点，提出一种基于两级图像采集的视觉在线检测方法。采用两级疵病图像采集系统，提高了图像的采集速度，减少数据量，从而提高图像处理速度。利用图像处理工具进行图像处理，根据疵病的填充度和位置等特征实现对疵病的快速识别，利用两级采集系统的不同精度实现对不同尺寸疵病的测量，根据识别和测量结果实现对镜片的分级。实验表明该方法可以满足镜片在线实时检测的要求，并且有很好的分级效果。

研究了三子镜结构与由6个子镜构成的三臂形稀疏孔径结构，分析了两种孔径结构的特点。从光瞳函数出发推导出三子镜与三臂形稀疏孔径结构的调制传递函数(MTF)解析式，在此基础上用Matlab软件模拟两种稀疏孔径的MTF图像，并对模拟结果进行分析与比较。结果表明：两种结构的MTF都呈均匀正六边形分布；填充因子同为22%时，三子镜结构在归一化频率0.3附近MTF出现零点，三臂结构在归一化频率0.15处出现零点；随着填充因子的增加，三子镜与三臂结构的MTF值提高，三臂结构MTF曲线比三子镜结构起伏小，但MTF值也小，信息丢失较多。ZEMAX模拟成像及图像增强结果表明三子镜整体成像效果要优于三臂结构。

为了定量研究线阵电荷耦合器件(CCD)错位成像技术的不同错位模式的调制传递函数(MTF)，提出了基于MTF的评估方法，避免了以往方法表征图像质量不全面等缺点。推导了线阵CCD错位成像模式的MTF。分析表明，相比于线阵CCD的传统成像模式，利用多个线阵CCD实现错位1/2、1/3、1/4个CCD像元的错位成像模式的极限分辨率分别提高了86.2%、88.78%、89.54%，归一化空间频率0.5处MTF值分别提高了0.1679（41.43%）、0.2026(49.99%)、0.2151(53.07%)，空间频率范围(0，0.5)内调制传递函数面积(MTFA)分别提高了10.09%、12.08%、12.77%。在Matlab平台上进行了仿真实验，并用灰度平均梯度和拉普拉斯能量从客观上评估了几种错位成像模式的图像质量，实验结果验证了MTF定量分析的有效性。提出的方法为后期星载遥感相机错位成像系统的设计提供了参考。

激光大气传输会发生波前畸变，为了探测波前，采用哈特曼夏克(H-S)传感器来获取波前信息，采用算法对成像光斑进行质心定位，进而可以达到波前检测的目的。通过质心法对哈特曼夏克波前传感器得到的光斑图像进行处理，进而确定出其质心的位置和算法所需的时间。采用改进的象限法，通过检测光斑的边缘位置，进而确定出一个能将光斑圈住的矩形的大小和位置。根据几何学关系，针对不同位置的光斑采用不同的方法确定质心，进而可以得到质心的位置。通过与质心法对比仿真，结果显示两种算法的质心位置坐标很接近，算法的速度也很接近。

对于产品内部零部件的漏装、错装及相互之间空间位置关系是否正确的快速自动无损检测，依旧是行业内没有很好解决的难题。研制了基于单相机的X射线视觉检测系统，获取产品在全周向视角下垂直于射线光路的图像序列，提取识别特征，完成快速自动识别。研究了系统成像的物理机理，提出了空间采样频率与先验已知的最小结构尺寸及系统分辨率之间关系的空间采样准则，保障空间结构信息的完整获取；剖析序列图像之间的有序相关性，实现在单一或有限方位下利用不完全数据的快速识别理论。统计结果表明，在平均误检率小于4.5%的情况下，系统对每个产品的平均识别时间小于5 s。

提出一种新颖的对称混合长程表面等离子激元波导结构并对其进行了数值分析。结果表明在传播长度与模式限制两个特性之间实现了很好的平衡。在通信波长1550 nm处，利用有限元数值仿真方法分析了该结构在不同介质尺寸下基模的有效折射率、模式宽度、传播长度和品质因数。计算结果表明：对称混合长程表面等离子激元波导的传播长度及传播长度最大值点的品质因数都有明显的提高。鉴于这些优点，该对称混合长程表面等离子激元波导在实现高性能、高密度的光子集成电路方面具有一定的潜在用途。

激光清洗在再制造行业、微机电系统(MEMS)和超精密加工行业具有重要的应用前景。采用低频YAG脉冲激光器对FV520B基体的表面漆层进行激光除漆实验和机理研究。实验结果表明，激光除漆机制因实验条件的改变而不同。当吹氩气时，激光除漆机制主要是烧蚀效应；当采用约束层水时，激光除漆机制主要是烧蚀效应和振动效应，而且约束层水不但能提高表面漆层的去除率还能极大地提高基体的临界损伤阈值。同时实验验证了理论计算得到的搭接率的除漆效果，即在激光扫描速度为249 mm/min、扫描道间的搭接量为0.6 mm时，实现了整个漆层的完全去除，激光除漆效率达15.5 mm2/s。

