软玻璃光纤在中红外超连续谱的产生方面有广泛的应用，是目前研究的热点。综述了氟化物光纤、碲酸盐光纤以及硫化物光纤中产生中红外超连续谱的研究进展。在氟化物光纤中产生了目前最高功率的中红外超连续谱；碲酸盐光纤特别是微结构碲酸盐光纤在中红外超连续谱中的应用十分广泛；在硫化物光纤中产生了目前最宽的中红外超连续谱。

高功率窄线宽光纤激光器在地球科学、光束合成、非线性频率转换等领域有重要的应用价值，近几年已经成为激光领域的研究热点。受激布里渊散射(SBS)、自相位调制(SPM)、四波混频(FWM)等非线性效应限制了窄线宽光纤激光器输出功率的提升。随着各种非线性效应抑制技术的发展，窄线宽光纤激光器的输出功率也得到了大幅提升，目前已经达到了千瓦量级。对1 μm波段高功率窄线宽光纤激光器的研究进行了详细的介绍，重点介绍了限制窄线宽激光器功率提升的非线性效应及其抑制方法、高功率窄线宽光纤激光器的种子源技术以及国内外典型的高功率窄线宽光纤激光器的研究成果。

硫系玻璃具有超高的非线性极化率和超短的非线性响应时间，良好的热稳定性、化学稳定性以及易成纤成膜的特性使之成为优良的红外光学材料，在红外光子学领域受到了广泛的关注。从玻璃组分、微晶化处理、光辐照三方面综述了硫系玻璃三阶光学非线性方面的最新研究进展，并对现有硫系玻璃的三阶非线性研究现状进行总结与展望。

运用一种快速大气校正方法以消除大气气溶胶粒子散射对电磁波传输的影响。基于大气辐射传输模型构建了气溶胶反演及大气校正查找表，采用暗像元算法实现了气溶胶光学厚度（AOD）反演，基于逐像元计算了大气校正参数。实验利用新一代的极轨运行环境卫星上的可见光红外成像辐射仪（VIIRS）数据，分析了大气校正前后植被与水体的反射率差异以及大气校正前后归一化植被指数的变化；利用实测光谱数据与中等分辨率成像光谱仪（MODIS）地表反射率数据对大气校正结果进行验证。结果表明，经过大气校正后的地物光谱曲线更接近实测光谱曲线，与MODIS地表反射率产品相比，快速大气校正结果具有较高的精度和较小误差（±0.04以内），扩大了遥感数据定量化的应用范围。

基于北京南郊观象台的气溶胶激光雷达探测得到的气溶胶消光系数和粒子退偏振比，多普勒测风激光雷达探测的大气风场、地面气象要素PM10等综合观测资料，对北京2017年5月4日至5日的一次强沙尘天气过程进行分析。结果表明：5月3日下午水平风速开始减小，高空中出现垂直向下的气流，利于沙尘从高空降落到地面；5月4日12时至20时之间，在40~1350 m整个高度层出现统一向上的垂直气流，速度最高达到2 m/s，导致低空沙尘向高空扩散；从激光雷达的数据可以得到沙尘的立体分布情况，初期沙尘层高度在1 km左右，中期沙尘高度在2 km左右，后期沙尘高度回归到1 km左右；激光雷达最低观测高度处的消光系数与地面PM10浓度变化的相关系数为0.8308。研究表明气溶胶激光雷达和测风激光雷达相结合能够有效地监测和预报大气气溶胶的分布及扩散。

为了研究气溶胶介质多次散射效应对区域内偏振光传输特性的影响，通过CE318太阳分光计实测数据反演得到了区域内气溶胶微物理光学特性参数(光学厚度、粒子复折射率、粒子谱分布)。利用蒙特卡罗矢量辐射传输模型系统分析了粒子复折射率、粒子群有效半径、入射光偏振状态对传输特性的影响。研究结果表明：较小复折射率实部粒子的传输特性对复折射率实部变化敏感性较强；复折射率虚部是影响辐射传输特性的一个重要因素，虚部越大，吸收性越强，传输特性越差；粒子群有效半径越大，光波透射率就越低，反射率则越高；入射光偏振状态对传输特性的影响较小，相比其他类型的偏振光，水平偏振光的反射率和透射率受入射角的影响较大。

为采用卫星遥感数据反演的方法获取水下潜行器的光学隐蔽深度，实现时间和空间上大范围、大尺度的测量，为水下航行器搭载的光学隐蔽深度测量装置提供新的校验途径，提出了一种基于准分析算法的光学隐蔽深度卫星反演方法。根据光学隐蔽深度模型，使用Aqua-MODIS以及Terra-MODIS卫星的日网格化遥感反射比数据，先对数据进行预处理，完成遥感反射比数据的质量控制和Aqua、Terra卫星数据的交叉校准，再根据准分析算法和Doron算法建立卫星反演光学隐蔽深度模型，制作特定海区光学隐蔽深度融合产品。在模型中输入443，488，555 nm波段的遥感反射比数据，数据等级为L3m，空间分辨率为4 km，数据的经度范围为100°E~125°E，纬度范围为10°N~38°N。结果表明：基于准分析算法的光学隐蔽深度卫星反演技术路径可行，开拓了光学隐蔽深度获取的新方式，为水下光学隐蔽深度测量装置提供了校验方法，并为水下光学隐蔽深度相关探测与反探测等**应用提供了重要的理论支撑。

