与微波雷达和红外探测器相比，太赫兹技术应用于雷达将带来高距离分辨率、强穿透力、低截获率与强抗干扰能力等众多优势，是目前太赫兹技术的主要应用方向之一。在分析太赫兹雷达特点与优势的基础上，介绍了目前主要太赫兹雷达系统的研究与进展情况，并进一步对太赫兹雷达涉及的目标散射特性技术研究与成像技术研究进行了进展回顾与评述，由此指出了太赫兹雷达研究中的一些关键技术与主要研究内容。结合太赫兹雷达在空间目标探测与反导拦截中的应用，仿真分析了太赫兹拦截导引头的关键性能指标，为太赫兹雷达技术的应用发展提供参考与借鉴。

物体内部缺陷是指表面以下的裂纹、杂质、疲劳损伤以及腐蚀，此类缺陷因具有隐蔽性而严重影响产品质量和运行安全。以光学元件和飞机叶片为例，分析内部缺陷形成机理和形貌特征。将内部缺陷无损检测分为有激励无损检测和无激励无损检测，并着重介绍了热激励和磁激励无损检测的原理和研究成果。

作为三大基础激光晶体之一，钛宝石晶体使激光的发展步入到超快、超强的新时代。结合近年来国内外以钛宝石为基础的超快超强激光领域的新进展作一概述。简要介绍了超快超强激光的应用领域。

介绍了逆向调制自由空间激光通信技术的原理和优势。分别对角反射器逆向调制器和猫眼逆向调制器的工作原理进行介绍，归纳这两种逆向调制器的不同实现类型及其特点，对逆向调制器的研究现状进行综述。概括了逆向调制自由空间激光通信技术的应用现状。讨论了逆向调制自由空间激光通信技术的关键技术和技术难点，展望了该技术未来的发展方向和应用前景。

光声成像是一种以光声效应为物理基础的新型、非电离和非侵入式的成像技术。作为一种纯光学成像与超声成像相结合的混合式成像技术，它的检测图像具有高光学对比度、高超声分辨率的特点。光声成像技术在生物医学检测中具有非常广阔的应用前景。阐述了光声成像的基本原理，对比了当前光声成像的各种系统结构形式、优缺点以及每种技术的应用领域。最后，预测了光声成像系统的发展趋势，并讨论了一些提升系统性能参数的方法。

半导体激光云高仪后向散射信号较弱，同时受到了各种噪声的干扰，因此，如何采取有效措施去除回波信号中的噪声是半导体激光云高仪信号检测的首要任务和难点。根据独立成分分析(ICA)的冗余取消特性，提出利用快速独立成分分析算法对半导体激光云高仪后向散射信号进行去噪。针对快速独立成分分析去噪时需要多元信号的要求，取连续测量的多组回波信号作为观测变量，然后通过快速独立成分分析算法进行信噪分离，得到有效源观测信号，从而实现噪声的有效消除。实验结果表明，该方法能有效去除半导体激光云高仪回波信号中的噪声，在半导体激光云高仪回波信号处理上具有实用价值。

给出了线偏振光和圆偏振光入射时二维Mie散射相函数在球坐标系中的三维分布，结合偏振光传输的Monte Carlo模拟程序仿真了尾流气泡幕后向散射穆勒矩阵元和偏振度的二维分布模式，研究了入射光偏振态、气泡幕散射系数和尾流厚度对偏振度的影响。结果表明：尾流气泡幕后向散射偏振度分布随着偏振态的不同而存在不同的方位选择取向，圆偏振光的保偏特性好于线偏振光。线偏振光入射时偏振度随气泡幕厚度和散射系数的增大而减小；圆偏振光入射时，随着气泡幕厚度和散射系数的增大，后向散射偏振度先迅速增大，到达一个最大值后缓慢变小。

提出了一种机载激光雷达偏振探测方案，该方案去掉了传统方案中偏振探测的“瓶颈”通道垂直探测通道，能够减小532 nm非偏振探测通道和532 nm偏振平行探测通道在进行偏振探测时回波信号的差距，两通道回波信号的比例可人为调整。在与传统方案能量配置相同的情况下，加强了偏振探测通道的探测能力。这种方案能减小532 nm对卷云进行偏振测量时光电倍增管饱和的几率，降低激光器的能量配置，实现真正的532 nm与1064 nm双波长探测。

