采用选择区域外延生长技术和对接再生长技术，设计并制作了10信道分布反馈激光器阵列与多模干涉耦合器的单片集成器件。器件中采用了新的技术，集成了钛薄膜热电阻用于波长调谐。集成器件烧结到热沉上后，在25 ℃温控条件下测试，激光器阵列的平均信道间隔为1.29 nm，阈值电流为22~30 mA；当激光器注入电流为200 mA，各信道的平均出光功率为0.5 mW。集成热电阻的调谐效率约为5 nm/W,通过施加合适的热电流调谐,该集成器件可以覆盖34路信道间隔为50 GHz的波长范围。集成器件可单波长选择输出，也可10信道同时运作合波输出。

报道了蓝光激光二极管(LD)(中心波长约为444 nm)单端纵向抽运掺镨氟化钇锂（Pr3+:YLF）的红光（640 nm）和绿光（522 nm）激光器。用单个棱镜作为抽运光束整形器，实验中红光最高输出功率为308.5 mW，其相应的抽运阈值功率为46 mW，斜率效率为47.5%；绿光这三个指标的值相应分别为193.4 mW、162.3 mW和37.1%。结果表明抽运光的整形提升了红、绿光的输出特性。

介绍了重频为400 KHz，脉冲宽度为960 ps输出的高脉冲能量的亚纳秒掺镱光纤激光器。该激光器采用全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构，种子源使用的是实验室自制的频率为400 kHz，脉宽为940 ps，输出功率为100 mW的掺镱光纤激光器，通过6个10 W多模激光抽运将种子光放大到8.9 W平均功率输出，相应的单脉冲能量达到22 μJ，峰值功率达到23 kW，输出激光中心波长为1064.5 nm。该亚纳秒、高能量脉冲激光器可广泛用于材料加工，激光测距，激光雷达等领域。

半导体激光器由于其光电转换效率高、亮度高、寿命长等特点，是用于抽运固体激光器的最佳选择。作为抽运源，要求半导体激光器具有很好的光学性能，主要包括出射光束的发散角和指向性。半导体激光器的发散角很大，要对其进行光束压缩整形并控制光束的指向性是一项很难的技术，对于多个半导体激光器组成的叠阵要保证其每一个巴条的光学性能良好更是不容易做到。从研究半导体激光器光束质量的控制着手，制作出一个带快轴准直的60个巴条的激光器叠阵，其峰值功率高达18 kW，叠阵整体快轴发散角小于0.2°(3.5 mrad)，每个巴条的指向性在±0.15°(±2.6 mrad)以内。

提出了一个由四个半导体激光器通过相互耦合构成的混沌网状网络系统，研究了这种拓扑结构下各激光器的动力学行为、任意两个激光器之间的混沌同步特性以及参数失配对同步性能的影响，并对该系统的保密通信性能进行了分析。理论仿真结果表明，网状网络系统中各激光器在合适的相互耦合条件下均可呈现混沌输出，四个激光器输出的混沌信号可达到整体同步(即所有混沌信号之间都同步)或部分同步。基于该网络的混沌同步，可实现多用户之间信息的双向保密传输。

报道了高功率全光纤MOPA结构的纳秒脉冲掺铥光纤激光器，其包括低功率被动调Q掺铥光纤激光器种子源，以及两级全光纤结构790 nm半导体抽运的高功率掺铥光纤放大器。随抽运功率的改变，激光种子源产生的脉冲重复频率在77～240 kHz可调，最窄激光脉冲宽度为250 ns，最大平均输出功率为73 mW。经过两级全光纤掺铥光纤放大器放大之后，最高平均输出功率达到了20 W，相应的单脉冲能量为100 μJ，激光脉冲宽度为270 ns，中心波长为1966 nm。

以双包层掺镱光纤为增益介质，双折射滤光片为波长选择器件，搭建了可调谐耗散孤子锁模光纤激光器。通过旋转滤光片，激光器的输出波长在1063.9～1091.1 nm范围内连续可调，脉冲宽度及光谱带宽的变化范围分别为13.9～16.8 ps和15.8～18 nm。中心波长为1063.9 nm时，激光器输出功率为212 mW，单脉冲能量为8.5 nJ。基于耦合的Ginzburg-Landau方程和各器件的琼斯矩阵，建立了可调谐耗散孤子锁模激光器的数值模型，对激光器的可调谐性能进行模拟，模拟结果与实验结果一致。

