数字高程模型的获取是智慧城市建立的前提，机载LiDAR技术为数字高程模型的获取提供了新的技术手段。准确的地面点滤波是获取精确数字高程模型的关键，因此机载LiDAR点云滤波一直都是研究的热点与难点。由于数学形态学滤波法应用于机载LiDAR点云滤波时具有简单高效的特性，所以该类型算法是点云滤波中的主流算法。为深入了解此类型算法，对国内外现有的基于数学形态学的点云滤波法进行系统总结，详细分析了各种方法的特点、可解决的问题及存在的问题，并结合现有基于数学形态学滤波法的主要缺陷展望了此类型算法的发展方向。

为实现光纤激光器的高功率输出，光纤热效应是必须考虑的重要因素之一，研究高功率光纤激光器的温度分布特性并对产生的热量采取相应抑制措施，以保证高功率光纤激光器在合适的温度下正常运行，对研究高功率光纤激光器具有重要意义。对已报道的主要的高功率光纤激光器热效应相关研究进行了综述，逐类说明了光纤温度理论研究、热效应对光纤激光器输出特性的影响以及热效应的抑制方法，讨论了这些研究中存在的优缺点，并对其未来的研发趋势进行了展望。

全固态单频激光器相干长度长、谱线宽度窄、效率高、寿命长，在科研、**及工业领域得到越来越广泛的应用。由全固态单频激光器的核心——单纵模选择技术出发，结合扩展单频激光功率/能量的放大器技术，分析归纳了国内外全固态单频激光器的主流技术方案及研究进展，并对其进一步发展给予了展望。

柔性光电印制电路板(FEOPCB)作为板级光互联的新发展方向，不仅具有光互联的巨大优势，而且还具有柔性电路板的特性，可实现不同子系统间的柔性互联，能够满足高速电子系统轻量化、小型化和高性能化的发展趋势。本文对国内外柔性光电电路的研究现状进行了详细的阐述与分析，并探讨了该互联电路的关键技术及未来研究方向。

对无人机(UAV)激光通信技术的应用需求进行了归纳总结，阐明了发展无人机激光通信技术的重要性。对机载激光通信技术的国内外发展现状、性能指标特点进行了详细论述，指出了无人机激光通信技术的发展趋势。在此基础上，分析了无人机激光通信链路中的关键技术，并提出了相应的解决途径及措施。论述了无人机激光通信载荷的应用方向以及所面临的挑战。可以预见，无人机激光通信技术将在构建空天一体化通信网络中发挥重要作用。

增益光纤中的热效应是限制高功率光纤激光器输出功率的重要因素之一。采用基于分布式温度传感的方法对光纤激光器增益光纤的温度进行测量，有助于对光纤激光器形成保护，并有望对热致模式不稳定(MI)等非线性效应的产生机理提供一种新的认知手段。介绍了目前国内外主要的分布式光纤传感技术，重点介绍了光频域反射法(OFDR)、布里渊光时域分析(BOTDA)、布里渊光频域分析(BOFDA)和布里渊相干域分析(BOCDA)等技术在光纤温度和应力测量方面的应用。最后分析了利用各种分布式传感方案实现高功率光纤激光器温度测量的可行性，为高功率光纤激光器的温度测量提供参考。

基于变焦原理的理论分析了变焦光学系统的发展过程，详细论述了各种变焦原理的优缺点和应用情况。归纳了可调光焦度器件的相关技术，总结了光焦度补偿系统设计当前的研究热点，提出了下一代变焦系统理论设计和未来发展的研究策略。

光束漂移和光斑扩展是激光在大气湍流中传输时的两个重要效应。利用CCD成像技术在烟台地区近海面、沙滩和公路三种下垫面环境进行了准直高斯光束传输实验，测量了光束漂移、光斑扩展和大气折射率结构常数等实验数据，在此基础上分析了不同下垫面环境下光束漂移和光斑扩展特性。结果表明：当大气折射率结构常数变化较小时，近海环境下光斑扩展和光束漂移的起伏幅度是三种下垫面环境中最大的，分别为0~1.5 cm和0~0.6 cm。沙滩环境下光斑扩展的实际测量值与理论预测值的相对误差最小，均在10%之内。公路环境下大气折射率结构常数较近海环境和沙滩环境高一个数量级，光束漂移和光斑扩展的变化趋势均与大气折射率结构常数的变化趋势一致。

