超短脉冲激光源在光纤通信、生物医学成像等方面具有重要的应用前景。半导体锁模激光器具有体积小、重量轻、效率高、价格便宜等一系列优点。因此半导体锁模激光器成为超短脉冲激光源的理想选择。通过对400 nm～2 μm范围各个波段半导体锁模激光器的最新研究报道进行分析和总结，全面介绍了半导体锁模激光器的研究进展。

星载和机载远距离目标的高分辨成像一直是科研人员不断追求的目标，为了突破远距离光学系统孔径衍射受限的问题，国内外先后发展了多种激光成像雷达技术。着重介绍了基于“点发射、面照射、点接收”工作模式来实现远距离目标高分辨成像的四种激光成像雷达基本原理，给出了这几种类型激光成像雷达的国内外实验和工程化进展程度，并进行了相应的比较。

LED替代白炽灯和日光灯用于照明已经成为明显的趋势。LED可以同时用于照明与通信的特点，使得可见光通信(VLC)成为了近年来研究的热点。随着计算机和智能设备的迅速普及，接入网的速率和覆盖面需要进一步提高，VLC技术有望成为突破瓶颈的高速数据传输技术。VLC技术发展的主要挑战在于白光LED有限的调制带宽，研究者们已经提出了多种技术，如均衡技术、蓝光过滤、高阶调制格式、离散多音调调制、波分复用技术和多输入多输出(MIMO)技术等，以扩展调制带宽、提高传输速率。对这些技术的原理和性能进行了分析与讨论，以期为未来的研究提供一些参考。

大功率半导体激光器在工业领域有着广泛的应用。综述了大功率半导体激光器的特性，着重介绍了其在国内外表面改性领域的研究进展，并对目前大功率半导体激光器在表面改性领域中的直接应用进行了介绍，最后展望了其发展趋势。

为了充分了解三镜在大口径望远镜系统中体现的功能，满足口径日益增大的望远镜系统研制要求，对国内外大口径望远镜中应用的三镜系统进行技术性的调研和总结。从望远镜光学系统结构发展、口径变化、功能要求等三方面对三镜系统进行详细的技术阐述，并结合三十米望远镜(TMT)三镜系统的概念设计进行了具体的技术说明。结果表明，三镜在望远镜系统，尤其是大口径望远镜中的作用越来越突出，并且随着望远镜技术的发展，对三镜系统赋予的功能要求也越来越丰富与严格。

有机太阳能电池吸光活性层的电学传输特性和光学吸收特性不匹配，是制约其能量转换效率提升的主要原因之一。采用陷光结构操纵入射光波，提升电池对光的约束和捕获能力以达到“电学薄”和“光学厚”的等效作用，是解决有机太阳能电池光电矛盾的有效手段。从光学和电学的双重视角考察了单结有机太阳能电池的运行机理，详细讨论了等离子体、光子晶体等各类结构的陷光原理与特点，展望了有机太阳能电池陷光结构的发展趋势，有助于拓展其设计思路和理解下一代太阳能电池的先进光学管理理念。

多频段多路信号同步调制时，星间微波光子链路性能与单路信号调制时相比有很大不同。基于Ku和Ka频段4路信号同步调制的星间微波光子链路模型，实现了卫星接收射频信号在光域上的放大、传输和分束等处理，利用贝塞尔函数展开分析了输出端非线性失真分量，推导了单边带、双边带和推挽调制方式下输出信号失真比(SDR)和信号噪声失真比(SNDR)。结果表明，非线性失真对单边带调制的影响小于双边带调制；单边带和双边带调制时最优输出SNDR值相同，对应的双边带调制时调制系数小于单边带调制；推挽调制方式时低偏置相位不能优化输出SNDR值。综合考虑输出信号质量和功耗因素，多频段信号同步调制时星间微波光子链路应选取双边带调制方式。

基于布里渊相干域分析(BOCDA)原理，采用布里渊增益和损耗级联的方案优化BOCDA系统，在理论分析和实验验证基础上进行样机研制和功能验证。受激布里渊散射过程中的布里渊增益和损耗效应具有相同的布里渊增益谱特性，它们的级联不仅能提高布里渊净增益、系统信噪比和高精度，同时还可降低系统复杂度和系统成本。使用双平行调制器、两级光放大器、扰偏器、模电优化设计和数据采集处理等单元，研制了一套原理样机。实现了测量空间分辨率达1.6 cm、测量精度达10 με(或0.5 ℃)的分布式光纤传感样机。