提出了一种基于等周期PPLN晶体渐变式温度控制的宽带中红外差频产生(DFG)激光光源的设计新方案。理论研究结果显示，在固定抽运光波长条件下，闲频光/信号光的准相位匹配(QPM)波长接收带宽(BW)随着晶体两端温度梯度的增加而增加，但差频转换效率却随之下降。当抽运光波长固定为1.08 μm时，在均匀温度条件下中红外闲频光的QPM BW约为8 nm。固定晶体初始端的温度为30 ℃，当晶体两端的温度梯度分别设定为20 ℃、40 ℃和60 ℃时，闲频光的QPM BW可分别拓宽至35 nm、80 nm和136 nm。与此同时，QPM带内相对差频转换效率分别下降至0.2、0.095 和0.06。当晶体初始端的温度设定为90 ℃，仍保持晶体两端的温度梯度为60 ℃时，该宽带的闲频光QPM带向短波长方向平移，其波长覆盖范围为3.288~3.464 μm。

通过激光熔覆技术，制备了不同碳含量的高碳铁基合金熔覆层。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)、显微硬度计和电化学工作站，对熔覆层的显微组织、物相构成、碳化物形貌及元素分布、硬度和耐蚀性能进行了较为系统的研究。实验结果表明，高碳铁基合金熔覆层组织均匀致密。当熔覆层中碳含量为2.5%(质量分数，下同)时，其组织为初生γ-Fe胞状树枝晶及晶间M7C3型碳化物；当熔覆层中碳含量为4.5%时，其组织为等轴树枝晶形貌的初生M7C3型碳化物及共晶(M7C3+γ-Fe)。随着熔覆层中碳含量的增加，其平均显微硬度由913.96 HV提高至到1421.54 HV；同时，熔覆层耐蚀性加强。

设计了四种不同形状的焊点并进行TC4钛合金搭接接头激光非穿透焊工艺试验。研究了不同焊点的抗剪性能差异，分析了典型焊点的断裂行为及其原因。结果表明，焊点的抗剪载荷与熔合面面积有关；双排断续焊点在同等的熔合面面积下具有最大的抗剪载荷；焊点的断裂方式有界面断裂和横截面断裂两种；相对于双排断续焊点，C形焊点焊后残余应力的存在使得端点处应力集中进而降低了接头静载性能。

透光透光材料的激光透射焊接是塑料激光焊接领域的一大难点，解决此难题的关键之一在于吸收剂的正确选择和使用。采用炭黑、黑色聚丙烯颗粒、黑漆三种不同的吸收剂，对聚丙烯塑料的激光透射焊接工艺进行研究后发现：采用黑漆作为吸收剂时，能获得较美观的焊缝成形和较好的焊接质量。同时讨论了激光功率、焊接速度、材料板厚与黑漆层厚度等工艺参数对焊接质量的影响规律。并发现焊接过程中产生的气孔、热分解孔洞、表面燃烧等焊接缺陷，与原料纯度较低、能量输入过大有关。可通过选择合适的工艺参数、使用氩气保护等措施对这些缺陷进行控制。

使用光斑直径为3 mm的CO2激光器制备单一MoSi2熔覆层，通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)检测得出熔覆层内部长条枝晶主要为(Fe,Si)2Mo，枝晶间主要为α-Fe、Fe2Si两相共晶，涂层显微硬度在700 HV左右。通过积分镜变换改进光斑得到尺寸为6 mm×2 mm的宽带矩形光斑，再进行Ni/MoSi2混合粉末的激光熔覆，发现随着Ni基合金量的增加，裂纹率明显降低，得到Ni、MoSi2临界质量比为37，并通过热应力和稀释率计算证明宽带激光熔覆能够适当地减小热拉应力的产生，并在一定程度上降低稀释率。最后通过XRD，能谱仪(EDS)等检测得出Ni/MoSi2样品中高Mo枝晶主要为MoSi2相和NiMo相，高Mo含量枝晶处显微硬度为整个涂层最大值，达到861.9 HV，涂层显微硬度在750 HV左右，大大地改善了基体的相关性能。

