针对多普勒测风激光雷达系统的应用需求，研制了一套结构紧凑、操作灵活的Pound-Drever-Hall(PDH)激光稳频系统。直接数字频率合成器(DDS)产生激光器高频相位调制信号，模拟混频器解调激光器的频率漂移信息，高集成度的数字信号处理器(DSP)作为稳频控制系统的心脏，负责整个稳频系统的总线控制、信号处理及比例积分微分(PID)伺服等。实验表明，在2.5 h内激光器的相对频率漂移不超过±17 kHz，其均方根(RMS)误差为5 kHz，绝对频率稳定度优于200 kHz。在主动对法布里珀罗干涉仪(FPI)施加6 Hz固定扰动时，系统能够在30 ms内迅速恢复稳定。满足直接探测多普勒测风雷达系统中0.1 m/s测风精度的应用需求。

在垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为显示光源的应用中，为了获得高功率的偏振激光，研究了980 nm大口径底发射VCSEL的偏振特性。通过刻蚀矩形台面和矩形出光口径，制备矩形VCSEL。在连续条件下，出光口径为550 μm×300 μm的底发射矩形VCSEL最大输出功率为660 mW，微分电阻为0.09 Ω。实验中，矩形VCSEL在工作电流下，同时存在稳定的水平偏振光和竖直偏振光，并且沿着矩形长边出射的水平偏振光一直占据主导地位。而圆形VCSEL在水平和竖直方向的激射情况几乎相同。水平偏振光的激射光谱相对于竖直偏振光出现蓝移，并且用对称三层波导模型解释了蓝移现象。研究了矩形VCSEL的正交偏振比与矩形口径长宽比的关系。实验结果表明，矩形柱结构能够有效地稳定VCSEL的偏振方向，使大口径器件激射高功率的偏振激光。

微柱阵列和透镜导管组成的耦合系统在激光二极管阵列(LDA)抽运的全固态高能量激光器中起着重要的作用，其光束耦合性能直接影响激光器的最终输出能量和光束质量。为了设计微柱阵列和透镜导管耦合系统的最佳结构参数，需要研究抽运光在耦合系统内部以及在激光晶体端面的分布。利用几何光学理论，对LDA的发射光线经微柱阵列和透镜导管的传输进行三维空间追迹，并计算其能量传输效率和光束整形效果。比较了六面体导管和渐细圆台形导管的耦合性能。仿真分析结果表明，六面体导管需要长度较大，能量传输效率略高，而圆台形导管可以较短，耦合整形后的光斑更接近圆形。

提出了一种超越型函数，用来描述激光强度分布，并给出了这种函数的拟合方法。该超越型函数是基于高斯类分布函数提出的，并根据多变量寻优的方法，采用方向搜索法及最小二乘法对该函数进行拟合。计算表明这种超越型函数比高斯类函数更适于描述激光强度分布；且在算法方面，采用方向搜索法的时间复杂度O(∑4i=1Ni)也较传统枚举法的时间复杂度O(∏4i=1Ni)有显著降低。

通过准相位匹配技术，采用1 μm波段高功率窄谱线连续光纤激光放大器抽运高二次谐波转换效率周期性极化晶体，是实现高光束质量、小型化、高功率连续绿光激光器的一个非常有前途的方向。实验自主研发了高效率主振荡功率放大(MOPA)全光纤保偏放大模块，获得中心波长为1064.25 nm，线宽为0.035 nm的30 W连续线偏振激光，并以此作为基频光抽运国产周期极化钽酸锂(PPSLT)晶体进行了外腔单通倍频实验。保持PPSLT晶体的控制温度为145.6 ℃，在抽运光功率为21.5 W时得到了2.1 W的绿光输出。实验分析了温度、基频光功率密度和Boyd-Kleinman聚焦因子对倍频光转换效率的影响。实验过程中没有出现饱和现象，进一步提高抽运功率有望获得更高功率的绿光。

