空间光通信经历了几十年的发展，已经演变出两代光通信终端，并完成多次在轨实验。概述了空间光通信的整体发展历史，详细介绍了欧洲、日本和美国的空间光通信的发展历程，并对其中较为典型的终端或实验及其关键技术进行着重阐释。简要介绍了国内的发展现状，分析了空间光通信的发展趋势，并指出技术上面临的挑战。

大数据云计算时代，光网络面临的挑战越来越突出，面向云计算的下一代光网络技术受到越来越多的关注。以光网络对云计算的支撑问题为切入点，得出了面向云计算的光网络所面临的最大挑战为光网络资源和IT 资源按用户需求进行一体高效调度的问题。在解决对策方面，主要从光交换和传输技术、光网络路由技术、新一代光网络管控架构的设计和光网络虚拟化技术等方面，介绍了国内外最新研究进展。最后分析了面向云计算的下一代光网络技术的未来发展方向。

硅-有机材料混合(SOH)集成平台通过结合绝缘层上硅(SOI)波导和功能有机非线性材料打开了高速、超紧凑电光器件的发展之路。目前，基于SOH 平台的电光调制器频率响应带宽可达100 GHz，在能耗仅为640 fJ/bit 时，数据传输速率可达112 Gbit/s。介绍了SOH 集成平台，针对目前主要的SOH 电光调制器类型，如马赫-曾德干涉仪型SOH 电光调制器、SOH 同步/正交相位型(IQ)电光调制器、微环型SOH 电光调制器等，介绍了其工作原理、基本特性及国内外发展状况和趋势。

对频率分辨光学开关法(FROG)飞秒脉冲测量技术进行了综合阐述。在FROG 法基本原理分析的基础上，以测量技术原理发展变化为主线，介绍了三种不同瞬时响应非线性效应下—三阶非线性效应、二级非线性效应和交叉相位调制(XPM)效应，所构成的不同FROG 测量结构的研究现状和发展方向，并综合分析了三种分支技术的性能特点。对各种不同的FROG 测量结构进行了详细的比较，得到它们的优缺点及发展前景，为FROG 飞秒脉冲测量技术以后的发展提供研究思路和参考。

求解多普勒信号频率是测量高速运动目标速度的基础。极值法测量弹丸运动速度时，极值点携带了多普勒信号瞬时频率信息,所以要精确估算弹丸回波信号的频率,找准极值点的位置至关重要，传统的极值法测量精度受方法限制。提出采用二次曲线拟合的方法对回波信号进行去噪处理，根据二次函数求极值点的数学原理求出所有极值点，并对分段拟合算法产生的无效极值点进行准确剔除。通过分析实际测量的弹丸回波信号, 提高了判定极值点位置的精度，为高精度测量运动目标速度奠定了基础。

基于纳米尺寸材料的微操作提出了一种局域增强隐失场理论，其中的隐失场产生于光纤探针与原子力显微镜(AFM)探针耦合作用。根据近场光学原理，采用傅里叶变换方法推导出隐失场产生的机理，并讨论影响其强弱的因素。为了得到足够大的捕获纳米级微粒的力，通过采用复合光纤探针与AFM 探针，根据金属表面等离子体共振原理，使传播波和隐失波会聚于AFM 锥形探针针尖处形成增强的电磁波。对纳米级物体的捕获、移动等操作表明提出的理论可以用于微观科学的前沿领域。

跟瞄误差会引起接收光信号的衰减。为了减小跟瞄误差对星间光通信系统的影响，在跟瞄误差存在的条件下，通过选取最优光束发散角来优化链路可靠性。偏置误差是跟瞄误差的一部分，在没有偏置误差存在的情况下获得了链路可靠性的解析表达式，通过将链路可靠性进行最大化设计，获得了最优光束发散角的解析表达式。将偏置误差也考虑进去再对链路可靠性进行最大化设计，对于给定的通信速率获得了光束发散角与跟瞄误差的最佳比值的数值解及其近似解析表达式。在星间光通信中采用所设计的最优光束发散角，可在存在跟瞄误差的情况下获得良好的系统性能。