为了得到高非线性低损耗光子晶体光纤，设计了八角格子圆形空气孔组成的光子晶体光纤结构。利用全矢量有限元法并结合完美匹配层吸收边界条件，对该光子晶体光纤的纤芯材料折射率、非线性系数和限制损耗进行了数值模拟。数值模拟结果表明，该光纤呈现高非线性、低损耗和较好的模场约束能力。调整光纤参数为d1=0.77 μm，d2=0.86 μm时可以得到更好的结果，在波长1.55 μm处获得高的非线性系数37.6 km-1·W-1和低限制损耗0.7×10-17 dB/km。

基于二维非定域非线性介质中的库默模型，研究了库默孤子的传输特性。分析发现，存在一群二维库默高斯孤子簇，如环形孤子、项链孤子和半月形孤子。数值模拟表明高斯孤子和环形孤子是稳定的，其他孤子是不稳定的；并且非线性调制系数、调制深度等参数对孤子传播特性有着重要的影响，随着它们的增加，孤子的稳定性增加。

为重大工程结构建立一套健康监测系统具有重要的现实意义。损伤识别是结构健康诊断的核心技术之一，虽然已发展出多种损伤识别方法，但准确地测量结构的响应信息是损伤识别方法有效性的前提。由于结构荷载的复杂性致使结构损伤具有不可预见性，如果采用电阻应变片技术，其准确性和工程量对于工程应用来说是不可取的。采用准分布式长标距基于玻璃纤维增强复合材料封装的光纤布拉格光栅（GFRP-FBG）应变传感器，并结合其在简支钢梁中损伤识别的应用以验证其性能。实验结果表明，利用准分布式长标距GFRP-FBG应变传感器可有效地预警损伤、定位损伤和判断抗弯刚度损伤程度。

对于同轴傅里叶数字全息，传统重构算法应用快速傅里叶逆变换算法进行重构，但采样过程需要满足香农采样定理，导致海量采样数据，大大增加了存储和传输的代价。提出了一种基于压缩传感的相移同轴傅里叶数字全息重构方法，利用马赫曾德尔干涉光路采集同轴全息图，对采集数据进行部分采样、测量；然后利用最小全变分法对采集的数据进行数值再现。数值仿真结果表明，基于压缩传感的傅里叶全息重构算法优于基于快速傅里叶逆变换的传统算法，它将全息数据的采集和压缩合为一步进行，不仅采样数据明显少于传统采样数据，而且利用约8%的数据仍然能精确地重构出原图像。

针对目前中药市场上存在的中药材质量问题，设计了一套基于推扫式光谱成像技术的光栅光谱成像装置。采用光栅分光，利用电控位移台在空间一维方向上扫描成像，通过图像拼接后获取了中药的光谱立方体。该装置成本低，无需特殊环境即可实现对中药的快速、无损检测。所测试系统参量包括定标波长、系统光谱响应范围、光谱分辨率、空间分辨率和系统稳定性等。以西洋参为例进行检测，得到了西洋参的光谱图像及其对应的光谱立方体，据此绘制其特征光谱曲线和空间荧光强度分布图像，得出了中药材西洋参的光谱特征和其主要活性成分人参总皂甙的空间分布。

目前弹丸运动姿态测量的主要方法是对多阴影照相站抓拍的系列图像进行处理分析，而只有当多阴影照相站处在同一空间坐标系中时，才能将系列图像的特征点与该点对应的空间坐标联系起来，从而得到准确的结果。针对这一问题，利用位置敏感探测器（PSD），提出一种长距离多阴影照相站的空间坐标一致性标定方法。分析了该标定方法的测量精度和重复性。搭建了一套系统并开展了相关实验，实验结果表明，该标定方法的位置校准误差小于0.1 mm。

针对矩形、三角形和梯形3种微结构换热器内的流动和换热特性进行分析，并采用数值模拟的方法计算不同高宽比情况下3种微槽道结构散热器的流动和换热特性。结果表明：微槽道的摩阻系数随着雷诺数Re的增加而降低，但是随着高宽比的增加而增大；在相同的Re和高宽比时，矩形槽道的摩阻系数最大，三角形槽道的摩阻最小；当槽道类型和高宽比确定时，努塞尔数Nu随着Re的增加而增加，但是增加趋势逐渐趋于平缓。考虑进口效应等因素的影响，对不同槽道内的换热特性进行分析，给出了符合不同结构槽道的换热关系式。

