介绍了激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的原理，重点讨论了该技术在液体样品方面的技术发展和应用，分析并比较了选取不同样品形式(液体内部、液体表面、液体喷流、液滴以及将液体转化为固体等)的优劣，指出提高元素检测限的关键。液体LIBS 技术因其可在线、快速检测等优点，在环境检测、污水处理、生物医药、工业控制等诸多方面具有巨大的应用潜力。

电力系统计量和继电保护对电流传感器技术的要求越来越高，传统的电磁式互感器已经不能满足要求。自从光纤电流传感器问世以来，主要研究集中在如何减小双折射和温度对传感器性能的影响。从光纤电流传感技术的原理着手分别阐述了光纤电流传感领域的研究现状、新技术、新发现以及发展前景等内容，并进行了综合分析、归纳整理，详细介绍了光纤电流传感器的研究进展。

近年来光网络朝着高速率、大带宽的方向迅猛发展，承载着大量的信息传输任务，其安全问题受到越来越多的关注，其中，大功率信号对光网络的影响及防护技术成为光网络安全领域的最新研究热点之一。介绍了光网络中大功率信号引起的增益竞争攻击、带间串扰攻击和带内串扰攻击，分析了大功率信号引起的攻击效应对光网络中用户信号质量的攻击影响。从攻击检测和定位技术、安全路由防护技术等方面总结了针对大功率信号攻击效应的光网络安全防护技术。

光具有由偏振性决定的自旋角动量(SAM)和由光场空间分布决定的轨道角动量(OAM)两种不同的物理性质。重点对光的自旋和轨道角动量在光束生成和变换性质、存在形式和描述方法、力学效应、空间相干性和时间相干性、角向多普勒频移效应及参量转换与量子纠缠等方面进行对比，探索它们的现象学差别，以期更好地理解光的本性，为该领域的研究提供启发和拓展思路。总结和分析了轨道角动量的最新研究成果，并展望了该领域的最新研究动态。

研究调查了Ekman 流对浮游植物生态动力过程的驱动机制。采用新的光学遥感算法提取浮游植物光学有效信息。该算法结合了近红外波段的浮游植物荧光信号以及可见光部分的弹性散射的辐射传输模型，通过两次迭代优化算法，提取浮游植物光学信号。采用辐射传输软件Hydrolight 对海水水下光场进行了数值模拟，并结合新算法对模拟数据进行了对比分析。结果表明，新算法较好地表征了浮游植物叶绿素光学参数。利用MERIS 光学遥感数据并结合了动力学参数，利用该算法分析了强台风尼格对我国海域浮游植物分布的影响。研究结果表明，Ekman 流是我国海域浮游植物分布异常的原因之一。

为了使极紫外光子计数成像探测器能够高速采集数据并显示光子位置信息，研制了一款数据采集电路系统。分析了基于感应电荷楔条形位置灵敏阳极光子计数成像探测器的成像原理，选用符合性能要求的模数(A/D)转换芯片，在现场可编程门阵列(FPGA)主控芯片的控制下对去除峰值保持电路模块的模拟信号进行采样和转换。FPGA将接收到的数字信号处理以后通过USB 数据传输系统发送给计算机，上位机软件再进行解包、计算和成像等工作，将光子的位置图像显示出来。最后对所成图像的线性度和分辨率进行鉴定。实验结果表明，该电路系统具有最高为2 MHz 的采样速度和3 路同步采样能力，并且在没有峰值保持电路的情况下采集到的图像仍具有很好的线性度和高达5 lp/mm 的空间分辨率。能快捷准确地完成数据采集和绘图成像，满足极紫外探测器对采集电路的性能要求。

两束不同偏振态的光入射到由两个透镜组成的聚焦系统，利用Richard-Wolf 矢量衍射理论计算系统的衍射场分布，分析了数值孔径(NA)较小时系统对Rayleigh 粒子的俘获特性。金粒子的折射率大于周围介质(nm)，空气泡的折射率小于周围介质。NA=0.58 nm 时，光轴上产生明暗相间的光斑阵列，可以用来同时俘获多个亚波长大小的金粒子和空气泡。NA=0.35 nm时，沿着光轴产生波长大小的圆环阵列，可2D 俘获多个空气泡。