分析了基于科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）图像传感器的微光成像系统的噪声特性，建立了系统噪声模型并进行了系统噪声测试。结果显示，系统噪声的均方根值小于1 e-。建立了系统信噪比模型，计算得到微光成像系统在10-3 lx的夜天光照条件下的信噪比优于1，理论值与实测值之间的误差小于10%。提出了一种自适应的条纹噪声处理方法，有效消除了低照度图像中的行条纹噪声，采用对比度受限的自适应直方图均衡的方法提升了高动态范围图像的对比度。

为了实现光相控阵的大规模扩展和无栅瓣扫描，提出了一种工作波长为1550 nm的小型化高效率的介质光纳米天线。设计的天线呈喇叭形，由硅材料构成，尺寸为亚波长量级。光通过硅波导从天线底部馈入，之后再被天线有效地辐射到自由空间中。由于硅材料对波长为1550 nm的光是透明的，因此材料吸收所造成的损耗非常小，天线具有很高的辐射效率。利用三维电磁场仿真软件对天线进行仿真、优化，最终得到在垂直于辐射方向的平面上投影尺寸为0.82 μm×0.28 μm的天线。仿真、优化的结果表明，天线在1550 nm处的增益为6.1 dB，辐射效率为82.7%，具有方向图对称性好、主瓣垂直辐射、无双向辐射等良好的辐射特性。

数据中心光互联通过IP网和光网络联合优化，实现了业务跨层疏导，但由于数据中心内部业务的突发性，突发业务被疏导到光网络，导致光网络业务的排队时延和建路时延增加，为此提出一种低时延路由频谱分配(RSA)算法。该算法将光纤中的频谱资源分为多个频谱层，在各频谱层并行建立光路，在频谱层中再用多个线程并行建路。各频谱层中当前建路时用的点和边组成了着色虚拟拓扑，将着色虚拟拓扑作为频谱层中资源使用的约束条件，并根据当前正在建路、未建路、新到达业务请求的变化在各频谱层重构着色和可用虚拟拓扑，来适应突发业务，快速疏导聚集在光网络中的业务请求。仿真结果表明，该算法减少了业务请求的光路平均建立时延，减小了光路建立时延方差和阻塞率，提高了频谱利用率，提升了用户体验质量(QoE)。

提出并实现了一种基于大偏置量熔接的单端反射式光纤Mach-Zehnder（M-Z）干涉仪。在一段数百微米长的单模光纤两端以大偏置量对称地错位熔接两段光纤，将其中一段光纤的端面镀制薄金膜作为反射镜面，使在外界环境和光纤包层材料内传输的光产生相位差，并在器件反射端能够观测到较强的干涉光谱。实验发现，该干涉光谱随外界折射率（RI）变化可发生较高灵敏度的漂移，当偏置量为62.5 μm和空腔长度为554 μm时，测得其水环境的折射率灵敏度和空气中的温度灵敏度分别为-13257 nm/RIU（RIU为单位折射率）和37.33 pm/℃。与已报道的同类型器件相比，所提传感器具有折射率灵敏度高、结构紧凑、可单端测量以及稳定性好等优点，在生物化学传感和环境污染监控等领域中具有良好的应用前景。

针对用户家中电器负荷识别分解问题提出了一种新的特征提取方法。对总线电流进行小波滤波处理，并根据周期差分的方法除去负荷暂态电流的背景电流，获取负荷投切后的暂态电流信号。对负荷的暂态电流进行S变换获取幅值谐波矩阵，并使用双向二维主成分分析［(2D)2PCA］对暂态电流的幅值谐波矩阵从行和列方向进行压缩以提取特征。使用支持向量机对样本特征集进行分类。对BLUED电力数据集的6种家用负荷进行识别，平均识别率为99.24%，最高达到100%。该方法与其他特征提取方法相比，对电气特性相似的负荷具有更高的识别率。

针对复杂战场环境下同型号舰载雷达发射信号之间容易出现同频干扰的问题，设计出具有正交特性的调频编码信号。对常规的正交波形编码的搜索方向进行改进，利用混合遗传鸡群算法找出具有低自相关特性和低互相关特性的编码序列。该算法利用反向学习的鸡群算法进行搜索寻优，引入学习因子和遗传算法中的变异和交叉思想对个体进行更新迭代。在适应度函数中引入集对分析联系度综合评价，根据集对分析联系度来引导算法的搜索方向，得到具有更好正交特性的调频编码序列脉冲信号。对得到的雷达信号的模糊函数、回波信号的匹配滤波情况以及不同雷达数量下仿真信号的正交性分别进行仿真，仿真结果验证了所设计的调频编码信号能达到抗同频干扰的目的。

基于菲涅耳非相干数字全息记录和再现的基本理论，对合成孔径非相干数字全息成像过程进行理论分析和计算；模拟仿真空间光调制器上加载透镜的方式对合成孔径非相干数字全息成像特性的影响，并对模拟结果进行分析；比较相位子全息图先拼接再重建、先重建再拼接2种再现方法对再现像质量的影响，并对仿真结果进行实验验证。结果表明：中心孔径是最重要的子孔径，采用中心孔径加4个十字型子孔径的成像性能较好，或者采用双透镜对称加载模式，可以减少合成孔径的子孔径数，缩短全息记录时间；证明了合成孔径技术在非相干数字全息中的适用性。

