微纳光器件是指尺寸在微纳米量级的光学器件，具有体积小、可靠性高、耦合效率高、重量轻、设计灵活、易于集成等优点。硫系玻璃作为一种新型的微纳光器件基质材料，具有优良的红外透过性能、极高的非线性系数、较小的双光子吸收系数、超短的非线性响应时间以及组分可调等优势。近年来硫系微纳光器件研究备受关注。回顾了硫系玻璃微纳光器件的研究历程，综述了硫系微纳光纤、微球、光子晶体、微环等几种微纳光器件的研究和发展状况，并对其发展前景进行了展望。

综述了近10 年来国内外液体靶材激光推进的主要研究成果。分析了液体靶材激光推进的一般机理，得出了溅射是液体靶材推进性能主要制约因素的结论。提出了改变靶材结构形态和增大靶材黏度从而改善推进性能的两种有效途径，依据不同途径依次评述了体状、膜状、滴状和高黏度液体靶材的性能特点，并总结出了己烷炮靶、雾化水滴和高黏度溶液这三种综合推进性能较好的液体靶材。最后指出了复合靶材将成为未来液体靶材激光推进的一个重要发展方向。

2013年9月6日，美国宇航局(NASA)发射了月球大气与尘埃环境探测器(LADEE)飞船。针对LADEE 上进行的月球激光通信演示验证(LLCD)，从终端设计方面进行综述。LLCD 系统主要包括一个安装在LADEE 上的太空终端、三个地面终端以及一个协调该演示验证的地面运行中心，其中太空终端主要与一个多孔径望远镜阵列地面终端完成最高数据率为622 Mb/s 的下行链路以及最高数据率为20 Mb/s 的上行链路。考虑到该地面终端所在地的天气因素，又选择了两个备用地面终端，用来提供地理多样性，支持该演示验证。

以机理研究为主线对激光预处理技术进行了回顾。从材料类型和激光参数等方面对预处理的理论与实验结果进行归纳分析，得出预处理效果取决于缺陷在热作用下的演变规律的结论。重点分析了三种定量模型，对比了各模型的优缺点，并指出了未来预处理模型的发展趋势。最后结合机理研究的新方法、工业化应用和进一步提高增益等问题对预处理技术进行了展望。

以部分相干高斯-谢尔模型（GSM）光束为例，对湍流引起的漂移方差和扩展角进行模拟，综合考虑由光束漂移引起的瞄准误差和光束扩展引起的接收光功率密度的整体下降，对激光通信链路中接收端光功率进行数值计算和分析，找出激光通信系统中最佳发射光束的参数。研究结果表明，湍流大气中激光通信系统最佳发射光束的参数与光束的束腰半径、空间相干长度、波长、传播距离和湍流强度有关。部分相干GSM 光束接收端光功率随着波长、光束束腰、空间相干长度和传输距离的变化存在一最优值。

针对聚光型太阳能光伏电池能量转换效率和使用寿命受温度影响较大的问题，基于砷化镓半导体吸收式光纤温度传感器，提出一种对聚光光伏发电系统的温度进行实时监测和控制的方法。数值仿真实验结果表明，当冷却水的流速降低、聚光光伏电池工作温度升高时，半导体的吸收波长增加，光纤温度传感系统检测出来的温度较高，这时可以通过节流阀增加冷却水的流速，提高聚光光伏电池与冷却水之间的传热系数，从而降低聚光光伏电池的温度。该方法对于延长聚光光伏电池的使用寿命和提高太阳能的利用率具有一定的理论指导意义。

通过将Loop 型谐振腔嵌入在具有正热光系数的MgF2中，设计了海水中温度弱敏感的盐度传感器来实现海水盐度测量。利用COMSOL 软件建立海水盐度传感模型，结合Matlab 对盐度传感器的特征参量进行数值研究。结果表明：传感器的温度特性依赖于微纳光纤的半径，温度弱敏感的光纤半径随探测波长的减小而减小；盐度灵敏度随镀膜厚度和光纤半径的增大而减小；探测极限随镀膜厚度的增加而增大，随波长的减小而减小。通过优化，传感器盐度灵敏度可达0.025 nm/(mg/mL)，探测极限可达到0. 15 mg/mL。