基于玻纤和碳纤增强的PA66热塑性材料，研究了夹紧力对焊接件的间隙、熔深和剪切强度的影响，分析了三者之间的联系，得出夹紧力在焊接试验中的重要性。进一步研究了焊接速度和功率对熔深和剪切强度的影响，从大量的试验数据和拟合曲线中得出熔深与剪切强度之间的关系。最后，讨论了线能量对熔深和剪切强度的影响。结果表明，工艺参数影响焊接件的间隙和熔深，从而使得剪切强度发生改变，研究焊接件的间隙和熔深的变化能很好地认识到工艺参数是如何影响剪切强度的。

激光电化学复合微加工技术将激光能量与电化学加工相结合，利用激光的热力学效应和电极反应去除工件材料，实现选择性定域刻蚀加工。针对激光电化学复合加工中的多能量场耦合特点，利用有限元分析软件ANSYS对复合刻蚀加工靶材的瞬态温度场和电场进行了有限元数值模拟，研究了温度、电场变化对复合加工区域范围及加工深度的影响；并与试验结果对比，分析了激光电化学去除材料、刻蚀成形的机理，探讨了激光电化学微细加工所得表面形貌的特征。

研究了囚禁于两电介质面间级联三能级原子的选择反射(SR)艾里光束的自愈现象。建立了计算电介质与共振原子界面处艾里光束SR光谱的理论模型并进行了数值模拟。研究结果表明探测艾里光束在法向及斜入射的情形下其选择反射光束均表现出自愈行为, 法向入射情形下出现了很大的间断。研究还发现, 探测光的失谐量及耦合光的强度均可调制SR艾里光束的光谱, 其调制来自于原子辐射的各向异性、增强或减弱。强耦合光产生的原子缀饰态相干效应及交流斯塔克效应是原子辐射增强或减弱的主要原因。这种SR艾里光束在共振粒子特性的空间探测、共振粒子的操控及光信息存储与通信等方面具有潜在的应用价值。

基于惠更斯菲涅耳衍射积分理论，对半高斯激光束在自由空间的传输特性进行了详细的理论研究，得到了二维半高斯激光束在自由空间传输时的光强分布计算表达式。数值计算结果表明半高斯激光束在自由空间传输时，在近场有很好的传输稳定性，当传输距离继续增大时，半高斯激光束的最大光强值不断降低，衍射条纹逐渐增多，同时上升沿宽度慢慢展宽，最后在远场转化为对称性光束。数值计算结果还发现对称性越好的半高斯激光束其传输稳定性越好。

阐述了一种新型的末组补偿变焦镜头的设计方法。以最小偏折角为目标函数优化薄透镜系统，推导了便于编程的像差系数的矩阵形式，构建了基于点列弥散圆的目标函数对各薄透镜P，W参数进行优化，编写宏语言实现了薄透镜的实例化，最终得到变焦镜头的初始结构。充分结合了传统PW法获得有潜力初始结构的能力和现代优化算法强大高效的优点。依据给出的方法，得到了一个焦距为5~50 mm，F数为1.6，且具有优良成像质量的10倍末组补偿连续变焦镜头，证明了所述方法的优越性和实用性。

设计了一种口径为Φ2500 mm的大型月球模拟器光学系统，通过控制不同波段LED灯组合成多个LED组元和灯阵实现355～1000 nm谱段月球光谱的模拟和不同月相的转换，从而模拟特定月相的几何特征和辐射特性。介绍了大型月球模拟器的组成和工作原理，利用光学分析软件LightTools对月球模拟器不同月相的辐亮度和辐照度不均匀性进行了仿真分析。结果表明，满月时辐亮度为32 W/(sr·m2)，不同月相的发光面照度不均匀度为14.7%，亮度不均匀度为17.2%，满足设计要求。

介绍了一种简单的用于在外场检测空间光学系统的方法,其主要原理是通过内置点光源和外部的平面镜使系统自身产生平行光从而代替大口径平行光管。通过相位差异(PD)算法可以从点光源的图像中反演得出系统的波相差。讨论了该方法的限制。给出了仿真结果，证明了该方法的实用性。

在夜间或雨雪、大雾天气等能见度低的情况下,利用传统的汽车照明系统，驾驶员较难看清前方的景物及行人。夜视辅助驾驶系统可以提高驾驶员夜间行车视距，减小交通事故发生概率。基于硫系玻璃的汽车夜视系统应用越来越广。分析比较了目前市场上存在的几类夜视光学系统的优缺点，设计了基于新型红外硫系玻璃和衍射光学元件的夜视系统，优化后系统的视场角为30°、焦距为15 mm、F数为1、工作温度范围为-30 ℃~50 ℃。系统包含三片材料为Ge20Sb15Se65的透镜，仅引入一个非球面和一个衍射面。实验结果表明，在空间频率15 lp/mm处，系统的调制传递函数接近衍射极限，在-30 ℃~50 ℃温度范围内最大的焦移量为6.6 μm，远小于系统焦深20 μm，成像质量良好。