乳腺肿瘤计算机辅助诊断(CAD)系统在医学检测和诊断中的应用日益重要。为了区分核磁共振图像(MRI)中肿瘤与非肿瘤，利用深度学习和迁移学习方法，设计了一种新型乳腺肿瘤CAD系统：1）对数据集进行不平衡处理和数据增强；2）在MRI数据集上，利用卷积神经网络（CNN）提取CNN特征，并利用相同的支持向量机分类器，计算每层CNN的特征图的分类F1分数，选取分类性能最高的一层作为微调节点，其后维度较低层为连接新网络节点；3）在选取的网络接入节点，连接新设计的两层全连接层组成新的网络，利用迁移学习，对新网络载入权重；4）采用固定微调节点前的网络层不可训练，其余层可训练的方式微调。分别基于深度卷积网络(VGG16)、Inception V3、深度残差网络(ResNet50)构建的CAD系统，性能均高于主流的CAD系统，其中基于VGG16和ResNet50搭建的系统性能突出，且二次迁移可以提高VGG16系统性能。

高光谱图像具有越来越高的空间和光谱分辨率，其带来了数据量大、相关性强和冗余度高的问题，使得异常检测结果精度不高。为了选择更加有利于异常检测的图像，运用二维主成分分析（2DPCA）方法降维，并引入局部联合偏度-峰度指数进行图像选择，提出了一种基于选择性分段2DPCA的高光谱图像异常检测方法。首先利用相关系数对原始图像进行分段，然后通过旋转数据结构在每个波段子空间中实现行-列二维主成分降维；再选择合适大小的窗口，遍历每个降维结果的主成分，计算窗口内的局部联合偏度-峰度指数，并以此为指标选择用于异常检测的图像。实验结果表明，所提方法的接收机工作特性（ROC）曲线、曲线下面积(AUC)值和Bhattacharyya距离值均优于其他传统的方法，因此具有更好的检测性能。

基于卡尔曼滤波的背景差分算法存在背景更新不自适应，对光照变化、物体移入移出敏感等问题。提出了一种改进的以分类分块为核心的背景差分算法。首先，将前N帧视频序列图像求取均值得到初始背景模型；将第K帧图像与背景图像进行差分得到差分图像，再按照均值和标准差进行两次分类分块，分出前景块和背景块；在单个像素基础上对前景块进行背景细分割，确定运动目标区域；依据相邻两帧之间的灰度信息完成背景自适应更新。实验证明，本文算法能有效克服外界光线缓慢变化和背景中物体的轻微移动等问题。该算法具有较好的稳健性、相对较快的运算速度以及精确的运动目标区域。

针对通过局部相似假设估计透射率，景深突变边缘出现Halo效应问题，提出一种基于边缘保持的自适应高斯衰减图像去雾算法。该方法从大气散射模型出发，引入大气幕亮度，将场景透射率的估计等效为大气幕亮度的估计。通过边缘检测算子提取边缘信息，分离边缘区域与非边缘区域，利用邻域内像素点的空间邻近度构建自适应高斯函数对非边缘区域进行平滑衰减，从而获得最优效果。通过大量实验对所提方法进行验证，结果表明复原的图像整体平滑，细节明显，有效地消除景深突变处的Halo效应,并且在客观评价中也体现出了优势。

非参数语义分割算法易受到图像检索精度和语义类别不均衡数据集的影响而导致语义分割精度下降。针对这些问题，提出了一种基于卷积神经网络(CNN)特征和改进超像素匹配的图像语义分割算法。通过CNN学习得到图像特征，降维后进行图像检索，得到精度更高的检索集；利用高斯核密度估计对检索集图像的超像素加权，提升稀少类目标超像素标签的匹配精度，从而提高查询图像的语义分割精度。在SIFTflow和KITTI数据库上的实验结果显示，本文算法的每像素和平均每类语义分割精度均达到最优。

在水下环境中，光波会因散射和被水吸收产生衰减，导致水下图像存在对比度低、图像模糊、颜色失真等问题。彩色图像传感器具有RGB基本颜色传感器，每个颜色传感器可检测不同波长的光信息。由于不同波长的光具有不同的传输系数，因此对水下图像进行复原时，需要考虑这些基本颜色光之间的差异。针对红色波段的光被水严重吸收导致图像R通道亮度衰减的问题，根据电磁波传输理论获得景物与摄像机间的距离，以及R通道因水吸收导致的衰减系数，求出R通道的传输系数。为了验证本文方法的可行性，通过主观评价和客观评价对实验获得的图像进行质量评估。结果表明，相比于传统算法，本文方法可以更有效地对图像色彩进行补偿和去模糊，其复原图像更真实。

为解决有雾场景图像复原过程中目标边缘存在细节模糊及丢失的问题，结合暗原色先验理论、引导图像滤波和保留边缘的A-Trous小波滤波方法，提出一种保留边缘的A-Trous小波修正的单一图像去雾算法。先对暗原色先验的引导图像滤波去雾算法进行复现，再引入保留边缘的A-Trous小波滤波算子，用三级小波滤波后的残差结果补偿暗原色先验的引导图像滤波算法去雾的结果。实验结果表明，相较于暗原色先验的引导图像滤波去雾算法，采用可见边对比度作为客观衡量标准，新增的可见边之比至少提高69.5%，可见边的规范化梯度均值提高30%，饱和黑色或白色像素点的百分比降低一半以上。通过主观辨识，去雾算法生成的结果中保留了图像的边界和纹理细节信息，恢复出来的图像颜色更贴近实际生活，去雾效果有较大改善，纹理边缘更加细腻。