利用OptiSystem 软件，对高速光纤传输系统中三阶色散(TOD)导致的脉冲失真进行了仿真研究。分析了光脉冲信号通过光纤传输系统传输2000 km，不同的速率、占空比、脉冲形状和光纤类型对三阶色散的影响，同时比较了高斯脉冲和超高斯脉冲经过2000 km 传输后的品质因数，发现高斯脉冲的品质因数优于超高斯脉冲的品质因数。通过仿真分析得出：当同时考虑群速度色散(GVD)和三阶色散的时候，标准单模光纤(SSMF)和啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)组成的高速光纤传输系统性能表现较好。

根据模间干涉原理提出了一种基于细芯光敏光纤的全光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构，并实验制作出纤芯错位的MZI。根据数值模拟对该模间干涉仪结构进行优化，获得了干涉仪的干涉谱消光比超过20 dB。通过对该传感器进行温度响应实验，分析并讨论了干涉长度及弯曲特性对其温度灵敏度的影响，最终获得的温度灵敏度达到116 pm/°C。

设计了一种在单模光纤末端涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成聚合物微腔的探针型光纤法布里-珀罗干涉仪传感器（PFFPI），并对其折射率(RI)和温度传感特性进行了研究。其折射率和温度测量分别是基于消光比变化和波长漂移进行的，同时着重对这个器件的与众不同的折射率传感特性进行了理论分析，该理论分析可用于传感器的设计。传感器同时具有比较高的折射率灵敏度和温度灵敏度，在折射率为1.3625～1.4206 的范围内折射率灵敏度为-180.359 dB/RIU(RIU 表示折射率单元)，在温度为25 ℃~60 ℃的范围内温度灵敏度为355.28 pm/℃。该传感器具有体积小巧和生物兼容性良好等优点，与传统光纤传感器相比其更具优势的应用就是生化活动的检测，如组织培养等。

研究了用于三维(3D)展示的大面积拼接菲涅耳合成全息图的制作方法。在研究菲涅耳全息原理与合成全息原理的基础上，解决了菲涅耳合成全息图在再现图像时再现窗口与观察视场不符的问题。利用激光作为记录和再现光源，进行了全息图拍摄实验，实现了大面积、大景深、高质量的三维人像合成全息图的制作。

离轴三反消像散（TMA）光学系统由于可以同时实现长焦距和大视场，被认为是新一代空间光学系统、尤其是紧凑型系统的首选。为提高系统性能，提出了通过调制出瞳函数改善系统质量的智能光瞳技术，包括波前编码、相位参差以及主动变形镜技术。针对某TMA 系统，详细介绍了应用波前编码技术的系统设计结果、应用相位参差技术的波前探测及应用主动变形镜的波前校正实验。实验结果表明，智能光瞳技术的应用确实可以提升系统质量。

将压缩传感理论与偏折角修正迭代技术相结合解决光偏折层析极少方向的投影重建，提出了一种新的偏折角压缩传感修正重建算法。该算法以待测场梯度的l1 范数为稀疏性先验模型，结合最速下降法进行全变差调整，并引入压缩传感权重因子对迭代过程进行优化。在极少方向投影条件下对双峰温度场进行模拟重建，并在相同条件下与已有算法进行比较。结果表明，在6 方向投影数据条件下，新算法在峰值构建和重建平滑度方面均表现出显著的优越性，新算法的峰值误差和标准距离误差分别比现有算法降低了18.32%和46.67%。通过对喷焰温度分布的实验测量证明了该算法的有效性。

鉴于数字微镜器件（DMD）良好的空间光调制性能，对其在光电设备中的应用及关键技术进行了深入研究。在分析DMD 在数字投影系统中所能实现的最大帧频与系统结构形式、灰度级及DMD 类型的关系基础上，给出了多DMD 串联实现高灰度级的方案。探讨了利用DMD 空间调制特性增强系统性能的具体实现方式，包括高动态范围成像、像素内目标特征检测、探测器像元几何超分辨、压缩感知及成像光谱仪等，并给出了应用过程中涉及的关键技术，如高动态范围成像中各像元曝光时间的确定、DMD 微镜与探测器像元之间的几何配准、运动平台条件下探测器和目标之间相对运动以及DMD 微镜填充率对系统性能的影响。各微镜角度可灵活控制、存储单元更新频率更高的DMD应用于可编程成像系统将是未来的发展方向。