针对光栅型波前曲率传感自适应光学中的拉普拉斯算子本征函数实时波前复原方法，分析了光电探测器上的光斑大小和位置偏差，以及本征模式数量对波前复原精度的影响。结果表明：截取的光斑区域大小对波前复原精度有较大的影响，可采用环围能量比进行确定；由于存在其他级次的衍射光，光斑区域位置偏差不仅会引起波前倾斜误差，还会引起其他波前误差；当采用的模式过多时，由有限的分辨率引起的模式耦合会显著影响波前复原精度，可利用模式间的相关系数来估计最佳模式数。

利用卫星影像快速准确地提取地球表面水体分布一直是一个重要的研究课题，其对水体灾害监测、水资源利用等具有重要意义。利用陆地成像仪(OLI)遥感影像，通过对图像进行辐射定标、大气校正获得影像的地表反射率值；然后通过分析典型水体指数的构建方法及地物的主分量空间特征，构建了一种主成分水体指数(PCWI)。以鄱阳湖区为研究区，选取枯水期两个不同时间的OLI影像，利用PCWI进行了水体提取，提取总体精度分别为95.92%、95.52%。与其他已有的5种典型水体指数的水体信息提取效果对比显示，PCWI对两期OLI影像水体提取的总体效果最好。综上表明，利用PCWI进行水体提取是可行且有效的。

为了提高晶体硅（c-Si）薄膜太阳能电池对光的俘获能力，提出了一种可以显著增强光吸收的电池结构，该结构由减反射层、有源层和背反射镜组成。基于有效折射率调制的基本原则和严格耦合波理论，通过数值计算与仿真讨论了不同结构层的光学特性,计算了减反射层的透射率、背反射镜的反射率和经过优化后的c-Si薄膜太阳能电池的吸收率。在AM1.5G(地表面上接受到的以48°入射的太阳光谱，包含漫反射)照射下，当入射角小于75°,有源层的厚度为20 μm时，太阳能电池在400~850 nm、850~1000 nm、1000~1100 nm波长范围内平均吸收率分别为85.7%、49%、14%，有效弥补了c-Si薄膜太阳能电池近红外波段吸收不足的缺陷。

对干涉型集成光学陀螺（IIOG）和谐振型集成光学陀螺(RIOG)进行了比较。为使两者具有可比性，两种陀螺采用相同参数的光路器件、相近的偏置调制方法以及相同面积和传输损耗的光波导萨尼亚克（Sagnac）效应敏感环。推导了采用方波调制的干涉型集成光学陀螺和采用三角波调制的谐振型集成光学陀螺的散粒噪声灵敏度的准确表达式，通过优化波导器件参数计算得到两种陀螺最优的散粒噪声灵敏度。结果表明：随着光波导传输损耗的降低，干涉型集成光学陀螺的散粒噪声灵敏度要优于谐振型集成光学陀螺。随着超低损耗光波导技术的发展，干涉型集成光学陀螺在精度提高上具有较大潜力。

单模光纤中的布里渊散射光相对于入射光有一定的频移，该频移量与单模光纤所处环境的温度呈线性关系。根据这种线性温度敏感特性, 布里渊光时域反射计(BOTDR)作为一种分布式光纤布里渊传感系统，可对铁路既有线上的光缆温度分布进行监测。分别定位和测试水泥包覆、铁管包覆、土壤直埋这三种铺设方式的路段，获得温度变化曲线，温度变化量分别为10，8，6 ℃, 温升速率分别为10，8，1 ℃/h。实验结果表明，系统能够反映管线中的温度变化趋势以及变化速率，可用于铁路既有线的温度安全监测。