点云配准是三维建模的关键步骤，而配准速率又是其中的一个瓶颈。实际中点云数据规模大并且对配准速率有一定要求。针对配准点云规模增大导致的配准速率退化以及点云距离过大导致配准失败的情况，结合曲率特征与一致性漂移思想提出一种快速配准点云的方法，首先计算点云曲率特征，然后对比点云间的曲率相似度，提取具有相似结构的特征点作为配准点云。实验表明,该方法不仅将配准的时间消耗缩减1/2左右，并且能够配准距离200个单位坐标差的点云。

针对水面最基本的晴天、夜晚和浓雾天气情况，设计了对应天气模式下船只图像的滤波处理以及对可疑船只进行定位的方案。对三种不同模式进行对应的高斯滤波、拉普拉斯图像增强和图像去雾处理，为船只定位提供了更好的图像质量。提取船只的轮廓特征并对轮廓点采用RDP(Ribosomal Database Project)算法进行特征点数的精简。根据提取的特征绘制船只位置并进行标定，提取中心点位置，完成定位。研究表明，夜晚模式下，图像灰度整体较低,本文方案对提高图像对比度有一定效果。Retinex算法对图像去雾提供了可行的处理方案。通过特征提取进行船只定位也有很好的实践效果。

针对暗通道先验去雾算法受限于天空区域，提出了一种天空优化的暗通道去雾算法。在原有公式的基础上，根据天空大气光中值及天空区域的占比添加天空区域约束因子，使其适用于天空区域的处理。同时，在原含雾图像对透射率做引导滤波的基础上，利用K-均值算法聚类分割图像得到天空区域，将天空区域的平滑结果作为新的引导图像对透射率图进行引导滤波。实验结果表明,所提出的去雾算法相比于经典暗通道先验去雾算法，以及现有的一些暗通道先验改进算法，无论是在天空区域的处理、实际去雾效果，还是在图像整体视感上都有明显改进。

结合人眼对显著物体及运动目标的感知特性，提出了一种基于时域加权处理的视频质量客观评价方法。首先利用经典的结构相似性算法得出单帧图像质量分数，然后依据视频中图像组(GoP)不同类型帧失真对视频质量的影响程度对每一帧图像质量进行加权得到每个图像组的质量分数，最后分别利用显著性和时间感知信息对所有的图像组进行时域加权处理，并均衡二者的权重得出最终的视频质量客观评价值。在LIVE视频数据库上进行性能测试，实验结果表明，该方法与主观评价结果有较好的一致性，评价效果优于现有的典型模型。

在陶制文物的虚拟复原过程中，由于其本身质地、环境及人为因素等影响，文物碎片易受损缺失，基于断裂部位几何信息的传统拼接方法存在一定局限性。针对断裂部位缺损的陶制文物碎片，提出一种结合碎片表面纹理特征及断裂边界轮廓线的拼接方法：利用曲率确定潜在脊点，并用最小二乘法拟合，提取碎片表面纹理特征线；结合纹理形状边长及顶点角度信息进行纹元分析，构造破损纹理约束条件，实现初步匹配；将断裂边界轮廓角点集合中的相邻两点连接为弦，形成轮廓线弦长序列描述子，对轮廓线位置信息进行约束，得到最终匹配对。结果表明，此算法能实现断裂部位缺损陶制文物碎片的拼接，对具有显著纹理特征的碎片拼接具有一定的优越性。

偏振包含丰富的物体表面反射、散射信息，可有效提高成像探测能力。当前，水下物体偏振成像探测实验主要集中在偏振度研究，而缺乏对Stokes矢量各元素成像效果的研究。通过水槽实验，开展不同水下物体放置深度、泥沙浓度、目标物材质及探测波段的因素对偏振成像探测的影响。结果表明，偏振成像可获得比传统辐射强度成像更为清晰的水下目标物图像，能够更好地获取水下物体的边界轮廓、纹理等信息，可以有效抑制水体对光的吸收、散射影响；与传统的辐射强度成像相比，偏振成像图像的信息量随目标物放置深度衰减较为缓慢，可探测更大深度的水下目标；泥沙浓度对偏振图像的影响比辐射强度图像大，但偏振图像仍然可以较好地在高泥沙水体中检测出目标物的边缘轮廓，且比传统辐射强度图像更为清晰；波长对水下物体偏振成像探测具有一定的影响，在清洁水体，蓝绿波段偏振成像总体效果最佳。

测绘相机的影像质量会影响卫星遥感的立体定位精度，与影像质量密切相关的关键因素主要有调制传递函数、信噪比和量化位数。以“天绘一号”卫星影像为背景，研究无地面控制条件下成像质量对定位精度的影响并评估影像质量与立体定位精度之间的定量关系。通过在轨仿真三种因素的降质数据，验证了实验的有效性。

为了满足长距离光纤时间传递的工程要求，提出了一种基于时间数字转换（TDC）和现场可编程门阵列（FPGA）的时延测量方法。该方法将FPGA测量范围大和TDC分辨率高的特点相结合，实现了大范围高分辨率的光纤时延测量。研究结果表明，该系统的测量范围为0~1 s，分辨率为22 ps，不确定度优于100 ps。

位置敏感器件(PSD)具有受光照影响小、数据处理简单的特点，在视觉位姿测量方面具有很大优势。但受PSD传感器自身非线性的影响，其畸变复杂，PSD传感器的标定成为其应用的关键。针对PSD相机和红外发光二极管(LED)光源组成的PSD视觉测量系统，提出了一种PSD相机标定方法。该方法采用多项式模型表征PSD相机畸变，结合传统的针孔成像模型共同构成PSD相机成像模型；利用非线性优化标定相机模型参数；设计了专用的红外LED标定板，实现了PSD视觉测量系统的标定。实验结果表明：该方法对PSD相机的标定精度较高，利用该标定结果进行位姿测量的精度较高，速度较快，可以满足高精度光学测量的需求。