随着数字全息术的应用日渐广泛，如何得到高质量的再现像质已成了数字全息研究和应用中非常重要的问题。由于散斑噪声的统计特性较差，因而散斑噪声被认为是相干成像中最难解决的问题之一。在研究数字全息术再现像散斑形成原因的基础上，利用激光散斑的统计特性，提出了降低再现像散斑的方法。先提取全息图再现像频谱中能量相对较小的频谱作为近似散斑频谱，并在该频谱段内进行数据随机替换，获取带有不同独立散斑的再现像, 在进行独立再现像散斑迭代叠加的同时逐步减少散斑能量，从而大幅减小散斑噪声，提高了再现像的像质。理论与实验均证明了其有效性,为数字全息图散斑噪声的消除提供了一种崭新的思路与方法。

正则化方法是近年来流行的图像复原算法。研究了周期边界条件下Tikhonov正则化的预处理共轭梯度算法，提出了新的预处理矩阵和变化正则化参数的方法。正则化参数先取较大值，抑制复原图像中的噪声，得出收敛的结果来修正初始梯度；再取较小值，用来增强复原图像中的细节。对一组图像复原基准问题的实验结果表明，与当前流行的正则化图像复原算法比较，该算法的图像复原效果更佳。

为了满足市场对微型、简单化手机摄像镜头的需求，运用光学设计软件CODE V，结合非球面透镜理论，设计出用于可见光波段且符合结构简洁、生产成本低的要求的手机定焦镜头。该镜头F数为2.05，视场角为62°，半像高为2.4 mm，系统总长度为5.59 mm。为了使结构紧凑并且最大限度地降低生产成本，在结构设计中采用非球面的塑料镜片。设计结果显示：镜头的适应像素尺寸是1.1 μm×1.1 μm，相应的尼奎斯特频率为454 lp/mm，在1/2尼奎斯特频率处绝大部分视场调制传递函数(MTF)值大于0.4，各个视场的横向像差均小于9.26 μm，均方根(RMS)半径都在艾里斑之内，畸变小于1%，获得良好的成像效果。

以风洞试验中的气动弹性模型表面的标记点为载体，运用数字图像相关法（DIC）对CCD摄像机高频采集的灰度图像进行处理，得到标记点在时间序列下的位移值，从而得到待测结构的振动响应。通过介绍数字图像相关法的基本原理及其在风洞试验中的应用，并将其与激光位移计进行对比试验，验证了该方法的可靠性、稳定性和优越性。

为了突破大口径反射镜面形检测的瓶颈，提出了子孔径拼接干涉检验方法。分析研究了子孔径拼接的基本原理与实现流程。基于三角剖分算法、最小二乘拟合和齐次坐标变换等建立了综合优化子孔径拼接数学模型。结合工程实际，规划7个子孔径完成了口径为800 mm的大口径碳化硅反射镜的拼接测量，获得了全口径面形分布。利用基准靶标并基于迭代算法实现了镜面物理坐标与拼接像素坐标之间的转换，从而为大口径反射镜后续数控精确加工提供了依据。

新生儿疾病筛查中需要使用荧光分析和时间分辨荧光免疫分析技术，而国内尚无集成两种测量手段的仪器。研发了一套可同时进行两种测量的透镜光纤结合型多功能时间分辨仪。根据美国临床实验室标准化委员会(NCCLS)文件以及相关文献，将研制的荧光仪和在国内各大医院已获广泛应用的标准仪器(雷勃仪器，THERMO Varioskan Flash全波长多功能酶标仪；芬兰PekinElmer Wallac1420多标记免疫分析仪)相比较，对所研发的仪器进行了全面评价。结果表明仪器的各项指标均符合要求，可考虑投入实际生产。

研究了光学系统实时精密自动对准中光束光瞳位置动态变化的测量问题。采用相位相关算法处理基准和实测图像得到光瞳平移量数据，其测量相对误差不超过0.4 pixel；针对实际运用中光瞳图像存在的灰度变化、噪声、旋转和缩放等诸影响因素，对算法进行了理论分析和全面的仿真测试。结果表明该算法能克服光强分布不均和强噪声的影响，得到高精度测量结果；对旋转和缩放进行校正后，测量精度在1 pixel左右。提出并测试了将多帧图像叠加后的图像之和作为基准图像的测量方法，使相位相关信噪比提高了88.6%，稳健性显著提高。

结构光三维测量广泛应用于测量物体外轮廓，但使用这种技术测量金属零部件时，会由于金属表面的局部强反射形成高光区域，这种高光致使相机饱和、信息丢失，造成条纹中心提取不准确，从而产生较大的测量误差。因此，寻找一种有效的手段来避免高光问题是非常必要的。基于结构光测量系统自身的特点，提出一种新的高光去除方法——频域滤波法。该方法将高光视作噪声，通过对比分析漫反射光条和高光光条频谱分布的不同，制作合适的滤波器以滤除高光。通过3dsmax软件仿真，模拟高光效果，测试频域滤波后的条纹中心提取精度比不滤除前提高0.8 pixel。将该方法应用于实际叶片测量中，较好地解决了其中的高光问题。仿真和实验均证明，频域滤波法可以在一定程度上降低高光对结构光条纹中心提取准确度的影响。