针对无线光通信系统中反向差分脉冲位置调制(RDPPM)功率利用率较低以及差错性能较差等问题，结合反向脉冲宽度调制方式(RPWM)与RDPPM，提出了一种新型组合调制方式，即反向差分脉冲位置宽度调制(RDPPWM)。研究分析了RDPPWM 的符号结构、平均发射功率、带宽需求以及在理想加性高斯白噪声(AWGN)干扰下的误包率，并与开关键控(OOK)、RDPPM、RPWM 等调制方式进行了比较。仿真结果表明，RDPPWM 可以获得较高的功率利用率，增加了信道容量，降低了带宽需求，且不需要符号同步；在相同信号接收功率-28 dBm 的条件下，RDPPM 的误包率是2.2×10-8，但是RDPPWM 的误包率却可以降低至2.6×10-12。故RDPPWM 为无线光通信的调制技术提供了一种新的选择。

光纤传感器对静态绝对量和动态相对量同时测量在很多场合都有应用需求，这就要求传感系统兼具大动态范围和高精度的特点。采用基于快速光谱获取的白光非本征法珀干涉(EFPI)传感系统，可满足静态信号大动态范围和绝对测量需求，同时可快速响应动态信号。将zoom-FFT 算法用于传感器的腔长解调，提高了信号的解调精度，实验测得精度达4 nm。由于zoom-FFT 法运算量小，在算法上可满足动态测量对解调速度的需求。在0~30 cm 深度内对传感器进行了标定，传感器对静压力的响应具有较好的线性特性，计算得到液位分辨率为0.13 mm。利用液位信号和声信号频率的差别，实现了单传感器对液位深度和声信号的同时测量，验证了此系统在对静态绝对量和动态相对量同时传感方面具有应用潜力。

对非平衡光纤迈克耳孙干涉仪(MI)粘接在压电陶瓷块(PZT)表面的体系施加交流电压，构成光学电压传感器。PZT 产生的压电形变传递给MI，利用可调谐光纤F-P 滤波器对MI 输出光强变化进行解调，从而获得被测交流电压信号。实验结果表明，该传感器对交流电压具有良好的线性响应。同时，针对可调谐光纤F-P 滤波器的调节精度、MI 的消光比对系统探测精度的影响进行探讨。

为解决多角度偏振辐射计分孔径偏振测量的视场统一问题，并保证偏振测量精度。提出基于反射式望远系统的分孔径光路，并对选定的两镜扩束系统方案进行了初始结构参数的计算及系统优化。对反射镜镀银膜的新望远系统与透镜镀1/4 波长氟化镁的原望远系统的偏振效应进行了模拟分析，望远系统偏振效应的模拟结果表明：基于银膜反射镜的新望远系统在波长最短的410 nm 的偏振效应最大为0.258%，其他波段均低于0.1%，优于或与原系统相当。新望远系统能保证各波段视场统一并满足低偏振效应的条件，可替代原透射望远系统，并提出一种基于新望远系统的偏振探测方案。对新探测方案的优势进行了总结，指出了缺陷及应对措施，并对应用进行了分析。

提出了一种基于彩色CMOS 的双波长数字全息同轴相移显微系统，定量分析人体Jurkat 细胞(人外周血白血病T 细胞)凋亡过程中的相位变化，实现了在不进行复杂相位解包裹运算的同时对细胞相位的定量测量。利用532 nm和632.8 nm 两波长的激光，对人体离体Jurkat 细胞凋亡过程中的三个状态进行了彩色全息记录，分别提取出两波长的相位信息，从而重构细胞相位。实验表明，该系统下测得的相位与其他方法测得的相位具有较好的一致性，并且测量量程大，算法简单，结果准确。实验结果将为双波长数字全息术用于细胞相位的研究和应用提供参考。