在单目线结构光传感器测量熔覆层尺寸的实验中，为简化单目测量系统标定工具、快速调节测量系统的扫描方向，设计了十字标定板和位姿可变载物台。利用十字标定板可以标定相机和激光平面；将十字标定板和位姿可变载物台结合使用，可标定测量系统的扫描方向并进行调节，避免了激光投射器自身偏角带来的误差。整个标定过程只需要同一个标定板，简化了实验工具；载物台位姿可变，满足快速标定、实时调节扫描方向的条件；该装置操作简单、具有直观的标定结果，对熔覆层的测量误差小于0.05 mm。

为了提高单频激光干涉测振系统的测量精度，提出了一种基于伪极值的非线性误差实时主动补偿方法，该方法使用伪极值计算直流偏置误差和不等幅误差，通过矢量相位校正运算抑制非正交误差。实验结果表明：该方法降低了测量期间因激光器功率漂移、Abbe误差导致的正交信号椭圆轨迹螺旋化形变，以及因数字信号传输误码造成的异常数据对非线性误差补偿的影响。在搭建的单频激光干涉测振系统中，使用伪极值法结合矢量相位校正运算方法可将周期性剩余误差峰峰值降低至0.8 nm，比传统的极值法具有更好的非线性误差抑制效果，且该方法不需要复杂的运算，保持了良好的实时性。

头戴显示器光学系统由于焦距短、视场大而容易产生图像畸变。提出了一种头戴显示器的图像畸变测量方法，采用单位矩阵的傅里叶变换图像作为标准测试图形，应用傅里叶变换分析了头戴显示器光学传递函数与测量图像球面化畸变的关系，得到了形状不变的关系曲线。实验测量了5种头戴显示器的图像球面化畸变，得到的负球面化枕形畸变范围为-22%~-65%。结果表明：头戴显示器的球面化图像畸变量CVR与方格成像实验的畸变量D具有一定的线性关系，且球面化图像畸变量CVR的测量简单，能体现头戴显示器的整体图像畸变程度。该研究结果对头戴显示器的图像显示质量测量具有一定的参考价值。

制备了高品质因子的法布里-珀罗（F-P）光学微腔，采用溶于液体的有机染料罗丹明6G（R6G）作为增益介质，实现了单模光微流激光的产生，激光的半峰全宽为0.260 nm。在水的摩尔分数分别为1.09%，5.98%，11.91%，20.42%，30.75%，45.27%，51.89%的不同混合物溶剂（无水乙醇和去离子水）中实现了单模激光的产生，发现随着含水量的增加，中心波长向长波长方向移动，而当水的摩尔分数超过45.27%后，单模激光的中心波长开始向短波长方向移动。并根据单模激光波长的移动实现了混合溶液折射率的测量。测量结果及分析表明：最小可测量的折射率差值为6.31×10-4 ，测量灵敏度为411 nm/RIU（RIU为单位折射率），并对测量的结果及误差进行了分析。

基于热透镜效应和球差效应同时存在的客观事实，建立了光束质量因子M2与热透镜焦距和球差的内在理论关系，准确地分析了热透镜焦距和球差共同作用下的光束质量变化。实验利用哈特曼-夏克波前传感器对LD端面抽运Nd∶YVO4晶体的相关波前信息进行重构，进而对比光束质量因子M2的实验数据与理论分析结果，证明光束质量在热透镜焦距和球差共同影响下逐渐减弱，验证了此模型的可行性，为固体激光器的优化设计和实验研究提供了参考。

设计并制备了一款短波长红光640 nm的大功率半导体激光器。利用金属有机化学气相沉积技术生长了AlGaInP材料的激光器外延层，其中，限制层使用低折射率的AlInP材料，有源区使用张应变的GaInP/AlGaInP量子阱。外延层有源区的光致发光谱出现两个分裂的发光峰，位于627 nm及616 nm处，分别对应于电子到轻空穴及重空穴的跃迁。对芯片窗口区域进行选择性Zn扩散，量子阱原子发生混杂，波长蓝移了43 nm。不带非吸收窗口的器件在1.9 A发生腔面灾变性光学损伤（COD），功率为1.4 W。而带窗口结构的器件没有产生COD，功率输出受限于热饱和，最大功率为2.3 W。室温连续电流测试，1 A下波长为639 nm，1.5 A下波长为640 nm。器件水平发散角为6°，垂直发散角为41°。

为克服传统Pound-Drever-Hall（PDH）激光稳频方法的缺点，设计了正交解调PDH激光稳频系统。该系统采用同一直接数字频率合成器(DDS)同步产生三路同频正弦信号，一路作为本振信号驱动电光调制器产生激光相位调制边带，另外两路相位差为90°的信号作为解调参考信号。采用两个模拟解调器分别获得误差信号的同相分量和正交分量，对其进行数字化采集和相敏检波运算，即可获得稳频系统的误差信号。通过正交解调PDH激光稳频关键技术研究，建立了激光频率跟踪实验系统。实验结果表明，Fabry-Perot (F-P)参考腔可以实时跟踪激光频率变化的功能，跟踪时长约1 h。