设计了一种二维三角晶格光子晶体共振耦合腔波导，应用时域有限差分法(FDTD)模拟计算TE偏振光的透射谱，获得波长在1.54538 μm处群折射率ng=725.93、群速度vg=c/725.93的慢光。该光子晶体共振耦合腔波导传输光的群折射率随波长变化关系呈现“U”型结构，在“U”型底部出现低色散慢光区域。计算表明“U”型底部区域波段为中心波长1.54720 μm、平均群折射率g=142.6、带宽Δλ=2.16 nm、平坦率σ=3.20%的低色散慢光。通过移动耦合腔波导第一排空气柱的位置研究低色散慢光的变化，结果表明，移动耦合腔波导第一排空气柱的位置，使得“U”型底部区域波段中心波长在1.54720～1.60549 μm范围内变化，可产生平均群折射率g由142.6变为26.7、带宽Δλ由2.16 nm增大为15.21 nm的低色散慢光。

为了研究塑料激光穿透焊接的物理机理，了解焊接参数对塑料激光穿透焊接质量的影响，寻找不同条件下的最佳焊接参数，利用波长为1064 nm的光纤激光在多功能加工平台上对厚度为3 mm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行穿透焊接的实验研究。对焊接过程中的物理现象进行了分析，对不同激光功率、光斑半径、焊接速度下的焊接质量进行了比对，找到了这些参数对焊接质量的影响规律，并得到了几种特定条件下的最佳焊接参数。利用拉力测试仪对焊件进行了拉力测试，结果显示，焊缝的强度高于母材的强度。

为了满足不同材料的精细加工需求，采用三波长皮秒激光器作为光源，配合自行设计的光学系统和控制系统，研制了三波长同轴输出皮秒激光精细加工系统。该系统可使用任意一种、两种或三种激光波长进行同工作距加工，通过轴向色差补偿设计，实现轴向焦点补偿最大距离0.4 mm，最小焦斑直径为3 μm。初步探讨了该系统在微电子行业的应用，进行了铜电极板、手机屏的切割实验以及位置敏感阳极探测器图形的制作，实验证明该系统可满足多种材料的精细加工要求。

为了比较激光冲击强化与超声喷丸对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢疲劳性能的影响，对未处理、超声喷丸处理和激光冲击强化处理三种状态试件进行常温振动疲劳试验，并通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等手段分析两种技术提高疲劳寿命的机理。试验结果表明，在选定的工艺参数下，超声喷丸和激光冲击强化处理后，疲劳寿命分别提高了88.2%和280.1%，形成的表面残余应力分别为-545 MPa，-810 MPa，残余压应力深度分别为0.4 mm，1.8 mm，表面硬度由392 HV分别提高到434 HV、405 HV；超声喷丸形成的组织细化层和纳米晶层较深。经分析，激光冲击强化对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢常温疲劳性能的提高优于超声喷丸主要与其产生的高残余压应力和低粗糙度影响有关。

利用Model-solid及Harrison两种模型计算不同势垒材料的InGaAs量子阱的能带偏置比，选择出适合于计算InGaAs量子阱能带偏置比的模型是Model-solid模型。讨论了引入应变、量子阱材料组分、势垒材料组分和禁带宽度对能带偏置的影响。结果表明，压应变的引入会增大禁带宽度，减小能带偏置；随着势阱材料组分和势垒材料组分的增加，能带偏置会逐渐增大，但能带偏置比并非一直随势垒材料组分的增加而增大；InxGa1-xAs/AlyGa1-yAs量子阱的Al含量y约为0.1是较佳值，In含量x小于0.2是较佳值。

在砷化镓样品的自发辐射现象中引入了辐射复合系数的一般概念。对于高增益砷化镓光导开关中流注的自发辐射现象，依据求简单平均值的方法和归一化条件，近似确定了平均辐射复合系数为(883)≈0.1125。导出了各辐射波长的辐射复合系数与平均辐射复合系数之间的关系，计算了辐射波长为890 nm的辐射复合系数值为η(890)=0.1182，代入该值计算的最大光输出能量与实验观察结果吻合，证明该近似方法及其结果是合理的。

格兰泰勒棱镜的光强透射比随着空间入射角的改变会出现波动。借助共点三轴系统和多光束干涉公式，得到了偏光棱镜的光强透射比的精确表达式。根据马吕斯定律，利用数值模拟实验，给出了格兰泰勒棱镜作为检偏镜在光学系统中的光强透射比表达式。数值模拟结果表明：波动的产生来源于平行空气隙间的多光束干涉，波动幅度的大小及出现的位置主要取决于空气隙的平行程度及检偏镜在光学系统中的相对位置。令棱镜的转轴和系统的光轴之间的夹角β=0°,可以实现光强透射比曲线上波动的完全抑制。给空气隙一个小的胶合误差角可以有效抑制光强透射比随空间入射角的波动。抑制波动的临界胶合误差角随入射光束横截面的增大而减小。