针对局部方向模式(LDP)识别掌脉时速度慢的问题，提出一种基于改进LDP 的掌脉识别方法。该方法在保留LDP算法原有的Kirsch 模板基础上，直接按照八方向边缘响应符号进行编码，避开排序，减少特征提取时间，即快速局部方向模式(FLDP)。在香港理工大学掌脉图库和自建图库上实验，将掌脉图像分成若干均匀子块，利用FLDP 算法提取各子块的特征向量，融合得到总的模式特征，利用卡方距离进行匹配识别。在两个图库上的实验结果表明，该算法的执行时间分别为17.75 ms 和19.98 ms，优于其他典型算法，同时正确识别率可达到99.8916%和99.3665%，具有应用价值。

建立了633 nm 波长标准装置，已为各行各业的激光干涉仪、激光跟踪仪等测量设备提供精准的长度校准服务。采用稳频激光器波长校准的拍频原理，将测量值溯源到长度波长基准。该激光器波长校准装置包括：参考激光器、被检激光器、合束镜、光电探测器、带宽放大器、频谱分析仪、频率计以及微机数据采集系统。分析了提高检测精度的影响因素。给出了拍频实验输出结果时间频率采样图。解析了波长、频率、稳频特性等检定项目的判定依据。

为了对光学薄膜的内部缺陷进行无损高精度检测，采用了谱域光学相干层析成像(OCT)的方法，并进行了理论分析和实验验证，获得了单层和多层光学薄膜样品的二维层析图像。根据薄膜的二维层析图像，可以清晰地观察到薄膜的内部缺陷，并能够对缺陷位置进行定位。实验结果表明，谱域OCT 技术是一种光学薄膜缺陷检测的有效方法。

利用卫星激光测距(SLR)技术对空间非合作目标进行跟踪观测现在处于发展阶段，存在预报不够准确以及单站少量观测数据不能定轨等困难。因此提出联合非合作目标的单站SLR 数据和光学观测数据进行综合定轨，从而得到非合作目标的精密轨道。利用Ajisai 卫星和Jason-1 卫星的单站激光测距数据和光学观测数据的试验结果证明，综合定轨精度比光学定轨精度有一个量级的提高。进而可以得到高精度轨道预报，这有利于非合作目标的激光测距进入一个良性的常规运行状态。

为了实现微米级物体快速、高精度位置测量，弥补传统利用CCD 成像直接探测法的不足，采用后焦面法实现了光阱环境中微粒小球的位置探测。阐述了后焦面法位置探测的基本原理和实现方法，并搭建实验光路，实现了模拟光阱环境中微米小球位置的快速精确测量。理论分析及实验结果表明：这种方法位置探测分辨率可达80 nm、响应频率达到800 Hz，将其用于光阱环境中微米小球的位置探测是切实可行的。

多普勒频移测量在电子战、雷达系统中有重要的应用。电域测量方法存在带宽受限、抗电磁干扰能力弱的缺陷。提出并实验验证一种光辅助法测量多普勒频移，在光域，采用双平行强度调制器进行光双边带载波抑制调制、光带通滤波、低频光电转换，最后在电域进行低频频谱分析，从而实现多普勒频移测量，有效解决了电域测量方法的缺陷。实验结果表明，在微波/毫米波频率7~40 GHz、多普勒频移1 kHz~10 MHz 实现了误差±46 Hz 的多普勒频移测量。

为了研究光电探测器反向偏置电压对能见度测量的影响, 使用光电探测器检测稳定的脉冲光束，改变光电探测器的反向偏置电压，通过精密示波器观察光电探测器输出信号的波形并读取输出信号的响应时间，用真有效值电压表测量相应波形有效值。结果表明，反向偏置电压的漂移会引起光电探测器响应时间的变化，进而影响光电探测器输出信号的有效值，给能见度测量带来不确定性。在选择光电探测器时要考虑反向偏压的影响，并保持反向偏压稳定。

为了更好地检测与评价大口径平面镜，引入了离散傅里叶级数作为处理五棱镜扫描结果的数学工具。从基本理论出发，分析了离散傅里叶方法本身性质以及在处理斜率信息上的优势；之后借助功率谱以及Zernike 多项式，分析了经过傅里叶方法处理得到结果的空间域以及频域的特性。针对米级口径的反射镜面形数据，进行模拟数据采集，之后对于该数据进行处理，得到可以用于检测装调的低阶面形。