脉冲展宽问题对无线光通信系统的码间串扰影响很大。根据广义惠更斯-菲涅耳原理和修正冯·卡门谱模型，对部分相干高斯-谢尔模型脉冲(GSMP)光束在大气湍流中水平传输时的脉冲展宽问题进行了详细的数值分析。推导出了部分相干GSMP光束在大气湍流中频域和时域的平均光强表达式及脉冲展宽表达式。结果表明：部分相干GSMP光束的扩展受湍流的影响比完全相干GSMP光束受到的影响要小，束腰半径越小的光束受到湍流的影响越大。在频域中，相同的传输条件下，湍流越强且外尺度越大，GSMP光束的展宽效应越明显；在时域中，随着初始脉宽的增加，接收端的相对脉宽迅速减小，在40 fs之内，相对脉宽很明显，大于40 fs时，接收端的脉冲宽度与初始脉宽无明显差别。

光热效应会引起π移相光纤布拉格光栅的频率起伏，故将入射激光衰减至单光子量级，以消除光热效应的影响。通过对入射单光子信号进行强度调制，使用锁相放大器直接解调光电转换的晶体管晶体管逻辑电平（TTL）信号，利用π移相光纤布拉格光栅对环境温度进行测量，温度测量精度达到0.14 ℃。

为了提高超分辨光学波动成像(SOFI)显微技术的实时性，提出了一种结合图像滤波的SOFI算法。对获取的多帧图像先进行滤波处理，再根据多帧图像中荧光粒子的时间自相关性进行SOFI算法处理，可快速得到高信噪比的超分辨图像。结果表明，对比不同滤波器，权衡去噪效果和图像分辨率，利用基于空间高斯滤波的SOFI算法可以在低信噪比的图像序列中快速得到信噪比较高的超分辨图像，计算速度提高2.3倍。

考虑到随机测量矩阵存在硬件上存在无法实现的缺陷，结合压缩感知的稀疏投影理论，提出了基于多项式确定性矩阵的尺度不变特征变换（SIFT）医学图像配准算法。通过增加方向梯度数提高特征向量的有效性，利用测量数为7的多项式确定性矩阵对关键点特征向量进行降维，用欧式距离作为特征向量匹配的相似性度量，kd数据结构避免穷举。实验结果表明，该算法和传统SIFT算法及几种改进的SIFT算法相比，配准性能有了显著提高，同时确定性矩阵有利于图像配准系统的硬件实现。

太赫兹双轴反射式共焦扫描成像技术可穿透非极性非金属材料并实现高分辨三维成像，因此具有广泛的研究和应用价值；其二维成像质量与物体轴向位置有很大关系。利用2.52 THz双轴反射式共焦扫描成像系统进行了物体轴向位置对二维成像质量的影响实验。引入线对比度和区域对比度客观描述成像质量，主客观评价基本吻合。

为了探讨光场的高阶关联对于切向运动目标鬼成像的影响，将热光高阶强度涨落鬼成像理论应用于切向运动目标鬼成像的研究中，并对所得结果进行了数值模拟和仿真实验，获得了相关仿真图像。结果表明，采用高阶强度涨落关联理论研究切向运动目标鬼成像，随着参考光束的阶数增加，光场的高阶关联将会极大地增加背景涨落的噪声，导致图像重建质量变差，而信号光束的阶数增加对成像质量影响较小，所以最低阶的鬼成像质量最好。

恒温水套是光刻物镜工作环境温度控制系统的重要组成部分。为了研究恒温水套的关键参数与性能，设计了一个小比例水套模型。恒温温控系统对其提供±0.001 ℃的去离子水，通过对比三镜光机系统温度变化及热像差变化获取小比例水套的关键参数。实验数据表明，在加入热扰动且环境温度为22.06~22.16 ℃的情况下，三镜光机系统的内壁温度被控制在（22±0.01） ℃以内，波像差在热扰动后迅速恢复至10.12 nm，与装调完毕状态基本一致。由此可见，此种水套结构可以满足光刻投影物镜的温度控制要求，可在此基础上设计等比例恒温水套模型。