利用光栅外腔的方法对半导体激光阵列(LDA)进行光谱合束时常采用平凸或双凸柱透镜作为变换透镜，然而它会导致外腔的反馈效率低下，经研究发现LDA轴上发光单元的反馈效率为80.5%，对于边缘发光单元甚至降到了49.7%。针对该问题提出了采用双分离柱透镜作为变换透镜，从而可以提高外腔的反馈效率。将传统LDA光谱合束光路展开，并利用Zemax画出它的等效光路，以此来求出平凸变换透镜LDA每个发光单元的反馈效率；根据像差理论分析了平凸变换透镜的成像特点，发现平凸变换透镜的球差和慧差较大，需要对其进行矫正；根据初级像差理论，利用PW法设计了双分离变换透镜，并利用Zemax进行了优化。结果发现，优化后双分离变换透镜可以使10 mm宽LDA发光单元的反馈效率达到94.2%以上。研究结果表明使用双分离变换透镜法可提高光谱合束效率。

研究了散射粒子形状改变对光波在二维随机介质系统中的传输情况的影响。基于整体散射效应模型，建立了非球形粒子作为散射粒子的二维随机介质的模型。构建了模型的Maxwell方程，采用非均匀网格划分的时域有限差分(FDTD)方法解Maxwell方程，得到了TM模在非球形粒子二维随机介质模型中的传输及空间分布。采用快速傅里叶变换(FFT)对仿真获得的数据进行频谱变换，得到光波在频域上的发射谱。与以往的研究相比较，仿真结果表明，在非球形粒子系统中，光波的电场强度与球形粒子系统中电场强度随着散射粒子浓度的增加而增加不同，而是出现振荡的现象；发射谱显示，非球形粒子系统的模式竞争强于球形粒子系统，更易于实现模式选择。

对Bounce抽运结构的高功率板条激光放大器进行热仿真，采用有限元数值分析获得了放大光束通过板条后的光程差分布，利用二阶矩法计算出Bounce抽运热效应引入的相位畸变对光束质量M2的影响，为放大链路热效应的补偿给出指导。在采用高效传导冷却设计的三级板条级联放大链路实验装置中，实验测得的每一放大级热焦距值与理论预期吻合良好。当放大器链路工作在250 Hz重复频率时，插入热补偿中继光路，最终获得单脉冲能量537 mJ的输出，光束质量因子M2x=2.35，M2y=2.66。

理论上提出了一种通过调节双环混合偏振矢量光束的偏振态来实现光学囚笼实时操纵的新方法。双环混合偏振矢量光束是由双环径向光束通过一个波片后形成的，光束偏振将变为包含线偏振、圆偏振和椭圆偏振的混合状态，且偏振态强烈依赖于空间位置和相位延迟角度。利用衍射积分公式数值模拟了双环混合偏振矢量光束经过强聚焦系统后在焦点附近的强度分布。数值结果显示当相位延迟角度为0时能形成光学囚笼，当相位延迟角度不为0时能控制光学囚笼打开的程度。将液晶可调相位延迟器(LCVR)作为可调波片，LCVR可以由外部电压实时控制使其相位延迟角度能在0~π之间连续取值，这样就可以通过调节LCVR的外接电压实现焦平面光学囚笼的实时开和关。

激光焊接过程产生的焊斑熔深直接影响焊接质量。激光焊接过程复杂，影响因素众多，许多参数难以量化。以TC4钛合金薄板为实验样品进行脉冲激光焊接实验。通过声波频谱减法对采样的声频信号进行降噪处理，并分析了声频信号的时域和频域特征，找到了声频信号和焊斑熔深的关系。采用径向基函数神经网络对钛合金薄板焊接过程的焊斑熔深进行预测。神经网络以声压强偏差、频带功率、激光功率和焊接速度作为输入。实验证明，在不同激光功率下该方法可准确预测焊斑熔深。

针对“光束中空，光内送粉”的激光熔覆工艺方法，利用Ansys软件的参数化设计语言(APDL)建立了环形激光光斑连续移动加载的激光熔覆模型。通过计算该模型，可以掌握环形激光光内送粉激光熔覆过程中温度场的分布规律。计算结果表明，采用环形激光束加载时，熔池的最高温度区域的形状呈现出“马鞍形”。在基体纵切面上，熔池的高温区域分布呈不对称的“W”形，且高温区域主要分布在光斑中心往后；在基体横截面上，熔池的高温区域分布呈对称的“W”形，熔池中心温度低，两侧温度高，通过基体横断面等温线的分布能够判断熔覆层与基体的结合情况。位于扫描路径中心位置的点在激光束扫过其过程中会经历迅速升温、降温、升温、再迅速降温的急冷急热过程，且第二次升温高于第一次的温度值；位于光斑内外环之间的点在激光束扫过其过程中只有一次升温降温的过程，温度分布较均匀。