为了获得不同温度下掺铒光纤的吸收截面谱和发射截面谱，理论分析了掺铒光纤损耗系数、吸收截面和发射截面与温度的关系。实验研究了损耗谱，吸收截面和发射截面谱随温度的变化。利用截断法测量掺铒光纤的损耗谱，通过损耗谱得到吸收截面谱，然后利用McCumber 关系算出发射截面谱，研究表明波长小于1536 nm 时，损耗系数随着温度降低而增大，波长大于1536 nm 时损耗系数随着温度的升高而增大。

提出了一种基于光学衍射成像原理的图像加密方法,并以具有两个随机相位板的自由空间衍射结构为例，说明该方法的原理。该系统加密过程简单，加密过程只需要记录一幅衍射强度图像，即作为密文保存。为了从密文中完全恢复明文，需要除了3 个相位板之外的第四个密钥，即原始图像的稀疏数据。这需要在对原始图像加密之前，利用数字方法提取其稀疏数据。在利用相位恢复算法恢复明文的过程中，这些稀疏数据作为输入平面的部分振幅支撑，可以避免迭代过程的停滞问题并提高收敛速率，从而完全恢复明文。由于完成加密过程只需要记录单幅强度图像，避免了干涉装置，提高了记录效率，较大地方便了密文的传输。计算机模拟结果证实了本方法的有效性。

在立体匹配中,同时保证算法的精度和速度是一个技术难题。提出了一种基于贝叶斯理论的快速稠密立体匹配算法。将贝叶斯概率分布理论应用到立体匹配问题上，利用MSERDoG 算子提取支撑点,像素灰度值作为匹配代价、固定窗口作为代价聚合对其进行匹配，对匹配好的支撑点进行三角剖分，将支撑点的视差、梯度、三角剖分的线性系数及分割作为计算视差的先验概率条件，从而保证了有效的视差搜索空间，提高了匹配效率。最终通过最小化能量函数获得稠密的视差图。在国际标准Middlebury 平台进行实验，结果表明提出的算法匹配精度高，速度快，误匹配率低，匹配效率高。

为了满足斜拉桥拉索表面缺陷的远程检测要求，基于摄远型物镜结构原理设计加工了高分辨率视频摄远物镜光学及机械系统。根据物方300 m 外分辨4 mm 线宽的分辨率要求，按照焦距f′=320 mm 计算，确定摄远物镜像方分辨率为234 cycle/mm。选择适当初始结构，用光学设计软件OSLO 进行焦距缩放、替换玻璃、减少镜片等多步骤优化，最后得到相对孔径为1/5.7、视场角为2 ω =1.379°、分辨率达到250 cycle/mm 的摄远物镜光学结构。合理设计光机结构，加工装调实验样机。分辨率测试实验证明其实际物方分辨率可以达到300 m 远分辨4 mm 线宽。在斜拉桥工程现场成像实验表明该系统符合实际工程结构表面缺陷远程检测的要求。

研究了光照条件对数字散斑相关技术(DSCM)测量精度的影响，获得了数字散斑相关计算最优的取值参数及光照条件。通过分析DSCM 测量理论模型，获得误差与空间频率和平均灰度梯度的关系式，通过计算机模拟数字散斑图像，确定了最优散斑尺寸、最佳拟合窗口和计算窗口。实物实验中引入GSI 编码技术，精确地标定了刚体位移，并对不同光照条件下的DSCM 测量结果进行了误差分析，结果表明散斑图像的空间频率和平均灰度梯度与光照条件成规律性变化，并与理论分析结果一致。研究结果表明，DSCM 测量的最优光照强度为8000 lx，此时图像平均灰度梯度高，DSCM 测量精度高。

散斑在轴向的退相关现象是制约散斑干涉测量适用性的关键问题之一，为了提高散斑场的纵向相关性，从而提高散斑干涉图像的条纹对比度，扩大物体离面形变的测量范围，提出一种对散斑场进行相位编码调制的方法，即将波前编码技术扩展景深的方法用于散斑场编码，在孔径光阑位置上放置立方型相位板实现相位调制。首先分析了该编码调制方法用于提高散斑场纵向相关性的可行性，然后基于4f 系统模拟仿真并实验验证了通过相位编码调制提高编码散斑场的纵向相关性的实际效果。结果表明，编码后散斑的纵向尺寸从0.17 mm 提高到0.4 mm，大约提高了2.5 倍。