光电非接触式测量方法对实现微位移测量具有重要意义，位置敏感器件(PSD)是实现光斑位置探测的传感器件，其探测精度以及基于该器件的数据处理方法直接影响位置测量精度。依据PSD各电极输出的光电流大小反比于入射光位置到各电极之间距离的工作原理，设计了二维激光位置检测系统方案。为了提高PSD输出微弱电流信号的稳定性和位置探测精度，重点研究了信号调理电路设计、参数匹配、滤波方法与实时并行计算方法。实验结果表明：在±2 mm方形区域内，基于PSD所设计的探测系统单点稳定性精度优于2 μm，能够满足依托项目中激光跟踪仪对空间目标准确定位的要求以及基于激光位置检测的高精度实时微位移测量相关应用的需求。

基于交会测量原理，建立了测量航行船舶位置、尺寸的数学模型，推导了测量误差公式。利用Matlab软件进行测量误差分布模拟仿真，对系统测量精度的主要因素进行了分析；结合实验，对测量模型进行了验证。结果表明，利用交会测量原理进行航行船舶位置、尺寸测量的方法是可行的，为进一步的工程应用奠定了基础。

对脉冲激光二极管(LD)端面抽运变热导率方片Yb:YAG晶体的温度场进行了分析和研究，建立了端面绝热、周边恒温的热传导模型，采用半解析理论，结合牛顿法得到了晶体的温度场分布，分析了不同的抽运功率、超高斯阶次、光斑半径和晶体尺寸因素对晶体温度场的影响。计算结果表明,当采用抽运功率为80 W、超高斯半径为400 μm、超高斯阶次为3的脉冲激光二极管对晶体进行抽运时，在将Yb:YAG晶体的热导率分别视为常量和非常量的情况下，该晶体在抽运端面处获得的最大温升分别为31.69，35.66 ℃。研究结果为激光器的设计提供了一定的理论指导。

为了研究阻尼橡胶材料与纳秒激光的相互作用，通过单脉冲激光进行刻蚀实验，观察了橡胶材料的损伤情况，分析了其损伤机理。结果表明，短脉冲激光能量作用于阻尼橡胶材料表面时，由于橡胶材料的热传导系数较低，激光能量所产生的热量将极大地集中在光斑区域内。在高温条件下，橡胶材料发生热裂解、老化等现象，所形成的孔洞内呈现出明显的蜂窝状的热烧蚀状态。随着单脉冲能量的增加，孔的深度和直径增大，且孔内的烧蚀状态更加明显。通过测量烧蚀直径和深度，计算了阻尼橡胶材料在13 ns激光单脉冲作用下的损伤阈值。利用有限元方法模拟了阻尼橡胶材料的单脉冲损伤过程，利用模拟结果再次计算了材料的单脉冲损伤阈值，与实验结果吻合较好。

利用ANSYS软件建立了光组件有限元简化模型，以高斯热源为热源模型，采用非线性瞬态分析完全法对焊缝的温度场分布进行数值模拟，获得在不同激光输出功率和激光光斑半径下焊斑大小和深度的变化规律。结果表明，周期较短的脉冲波形能够有效改善焊接质量；焊斑熔深和宽度随激光输出功率的增大而增大，随激光光斑半径的增大而减小；数值仿真效果与焊缝实际焊接效果基本吻合，验证了光组件有限元模型的适用性，为在不同激光焊接工艺条件下预测和提高光组件焊接质量提供了有效的实验依据。

提出一种基于激光间接冲击技术高效、高精度地制造微零件的新方法,采用激光冲击聚合物间接加载机制，结合不同形状的微模具，使用NdYAG-GAIA R 激光器在厚度为35 μm的钛板上实现了在单脉冲激光冲击作用下制造精密金属微零件。使用KEYENCE VHX-1000C超景深三维显微系统对成形的微零件进行观测，发现在合适的激光能量范围内，成形的微零件表面轮廓质量较好，且微零件的成形深度与微模具的凹坑深度基本一致。使用有限元分析方法对微零件的成形过程以及成形零件厚度的减薄率进行了数值模拟分析。从实验和模拟的结果可以看出，该成形方法可以在激光单次冲击作用下成形质量良好的微零件。