基于扩散波传输理论，针对弱散射介质中的激光超声散射，提出单散射假设，建立包含信号源、超声散射和接收信号的理论模型。理论分析结果表明横波和纵波的散射机理相同，得到了横波和纵波的单散射强度在时间域的分布规律。进而分析统计平均深度和衰减系数对单散射强度的影响。为材料的无损检测、材料微观结构的分析及性能评价提供理论依据。

研究了激光快速成形Inconel 718超合金试样3个相互垂直方向的拉伸力学性能，以及热处理对激光快速成形凝固组织与3个相互垂直方向拉伸力学性能的影响。结果表明，激光快速成形Inconel 718超合金试样3个相互垂直方向的拉伸力学性能均明显低于其锻件拉伸力学性能，且表现出明显的各向异性。经过热处理的Inconel 718超合金试样，其沿沉积高度方向定向外延生长的柱状枝晶组织转变为晶粒粗大且不均匀的等轴状再结晶组织，随Laves相固溶消失及强化相γ″和γ′大量析出，3个相互垂直方向上的拉伸力学性能均大幅度提高，其中，与基板平行的两个相互垂直方向上的拉伸力学性能均达到Inconel 718超合金锻件拉伸力学性能标准，但沿成形件高度方向，出现拉伸力学性低于Inconel 718超合金锻件拉伸力学性能标准的试样。

制冷剂闪蒸喷雾冷却(CSC)已经成为激光治疗葡萄酒色斑等皮肤病手术中的标准冷却辅助手段。为优化喷嘴设计，进一步增进冷却效率和改善治疗效果，搭建了制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却实验台，设计了8个不同内径和长度的直管型喷嘴，采用先进的磁控溅射沉积薄膜热电偶测温方法，应用杜哈梅尔定理计算表面热流密度，定量研究了不同喷嘴对冷却表面传热特性的影响，并对其传热规律和雾化特性进行了系统的分析比较。此外，提出了评价喷嘴冷却效率标准，给出了采用不同几何尺寸喷嘴时冷却表面换热量随喷雾距离的变化规律。

针对声光调Q YAG脉冲激光修整青铜结合剂金刚石砂轮，运用ANSYS有限元软件建立了三维脉冲激光烧蚀金刚石磨粒的数学模型和传热模型，得到了激光烧蚀金刚石磨粒后的温度分布。利用所建立的模型可获得不同激光参数下的变质层厚度，并通过实验对该模型进行了验证。针对脉冲激光修锐与整形的两个不同方面，从实验和数值模拟两方面研究脉冲激光参数对变质层厚度的影响规律，得到在修锐时脉宽与激光功率对变质层厚度影响程度相差不大，而在整形时脉宽则起到了绝对的主导作用；经过多脉冲激光烧蚀后变质层厚度有所减小；只有在砂轮修锐时石墨变质层厚度随脉宽的增加而减少。

脆性材料的研磨过程会不可避免地产生亚表面损伤层，对亚表面损伤层的表征和抑制一直是获得高激光损伤阈值熔石英光学元件的关注热点。回顾了几种亚表面有损表征技术，通过实验重新评价了蚀刻表面峰谷(PV)粗糙度法的可行性，分析了其误差较大的原因。在此基础上，提出了一种新的亚表面损伤层深度检测方法HF蚀刻+逐层抛光法。分别采用这两种表征技术以及粗糙度估计法、磁流变斜面抛光法对不同工艺研磨的熔石英亚表面裂纹深度进行了对比检测，结果表明这几种表征方法相互符合很好。

基于谱有限元法和模态展开法，针对各向异性薄板，建立激光激发Lamb波的数值模型，得到各向异性薄板中Lamb波沿不同方向传播的色散曲线及Lamb波的传播特性。数值模拟结果表明，谱有限元法能快速有效地计算各向异性板中导波的相速度、群速度，结合模态展开法能够得到任何方向激光激发的Lamb波；Lamb波沿不同方向传播的速度及色散特性与材料的各向异性性质相关。数值模拟为更好地理解复杂介质中导波的传播、指导激励信号的选择及识别检测信号的模态提供了理论依据。