提出了一种注入式有源双环腔结构光纤激光器。采用双环复合腔结构，通过对主环腔增益控制以及子环腔光注入的方法，获得了单频、窄线宽、无跳模的连续稳定激光输出。实验测得激光器的输出功率达36 dBm，信噪比为40 dB，频谱线宽为7.1 kHz，中心波长为1550 nm。数小时运行时间内，激光器的输出功率与波长稳定性较高。该激光器的单频运行取决于主环腔的增益和振荡波长与子环腔内种子激光器的功率和中心波长之间的匹配情况，其中主环腔的增益通过调节抽运光功率、腔内耦合系数进行控制。激光器输出的中心波长可通过改变种子激光器波长进行调谐。利用多模振荡半经典理论模型分析了有源双环腔内实现单频激光输出的物理过程，仿真结果与实验结果一致。该光纤激光器在相干光通信和光纤传感领域将具有广阔的应用前景。

为了获得高稳定性的偏振光，研制了氧化孔区域为70 μm×10 μm 的非对称电流注入的矩形台面垂直腔面发射激光器(ACIR-VCSEL)。在室温下，注入连续直流电流，实验测试得到ACIR-VCSEL 的斜率效率为0.483 W/A，微分串联电阻为23.5 W。在电流注入过程中，ACIR-VCSEL 以稳定的平行于长边的偏振光输出，功率偏振比始终大于5。当电流为15 mA 时，功率偏振比的最大值为14。在相同的测试条件下，氧化孔径大小同为70 μm×10 μm 的环形电流注入矩形台面VCSEL (RCIR-VCSEL)的斜率效率为0.568 W/A，微分串联电阻为18.1 W，偏振功率比值最大值为9，最小值为2.6。RCIR-VCSEL 与ACIR-VCSEL 的输出特性相比，虽然RCIR-VCSEL 比ACIR-VCSEL 的斜率效率高，串联微分电阻小，但是ACIR-VCSEL 的偏振稳定性和最大偏振比值比RCIR-VCSEL 增强。

报道了一台高效高功率的腔内三倍频355 nm 紫外激光器。倍频与和频均采用II 类相位匹配方式。选择谐波的偏振方向以提高1064 nm 基频光到355 nm 三倍频光的转换效率。在一个简单的线性谐振腔中，采用一个激光二极管侧面抽运的Nd∶YAG 的模块，双声光Q 开关进行调制，以两块LBO 晶体分别作为倍频晶体与和频晶体。在10 kHz重复频率下，当抽运光功率约为623 W 时，获得最大输出功率为51.5 W 的355 nm 激光，脉冲宽度为36.5 ns，光-光转换效率大于8%。测得x 与y 方向的光束质量因子分别为M 2x =10.89，M 2y =12.32。

针对304 不锈钢薄板进行连续激光搭接焊工艺试验，研究工艺参数对焊缝成形及焊缝性能的影响规律。结果表明：随着激光功率增加，焊缝结合面宽度及背宽、接头拉伸剪切力均有所增加；随着焊接速度的增加，焊缝结合面宽度及背宽、接头拉伸剪切力均有所降低；而在保证焊缝成形的前提下，离焦量的变化对焊缝成形质量影响较小；叠层间隙在0.6 mm 以内时，均可实现单面焊双面成形；激光焊接焊缝中心区组织为细小的等轴晶，焊缝区和母材交界处为细小的柱状晶组织，热影响区不明显。

用二维相对论粒子模拟程序(2D-PIC)对强激光与高密度等离子体相互作用中产生的高能质子束及其传播特性进行数值模拟。数值模拟结果表明：密度梯度标长对质子能谱的影响至关重要，增大密度梯度标长厚度，靶后静电场增强，质子的最大能量显著增大；密度梯度标长对从薄靶出射的高能质子束有一定的约束作用，高能质子的加速、准直和发散强烈地依赖于强激光与等离子体之间的空间耦合。