利用激光增材制造技术成形了薄壁结构件，采用粉末负离焦的方法解决了薄壁结构件成形过程中两端塌陷的问题，并分析了薄壁结构件的显微组织和力学性能。结果表明，当激光功率为1400 W，扫描速率为0.6 m·min-1，送粉速率为9.5 g·min-1时，获得了理想的单道熔覆层形貌。当单层提升量为0.57 mm时，薄壁结构件的表面无粘粉，无氧化色。熔覆层的高度和粉末利用率随粉末正负离焦量的增大而减小。薄壁结构件的显微组织主要为外延生长的树枝晶，离基体较近部位的枝晶较为粗大，而顶部为等轴晶组织。薄壁结构件的硬度高于基体的，且离基体较近部位的硬度较小。

近年来对非合作目标的重建需求越来越高。现有的将激光与相机结合的视觉系统大都是结合相机与激光测距仪，这样的视觉系统不仅应用不方便，而且成本偏高。因此，提出了一种新的视觉系统，采用一个简单的单点激光替换激光测距仪。这种视觉系统也能对目标激光点进行高精度的三维重建，但普通激光相对于激光测距仪的成本要降低很多。并且，提出了一种能够有效标定相机与简单单点激光之间外参的方法，首先获取相机坐标系下激光的方向和坐标，然后通过标定算法求出激光相机系统的外参，之后演示了如何用标定好的激光相机系统进行三维重建获取目标激光点的三维坐标。实验结果表明，用该方法重建出的目标点三维坐标精度较高，其重建精度与基于激光测距仪的视觉系统相当。

针对大型工件难以进行全尺寸测量的问题，提出一种基于运动恢复结构的便携式空间点定位方法。首先使用具有身份唯一性的编码点粘贴在被测物体表面，实现各视图对应点的稳定匹配；接着为避免不同坐标系下位姿转换引起的累积误差，选定统一的坐标系，提出基于重心约束的基准定位算法；在此基础上，进一步确定相机运动参数的稳健性估计；最后利用多视图几何限制重建标志点的三维坐标，并用光束法平差对三维重建结果和相机内外参数进行全局优化。实验结果表明，该方法可实现大型工件的高精度测量，三维测量精度最大误差为0.133 mm，平均误差为0.031 mm，可满足工业现场对大型工件测量精度的要求。

利用高温固相法制备了一系列Li+、Bi3+掺杂Lu2O3∶Ho3+荧光粉体。研究结果表明，不同摩尔分数Li+、Bi3+与Ho3+的掺入不改变Lu2O3的立方相结构；与Lu2O3∶2%Ho3+样品相比，16%Li+掺杂、1.5%Bi3+掺杂以及2%Li+与1.5%Bi3+共掺样品的发光强度分别提高了3.0,128.9,1.4倍;而在449 nm波长激发下， 三个样品的荧光寿命均有不同程度的缩短。

血管内超声（IVUS）和血管内光学相干层析(OCT)成像均属无损医学成像技术，常用于人体冠状动脉中薄纤维帽脂质斑块(TCFA）的检查。其中IVUS的探测深度大，能够较为精确地测定TCFA的脂质核心大小，但由于分辨率较低，无法测量TCFA的纤维帽厚度；而OCT分辨率很高，可以精确测量TCFA的纤维帽厚度，但探测深度浅，无法描述脂质核心的全貌。IVUS与血管内OCT相结合，一次检查即可同时获得血管内壁的超声与OCT图像，实现对血管内血栓与斑块的精准诊断。通过设计IVUS和OCT微型集成探头及近端驱动，实现了一套可同时对血管内壁进行IVUS和OCT成像的系统，对血管组织检测深度达到8 mm，横向分辨率优于1 mm，轴向分辨率优于400 μm，同时在1 mm范围内横向分辨率优于10 μm，轴向分辨率优于8 mm。对琼脂和铁丝等搭建的血管模型样品进行了成像实验，验证了系统的可行性。

提出了一种基于模糊不变卷积神经网络(BICNN)模型的目标识别方法。与传统卷积神经网络(CNN)模型不同，BICNN引入了一种新的模糊不变层。 BICNN通过增加模糊不变约束项及正则化来优化模糊不变目标函数并进行训练； 通过减小模糊不变目标函数值，使得训练样本在模糊前后的特征映射一致，最终实现模糊不变性。测试结果表明，BICNN解决了模糊造成的识别率低的问题，增大了运动模糊图像的识别率。

为使LED光源实现特定范围内的均匀照明，提出了一种由复合抛物面集光器和自由曲面透镜结合的主次镜两级准直照明设计方法。该方法可将照明系统出射角控制在±5°～±15°范围内，并在目标区域内实现均匀照明。仿真结果显示：系统出射角在±5°～±15°范围内，理想情况下该系统的能量利用率和照明均匀度均可达85%以上；同时，系统的照明均匀度不会随照明距离的改变发生显著变化，在实际应用中可通过改变照明距离来改变光斑大小和光斑照度。

为了实现人工晶状体植入人眼后在远、中、近三个视距范围内均清晰成像，帮助白内障患者获得更好的视觉体验，设计了多焦点菲涅耳透镜，其环带面采用自由曲面的形式。通过每个环带交替控制焦距的方法，避免了随着瞳孔收缩而出现的焦点丢失的问题。基于折射定律的矢量形式，采取迭代计算的方法，设计了自由曲面形式的菲涅耳透镜，并模拟了不同焦点处的能量分布。基于ISO 11979-2标准眼模型模拟了自由曲面菲涅耳三焦点人工晶状体植入眼成像系统，附加光焦度分别为+1.66 D和+3.32 D。通过光线追迹计算了不同光焦度下的调制传递函数；计算结果表明：在空间频率为50 lp/mm时，远焦点、中焦点及近焦点处调制传递函数均在0.2以上，满足患者的使用需求。