Fe/Al难熔合、易生成Fe-Al脆性金属间化合物是钢/铝异种金属优质高效焊接亟待解决的技术难题。对厚度分别为5 mm、6 mm的低碳钢和铝合金板进行了对接处开设坡口、并在界面结合处预置Si粉的光纤激光焊接实验研究，通过调整焊接工艺参数和预置粉末得到成形良好的焊缝。利用卧式金相显微镜、电子显微硬度仪、扫描电镜、X射线衍射仪等设备对焊缝及母材区进行了观察与检测。结果发现：在激光功率为1.8~2.0 kW，焊接速度8~10 mm/s，离焦量-2.0 mm，Ar为保护气体且流量为15 L/min，光斑偏向钢侧距界面结合处0.2 mm的工艺条件下，激光焊接钢/铝异种板材，可实现钢/铝熔合，焊接类型为热传导焊，焊缝区域晶粒细小，硬度高于两侧热影响区及母材，钢/铝结合界面分界线明显，界面处熔化金属互相扩散嵌入母材，呈齿轮式“啮合”态连接在一起。对钢/铝实施热传导焊，可有效控制熔池中Fe、Al熔化量；预置Si粉改善了焊池熔化态下的流动性，熔化金属易于在结合界面铺展，钢/铝焊缝区形成了结构稳定的Al9Si、Fe0.9Si0.1化合物，抑制了Fe-Al脆性金属间化合物的生成。

利用高功率、短脉冲NdYAG激光对6061-T651铝合金进行表面冲击强化处理，并分别在200 ℃、300 ℃、400 ℃和500 ℃的温度下对其进行性能测试，从残余应力、显微硬度和微观组织等方面分析了激光冲击处理(LSP)对其在高温条件下性能的影响。研究结果表明中高温条件下激光冲击6061-T651铝合金的强化效果明显。200 ℃和400 ℃时试件的最大残余压应力出现在次表层，且温度越高残余压应力释放得越快，激光冲击硬化层深度约为0.3 mm，500 ℃时的晶粒平均尺寸要比400 ℃时的大，晶粒尺寸和强化相是提高硬度的主要原因，不连续且粗大的晶界析出物提高了6061-T651铝合金的抗腐蚀性能。

基于光在熔锥光纤中传输的基本原理，分析了在外界温度不断变化的情况下涂覆折射率匹配液的熔锥光纤传输损耗特性。利用计算机仿真与实验得到了这种器件的传输损耗特性曲线，计算机仿真结果和实验结果的一致性很好地说明了熔锥光纤传输特性随温度变化的关系。随着外界环境温度的升高，折射率匹配液的折射率降低，熔锥光纤所携带的光功率占总光功率的比值增加，导致传输损耗减小。同时利用这种传输特性得到了一种温度可调的短通滤波器件，在一定温度下，这种滤波器对长波的滤波大于35 dB，其滤波截止波长随温度升高而向长波方向漂移，温度系数是40 nm/℃。

提出了一种基于光纤干涉原理的同时测量温度和应变的传感器，通过在Lyot滤波器(LFF)中熔接一段长周期光纤光栅(LPFG)构成。其中LFF由在起偏器(PL1)和检偏器(PL2)中嵌入一段保偏光纤(PMF)构成。实验结果表明，LFF的干涉谱和LPFG的谐振峰对温度和应变有不同的响应灵敏度，因此可利用敏感矩阵实现对温度和应变的同时测量。实验测得LFF和LPFG的温度灵敏度分别为-1.3173 nm/℃和0.0604 nm/℃，应变灵敏度分别为-0.0185 nm/με和-0.0004 nm/με。温度和应变的测量精度分别为±1 ℃和±25 με。该系统采用线性结构，结构简单、易于实现，具有较高的灵敏度和稳定性，同时测量结果具有良好的线性度。

根据耦合模理论，深入研究了横向压力作用下光纤布拉格光栅(FBG)的反射偏振相关损耗(RPDL)特性，对不同横向压力下的RPDL分别进行了数值模拟。模拟结果表明，RPDL对横向压力的响应非常敏感，压力变化时其峰值高度和主峰位置均发生较大的变化。对此进行大量的实验验证，实验结果与理论分析相符；并且实验结果显示RPDL峰高变化和峰位变化曲线在一定范围内均呈很好的线性关系。从而可以利用RPDL特性实现对外力场信息变化的灵敏监测。