在介绍了产品三维曲面激光打标、模具型腔激光蚀纹和激光直线成形(LDS)活化激光加工的需求背景下，描述了以三维激光振镜系统和两轴数控回转台而构成的五轴数控三维曲面激光技术的基本原理，阐述了二维(2D)矢量纹理的纹理映射技术方法，论述了适用于五轴数控加工的整体分割技术方法和五轴数控加工等关键技术。实验证明了该设备关键技术的可靠性和加工质量的优良性，既能进行大批量的曲面高效打标和LDS 活化加工，也能进行模具蚀纹的精密精细加工。

前视红外目标识别是精确制导**的关键技术。实际应用中，模板和实时图存在尺度和角度的差异，易导致误匹配。为克服上述问题，提出了一种基于边缘仿射不变坐标的前视红外目标识别算法。以边缘曲线的区域质心为基准点建立局部坐标系，在此坐标系下，边缘点的坐标值具有仿射不变；将边缘的坐标集合作为描述子，利用平均hausdorff 距离度量边缘的相似性；最后结合边缘的相对位置剔除误匹配，实现前视红外目标的稳健识别。通过三组实验，与基于灰度模板和基于边缘模板的识别算法相比，识别率和稳健性均有所提高。

线结构光三维测量中，光条中心点提取的精度直接影响系统最终测量精度。针对现有光条中心提取方法获得的条纹中心存在折线缺陷的问题，提出了一种基于曲线拟合的线结构光光条中心的亚像素提取方法。该方法通过腐蚀细化获得光条基本骨架，采用均方灰度梯度求取骨架上每一点的法线方向，利用加权灰度重心法获得光条中心初始点，应用分段3 次多项式曲线拟合获得光滑的光条亚像素中心坐标。实验结果表明：该方法可以改善光条中心的折线缺陷，提高中心线提取的精度。

为了提高掺杂染料的胆甾相液晶的激光效率，通过采用电击摩擦处理来改善染料掺杂胆甾相液晶内部分子的排列，结果表明对于不同厚度的胆甾相液晶样品，其内部分子排列的改善都能提高其输出激光效率，且样品越厚，经过电击摩擦后激光效率提高的倍数越大。这是因为在没有经过电击摩擦处理前，胆甾相液晶分子因不能理想排列而形成缺陷，造成光散射，降低激光效率。且样品越厚，其内部缺陷越多，光散射引起的损耗也越大，对激光效率的降低越严重。经过处理后，内部分子排列得到大幅改善，损耗极大降低，激光效率被提高，且电击摩擦对厚的胆甾相液晶样品内部分子排列的改善更显著，因此经过电击摩擦后，厚的样品的激光效率提高的更大。

提高TiO2光催化活性已成为近年研究的热点。选取第一过渡金属Cu 与Cr 共同掺杂金红石相TiO2，运用基于密度泛函理论体系下的平面波超软赝势方法探讨了Cu-Cr 共掺杂对金红石相TiO2电子特性和光学性质影响的微观机制。结果表明：Cu-Cr 共掺杂TiO2在禁带中形成了5 条新的杂质能级，其中价带顶的一条杂质能级主要是Cu3d 轨道的贡献，而费米面附近的4 条亚稳态杂质能级主要由Cr3d 轨道和O2p 轨道相互作用产生，有效减小了电子的跃迁能，改善了TiO2的光催化活性。Cu-Cr 共掺杂也改善了TiO2的光学性质，使光谱红移，反射率增大，对可见光的吸收和反射能力比单掺杂更稳定。

设计了一种由一维光波导构成的一维双金字塔光波导网络，利用网络方程、无量纲布洛赫定理、以及广义本征函数方法研究了这种光波导网络的光子带隙和光子衰减性质。研究发现：这种包含高密度三角形基元回路的有趣光波导网络能够产生巨大的完全光子带隙和超强的光子衰减。当网络中任意两个相邻结点都由波导长度配比为2∶1的两条一维波导线连接时，网络产生的光子带隙的中心带隙率可达到154%；仅仅包含8 个原胞的这种2∶1 双连通光波导网络，其光子带隙的平均衰减深度可超过10-21(这相当于-210 dB)。这种有趣的光波导网络可用于设计和开发宽带隙和强局域的光子器件。

