基于光纤光栅原理的加速度传感器是近年来土木、机电和航空航天等领域研究的热点。简要介绍了基于光纤布拉格光栅（FBG）的加速度传感器的基本工作原理及力学模型，重点阐述了国内外基于光纤光栅的不同结构原理的加速度传感器最新研究进展。按工作频率范围的高低，先后介绍了用于低频和高频测量的加速度传感器的开发研究现状,并介绍了用于多维加速度方向测量的光纤光栅传感器的发展现状，最后对光纤光栅加速度传感器的发展作进一步展望。

终端光学组件是高功率激光驱动器的核心单元之一，承担着频率转换、光束聚焦、谐波分离和测量取样等功能。通过光学和结构设计可以实现终端光学组件的基本功能，满足高功率激光驱动器开展各项实验的基本要求，但是激光导致的终端元件损伤问题和强紫外光传输带来的若干非线性效应是制约终端光学组件总体性能的关键问题。综述了国内外高功率激光驱动器终端光学组件的研究历程，分析了终端光学组件面临的主要问题，并探讨了终端光学组件设计的主要思路。

近年来，硫系玻璃光子晶体光纤作为一种新型中红外光子晶体光纤备受关注。总结了基于硫系玻璃的光子晶体光纤的特性及研究现状，重点对其非线性光学效应及应用进行了分析，并介绍了提高及测量光纤非线性系数的方法。最后对其发展前景进行了展望。

X射线显微镜具有很高的分辨率，但随着光子能量的增加和研究物体尺寸的减小，物体对X射线的吸收减少，X射线穿透物体后携带出来的信息很弱，成像对比度很低，因此对生物样品等轻元素组成的物质进行显微成像时需要借助相位衬度成像方法。介绍了近年来新发展的几种应用于高分辨X射线显微镜的相衬方法，主要包括泽尼克(Zernike)相衬法、微分干涉法和离轴全息法。着重介绍了这几种相衬显微成像方法的基本原理和主要研究进展，并比较了各自的优缺点，力图通过X射线相衬显微成像技术的发展历程呈现其在生物样品内部结构检测中的潜在优势和主要问题。

可调谐单频光参变振荡器是一种非常理想的相干激光光源，具有调谐范围宽、相干性好、效率高和性能稳定可靠的优点，广泛应用于激光干涉计量、差分吸收雷达、光谱分析、光电对抗和生物医疗等各个领域。但是基于准相位匹配的普通光学参变振荡器由于宽的光参量增益和高功率抽运往往是多纵模运转，需要采用多种选频方法[种子注入、光栅及法布里珀罗(FP)标准具]或者利用光学参变振荡器自身的运转特性（抽运阈值比、热自锁效应及热致光波导效应）来实现单频运转。详细分析了实现可调谐单频光学参变振荡器的各种技术和实验装置。

对影响变栅距光栅角位移传感器分辨率的因素进行了分析研究。推导出传感器分辨率的计算公式，并讨论了传感器分辨率与各参量之间的关系及提高分辨率的方法。针对衍射级次对分辨率的影响进行了理论分析和验证。证明了变栅距光栅角位移传感器分辨率与光栅栅距的定量变化关系并进行了仿真验证。为变栅距光栅角位移传感器设计优化提供了理论指导和计算方法。

为了增强四象限光电检测模型对大气环境的适应性，在大气信道二次调制的基础上对四象限光电检测模型展开了研究。首先从误差原理的角度，推导大气环境下光轴检测系统中的固有分辨精度与细分精度的关系；接着通过分析四象限光电检测系统在大气环境下受到的外界约束条件，指出信标光的信噪比和光轴偏移量是影响光轴检测系统的两个重要技术参数。在此基础上，提出在大气环境下提高光轴检测系统的固有分辨精度可以降低整个系统对大气信道的敏感度，大气信道对光轴检测的细分影响严重，如果采用较高的固有分辨精度，光轴检测精度依然可以满足激光通信光轴对准的需要。

利用LED照明和通信的双重功能，研究了一种基于照明LED室外移动光通信的电子导览系统。分析了LED照明驱动和通信调制编码、室外光信道特性、移动电子导览系统原理，讨论LED脉冲调制与照明闪烁的关系，建立嵌入式环境下的可视化电子导览地图，以图、文、声方式提供移动轨迹导向服务，实现设定区域的自助电子导览的功能。结果表明，在保证室外LED正常照明的同时，可利用光照辐射区域实现景点位置信息传输，并完成对应景点信息的显示和播报，可靠实现了室外光接收目标移动路径的可视化导览，在短距离无线光通信应用中具有极大优势。