光纤布拉格光栅(FBG)已广泛应用于应变参数测量中，但非均匀应变易引起FBG光谱变形而无法进行波长检测，因此需重构沿FBG的应变分布。针对应变分布重构效果差且收敛速度慢的难题，在深入研究改进遗传算法的基础上，提出基于FBG光谱中心波长位置与反射率双重约束的应变分布重构理论，显著改善了重构的非唯一性和置信度。同时，假设应变分布为多项式形式，通过对多项式系数的重构实现应变分布的重构，大大提高了重构的速度。在此基础上开展了应变分布参数重构仿真实验，多项式系数重构误差均小于1.5%；结合两端固定压杆调谐光纤光栅实验，验证了该应变分布重构方法的有效性、适用性和可操作性，形成了一种快速有效的应变分布重构方法。

研究了高灵敏度抗加速度型分布反馈(DFB)有源光纤光栅水听器。采用λ/4相移型掺铒光纤光栅构成DFB激光器，输出窄线宽激光，利用弹性膜片增敏方法封装有源光纤布拉格光栅，构成了高灵敏度有源光纤光栅水听器，并以两边对称的弹性膜片构成封装结构来抵消轴向加速度干扰，提高水听器在运动情况下的检测能力，并通过对结构的优化大大提高了光纤光栅水听器的耐静水压能力。研究结果表明水听器在100~1000 Hz频率范围内声相位灵敏度达到-132.7±0.7 dB(0 dB=1 rad/μPa)，加速度灵敏度可做到-20 dB(0 dB=1 rad/g)以下，耐静水压可达2 MPa。

两光纤布拉格光栅(FBG)的光谱失配会使其构成的光纤法布里珀罗(FFP)传感系统的干涉条纹可见度降低，从而影响探测性能。基于弱反射率FBG反射谱的高斯波形近似，推导了光谱失配引起的可见度变化表示式。实验测量了干涉型FFP传感系统的可见度曲线，对理论分析进行了验证。研究表明，反射谱旁瓣对光谱失配引起的可见度变化有重要影响。从光谱匹配的角度，采用高斯切趾光栅的FFP传感系统优于普通均匀光栅的系统。

采样啁啾光纤光栅理论是实现超高信道数梳状滤波器的理想方案，但是一个啁啾模板只能实现特定波长间隔的光梳状滤波器。提出一种利用光纤布拉格光栅(FBG)直流相移实现任意波长间隔梳状滤波器方法。该方法只需一个啁啾模板与亚微米精度的位移台，在灵活性、简单性和制作成本方面有明显优势。仿真和实验表明FBG直流折射率调制可以引入任意的相位偏移。利用该方法实现了波长间隔为100，50，40 GHz的梳状滤波器。最后分析了直流相移光栅长度与相位误差对滤波器边带抑制度的影响。

通过化学镀的方法，在光纤光栅表面得到了不同厚度的均匀金属镍镀层。由于材料热膨胀系数的差异，金属镍镀层将会在光栅内部形成内应力，这种内应力将随着镀层厚度的改变而改变。理论上分析了金属镀层的厚度对光栅中心波长漂移的影响，获得相关的理论曲线；实验上通过对化学镀镍全过程光纤光栅反射光谱的在线监测，获得了不同镀镍层厚度的光纤光栅中心波长的改变量，实验数据与理论分析结果吻合较好。

在单光束发射和接收无线光通信(FSO)系统中，目前人们普遍接受的是光强闪烁在强湍流下服从负指数分布，在弱湍流下服从对数正态分布，而在强弱湍流下都适用的Gamma-Gamma分布则是研究的热点。在这几种分布的基础上，将它们推广到多光束发射和接收FSO系统，分别推导出了基于对数正态分布、负指数分布以及Gamma-Gamma分布的多光束发射和接收FSO系统的光强闪烁概率密度分布函数，建立起多光束发射和接收系统光强闪烁信道模型，并对基于负指数分布的多光束信道模型与通信距离、激光波长、接收孔径以及收发天线数目等参数的相互关系进行了具体的仿真分析。这对多光束发射和接收FSO系统的理论分析和系统设计具有一定的指导意义。

介绍了一种具有高稳定性、高谱纯度、低相位噪声的双环路光电振荡器(OEO)。理论上分析了光电振荡器的基本原理，采用光域双环路的方案有效地实现了边模抑制，通过检测输出信号频率的变化来控制光纤环路的长度，从而得到了高质量的20 GHz微波信号，其频谱纯度高，线宽小于1 Hz，相位噪声在10 kHz时为-112 dBc/Hz，而且在4 h观测时间内，频率的稳定性小于10-10。