提出应用于神光Ⅱ装置中的拍瓦短脉冲与主压缩脉冲高精度同步方案。在该方案中，通过与门技术实现了锁模激光器输出的短脉冲序列与主激光总控触发信号时间的初步锁定，该技术是实现惯性约束核聚变高功率激光装置中长短脉冲精确同步的关键。由总控系统的触发信号作为与门中可编程现场门阵列(FPGA)电路的触发信号，锁模激光器输出的百皮秒激光脉冲通过光电转换放大,并由同步展宽装置进行处理之后，作为FPGA电路的时钟信号，能够实现系统主激光门脉冲触发信号与短脉冲激光之间均方根值为26.3 ps的同步精度，这一技术可有效提升装置中同步系统的稳定性。

为评估化学激光器燃烧室中爆轰的影响，分析了氟化氘（DF）化学激光器在某次出光实验中燃烧室产生的爆轰问题，采用时空守恒元与求解元（CE/SE）方法对该爆轰过程进行了数值模拟。结果表明，燃烧室中爆轰的产生与传播使得燃烧室瞬态压力剧增，由此产生的振动、冲击和扭矩作用导致光学谐振腔失调，从而影响了激光器的正常出光。研究结果对DF激光器的优化设计及安全运行具有指导作用。

采用三维瞬态模型模拟了同轴激光直接金属沉积过程中激光束在基材附近穿过汇聚的钛金属粉末云时的衰减。采用射线追踪方法，计算了激光束受粉末影响部分被吸收、部分被散射后在各个方向的光强分布。考虑了激光波长和粒子数对激光衰减过程的影响。结果表明，具有均匀空间分布的0.01 g/mL钛粉末云对激光的吸收率为5.47%，激光束穿过粉末云时的衰减几乎不受波长影响，但随粒子数的增加而增强。数值模拟解与实验测得的1.06 μm处的粒子悬浮液透射率曲线相吻合。

针对热电偶时间常数的测试，采用上升时间为0.6 μs、功率为500 W的半导体激光器取代CO2激光器作为激励源，通过对激光光束的整形优化，在20 V工作电压和20 A工作电流条件下，利用半导体激光器在热电偶测温端形成1050 ℃阶跃温度。对测量结果进行小波降噪处理，建立测量模型。分析测量结果的不确定度来源，评定测量结果不确定度。实验测得时间常数为1.3268 s，扩展不确定度为1.12 ms。通过提高激光器输出功率，可在热电偶测温端产生更高的阶跃温度，以实现大量程热电偶时间常数的测试。

采用离散偶极近似(DDA)法计算直线、平面和立方体排列的银纳米球阵列的消光谱及其电场分布情况。研究表明，银纳米球阵列的表面等离子体共振峰随银纳米球直径的增大而红移，随纳米球个数的增多而蓝移；不同结构银纳米球阵列间的耦合作用对其表面等离子体共振模式有显著影响，相同直径的银纳米球阵列耦合作用由强到弱的排列方式分别为平面排列、立方体排列、直线排列；银纳米球阵列的光谱特性与入射光偏振态的变化密切相关。

为了满足人们对超广角、大视野的取景需求，运用光学软件CODE V和Zemax设计了一个结构紧凑的用于运动数码摄像机的鱼眼镜头光学系统。该镜头由5片玻璃镜片和3片塑胶非球面镜片组成。设计结果表明，镜头F数为2.2，视场角为240°，系统总长度为23 mm，半像高为2.35 mm，在1/2奈奎斯特频率（178 lp/mm）处所有视场均大于0.15，可以实现高清全景监控。投影检测结果显示，该鱼眼镜头产品的性能满足要求。