基于硫系玻璃材料Ge23Se67Sb10的热机械特性，建立了模压工艺模型，仿真模拟了模压温度、摩擦系数及模压速率对硫系玻璃材料模压成型后等效应力的影响。与L-BAL42材料的模压仿真数据进行对比，讨论了硫系玻璃与传统可见光玻璃在模压工艺上的区别，并优化了模压工艺参数。研究结果表明，随着模压温度的升高、摩擦系数和模压速率的降低，材料模压成型后的等效应力减小。与对照材料相比，硫系材料Ge23Se67Sb10最适合通过改变模压速率来改变等效应力。

设计了一种基于氮化铝(AlN)材料的压电连续面型变形镜，采用理论分析和COMSOL仿真对该AlN MEMS变形镜的结构进行了优化，拟合了前14项Zernike多项式 ，对其驱动性能特别是像差矫正能力进行了系统研究。研究结果表明，该变形镜表现出与COMSOL工艺相兼容、制备工艺简单且环保的特点，具有线性控制、大形变量的优势，满足一般自适应光学系统的要求。

针对光波导光学相控阵的光束优化问题，提出了一种基于遗传算法的幅值和相位混合加权的边瓣优化方法。以一维线阵为例，对混合加权的实现方法进行了分析，并在此基础上对提出的遗传优化算法进行仿真实验。仿真结果表明：优化后的天线方向图将栅瓣压缩为副瓣，同时峰值副瓣电平得到了明显改善；优化搜索过程中有、无主瓣均能达到压缩边瓣的目的。该算法具有良好的收敛性能，采用该算法对方向图进行优化设计,能够有效提高设计的效率和质量,在方向图综合中具有非常好的实际工程应用性。

为提高发光二极管(LED)的光提取效率，分析了光栅形状(矩形、等腰梯形、等腰三角形)对提取效率的影响；基于等效介质理论和严格耦合波法，优化了集成不同形状光栅的LED。利用有限时域差分法，模拟计算了三种不同最优结构LED的光提取效率。研究结果表明，在0.4~0.5 μm波长范围内，等腰三角形光栅倒装LED的光提取效率均在70%以上，最高可达77.75%，而梯形光栅倒装LED的光提取效率最低，最高仅能达到58%。

为了解决液晶光学相控阵实际偏转效率远低于理论水平的问题，分别从迭代次数和衍射效率两个方面，将蝙蝠算法与粒子群算法进行了对比。仿真结果表明，蝙蝠算法的优化效果良好，迭代速度快于粒子群算法的，且在相控阵的波束优化方面具有良好的应用前景。

对金属/化合物/石墨烯复合纳米阵列的消光特性及电场分布进行了仿真研究。研究结果表明，随着石墨烯原子层数的增加，偶极子共振峰强度逐渐增大；改变二层板的结构和石墨烯的厚度，偶极子共振峰峰位由660 nm蓝移到510 nm；外界介质折射率对LSPR的共振峰有着显著的影响；当折射率固定时，石墨烯柱与金属Ag板的底角及石墨烯柱与SiO2板的顶角处的电场增强现象较为强烈。

建立了矩形光瞳下适用于双巴比涅型消偏器的消偏理论及数值计算模型，弥补了当前设计理论仅适用于圆形光瞳的不足。设计了一种适用于矩形光束口径且高度可靠的双巴比涅型消偏器。在确定最佳结构参数的基础上，分析了晶体折射率和中心厚度差的误差要求。结果表明，退偏器出射光的最大残余偏振度小于2%，四像最大间距约为27 μm，满足偏振灵敏度及像质要求。

机载双频激光雷达探测技术利用双波长激光实现海陆一体化测绘，从1969年至今，国际上已经形成了成熟的商业产品，应用于海洋、海岸带和岛礁的探测。中国科学院上海光学精密机械研究所从1998年开始，先后研发了三代机载双频激光雷达，完成了从原理样机阶段到产品样机阶段的转化。最新的Mapper5000系统在南海完成了11个架次的机载飞行试验，获得南海岛礁的三维地形数据，最大实测深度达到51 m，最浅水深达到0.25 m，测深精度为0.23 m，水平位置精度为0.26 m，海洋测点密度为1.1 m×1.1 m，陆地测点密度为0.25 m×0.25 m。

机载激光测深系统能够快速、高效地测量浅海、岛礁、暗礁及船只无法安全到达的水域，能够提供近岸全覆盖50 m水深测量；船载移动测量系统可以获得近岸浅海水底地形数据及近岸岛礁精细三维激光点云，二者数据在测量区域以及测量范围上具有一定的互补性。文中采用一种基于曲率特征点的改进迭代最近点（ICP）算法，将国产机载测深系统和船载移动测量系统获取的机载激光测深数据、多波束数据、三维激光扫描数据进行配准融合。结果表明，通过将二者数据进行配准融合，可以实现陆地、浅海区域海陆地形的全面精准描述、海陆基准统一，有助于海岛礁地形地貌认识、水下目标物探测及发现等。