主要研究基于IQ光调制器的16进制正交振幅调制(16-QAM)光发射机中多偏置电压反馈控制性能，着重分析了装置内部两个马赫曾德尔调制器(MZM)的偏置电压与马赫曾德尔干涉仪(MZI)的偏置电压之间的协同控制问题，以及以光发射机的平均输出光功率作为反馈控制两个MZM偏置电压的监测信号所面临的多极值问题。研究证明了当MZM偏置电压处于传输曲线的最低点时监测的输出光功率为极值，且不受MZI偏置电压的影响。分析发现，合适的驱动信号幅度可保证两个MZM偏置电压的反馈控制过程中不存在多局部极值问题。

通过模拟单光线在双层介质球各界面上的反射和折射，分析了单光线对介质球施加的作用力，进而计算了整个高斯型激光束对小球施加的作用力。计算双层球的内层折射率分别为1.0和1.9时的捕获力，分析小球内层的半径和折射率对光镊捕获力的影响。计算结果表明，不同内径和折射率对捕获力的影响显著。当内层折射率小于外层折射率时，光镊捕获的稳定性得到提高，但是捕获的空间范围被压缩；而当内层折射率大于外层折射率时，光镊的捕获性能降低。双层球捕获力的分析结论为该类小球用做光手柄提供了可靠的理论依据。

当印制在商品、证件和文档等物品上的光学全息图被拍摄或复制时，由于光学成像质量或拍摄条件的影响，采集的全息图像会产生畸变。据此，提出了一种全息图失真校正的方法。该方法首先运用图像处理技术，提取出所需要的全息图目标场景，然后在被提取出的全息图上确定全息图场景的边界，并在边界上自动搜索到4个顶点和4个中点的位置以及相对应的理想点的位置，最后进行投影失真校正和非线性失真校正。与其他图像畸变校正方法相比，该方法无需准备高精度标定模板，且校正和识别过程中只需用到一幅目标全息图像。实验证明，该方法能够很好地识别畸变的光学全息图，且具有效率高、快捷、识别效果好的优点。

传统Gabor同轴全息中的直透参考光波与衍射物光波空间重叠，因而无法实现相移干涉。针对这一问题，提出了一种在Gabor同轴全息中引入相移的数字全息方法。根据空间频谱域中不同频率分量空间分离的特点，通过在4f系统的频谱面上采用纯相位空间光调制器对空间频谱的零频分量（直透参考光波）单独进行相位调制实现相移干涉，然后利用相移干涉算法得到再现像。理论分析和实验结果表明，基于4f系统的Gabor同轴相移数字全息方法可以在保留Gabor同轴全息光路简单、受环境振动和空气扰动影响小、对光源相干性和记录器件空间分辨率要求较低等优点的基础上，消除直流项和共轭像的影响，提高了再现像质量。

研究了单孤子在深聚焦系统中焦平面上的强度分布。该孤子是微分非线性薛定谔方程(DNLSE)非零边界条件的解。分析了不同孤子参数和深聚焦系统不同数值孔径的条件下亮、暗孤子的聚焦特性。仿真结果表明，暗孤子的聚焦特性随孤子参数具有周期性，亮孤子比暗孤子具有更好的聚焦性，单孤子的聚焦点随孤子参数会发生位移，这种聚焦后的位移特性为光路控制提供了可能。

由于无人机体积小、重量轻，其在空中受到风力的影响较大，所拍摄的影像存在的畸变也比较大，因此，在影像匹配处理前进行畸变校正具有实际意义。利用Canny算子进行边缘提取，并依据Hough变换理论获得大量地物轮廓线；再利用以步长逼近获得像点真实坐标的反解算模型的方法来辅助校正并检测校正结果。同时，针对地物轮廓线之间存在平行、垂直等特点，提出了四边形连接法、平行线约束法等校正方法，并通过实验证明取得的结果令人满意。

双片零级波片和消色差波片是双片波片贴合的补偿器，双片波片中的光轴对准精确度影响波片的偏振调制。提出一种精密检测贴合式双片波片光轴偏差角的方法，该方法基于旋转补偿器的直通式椭偏系统，可在未知起偏器方位角和检偏器方位角相对关系的情况下，通过波片的连续旋转测量偏差角度。探讨了偏差角度对椭圆偏振测量的影响，具体描述了检测方法的原理及数学表达，并通过对检测过程的模拟验证了方法的有效性。此方法对检测和提高双波片式补偿器制造精度具有参考价值。