轻型双波段航空相机工作时所处的环境条件比较复杂，由于环境的变化，航空相机的焦平面会发生不同程度的偏移，为了保证其成像质量，需要对变化的焦平面加以校正，因此设计了一套调焦机构。该调焦机构选用的是蜗轮蜗杆副以及调焦偏心凸轮的传动方式，调焦偏心凸轮转动带动调焦镜组沿光轴方向平动，从而解决了航空相机的离焦问题。该调焦机构优化后的外形尺寸为96 mm×65 mm×62 mm。对该调焦机构在其有效的工作区间内进行了精度分析，并且对其进行了传动精度实验和晃动精度实验。实验结果表明该调焦机构的传动精度为3.5 μm，最大晃动误差在±3″以内，满足结构空间尺寸和调焦精度的设计要求。

通过在有机发光二极管（OLED）的阳极与空穴传输层NPB之间加入m-MTDATA作为缓冲层来研究缓冲层对器件性能的影响。制备了ITO/m-MTDATA(d nm)/NPB(40-d nm)/Alq3(70 nm)/LiF(0.5 nm)/Al(40 nm)、ITO/ MoO3 (15 nm)/NPB(25 nm)/Alq3 (70 nm)/LiF(0.5 nm)/Al(40 nm)结构的器件，研究不同m-MTDATA厚度对OLED发光亮度、电流密度、电流效率等性能的影响。实验发现，当缓冲层的厚度为15 nm时，器件的启亮电压从未加缓冲层的13 V降到了9 V，最大发光亮度从未加缓冲层的5900 cd/m2增加到16300 cd/m2，是原来的2.76倍。最高的电流效率也由未加缓冲层的1.8 cd/A变为3.5 cd/A，是原来的1.94倍。然后在器件的氧化铟锡（ITO）与NPB之间插入了厚度为15 nm的MoO3缓冲层。与同厚度的m-MTDATA器件相比,插入MoO3缓冲层器件的启亮电压降低为8 V，最大亮度为13320 cd/m2，最大电流密度为6030.74 A/m2，最大的电流效率为3.06 cd/A。

为了进一步提高稀疏表示分类能力，提出了基于联合稀疏表示算法与形态学特征的高光谱图像（HSI）分类算法。该算法对高光谱图像提取主成分特征图，并利用结构元素对主成分特征图进行多维的空间结构特征提取，结合提取的形态学特征与原始光谱特征，利用联合稀疏表示算法将同一空间区域中的像元联合进行稀疏系数矩阵的求解，最终通过最小残差判断准则确定像元类别。在AVIRIS与ROSIS HSI上的实验结果表明，该算法在分类效果和分类总精度上都有显著提高。

不同地形条件下，不同的特征组合、特征维数对点云的分类效率及分类结果有不同的影响。提出了一种机载LiDAR点云分类的自适应特征选择方法，该方法依据地形起伏情况对整体点云数据进行区域划分，自适应选择适宜该区域LiDAR点云分类的特征集合。为了验证这种特征选择方法的有效性，利用优选后的特征集合，分别采用随机森林和支持向量机算法进行分类实验验证，实验结果表明，在不同地形条件的区域里，适合LiDAR点云分类的特征集合不同。该方法可以有效地降低特征维数，缩短运算时间，且分类精度较高。

为了自动化地、准确地从单站地面激光雷达（TLS）数据中提取一定范围内的树木胸径，提出一种基于点云切片的圆形椭圆自适应胸径（DBH）估计方法。对林地点云数据在胸高位置进行切片，然后对胸高切片点云进行聚类，利用圆形椭圆自适应拟合方法对聚类结果进行树干点判别，符合圆形分布的树干点集直接用于计算树木胸径，符合椭圆分布的树干点集进行胸高位置校正之后再进行胸径计算。利用TLS在北京市东升郊野公园的人工柳树林进行样地点云数据采集，验证圆形椭圆自适应胸径估计方法，并与单纯圆形拟合方法对比。结果显示，在扫描距离为26 m的样地范围内，树木胸径估计均方根误差为1.1 cm，在扫描距离为56 m的样地范围内，树木胸径估计均方根误差为1.99 cm，判别为椭圆分布的树木胸径估计结果平均误差比单纯圆形拟合结果降低4.7%。该方法可以快速有效地进行自适应胸径估计。