电位诱导衰减(PID)能够导致晶体硅太阳电池组件功率大幅衰减，使太阳电池组件的大规模应用受到了限制。实验分析了由不同等离子体增强化学气相沉积(PECVD)镀膜工艺多晶硅太阳电池制作的组件功率衰减问题。结果表明，相比标准工艺多晶硅太阳电池组件(折射率为2.06)，防PID 工艺多晶硅太阳电池(折射率为2.16)制作的组件功率仅有1.65%的衰减，衰减幅度在5%以内，具有一定的耐高压、高温和湿热环境的能力。分析可知，在满足光学薄膜厚度的情况下，制作具有较高折射率SiNx膜的多晶硅太阳电池组件能够更好地预防PID 现象的发生。

通过深入分析二次谐波转换效率，以周期极化晶体MgO:sPPLT 为研究对象，结合其斯涅耳方程和极化周期随温度的热膨胀关系，得到了基频光正入射时周期极化晶体的最佳匹配温度；当基频光倾斜入射时，极化周期等效变大，最佳匹配温度降低。利用归一化倍频效率图形，可以方便地得到给定晶体长度的温度和波长接收带宽；同时晶体通光长度越长，温度和波长接收带宽越窄。只要更换晶体的斯涅耳方程和极化周期随温度的热膨胀关系，所使用的研究方法可方便地推广到其他周期极化晶体的倍频研究当中。所得到的这些结论对于使用周期极化晶体进行倍频，尤其是连续光纤激光器腔外倍频有一定的指导意义。

传统的光机结构设计流程中光学设计和机械结构设计相对独立。光学系统的机械结构设计者很难确定哪种支撑结构比较适合，难以实现机械结构的优化设计。利用机械敏感度直接建立机械结构加工装配误差与光学系统成像质量之间的关系，可以直观地描述机械结构误差对镜片的偏心、倾斜和间隔误差的影响，从而反映了对光学系统的成像质量的影响。结构设计者依据不同机械支撑结构的机械敏感度表来选择适用于该光学系统的最佳支撑结构，从而实现对物镜光机结构的优化。

为了研究光学表面制造残差对成像系统性能的影响,提出了基于光学系统出瞳位相差的空间频段误差划分方法,推导出了统计意义下的中频(MSF)误差对调制传递函数(MTF)的影响函数解析式,确定了MTF 受中频误差影响的特征分辨率.对比低频(LSF)误差与MSF 误差影响的区别，MSF 误差导致系统调制传递函数从低分辨率处开始迅速下降,并根据中频影响函数解析式得到MSF 误差导致MTF 曲率突变特征分辨率.

为补偿光刻物镜由不均匀照明引入的Z5 像散，设计了一种主动变形镜，并分析该主动变形镜的像散补偿性能。利用有限元分析方法，建立主动变形镜的有限元模型，得到主动变形镜调节能力、刚体位移误差、固有频率及最大应力等性能。结果表明，主动变形镜在50 N 驱动力作用下可以实现镜片表面面形均方根(RMS) 837 nm Z5 像散补偿，伴随产生的镜片表面高阶像差仅为RMS 1.124 nm，三个方向刚体平移仅为0.49、0.52、0.13 nm，三个方向的刚体旋转仅为2.21、1.73、1.10 ms，主动变形镜一阶固有频率达到2555 Hz，最大应力为0.852 MPa，满足光刻物镜像散补偿需求。

为了提高惯性约束聚变(ICF)系统中的焦斑质量，达到靶面辐照均匀性的苛刻要求，系统需要采用束匀滑技术。由于连续相位板(CPP)能灵活控制焦斑形状，且衍射效率高等自身特点，得到了极大推荐。在实际使用过程中，由于光学系统中的多种因素可能造成激光束波前畸变，这将影响连续相位板的匀滑效果。建立了全频段波前畸变激光束的传输与远场的关系，给出了86%的能量焦斑尺寸与低频波前畸变峰谷值和连续相位板面形峰谷值比值的关系，以及86%能量焦斑尺寸与低频畸变波前的均方根梯度值的关系。根据该关系，可以找到波前控制的范围。