为了提高高功率激光装置中各组成系统调试阶段的工作效率，利用OpenGL 图形软件建立靶了定位仿真系统，使得靶定位算法的调试和初步验证在实验平台等硬件条件尚未完善的情况下能够独立进行。利用模板匹配和3-CCD 空间定位法对靶丸进行定位监测，并考虑姿态调整过程中由于靶杆长度引起的位置偏移，在算法中给予补偿。仿真系统不仅实现了目标靶丸、送靶机构等虚拟构建，还运用OpenGL 成像技术实现了CCD 仿真图像的采集。最后利用该仿真系统对靶丸特征检测、空间位姿计算、补偿式姿态调整等算法进行了调试。结果表明，通过相机监测可将靶丸由任意位姿调至目标零位，验证了该检测与定位算法应用于实际工程的可行性。

利用数值分析和试验相结合的办法，对多道搭接激光熔覆层的开裂机理和规律进行了研究。数值分析结果表明，激光熔覆后，熔覆层内部呈明显的拉应力状态，且主要集中在熔覆层底部与基体的交界处，因此单道熔覆时熔覆层的开裂倾向主要是垂直于扫描方向。在两道搭接熔覆时，前一次熔覆输入试样的激光能量在试样内部传递和扩散已有一定的时间，试样的整体温度升高后，第二次熔覆时激光能量输入产生的热量在试样内部形成的温度梯度就会有所减小，从而降低了工件内部的应力水平。两道熔覆完成后，由于熔覆层在扫描所受的拉应力降低的幅度最大，而垂直于扫描方向所受的拉应力变化不大，此时若熔覆层开裂，则开裂的方向将不再是垂直于扫描方向，而是会与扫描方向成一定的夹角。实际熔覆中，对单道、多道熔覆时熔覆层的开裂现象进行了观察，试验结果与分析结果较好地吻合。

光束自动准直是大型激光装置中的重要组成部分。以准分子(XeCl)激光主振荡功率放大(MOPA)系统中一个典型的像传递单元为例，着重介绍了准直基准的建立、3 路激光自动准直的原理、电荷耦合元件(CCD)图像采集与分析处理。通过实验验证，该准直单元准直效率高，准直精度能够满足MPOA 系统的光束准直要求。

视觉标定和校正是应用机器视觉的重要环节，可使检测的图像更加准确以达到提高机器视觉检测精度的目的，是不可忽视的关键步骤。提出了一种改进的平面模板法，在传统方法和Heikkila 模型基础上推广了切向畸变模型，成像模型中增加了高阶非线性畸变并进行了一定的简化，经过该模型优化标定参数并得到特征像素的空间校正模值，然后通过线性插值方法对像素进行灰度校正，得到标定结果和校正后的图像。该方法由自行搭建的机器视觉检测平台通过LabVIEW 工具实现，实验证明视觉系统采集的图像得到了良好的校正，校正精度达到0.17%。

超材料放大装置能够将物体任意放大，其在小目标识别和检测中有广泛的潜在应用。为了促进该装置的实际应用，基于变换光学原理提出了一种新的简化材料参数设计方法。该方法通过选择适当的变换方程，使得材料参数的径向和角向分量为常数而仅轴向分量随半径变化，同时还能确保装置的外边界与自由空间阻抗完全匹配。全波仿真结果验证了该方法的有效性和放大装置的良好性能。此外，分析了材料损耗和参数抖动对装置性能的影响，扩展了变换光学理论的应用，为超材料器件的参数简化提供了一种新的、可行的解决方案。

以圆环单元为基础提出了一种新型的频率选择表面(FSS)结构单元，即在圆环单元内部设置一偶极子单元，运用谱域Galerkin 方法对这种单元结构的传输特性进行了数值分析。结果表明该新单元结构在平面电磁波30°和45°倾斜入射的情况下，横电波(TE 波)、横磁波(TM 波)在11.5 GHz 的透射比较高，而在14 GHz 附近，TE、TM 波的透射特性完全相反，实现了极化分离的特点。