介绍了图解法分析冷原子干涉仪的基本原理，建立了空间型Raman 脉冲冷原子陀螺仪的理论模型。通过对冷原子干涉仪近似数学模型的变换，研究了原子初速度与跃迁概率之间的关系，阐述了基于辅助角速度测量的原子速度扫描法测量原理。在原子干涉仪精确模型的基础上，利用Raman 激光频率调制对多普勒效应进行补偿，并利用相位调制进行修正以满足原子速度扫描法中的相位关系。数值仿真计算结果表明，在辅助角速度测量量程内，经过补偿修正后的原子速度扫描法能实现对绝对角速度的高精度测量。

通过对子孔径拼接中系统误差放大效应的分析研究，提出一种修正由干涉仪参考平晶引入的系统误差的方法。该方法只需利用三面互检获取参考平晶在拼接轴上（水平和垂直方向）的面形数据，再用该数据构建参考平晶的面形误差修正波面，即运用Zernike 多项式（离焦和像散项）对误差修正波面进行低阶二次曲面的拟合，并在子孔径拼接测量中进行实时修正。实验证明，该方法能够消除由干涉仪参考平晶所引起的系统误差对拼接的影响，有效提高拼接波面的精度。

在高精度面形检测中，绝对标定是提高检测精度的重要方法。但在平面绝对标定中，无论是经典的三平板绝对检测还是旋转平移绝对检测都无法对平面的power 项进行绝对标定。而利用液面进行绝对标定虽然可以给出完整的平面标定，但是液面易受环境影响，重复性难以提高，因此标定精度往往不高。针对这一难题，利用Fizeau 干涉仪，采用液面方法对平面的power 项单独进行绝对标定，结合旋转平移绝对标定方法对平面其他Zernike 项进行标定，从而得到了完整的高精度的平面绝对标定。不仅提高了检测精度，也对平面进行了完整的高精度标定，大大提高了干涉仪的检测精度。

基于空间辐射和器件辐射效应的特点，选取正态分布对辐射的剂量率和单位辐射剂量造成的性能退化量进行描述，得到了卫星光通信系统中半导体激光器的可靠度函数。进而以高轨空间辐射条件为背景，对器件的性能退化量进行了模拟，在模拟数据的基础上利用最大似然估计法计算性能退化量的分布函数，得到了器件的可靠度曲线以及平均寿命。最后分析了减少测试时间，以较少的样本数量进行估计的可行性。

为了研究保护气体对奥氏体不锈钢焊接接头力学性能的影响，在相同线能量条件下对加保护气体与不加保护气体两种焊接方式进行了对比研究。采用Nd:YAG 激光器对厚度为0.7 mm 的奥氏体不锈钢进行激光焊接，用扫描电子显微镜、显微硬度计、材料试验机等仪器对焊接接头的微观组织及力学性能进行表征及测试。结果表明，在相同的激光工艺参数下，两种焊接方式均实现完全焊透，且焊缝成型良好。不加保护气体时，随着焊接速度的降低，接头抗拉强度随之降低，最多降低了20%。加入保护气体后，接头的抗拉强度变化平稳，均为母材强度的90%以上。

设计并研究了高功率和高效率2044 nm c 轴切割Tm,Ho:YAP 连续激光器。利用中心波长为794.75 nm 激光二极管双端面抽运c 轴切割Tm,Ho:YAP 晶体，晶体尺寸为4 mm×4 mm×7 mm，其中Tm3+和Ho3+掺杂原子数分数分别为5%和0.3%，晶体采用液氮制冷。激光晶体的两个端面均镀有792~796 nm 和1900~2100 nm 的高透膜。c 轴切割Tm,Ho:YAP 激光器的谐振腔由一个平凹镜和一个平镜构成平凹腔，谐振腔的物理腔长为150mm。通过改变激光二极管的温度变换抽运波长，实验获得了10.5 W 的连续输出功率和37.4%的光光转换效率。