由于光在不同长度的波导中传输时出现不同的相位延迟，特定的波导阵列可以对光波波阵面进行调制。通过理论推导发现左右两边带有凸出三角形的波导阵列结构可以实现光波场的聚焦。利用时域有限差分法模拟了左右两边带有凸出三角形的波导阵列对光波的聚焦情况，找出在波导厚度h=6000 nm，波导长度差d=100 nm，波导数目m=10，波导宽度w=100 nm时聚焦效果最好，同时通过研究不同参数对该结构的聚焦特性的影响，找出该结构具有利用价值的性质。此外，通过模拟发现前凹三角形金属波导阵列结构在波导宽度w2=80 nm，中央波导宽度w1=150 nm，波导长度差d=200 nm，波导厚度h=4400 nm，波导数目m=8时能实现光波场的分束。

基于有限元Comsol Multiphysics软件，模拟计算了长时间出光条件下反射镜的温度分布和热变形分布。对热变形引起的波像差采用前65阶Zernike模式分解，计算了不同时刻对应的光束质量因子，结果表明：光束质量因子主要来源于离焦像差的贡献，其他像差的影响可以忽略。在此基础上建立了光束质量因子与辐照时间的指数拟合关系，其均方根误差为0.0052。

利用第一性原理密度泛函的方法对钠原子吸附闭口碳纳米管的场发射性质进行了综合研究，建立了(5，5)闭口碳纳米管吸附不同数量钠原子的吸附模型，并对加电场和未加电场下的模型进行了几何结构分析以及吸附能、离化能、局域态密度、Mulliken电荷分布的计算和分析。计算结果表明吸附能随着电场的增加而变大，吸附稳定性增强。吸附钠原子的碳纳米管在施加外电场后，费米能级附近的局域态密度随着钠原子的吸附而增加。钠原子在碳纳米管中的吸附可以在其尖端表面产生诱导偶极矩导致电荷由碳纳米管向钠原子大量转移，从而驱使电子由碳纳米管尖端发射到真空中，提高了碳纳米管的场发射性能。

提升宽条形半导体激光器腔面抗光学灾变（COD）能力，改善宽条形半导体激光器的输出工作特性，一直是高亮度大功率宽条形半导体激光器器件工艺研究的核心。基于氮氢混合气体的等离子体反应钝化原理，通过AlN高效导热薄膜作为腔面钝化保护层，实现器件最大输出功率提高达66.7%；连续电流工作时，3.5 W功率输出的情况下，其千小时退化率小于0.73%。

根据惠更斯菲涅耳原理，推导得到多色完全空间相干光在杨氏双圆孔干涉远场的光谱分布表示式，并进行了详细的数值分析。结果表明，观察屏上与y轴成45°角的斜直线上光谱开关数目随双圆孔中心遮拦比的增大而减少，光谱开关间距趋于相等；而该斜直线上任一固定点处的光谱开关间距却随之不断缩小。分析计算还表明，在平行于双圆孔中心连线的x轴上的光谱分布与双圆孔中心遮拦比无关，光谱开关间距相等，改变圆孔半径大小可以控制x轴上的光谱开关数目。在与双圆孔中心连线垂直的y轴上，光谱分布与空间点的位置坐标、圆孔半径及双圆孔中心遮拦比均有关，随着中心遮拦比的增大，光谱开关间距趋于相等。

为研究飞行器在高超声速飞行时其表面高温气体的光谱特性，提出一种高温气体分子光谱系数计算的实用方法。通过对飞行器表面研究区域内高温气体分子各能级的数密度进行计算，研究分子跃迁谱线的增宽效应，基于HITRAN数据库获取所需光谱参数，最后采用逐线计算法对气体分子的光谱系数进行计算。该方法能够有效计算高温气体在不同波数下的光谱系数，其结果能够为分析高超声速飞行器气动流场和目标光谱辐射特性提供重要的计算参数，进而为研究其热防护及光学探测提供数据支持。

定标法对激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的定量分析精度有着重要影响。在利用激光诱导击穿光谱技术探测土壤样品中铜元素的过程中，采用外标法与不同的内标法定标曲线对土壤样品中的铜元素进行了定量分析。在以Ca作为内标元素的分析中，通过Voigt拟合对分析谱线与内标元素谱线轮廓进行预处理，提取光谱净强度值，然后根据分析线与内标线净强度之比建立定标曲线，所得的线性系数为0.998，通过循环反演得到的平均相对偏差为2.28%且相对偏差波动很小，具有不错的稳定性。以Cu 324.754 nm的峰值强度与谱图在323~326 nm处的面积之比建立定标曲线，得到定标曲线的线性系数为0.997，通过循环反演得到的平均相对偏差为2.23%，稳定性略低于前一种内标法。采用外标法直接用样品中Cu浓度与Cu 324.754 nm处峰值强度建立的定标曲线的线性系数为0.972，通过循环反演得到的平均相对偏差为13%且波动较大，可靠性较差。