设计了一种基于铌酸锂晶体的电控可调谐波导光栅双波长滤波器。在可同时传输横电波(TE)和横磁波(TM)模式的钛扩散波导上刻写布拉格光栅，能够实现正交偏振的双波长滤波。利用铌酸锂的电光效应改变波导的有效折射率，可以实现两个布拉格波长的快速调谐。对波导光栅滤波性能的分析结果表明，蚀刻光栅在蚀刻坡度小于15°，蚀刻占空比为1/2 时，滤波特性最好，且随着蚀刻深度的增加，光栅的反射率与带宽均增加。通过横向电场对波导光栅进行调谐，双波长滤波器的TE 模式调谐灵敏度达到15.6 pm/V，TM 模式的达到5.5 pm/V。

为了研究左手平板材料对正弦高斯光束的光斑影响，利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法得到了正弦高斯光束的光斑分布表达式，并利用此表达式对光斑进行了数值模拟，结果表明：正弦高斯光束在左手平板材料中传输时，光斑尺寸的聚焦位置是光束束腰的位置，束腰位置受左手平板材料的折射率影响，束腰宽度与材料的折射率无关，并且发现左手平板材料内部和像空间的光斑尺寸随偏心参数变化规律相似。此项研究对光场操控方面应用有帮助。

在量子密钥分发系统中，由于长距离光纤信道传输引入的偏振漂移将导致密钥分发效率下降。给出了一种基于遗传算法结合数控偏振控制器实现在单光子量级下对单光子偏振的优化控制与长时间锁定的方法。在25 km 单模光纤传输每脉冲平均光子数小于0.1 的单光子相位编码量子密钥分发系统中，将信号光偏振优化到最佳值，并实现了系统长期稳定运行，密钥分发成码率高于1.5 kb/s。

城市植被作为城市生态系统的重要组成部分，发挥着巨大的生态效益，合理地对城市植被进行分类有利于城市建设和规划。通过对长春市典型植被分类研究发现，观测时间、探测角度、波段是影响植被亮度温度的主要因素。结果显示：在不同时间段测得的植被的亮度温度差异明显，可很好地区分不同植被，尤其是在中午最有利于4 种植被类型的识别；不同探测角度下测得的各种植被的亮度温度，差异也很明显，可达到区分城市典型植被的效果，尤其是在0°探测角度下获得的亮度温度最有利于植被的分类；但同种植被在4 个通道的亮度温度只有细微差别，所以利用不同探测波段得到的亮度温度对植被进行区分较难实现。该研究可为植被类型的识别和分类提供重要依据。

强激光脉冲与气体靶作用是产生高功率太赫兹(THz)辐射的一个重要途径。利用光电离电流模型研究了同向传播的波长为0.8 mm 的激光及其半频光为1.6 mm 的激光与气体作用产生强太赫兹辐射的过程。讨论了气体种类、激光振幅、双色激光相位差对离化电流的影响。与通常的0.8 mm 激光及其倍频光组合相比，在同等激光强度下利用半频光组合可以产生更强的太赫兹辐射，约为倍频情况下的两倍。通过改变双色激光偏振方向的夹角，当两个光的偏振垂直时，即使半频光的强度远低于基频光，离化电流的方向也由半频光的偏振方向决定。

针对高能窄带激光系统对光谱纯度检测的需求，提出通过精确测量激光光谱能量分布情况分析光谱纯度的方法，并进行了相关实验研究。该光谱纯度检测装置主要由中阶梯光栅、精密移动刀口、灵敏功率计等组成，实验利用该装置分析了复合腔结构准分子激光系统输出激光的光谱纯度，实验结果表明通过精确测量激光中各光谱成分所占的能量比例可实现光谱纯度的检测。该光谱纯度检测装置结构紧凑、成本较低、测量准确度高，在高能窄带激光系统搭建过程中具有重要的应用价值。

利用傅里叶红外光谱(FTIR)技术结合化学计量学分析方法来鉴别不同品种的月季花。不同品种月季花瓣的红外光谱整体上大致相似，主要由酚类、脂类、黄酮苷类及多糖类化合物的振动吸收组成。月季花二阶导数光谱在1800~700 cm-1 区域有较大差异，选取1800~700 cm-1 区域内的二阶导数光谱作为主要研究区域，利用SPSS 软件对光谱进行相关分析、主成分分析及系统聚类分析。结果表明在主成分图中所有月季花瓣样本正确分类，分类准确率为100%，在系统聚类分析图中所有月季花样品都正确聚类。结果表明，FTIR 技术结合化学计量学分析方法可以作为鉴别月季花花瓣的方法。