为了研究焊接参数(如激光功率、焊接速度)对激光透射焊接塑料强度以及显微结构的影响，采用YAG 激光器(功率为300 W，波长为1064 nm)进行聚碳酸酯(PC)材料的激光透射焊接。然后，利用万能材料试验机对焊接后的试件进行拉伸测试，最后利用光学显微镜对焊缝进行微观结构观察，测量焊缝宽度，分析焊缝质量。结果表明，透明PC 塑料厚度在1～3.5 mm 之间，透射率变化不明显。随着激光能量输入从0.27 J/mm 增加到1 J/mm, 焊接强度增加；当激光能量输入超过1 J/mm 后，焊接强度开始减小。当透明塑料厚度为3.5 mm、激光功率为40 Ｗ、焊接速度为40 mm/s 时，拉断力可达到峰值1.3 kN。为了提高焊接强度, 应严格控制激光能量输入。

激光陀螺高低温条件下所产生的热应力、形变对其全温性能有重要影响。传统激光陀螺腔体设计重点关注谐振腔的光学特性，力学和热学特性研究较少。传统谐振腔结构设计主要采用经验公式与试验方法，设计迭代次数较多，设计效率低。利用有限元分析方法对抖动激光陀螺谐振腔的主要结构参数与热特性的关系进行研究，得到了谐振腔温度场的分布，以及谐振腔主要结构参数与谐振腔热应力、热形变之间的关系曲线，为抖动激光陀螺的谐振腔优化设计提供了重要方法和指导性依据。该研究对提高抖动激光陀螺设计效率、缩短设计周期、降低成本有着重要意义。

结合配焦椭流线法和梯度算子，提出了一种针对LED 扩展光源的自由反射曲面优化设计方法，其中配焦椭流线法负责生成自由反射曲面，梯度算子实现逐代优化。以线度为5 mm 的LED 扩展光源的轴对称均匀投光为例，完成了单个光滑连续自由反射面的设计和优化。光学仿真结果表明，优化前初级照度均匀度约为0.77，而优化后达到0.98，效果良好，并具有向非轴对称自由反射曲面设计拓展的可能性。

针对星敏感器系统的地面测试要求，设计一种大视场高精度静态星模拟器。根据静态星模拟器的工作原理，确定模拟器具有出瞳外置的准直光学系统。结合技术指标，在Zemax 平台上优化设计了具有良好成像质量的光学系统，设计结果为：系统焦距99.988 mm，视场达到Φ39°, 畸变小于0.1%，实现高精度静态星模拟器精确模拟星点。提出了依照光学系统像差确定星点板上各星点刻划位置的方法，避免多次刻划星点板的过程。对设计的系统进行测试，从测试结果看：设计的大视场星模拟器的成像精度达到15″，可以满足对星敏感器地面标定的使用需要。

大视场日冕仪主要用来对215 倍太阳半径内的日冕进行全周向观测以监测太阳活动并对影响日地空间的灾害性空间天气进行预警。根据杂散光抑制要求，将大视场日冕仪的光学系统设计成外掩透射式二次成像结构，其光学系统长度为355.89 mm，视场为±20°，焦距为40 mm。将大视场日冕仪杂散光按照光强分为三级，其中一级为太阳直射光，二级为外掩体和外窗口边缘的衍射光，三级为内掩体表面反射光、物镜口径边缘的衍射光和散射杂散光。对这三级杂散光分别进行抑制后得到内视场的杂散光抑制水平为10-9量级，外视场的杂散光抑制水平为10-13量级。

利用复合抛物面与自由曲面相结合的方法，设计出一款体积小、能效高的LED 光源准直配光透镜。将LED 光源发出的光线分两部分分别进行配光设计。光源发出的一部分发散角为0o~20o 的光线经过球冠折射收缩发散角后再利用自由曲面准直；光源发出的另一部分发散角为20o~80o 的光线经过复合抛物面折射收缩发散角后再经自由曲面准直。结果显示，LED 光线经此复合型准直透镜后光束发散角小于4o，光能利用率达90%，可满足目前对光源远距离准直需求。

在贴片式白光LED 封装中的荧光粉涂覆环节采用光固化的方法，研究UV 固化时间对LED 光学性能的影响。实验选取了九种固化时间，对封装出来的样品进行外观物理特性的观察测试并对完全固化的样品进行恒流老化和光度色度参数测试。结果表明：固化时间大于120 s 时胶体基本固化；不同固化时间样品的峰值波长、色温、显色指数的最大值与最小值分别平均相差约1.2 nm、200 K、1.3 个单位；固化时间大于210 s 时，光通量的衰减率明显大于其他固化时间。该光固化胶在106.6 mW/cm2 的紫外光功率密度下，固化120～180 s 较为合适。从光学的角度探讨固化时间对LED 性能的影响，对光固化技术在LED 封装上的应用具有指导意义。