为了提高测头的抗干扰能力，达到较高的分辨率，设计了一种基于偏振光干涉原理的原子力显微镜测头。该测头采用偏振光干涉式方法探测针尖的位移，可提高测头的灵敏度。分析了测头设计中焦点聚焦在探针悬臂梁上的可行性，并通过实验进行了验证。实验表明，Wollaston棱镜组可以有效地改变光程差。设计的共光路形式的Nomarski干涉仪光路，能够有效减小噪音的影响，并保证装置结构紧凑，适于实用。通过实验验证，此测头系统能够达到1 nm的纵向分辨精度，为原子力显微镜测量技术提供有力支持。

为了提高轴承的表面硬度、耐磨性，减小能源消耗，改善传统淬火环境，利用400 W基模光纤激光器对GCr15钢进行了淬火研究。分析了扫描速度和离焦量等工艺参数对淬火层的影响。光纤激光淬火相变硬化区的组织为细小马氏体和少量球状碳化物。淬火层的显微硬度随扫描速度的增加先增大后减小，随离焦量的增加也先增大后减小。当激光功率P=400 W、扫描速度v=0.6 mm/s、离焦量f=0时，淬火层的显微硬度达960 Hv，是基体的4.4倍。摩擦磨损实验结果表明，GCr15钢经光纤激光淬火后耐磨性显著提高，其磨损机制主要为氧化磨损、机械磨损和磨料磨损。

利用Marc软件对基于同轴送粉的镍基高温合金GH4169零件表面修复过程进行了数值模拟，通过热机直接耦合分析了不同的修复截面形状对激光熔覆过程中温度场/残余应力场的分布的影响。结果表明，对于单道的激光表面修复，修复截面形状的不同将导致在结合面处的温度场/残余应力场的分布也呈现出不同的特点：直接在平面上修复时，残余应力平行于扫描路径上的分量明显大于其垂直分量；在修复截面为矩形或弧形凹坑时，由于熔覆材料受到凹坑两侧面的约束作用，残余应力垂直于扫描方向的分量相对于平面上直接修复时明显增加，且随着深宽比的增加，垂直分量对平行分量的比值也有进一步增大的趋势，但在同深宽比情况下，弧形凹坑的比值较小。为避免薄壁零件的变形，预处理时宜采用深宽比较小的弧形修复截面。

由于目前的微塑性成形技术存在尺寸效应、成形不均匀、加工效率低、成本高、污染环境等问题，讨论并研究了一种新的微成形方法激光层裂微成形技术。建立了理论模型分析研究在激光驱动飞片加载下薄膜与基体层裂及薄膜微成形的影响因素，设计并完成了实验，考察了激光能量、薄膜厚度及薄膜种类对激光层裂微成形的影响。研究发现，该技术可以实现薄膜微成形，激光能量大小及薄膜的种类是影响薄膜与基体层裂的关键因素，一定范围内薄膜厚度对薄膜成形影响较小，但是超出其范围对薄膜成形将有重要影响作用。因此，激光层裂微成形是具有应用前景的可控制与可操作的薄膜微成形技术。

用红外飞秒激光逐点刻写低阶光纤布拉格光栅(FBG)，光束精确聚焦到光纤纤芯形成很小的光斑是至关重要的。把光纤看作柱透镜，理论分析和用Zemax软件仿真了单个物镜聚焦和柱透镜物镜组合聚焦两种情况下光纤纤芯的光斑尺寸。单个物镜聚焦时光纤纤芯的光斑尺寸理论计算为0.67 μm×84 μm，仿真为2.6 μm×76 μm；柱透镜物镜组合聚焦时光纤纤芯的光斑尺寸理论计算为3.76 μm×0.67 μm，仿真为4.1 μm×2.2 μm。发现利用柱透镜物镜组合聚焦在纤芯能得到很小的光斑，光纤轴向尺寸大大缩小，这为制作低阶光纤布拉格光栅提供了可能性和基础。

为了研究激光冲击强化对钛合金性能的影响，采用波长1064 nm、脉冲能量0～6 J、脉冲宽度6～14 ns的YAG脉冲激光器对TC4钛合金试样表面进行冲击强化处理，并对其表面的显微硬度和残余应力进行了试验测试与分析。结果表明，采用脉冲能量6 J、脉冲宽度12 ns、水约束层厚度1.8 mm的激光冲击强化参数，冲击区的表面显微硬度明显增加，比处理前提高约33.5%，冲击区表面存在的残余压应力数值高达-323 MPa。试验结果表明，激光冲击强化钛合金的效果明显。