基于LiNbO3晶体的一次电光效应，设计构造了三波片结构的延迟量控制型偏振控制器。提出将该偏振控制器作为偏振态发生器，用于连续变量量子保密通信，实现偏振态的快速转换。并提出在通信系统中，用单束信号光作为载波，以两个正交的Stokes分量作为可观测和编码控制的物理量的通信方案，分析了该方案的实现原理。构造了改进的模拟退火算法来完成偏振态快速转换的最优路径搜索，搜索步长设定为电压值小于2.5V的随机值，不仅能保证外加控制电压的渐变性和实际硬件电路的实现，还能消除器件构造瑕疵的影响。通过控制过程仿真，验证了该方案的可行性。提出用数字信号处理器(DSP)控制偏振态转换过程，进而实现高速信息编码的电路设计方案。

研究了猪心肌和马心肌高铁肌红蛋白（pMetMb、hMetMb）被紫外光照射后的荧光光谱变化，紫外光照射时间共设6个梯度，分别是0、5、10、20、30、60 min。随着紫外光的照射，MetMb高级结构发生蜕变。利用同步荧光光谱指认了紫外照射对酪氨酸（Tyr）和色氨酸（Trp）的影响，紫外照射0~5 min氨基酸残基吸收强度减小；5~30 min吸收强度总体保持上升趋势； 30~60 min吸收强度减小。且指认出MetMb中Trp在该蛋白质肽链中的比例高于Tyr，pMetMb和hMetMb两种荧光光谱谱征变化类似。进一步指认了MetMb的heme-Fe3+荧光谱征变化，照射5 min时 heme-Fe3+荧光吸收强度降低，10 min时荧光吸收强度有所跳跃，20 min后持续下降，heme-Fe3+高级结构明显降解或被破坏，可能是MetMb丧失生物活性的又一荧光光谱变化特征。

将激光诱导击穿光谱（LIBS)技术应用于对赣南大面积脐橙种植地土壤中重金属元素的快速检测。对采自赣南信丰县和安远县内16个不同地区的土壤样品进行激光诱导击穿光谱实验和原子吸收光谱实验，检测其中的Cu和Cr。通过特征光谱强度、信背比和真实浓度的比较可知，Cu和Cr两种重金属元素在土壤中的浓度分别为3.179 μg/g、6.524 μg/g时，在激光诱导击穿光谱检测中的特征光谱强度非常明显，检测的相对标准偏差（RSD）值都在10%左右。但在定量分析上，需在消除基体效应上做深入的实验探讨并在数据处理上寻找新的方法。

哈夫单位、蛋黄指数和失重率是评价鸡蛋新鲜度的重要指标。通过采集反映鸡蛋内部品质的近红外（550~985 nm）透射光谱对其进行了无损、快速定量分析。通过Savitzky-Golay光谱平滑方法和一阶微分对光谱进行预处理，采用联合区间偏最小二乘法（SI-PLS）选取合适的光谱或波长区间进行建模；并将选取的特征变量通过主成分分析，获取光谱的有效信息作为反向传播人工神经网络（BP-ANN）的输入变量进行非线性建模。比较两种模型的预测效果发现SI-PLS模型的性能优于BP-ANN模型。实验结果表明：应用近红外透射光谱评价鸡蛋的新鲜度是可行的。

利用三维时域有限差分(3D-FDTD)方法，研究了具有周期性亚波长鱼形孔阵列微纳结构金属膜的光学透射特性，探讨了单元尺寸和孔的形状对这种结构的基于透射的光学滤波特性的影响。结果显示鱼形孔阵列金属微结构具有较高的透射效率，并且具有较高的滤波品质因子。通过分析电场分布图，揭示了这种透射的两种不同物理机制：局域波导共振模式和表面等离波子共振模式。两种共振模式在鱼形孔区域的不同位置、不同时刻以不同形式出现。

使用真空共蒸发法沉积了Cd1-xZnxTe(CZT)多晶薄膜，在气相50%CdCl2+50%ZnCl2源以及气相ZnCl2源气氛下进行了不同温度、不同时间的退火处理，并对样品进行了X射线荧光(XRF)、扫描电镜(SEM)、透射谱和导电类型等性质测试。结果表明，使用50%CdCl2+50%ZnCl2混合源退火后，样品禁带宽度明显减小；使用ZnCl2源两步退火可得到膜面完整、晶粒显著增大以及禁带宽度无明显减小的CZT薄膜样品，退火温度及ZnCl2量对样品膜面形貌及电学性质有重要影响。