为了提高双光纤点衍射干涉仪的检测精度，需要对干涉仪装置中两个波前参考源(WRS)的系统误差进行标定。设计了波前参考源的标定过程及标定算法，通过沿被检光学系统光轴四次旋转90°求出波前参考源的沿轴旋转非对称误差，沿倾斜轴四次旋转90°求出波前参考源的沿倾斜轴旋转非对称误差，然后利用两者之差采用最小二乘法求出波前参考源的旋转对称误差，将对称误差和非对称误差相累加求出波前参考源的系统误差。采用计算机模拟了标定算法的整个流程，当波前参考源沿光轴和倾斜轴旋转的旋转公差在±1°范围内时，采用36项泽尼克多项式进行标定的测试误差均方根值小于0.01 nm，在标定精度允许的范围内。通过模拟验证了标定算法的正确性并给出波前参考源的旋转公差范围。

提出一种利用同心圆光栅和契形光栅作为标定模板，基于正交方向消失点摄像机自标定的新方法。新方法利用相移条纹相位提取精度高的特性来求零相位特征点，避免了传统标记点提取误差给标定结果带来的影响。要求摄像机至少从6个方位拍摄标靶，采用四步相移得到光栅的截断相位并求解零相位交点，计算消失点从而解算出摄像机的内参数。根据模拟实验得到影响消失点标定精度因素的分析结果，制作了含有7个周期的同心圆光栅和4个周期的契形光栅。实际测量实验中分别用光栅靶标和灰度同心圆靶标进行相机标定，对比重投影误差，结果证明新方法提高了基于消失点标定算法的精度和稳健性。

瞄准偏差和光束抖动是光束瞄准系统中的两个最重要的误差。对以高斯光束和高斯抖动为基础的光束瞄准目标时产生的光回波信号进行数学建模；结合极大似然估计算法理论，建立并完善了基于回波信号的光束瞄准误差估计模型；并编写程序实现了Monte Carlo模型仿真，搭建了实验室平台。仿真和实验结果表明，极大似然估计算法表现出了优良的性能，能够同时准确地估计出瞄准偏差和光束抖动，信号样本越大其估计精度越高，且实验结果和仿真结果吻合得很好。在此基础上，根据实时偏差估计实现了实验室光束闭环瞄准实验。

为保证二维相位展开的正确性和快速性，分析了现有路径相关二维相位展开算法的优缺点，提出了一种基于质量线导向的二维相位展开新方法，并对新方法进行了综合对比实验和理论分析。新方法定义了相位质量因子及相位方向因子，采用双阈值和非极大值抑制的方式有方向性和有选择性地生成了一种新的枝切线，对生成的枝切线进行平衡处理，以处理后的枝切线为导向进行二维相位展开。理论分析和实验结果表明，新方法综合了现有路径相关二维相位展开方法的优点，速度快、稳定性高，生成的枝切线位置准确，很好地截断了相位突变区域，保证了二维相位展开结果的正确性，具有广泛的适用性。

通过分析伪装涂层防激光半主动制导的隐身机理，提出了降低涂层激光反射率并同时控制涂层表面激光空间反射特性的激光伪装技术途径。结合伪装涂层研究对激光反射特性测量的实际需要，分析了半球反射率和双向反射系数的测量原理、方法和特点，利用设计研制的测量装置实验研究了伪装涂层的激光反射特性。结果表明，利用所述方法能够准确、客观测量伪装涂层的激光反射特性，可用于指导涂层激光吸收剂的配方设计和涂层表面工艺控制研究。

利用相机阵列获取三维信息实现三维集成成像与显示时，为消除相机阵列空间位置偏差对元素图像阵列的影响，提高再现三维图像的质量，以相机阵列记录系统为基础提出了一种元素图像阵列校正方法。通过特征点位置坐标以及相机位置平移误差和旋转误差的计算，分析了相机阵列位置平移误差和旋转误差与元素图像间的关系，以及校正算法的精度。利用光学实验对该算法进行了验证，结果表明，此方法可有效消除相机阵列位置偏差对元素图像阵列的影响，并且校正后再现三维图像质量明显优于误差图像，峰值信噪比提高了33.6%，实现了基于三维集成成像相机阵列获取的元素图像校正，满足了集成成像的显示要求。