通过求得外部光注入半导体激光器的动力学方程系统的稳态解，并对其进行线性稳定性分析，研究了具有外部注入光场的半导体激光器的不稳定性。结果表明外部光场注入系数及线宽增强参数对半导体激光器的稳定性都有较大的影响，注入系数和线宽增强参数越大，激光器越不稳定。利用数值模拟得到系统时序图和相图，验证了这一结论。

针对LED作为舞台灯需要进行二次光学设计的问题，根据面向扩展光源的设计原理，提出一种反射式的大功率LED舞台灯的设计方法，实现对舞台背景幕布的大面积非对称均匀照明。在二维坐标系中建立反射面模型，控制目标面上某一点的两条边缘光线，使它们形成的光锥在目标面上逐点扫过，结合反射定律、边缘光线原理以及光学扩展量理论，得到反射面的母线上各点坐标，母线拉伸后得到反射面。利用TracePro软件对所设计的系统进行模拟仿真，结果表明，多个舞台灯的照明叠加，可在1.5~2.0 m的距离范围内实现宽20 m、高11 m的均匀照明，其均匀度可达80%，说明该结构适用于大面积非对称的均匀照明。

可调微透镜在成像、微流体传感和自适应光学等诸多领域具有新的广阔应用前景。建立了聚合物微透镜在热效应作用下的焦距调控过程的物理模型，并采用有限元法对该调控过程进行了模拟分析，获得了微透镜在不同温度条件下的温度分布、热形变以及焦距变化。研究结果表明，对于具有较大热光系数的聚合物微透镜，在温差变化较大的情况下，其热光效应对可调微透镜的光学性能影响十分明显，因而在设计和制作时不仅要考虑热膨胀效应的影响，而且要考虑热光效应的影响。

由于自动化机器视觉系统和装配线之间所需的空间差异很大，传统的定焦镜头难以满足，需要一款具有大跨度工作距的光学成像系统。基于物面位置改变对系统初级像差影响的理论，运用Zemax软件多重结构的功能，在设定的多个物距下进行优化设计，从而达到对宽工作距的需求。光学系统设计结果表明：调焦范围从146 mm到无穷远；最大光圈F数为2.8，中心在空间频率100 lp/mm处调制传递函数(MTF)值大于0.3，0.7视场在72 lp／mm处调制传递函数大于0.3。这样的成像效果可以代替人工，观察到装配线上远近各个方位的零件运作情况，提高自动化的程度。

针对单台经纬仪对目标进行跟踪时，易出现目标短暂丢失的情况，使用拟合精度最好的切比雪夫多项式，对经纬仪观测的数据对目标的轨迹进行拟合与外推，并与传统的插值法进行了比较，精度高于传统的插值算法。通过残差比较得出六次多项式时拟合精度和计算速度最佳，误差约为8.226 μm。在经纬仪脱靶量无效或者目标速度突变时，经纬仪能够按照预测的轨迹运动。通过实验验证，该方法可在较短时间范围内(3~4 s)经纬仪跟丢目标的情况下对目标进行稳定跟踪。目前，该问题在国内外均处于理论研究阶段，尚未应用于工程实践。

以中心波长为650 nm的氮化镓LED外延片为研究对象，提出了一种反射式表面等离激元增强型LED来提高其发光效率。该结构包含依次覆盖在正弦起伏的p型GaN层上的一层低折射率的SiO2膜与一层Ag膜。银膜用来增强内量子效率，而SiO2层能进一步提高GaN层上表面的反射率，同时通过优化蓝宝石衬底的厚度使得GaN层下方的透射率较高，从而得到了较大的发光效率。

利用近红外光谱技术检测普洱茶中茶多酚的含量，首先通过遗传偏最小二乘法（GA-PLS）筛选出表征茶多酚含量的特征波数点，并进行主成分分析，然后建立极限学习机（ELM）预测模型。研究得到的最佳ELM预测模型涉及40个变量，主成分分析后以第1、第2主成分作为输入，以Sigmoidal函数为隐含层神经元激励函数，隐含层神经元个数确定为13。模型的交互验证均方根误差值、预测集均方根误差值和预测集相关系数R2分别为1.0109、1.6686和0.9705，预测性能明显优于全光谱偏最小二乘模型和遗传偏最小二乘模型。说明利用近红外光谱技术结合极限学习机和遗传偏最小二乘法可以很好地预测普洱茶中茶多酚的含量。