为了更好地监测钢液成分，利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术，建立了基于径向基函数(RBF)核函数的支持向量机模型，采用粒子群算法优化支持向量机的参数，通过计算元素特征谱线的积分强度和Fe 元素内标归一化来降低仪器和环境带来的干扰。将实验数据进行主成分降维后，对钢液中Mn 元素的浓度进行定量分析，得到均方根误差(MSE)为0.599%，相对标准偏差(RSD)为8.26%，相关系数为0.997。结果显示，粒子群优化支持向量机回归定量分析方法可以用于LIBS 钢液成分分析，其分析性能较传统的定标方法有一定提高。

建立薄层色谱(TLC)与表面增强拉曼光谱(SERS)联用法快速分析复方杜仲胶囊中非法添加的化学药物。利用TLC 以甲苯-乙酸乙酯-乙醇-浓氨水(体积比为12∶3∶3∶0.2)为展开剂，实现模拟阳性药中添加成分的初步分离，再采用SERS 分析被分离的化学药物斑点。通过TLC-SERS 联用法获得的复方杜仲胶囊中各添加化学药物与各对照品的拉曼光谱图特征峰基本一致。TLC-SERS 联用法可快速、准确、灵敏地检测出复方降压类中成药中所添加的化学药物。

为实现激光诱导击穿光谱(LIBS)分析精密度的改善，研究了一种基于分析谱线和内标谱线相关性的内标谱线选择方法。对相关谱线内标法的方法原理进行了理论分析和数值计算，并采用微合金钢标样LIBS 谱线Co I 350.23 nm和Cr I 427.48 nm 进行了实验验证。结果表明，要使得LIBS 谱线分析精密度得到改善，必须同时满足分析谱线和内标谱线的相关系数γ >0.5、噪声正比因子b>0.5 及γb > 0.5 的条件。精密度的改善倍数R 随γ 和b 的增加而增大，但当在γ >0.5 后，R 随b 先增大后减小，b=1 时达到最大值，即当分析谱线的波动大于内标谱线的波动时，相关谱线内标法的调节能力逐渐减弱。

提出选择式成像光谱的概念，即通过对待测对象所成图像进行整体观察来选择其中任意感兴趣的区域(ROI)，同时探测所选区域的光谱信息，而不是像传统成像光谱技术对所有像元光谱的被动测量。在此基础上设计搭建基于分束立方体的选择式成像光谱探测系统，用于探测直径为192 pixel，位于图像中心的圆形区域的光谱信息。对其性能测试结果表明：该系统的光谱范围为380~850 nm，光谱分辨率为1.5 nm，镜头焦距为70~300 mm，最高空间分辨率为2.4 mm，室外自然条件下与原始光谱的相关系数达0.992 以上。该系统结构简单，具有非接触、远距离、实时探测的优点，为光谱探测提供了一种新颖且有效的方法，具有较高的应用潜力。

设计了一种基于非晶硅的太阳电池新结构。在所设计的结构中，减反膜由双层光栅构成。硅(Si)薄膜被刻蚀成阵列菲涅耳波带片(非周期性光栅)结构，可以使得光聚焦到非晶硅薄膜中, 并且可以节约Si 材料的用量。Si 薄膜上的氧化铟锡(ITO)薄膜被刻蚀成亚波长、无规则的光栅阵列结构。所设计的双光栅减反膜可以减少光的反射、增加光的宽带透射。使用时域有限差分(FDTD)方法模拟了反射和透射场的强度分布。模拟结果显示，与无光栅的常规非晶硅薄膜太阳电池相比，所设计的太阳电池结构可以将光的吸收率提高39.2%，短路光电流密度提高19.9%，这些结果优于文献中所报道的具有周期性双光栅减反膜结构的太阳电池的性能。