采用固相反应法、真空烧结制备了高光学质量的Ce:YAG (Ce:Y3Al5O12) 透明陶瓷，在可见光区的透射率大于80%。分别研究了不同Ce3+掺杂浓度（原子数分数分别为0.1%、0.3%、0.5%、1.0%）和不同厚度（0.5、1.0、2.0 mm）的Ce:YAG 陶瓷的流明效率，显色指数和色温等白光发光二极管(LED)性能，采用Ce:YAG 陶瓷和商业树脂进行LED 器件封装，获得了131.5 lm/W 的光效。结果表明，Ce:YAG 透明荧光陶瓷有望成为适合大功率LED 器件的荧光材料。

理论分析了液晶显示器件(LCD)夜视成像系统(NVIS)的评价方法，给出了对比橙绿蓝(OGB)彩色发光二极管(LED)灯中各单色发光芯片对夜视辐亮度贡献大小的方法。制作了具有白光LED 和OGB 彩色LED 灯双模式背光源系统的液晶显示器，实验测得使用白光LED 灯作为背光源时，显示器的夜视辐亮度为3.14×10-8 W/(cm2·sr·nm)，超出国军标(GJB)规定的上限2.2×10-9 W/(cm2 ·sr·nm)；而使用OGB 彩色LED 灯作为背光源时，模块的夜视辐亮度降低到1.958×10-9 W/(cm2·sr·nm)，满足GJB 要求；对比了双模式背光源系统中OGB 彩色LED 灯中各单色芯片对夜视辐亮度的贡献比例，其中蓝灯最大，橙灯次之，绿灯最小。

通过研究波导两侧缺陷处的折射率对二维光子晶体波导透射光谱的影响，提出一种提高折射率传感器灵敏度的方案。计算结果表明光子透射带上边沿的偏移量与传感区折射率的大小存在一定关系，在相同的折射率变化量下通过改变波导两侧缺陷处圆孔的相关几何参数可极大提高光子透射带上边沿的偏移量，即提高折射率传感器的灵敏度。通过优化设计，传感器的灵敏度由折射率变化区间0.0~1.0 的55 nm/RIU(RIU 表示折射率单元)与1.1~2.0 的36 nm/RIU 分别提高到对应的405 nm/RIU 以及222 nm/RIU。

透射比是评价格兰泰勒棱镜性能优劣的一个重要指标，分析了偏振干涉成像光谱仪中重要偏光部件即格兰泰勒棱镜的分光机理，运用光线追迹方法，推导出了晶体光轴不平行时棱镜透射比精确理论计算公式；通过计算机模拟对其传输特性进行了详尽分析，得出了系统透射比随晶体光轴倾斜角和波长变化的关系曲线；给出了在满足系统透射比条件下格兰泰勒棱镜晶体光轴误差被限定的有效区间范围。这一结论为偏振干涉成像光谱仪的优化设计提供了理论指导和技术支持。

应用激光拉曼光谱技术准确无损鉴别三七及其伪品菊三七、藤三七和姜黄。采集了三七及其伪品的拉曼光谱图，并结合二阶导数拉曼图谱对其进行定性鉴别。四种药材的图谱中均出现了1330、1040、943、310 cm-1糖类碳水化合物的拉曼特征峰。三七的谱图中出现了1080 cm-1和1120 cm-1皂苷类化合物的拉曼振动峰；菊三七的谱图中出现了820、899、1144、2935 cm-1 b-谷甾醇、吡咯里西啶类生物碱及长链脂肪烃的拉曼特征峰；藤三七的谱图中出现了1462 cm-1和1695 cm-1的腺苷类和尿嘧啶类化合物的拉曼振动峰；姜黄的谱图中出现了962、1187、1433、1596、1630 cm-1等姜黄素类化合物的拉曼振动峰。以上专属特征峰的差异可将三七及其伪品进行很好的区分，并据谱图信息可建立四味中药的拉曼指纹图谱。二阶导数拉曼光谱图可以对三七及其伪品的鉴别结果进行进一步补充验证说明。此方法可准确直接、快速鉴别三七及其伪品。