应用传输矩阵法推导得到横磁波(TM)波斜入射到一维sinc 函数型光子晶体时的反射系数、透射系数和电场、磁场表示式，在此基础上对由两个半有限光子晶体组成的异质结进行了细致全面的数值计算与分析，结果表明该异质结两侧的半有限光子晶体相当于负介电常数材料与负磁导率材料，满足匹配条件时塔姆态出现；通过减小两种介质层的光学厚度之比可以显著加宽横磁波(TM 波)和横电波(TE 波)的第一禁带宽度，同时第一禁带位置蓝移；当两种介质层折射率以相同倍率增大时，TM 波和TE 波的第一禁带宽度变化趋势相反，前者逐渐变宽，后者收缩变窄，第一禁带位置均发生红移；周期数和入射角对该异质结透射谱也有显著影响。

基于电晕检测过程中要求紫外光学系统大视场搜索、小视场探测的需求，针对工作波长范围为0.24~0.28 μm 的日盲区紫外波段，设计了“日盲”紫外机械补偿变焦光学系统。根据用户要求，其焦距为30~60 mm，F 数为3.5，选用PIXIS型1024BUV 1 inch(1 inch=2.54 cm)紫外CCD，像元尺寸为13 μm ×13 μm ，对应视场为8°~16°。系统由8 片透镜组成，引入两个非球面，使系统具有结构简单、成本低等优点。像质评价表明，在截止频率38 lp/mm 处,各视场的光学调制传递函数均在0.7 以上，接近衍射极限，畸变小于3%，在整个变焦范围内像质优良，满足用户总体设计的要求。

为实现对激光通信系统终端的实验室性能检测，需在实验室中采用光学方法模拟空间不同距离的激光传输。根据前置傅里叶变换镜的参数，提取了链路衰减系统的初级设计指标，并根据指标要求巧妙利用了光学放大、变焦系统级联的思想，实现可变距离的空间链路过程模拟；利用ZEMAX 光学软件设计了单级3~10 倍连续变焦的模拟系统，给出了单级放大率和变焦系统之间的曲线。单级系统总长309 mm，结构紧凑，全视场波像差优于0.05 λ ，光线能量集中。通过理论分析，四级级联可实现等效为103~105 km 的传输距离，从而满足大多数激光通信终端的检测要求。

为了满足汽车倒车需求，设计了一款结构简单、生产成本低廉的广角倒车镜头。镜头为4 片式结构，第1 片为玻璃，其余3 片为塑料，使镜头满足在恶劣环境下工作的要求。镜头F 数为2.8，水平视场为185°，且实验结果显示边缘视场畸变得到较好控制。设计的镜头已经开始量产。

采用传统方法抛光高精度非球面时，多次面形误差补偿耗费时间占其抛光总时间的80%以上，严重影响非球面的加工效率。根据非球面的面形误差补偿原理，进行抛光非球面面形误差补偿的工艺实验。采用LOH-data-correct 软件对非球面进行计算，并修正补偿其面形，可减少面形修正次数，降低成本，提高加工效率。

理论设计了一种金属-介质-金属(MIM)双缝结构的表面等离子体可见光分光器。利用表面等离子体效应及经典光学干涉原理，改变双缝波导结构中的填充介质、结构厚度、狭缝宽度、双缝宽度等参数，可使波长不同的两束可见光通过双缝亚波长结构后实现表面等离子分束的效果。设计过程中采用时域有限差分法(FDTD)进行数值模拟，分别模拟计算了双缝宽度相同填充介质不同和双缝填充介质相同宽度不同两种情况下的光场分布，且都得到了较好的分束效果，最大分束比可达12。该设计结构简单，可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工，具有较好的应用前景。

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法，对梯度折射率介质中的厄米余弦高斯光束传输特性进行了研究，得出了在梯度折射率介质中厄米余弦高斯光束的光场表达式，并利用此表达式作数值模拟，研究了梯度折射率介质对厄米余弦高斯光束传输特性的影响。结果表明：光强在轴上分布呈现空间周期性变化，最大光强位置与梯度折射率系数β 有关；随着调制参数α 的增大，轴上最大光强逐渐减小而且出现了空心分布。在同一传输面上横向光强随梯度折射率系数β 增加，先增大后快速减小；并且发现调制参数α 变大，光强不变，但是束腰宽变窄。