傅里叶变换轮廓术是一种主动投影光栅测量物体表面三维形貌的技术，只需要一幅结构条纹图即可对整个范围进行分析。该方法通过对物体表面投影产生的变形光栅的相位与参考面的变形光栅相位相减，从而得以测量高度分布。但该方法在发散照明光路中所测量高度对应的坐标值只是一个近似，在做精确测量时还需要做理论修正。在理论上阐述了由坐标选取混淆产生的高度测量误差的原因，并对其做了一级修正。在实验上采用红绿双色条纹技术，并结合Matlab软件对误差做了定量分析。

采用Nd:YAG激光对7075-T6铝合金进行激光对接焊试验，利用超声波探伤仪对对接焊试块进行探伤并获得对接焊试块的波形图，并用经验波形分析方法对波形图进行分析，得到不同焊接工艺参数下典型的超声波回波特征，建立了激光对接焊工艺参数与回波特征的对应关系。试验结果表明：激光器电压、激光离焦量和焊接移动速度对铝合金对接焊焊缝质量有着重要的影响。分析超声波探伤回波的波形，获得了7075-T6铝合金激光对接焊的最佳工艺参数。该技术为焊缝质量检测提供了一种新方法。

报道了薄片式Yb:YAG/1030 nm激光器，Yb:YAG晶体掺杂原子数分数为10%，几何尺寸Φ11 mm×420 μm，高反面经Cr/Au金属化处理后，采用铟焊工艺焊接到微通道水冷热沉上。耦合系统为四程抽运结构，球面镜规格为直径26 mm，曲率半径50 mm，在32.4 W抽运功率下，1030 nm最高输出可达13.55 W，光光转换效率为41.8%。

利用金属与非金属共掺TiO2半导体提高对可见光的利用率是近期研究的一个热点。通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法，计算了Mn掺杂、N掺杂、Mn-N共掺杂TiO2晶体的能带、态密度、分态密度和光学性质。通过对比，发现单一N掺杂使TiO2的禁带宽度从3.2 eV减小到2.83 eV；单一Mn掺杂在禁带中产生了三条杂质能级，减小了电子从价带往导带跃迁的能量；而Mn-N共掺杂TiO2锐钛矿晶体后，费米能级偏离价带向导带方向移动，既在价带顶部形成杂质能级，又减小了禁带宽度，电子从杂质能级跃迁到导带仅需要2.1 eV（对应波长为590 nm）的能量，该能量恰好对应吸收谱中的吸收峰，相比单一掺杂，更加有效地利用了可见光。

给出1.57 μm人眼安全激光测距仪的光学设计方法，根据薄透镜系统的初级像差理论，使用PW法确定测距仪光学系统的初始结构，进而利用Zemax软件设计出一种对称式测距光学系统并对其进行优化。该光学系统结构简单，加工组装方便，成本低，且能满足测距仪对其光学系统的发射部分和接收部分的性能要求。

介绍了双波段红外光学系统无热化设计的方法，设计了一个双波段无热化红外光学系统。该系统采用二次成像系统构成，利用Ge、ZnS和ZnSe三种材料及引入两个非球面，实现了双波段红外光学系统光学被动无热化设计。系统工作波段为3.7～4.8 μm和7.7～10.3 μm，结构紧凑，满足100%冷光阑效率要求。像质评定结果表明，光学系统双波段在全温度范围内（-60 ℃～70 ℃）像质良好，证明了该方法的正确性与可行性。

介绍了凝视面阵双视场长波红外光学系统设计及无热化技术。采用两种不同的光学构型实现视场切换，第一种方案通过轴向移动一组透镜实现视场切换，第二种方案通过旋转变倍插入镜组实现视场切换，对比了它们各自的优缺点。研究发现旋转变倍光学系统光学性能优于轴向两档变倍光学性能，但不适合采用光学被动式无热化设计；两档变倍光学系统在小变倍比的情况下（倍率小于4），各项光学性能良好，且较容易采用光学被动式无热化设计，实现轻量化小型化设计。设计中引入非球面降低系统残余像差，减少了镜组个数，降低了系统成本。光学系统工作波段为7.7～9.7 μm，结构紧凑，可达到100%冷光阑效率，像质评定结果表明，光学系统双视场在全温度范围内（-60 ℃～70 ℃）像质良好。