作为城市主体，建筑物信息的提取一直是国内外学者研究的热点。针对目前机载激光点云数据量大、建筑点云提取不完整等难题，提出一种面向对象构建决策树的建筑点云高精度提取方法。决策树可以同时处理多种数据属性，并且对缺失值不敏感，利用点云中每个对象属性与对应各个特征值之间的映射关系，结合每个激光脚点与其邻域关系、高程均值等特征，为决策树每个内部节点生成建筑物点的判定条件，然后比较所有分类特征对应的点集不确定性（熵），确定最优特征及最优候选值，有监督地从样本数据中学习得到正确的分类器，进而完成待处理点云中建筑物点的高精度提取。实验结果表明，本文方法能够从机载激光点云数据中有效提取建筑物点，准确率可达96%。

研究了晶体材料、腔长、抽运功率等对调Q脉冲宽度的影响，研制了一台基于Nd∶YVO4晶体的高效率、结构紧凑的双波长激光器。该激光系统采用主振荡功率放大（MOPA）结构，振荡级产生重复频率为5 kHz、脉冲能量为400 μJ、脉冲宽度为1.1 ns的1064 nm基横模激光，通过878.6 nm零线抽运的Nd∶YVO4级联放大器，脉冲能量和脉冲宽度变为2.72 mJ和1.03 ns；通过三硼酸锂（LBO）晶体腔外倍频，获得了脉冲能量为1.54 mJ，倍频效率大于56%，激光脉冲宽度小于910 ps，峰值功率为1.7 MW的532 nm绿光激光输出。

随着激光雷达的发展，基于机载激光雷达提取单木及林分参数是目前的研究热点之一。准确的单木识别是后续林木参数提取的重要基础。机载激光雷达单木识别方法可以分为基于冠层高度模型（CHM）的单木识别法和基于点云分布的单木识别法两类。基于CHM的单木识别方法通过CHM分割确定树冠边界或通过局部最大值识别树冠顶点并且进行区域生长或图像分割。基于点云分布的单木识别法在三维空间上采用区域生长或聚类算法识别树冠。分析不同方法在单木识别中的优缺点，对比不同单木识别法对单木识别精度、欠分割误差、过分割误差的影响。分析数据类型、点云密度、季节和林木生长状况等多个影响识别精度的因素，分析可得全波形数据优于离散回波识别精度，点云数据密度10 pt/m2即可满足单木识别要求，冬季识别精度优于夏季识别精度。探讨机载激光雷达数据的局限性及其在单木识别中的缺陷，从数据获取时间、获取方式及类型、数据组织管理、多源数据融合、多种识别算法综合应用、机器学习增加训练集寻找最优模型等方面展望了未来单木识别的发展方向，拓宽我国森林资源调查及相关领域的研究思路。

针对机载双频激光雷达特有的卵形扫描结构，着重分析了结构中会对系统定位精度产生影响的误差源，主要包括电机转轴与编码器安装产生的偏心误差、卵形扫描镜安装误差和光学调整误差；提出了机载双频激光雷达的误差模型，并依据该模型定量分析了各种误差对机载双频雷达定位精度的影响。研究表明，上述误差均会对系统的定位精度产生较大影响，且对扫描线上的每个点产生的影响各不相同，多种误差耦合后难以通过建立系统整机矫正模型予以修正，因此在激光雷达的结构设计、器件选型、结构加工和系统装调等各个环节要控制误差的引入，并在装配过程中量化误差大小以便后期进行误差矫正，减弱和消除这些系统误差对于提高机载双频激光雷达系统的定位精度有着重要的影响。

从国产机载双频激光雷达系统对地定位模型出发，分析对定位精度产生影响的各个因素，应用误差传播理论，推导该系统对地定位的综合误差模型。根据系统各传感器参数，对系统的理论定位精度进行仿真计算。对比分析机载雷达对地定位精度评定方法，设计了基于平面特征的对地定位精度评定方法，利用评定场飞行数据及高精度控制数据进行精度评价，结果表明，系统精度达到设计要求，评价方法简单可行。

综合了已有的机载激光雷达测深系统的波形处理方法。基于国产多通道海洋激光雷达波形数据的多通道优势，运用去卷积、数值拟合和信号滤波等波形处理方法，针对不同类型的波形，提出了一套适用于国产硬件的波形处理方法。该方法可保证回波位置提取的稳健性。

二噁英是目前已知的最具毒性的物质，通常产生于燃烧及工业生产过程，难以降解，因此对其进行检测尤为重要。红外光谱法根据分子的红外吸收特性反演组分的浓度，在小分子中已经得到了很好的研究和应用。目前尚缺少有关二噁英红外光谱参数的信息。为实现采用光谱法测量二噁英的浓度，首先需要对二噁英的光谱进行研究。采用Gaussian 09软件包对2，3，7，8-四氯代二苯并对二噁英（TCDD）分子进行光谱计算；采用VERTEX 80型傅里叶变换红外光谱仪对质量浓度分别为30，40，50 μg/mL的2，3，7，8-TCDD分子光谱在1600~1000 cm-1范围进行测量，仪器的分辨率为4 cm-1，扫描次数为16；在297 K下，对2，3，7，8-TCDD分子在1466 cm-1处的谱线强度进行了测量。结果表明： 2，3，7，8-TCDD分子的最强吸收峰位于1466 cm-1附近，这是由于苯环振动引起的，理论计算与实验得到的光谱对应性较好。该研究为今后实现红外光谱吸收法测量2，3，7，8-TCDD分子浓度提供了光谱信息，具有重要的理论意义。