建立了一套预放大式数字全息显微成像系统，通过对样品进行显微放大，实现了高分辨率的定量相位成像；并通过计算机控制相机自动曝光记录序列的数字全息图实现了动态相位成像。用标准样品验证了系统测量的准确性；以活体洋葱表皮细胞和血红细胞为样品，获得了清晰的定量相位像；以置于水环境的草履虫为样品，实现了动态成像。实验结果表明建立的系统可以实现高分辨率的动态定量相位成像，可以应用于生物活体样品的显微研究。

利用时域有限差分(FDTD)法模拟了均匀结构、双层结构和三层结构光学微球腔，得到了各自的能量密度分布，通过对比发现多层结构具有更高的最大能量密度与存储能量和较小的模式体积。波导与多层微球腔之间存在一个最佳间隙，模拟结构的最佳间隙在60~120 nm。改变高折射层的厚度和折射率，在特定波长的入射光下可以获得具有较高最大能量密度(大于360)或者较小模式体积的(小于0.03)的微球腔，确定了优化的厚度和折射率。分析高斯光激励的带有导出波导的微球腔，导出波导与微球腔中的光具有相似的激发频谱，表明多层微球腔可以对入射光实现选频并导出。结果显示，多层微球腔具有更好的性能，为光学微球腔后续的结构设计和实际应用提供了一个新的优化思路。

基于时域有限差分法(FDTD)对一维金属线栅结构在0.2~2.6 THz波段的偏振特性进行了数值分析，研究了其结构参数如金属占空比、狭缝宽度以及线栅周期对相互垂直的两种偏振模式太赫兹波透射系数的影响。利用光刻和金属膜制备工艺，在1 mm厚的高阻硅衬底上淀积了200 nm厚的金膜，制成了一系列一维金属线栅结构。利用太赫兹时域光谱系统，实验测量了这些线栅结构的太赫兹透射特性，实验结果与模拟结果规律一致。结果表明：适当设计金属线栅周期，同时满足一定的金属占空比要求，其整体偏振和透射性能能够得到优化。金属线栅结构参数与其太赫兹偏振性能之间的关系为制造太赫兹偏振器提供了参考。

采用CD光盘光栅作为表面等离子体共振(SPR)传感器的耦合元件，通过检测共振角的变化对液体浓度进行传感测量。结果表明CD光栅耦合型SPR传感器对葡萄糖溶液的灵敏度可达3%(质量分数)，理论分辨率为1%(质量分数)。通过模拟不同光栅周期、光栅槽形和待测介质折射率对共振曲线的影响，发现缩短光栅周期、使用正弦槽形的光栅作为耦合基底，都可以进一步提高这种传感器的灵敏度。

分析了方形非球面光学元件磨削加工中产生四角塌边误差的原因，计算了方形非球面光学元件磨削加工时砂轮轴系两种安装方式的磨削系统刚度，讨论了砂轮轴系安装的位置对加工精度的影响，进行了砂轮轴系两种安装方式的方形光学元件磨削试验，以及不同砂轮型号、工艺参数的磨削试验，确定了能够满足方形非球面光学元件加工精度的砂轮轴系安装位置结构及磨削工艺参数。

针对数字微反射镜装置(DMD)无掩模光刻系统，提出并研究了一种数字光栅无掩模光刻对准方法，将硅片的微位移放大显示在数字光栅与硅片物理光栅叠加产生的叠栅条纹中。建立了基于DMD的数字光栅无掩模光刻对准模型，设计了对准标记以及具体的实现方案，并对模型进行了数值仿真和初步的实验验证。结果表明，采用频率可变、图像干净、具有良好周期性结构的数字光栅代替传统的真实掩模光栅，真正实现了零掩模成本；并且采用变频率数字光栅可以扩大测量范围，减小位移测量误差。最终可以实现深亚微米的对准精度，满足目前无掩模光刻对准精度的要求。

提出了一种基于空间光调制器的并行光刻制备微透镜阵列的技术。采用数字微反射镜器件输入光刻图形，结合热回流技术，制作任意结构和排布的微透镜阵列。无限远校正显微微缩光学系统的长焦深保证了深纹光刻的实现，热回流法提供了良好的表面光滑度。与传统逐层并行光刻和掩模曝光技术相比，提出的技术方案更加便捷灵活，特别适合制作特征尺寸在数微米至百微米的微透镜阵列器件。得到的微透镜阵列模版经过电铸转移为金属模具，利用紫外卷对卷纳米压印技术在柔性基底上制备微透镜阵列器件，在超薄液晶显示、有机发光二极管(OLED)照明等领域有广泛应用。