离轴三反系统具有无中心遮拦、成像质量好、视场大和结构紧凑等优点，因此也越来越多地被用做空间望远镜的结构形式。首先针对光学系统设计的指标要求，分析了光学系统结构形式，确定系统光学参数，设计了光谱范围0.4～0.8 μm、焦距f′=4000 mm、相对孔径1/10、视场角2ω=2.08°的离轴三反式光学系统。设计的光学系统成像质量良好，在空间频率62.5 lp/mm处，各视场的调制传递函数值大于0.5，成像质量接近衍射极限，满足系统设计要求。同时分析了主镜、次镜和三镜的失调对系统调制传递函数的影响，结果表明次镜的失调对系统的影响远大于主镜、三镜失调的影响，为系统装调工作提供参考。

光子晶体技术和太赫兹波技术相结合为设计太赫兹波调制器提供了新的思路。提出并设计了一种基于自准直效应和法布里珀罗(F-P)腔的太赫兹波调制器，该调制器通过在特殊结构设计的硅基空气孔型光子晶体中填充5CB液晶制成。应用时域有限差分法(FDTD)，研究了太赫兹波在该调制器中的传输特性，包括时域响应、频域响应和稳态能量场分布等。该调制器调制速率约为10 kHz，插入损耗约为0.308 dB，调谐范围为0.308～34.32 dB，体积小易于集成，可根据工作波长需要设计调制器的尺寸。该调制器最大优点在于其工作波长范围宽，是很理想的太赫兹波调制器件。

对二维光子晶体的电磁波理论及周期性介质中的Bloch波解做了详细的推导，给出了光子晶体中的禁带存在的理论依据，同时以三角晶格的二维光子晶体为例，采用平面波展开方法对果糖水溶液的浓度进行测定。主要利用硅与果糖溶液介电常数较大的原理，通过数值模拟获得相应的光子禁带图并加以分析。结果表明, 以果糖的水溶液作为空气圆孔中的介质材料，当溶液浓度不同时TE模式的光子禁带（PBG）明显变宽，而TM模式不出现光子禁带现象。研究结果及方法对高血糖临床应用有一定的指导作用。

介绍了四象限探测器的工作原理及影响四象限探测系统精度的各种内外部因素，详细分析了四象限探测器死区对探测范围内探测灵敏度的影响。在探测范围内，对各个象限内高斯光斑接收的光功率进行计算，并用Matlab软件对归一化的目标光斑偏移量x随光斑中心坐标X的变化关系进行仿真，设计四象限探测系统的光路和电路，当死区宽度D=0.1 mm时，调整光斑半径R大小分别为0.6 mm和0.4 mm下进行测量。理论及实验结果表明，死区宽度相对光斑半径的比例越大，光斑偏移量随光斑中心的变化趋势越陡峭，探测器的灵敏度越高。

基于不同结构的光子晶体具有不同禁带范围的特性，设计了一种光子晶体偏振光分束器，通过平面波展开法与时域有限差分法进行数值计算与模拟分析。结果表明，该分束器能够实现电磁波的高效分束：波长为1.5～1.58 μm范围内电磁波入射时，TE模和TM模的透射率均高于92%；尤其是波长为1.55 μm的电磁波入射时，TE模透射率可达95.5%，TM模透射率可达99%。同时，其尺寸仅为10 μm×11.5 μm。这些特性使其具有良好的应用前景。

研究了十重准晶光子晶体(QPC)缺陷模的性质，观察引入不同缺陷时十重准晶对光路的影响。基于介质柱在空气背景中的十重准晶光子晶体结构，用时域有限差分法(FDTD)计算其透射谱，通过改变晶体结构，引入点缺陷和线缺陷，研究缺陷模的特性，观察光路变化情况，从而设计出特性优良的微腔和波导结构。在TE偏振模式下，改变介质柱的形状、大小和缺失等，观察缺陷准晶透射谱特性的变化。计算点缺陷微腔品质因子（Q值）并优化微腔结构，发现当去掉中心点介质柱时十重准晶有最大的Q值。设计不同缺陷的波导结构，观察光场的传播情况，发现不同的波导结构可以控制不同的光路和选择不同的入射光频率。

研究了经无像差透镜聚焦的高斯光束在焦平面附近的群速度与相速度，阐明了由于衍射导致相位变化从而产生的超光速传播现象。给出了透镜几何焦点与光束束腰间距的微小变化对相速度与群速度的影响。