针对小光斑全波形机载激光雷达(LiDAR)波形数据高斯分解法的核心问题——高斯分量个数估计，提出一种高斯拐点匹配法。该算法用平面曲线离散点集拐点的快速查找算法检测波形数据中的拐点，计算过检测出的拐点及其右边第一个点的直线的斜率，根据斜率将所有检测出的拐点分为左、右拐点，一个左拐点与其邻近的一个右拐点组成一个高斯分量，据此可以确定波形数据中高斯分量个数。采用高斯拐点匹配法对模拟和实测波形数据进行分解，并与传统的脉冲检测方法(重心法和高斯脉冲拟合法)相比。结果表明，高斯拐点匹配法方法能极大地减小伪拐点的影响，快速、准确地检测并分解出波形数据中高斯分量，提高波形数据分解速度。同时其能分解出更多的高斯分量，从而提高点云密度。

基于广义洛伦兹米理论，研究了偏心球粒子对在轴入射零阶贝塞尔波束的散射。利用球矢量波函数展开，给出了空间各区域电磁场的展开形式以及远场散射场表达式，并利用电磁场的边界条件，给出了各系数关系形式。通过与面积分方程方法的数值结果对比，验证了理论的正确性。数值分析了波束锥型角、偏心球内核介质折射系数、偏心距、内核半径等波束、偏心球参数对远场散射的影响。

利用Nd:YAG 脉冲激光器作为光源，在实验室自然大气环境下诱导产生土壤激光等离子体，测量并分析了土壤疏松度对土壤中铅元素激光诱导击穿光谱特性的影响。实验结果表明，随着对土壤施加压力的变大，谱线强度和等离子体温度先随之增加后变化缓慢，谱线强度的相对标准偏差在压力为1400 N 时达最小值。采用内标法和背景修正法对土壤疏松度的影响进行了修正，一定程度上减小了土壤疏松度的影响。

鸡蛋清中残留的金霉素(CTC)易进入人体内蓄积，从而对人体的健康产生损害。研究表明，银胶能作为表面基底来修饰金霉素与Eu(III)的配合物，进而使配合物的荧光强度得到显著性的增强。本研究应用银胶表面增强Eu(III)的荧光来检测鸡蛋清中金霉素的残留量，分别分析了不同胶体、银胶的加入量、Eu(III)的加入量、反应时间等因素对荧光强度的影响，并确定了最佳的实验条件，在最佳条件下建立了以617 nm 处的荧光特征峰强度(Y)与鸡蛋清中金霉素含量(X)之间的标定曲线。结果表明：鸡蛋清中金霉素浓度范围在1.5~29.5 mg/L 时，鸡蛋清中金霉素含量与荧光强度之间呈现良好的线性关系，线性方程为Y=5.2265X+24.033，决定系数R2 为0.9043，实测值与预测值之间的R2=0.9182。可见用银胶表面增强Eu(III)的荧光来快速检测鸡蛋清中金霉素的残留量是可行的。

内标法是激光诱导击穿光谱(LIBS)定量分析主要使用的方法之一，采用内标法进行定量分析的关键就是内标参量的选取。以Fe 438.35 nm 作为分析谱线，分别选取434~441 nm 光谱积分、Al 309.29 nm、Si 288.17 nm、Ca 317.9 nm为内标参量，对水泥样品中的Fe 元素进行定量分析，得到的定标曲线线性度分别为0.993、0.962、0.992 和0.846。通过分析各内标参量与分析谱线光谱强度比值随积分延迟时间的变化情况，以及针对每个样品选用不同的内标参量得到的多组测量数据的离散程度，得出采用内标法进行LIBS 定量分析时，应该选择在积分延迟时间附近光谱强度变化与待测元素的分析谱线最为相似的作为内标参量的结论。这样能有小减弱由于激光器时间抖动导致的定量分析误差，提高定量分析精度。

利用传递矩阵法(TMM)优化设计多种介质膜材料的单层、双层增透膜结构。利用Silvaco 软件的ATLAS 器件仿真模块建立基于优化增透膜结构的二维晶硅太阳电池结构。对比分析了具有不同单层、双层增透膜结构的晶硅太阳电池的光谱响应情况。结果表明：在200~1100 nm 波长范围内，由多种不同介质材料组成的双层增透膜比单层增透膜具有更小的光反射损耗；双层增透膜结构可有效降低晶硅太阳电池的光谱响应损耗，且性能优于单层增透膜情况。其中MgF2/ZnS 双层增透膜减反效果最好，对380~1000 nm 波长范围的入射光，可将上表面光反射率降低到5％以下。