为了获得成分及性能连续变化的梯度涂层，采用2.5 kW半导体激光器和四路联动送粉系统，利用旁轴送粉方式，通过成形过程中实时改变Ni25/Ni60双组分自熔合金粉末及AlSi12/Fe62双金属自熔合金粉末的组分配比，在45#钢棒状基体上分别制备了宽度为9 mm的粉末组分连续变化的螺旋状梯度涂层。对涂层试样进行能量色散谱(EDS)、显微组织及显微硬度测试。结果表明，沿涂层制备方向，Ni25/Ni60梯度涂层中Cr元素含量和显微硬度连续降低；AlSi12/Fe62梯度涂层中Fe、Cr和Al等元素含量分别沿制备方向连续变化；两种涂层各自的显微组织呈明显变化。

采用双侧光纤激光同步焊接2060/2099铝锂合金机身壁板T型结构(蒙皮和桁条)，对成形控制和横向（LT）拉伸性能进行研究及简要分析。研究结果表明：光束入射角度在可调范围内尽量小，以实现蒙皮与桁条形成良好的熔合；当光束入射位置偏移桁条0.1 mm时，焊缝轮廓角度在45°~50°之间，T型接头横向拉伸强度达到最大；严格控制光束间距实现双侧熔池相互贯通以保证双侧焊缝组织的均匀性和提高接头力学性能；匹配送丝速度和焊接速度合理的比值，以实现焊缝表面平滑过渡。对于焊缝熔合充分且组织均匀的焊接接头，焊缝熔深是制约横向拉伸强度的关键因素，熔深控制在1 mm以内，接头横向拉伸强度平均为蒙皮母材强度的80.1%，最大可达蒙皮母材强度的82.1%。

针对送粉式激光熔覆的特点，基于生死单元法建立了一种可以同时计算瞬态温度场及熔覆层几何形貌的三维数值模型，模型中考虑了送粉过程中激光能量的衰减和粉末颗粒的温升。基于该模型对送粉式激光熔覆过程中的温度场分布和几何形貌特点进行了分析。结果表明，在熔覆开始较短时间后，工件的瞬态温度分布与熔覆层几何形貌基本保持稳定。进行了不同送粉速率下的送粉式激光熔覆试验，对比了熔覆层横截面几何形貌的试验结果和计算结果，熔覆层表面轮廓线与试验结果基本保持一致，熔覆层的宽度、高度和熔深与试验结果基本吻合，说明了所建立的激光熔覆层几何形貌计算模型的有效性和可靠性。

采用激光熔覆技术在45#钢表面制备不同成分的铁基涂层，对比分析熔覆层的组织特征及性能。结果表明，激光处理后截面分为熔覆层、热影响区和基体三个区域，且熔覆层与基体呈冶金结合。激光熔覆层由底部到表层依次由柱状树枝晶、少量的柱状树枝晶和树枝晶、细小的树枝晶以及M23C6型碳化物组成。X射线衍射结果表明，随着B4C和Ti含量增大，奥氏体含量逐渐降低，马氏体含量逐渐增加，熔覆层的显微硬度和耐蚀性能逐渐提高。但当Ti含量达到4.5%时，组织发生明显变化，由底部到表层由少量的胞状树枝晶、细小树枝晶和梅花状树枝晶组成，且熔覆层硬度及耐蚀性最佳。

通过ANSYS有限元软件数值模拟和实验相结合，研究了超声波在BT20钛合金修复件和熔池中的传播特性。结果表明，在变幅杆做纵向振动的前提下，当与其耦合的修复件长度小于变幅杆上纵波波长的23%时，修复件表面振动为纵向振动；当修复件长度大于波长的28%时，其表面变为弯曲振动；随着修复件长度的增加，其谐振频率也在纵波波长的23%～28%范围内出现跳跃并重新分布；且在两种不同类型的振动中，随着修复件长度的增加，谐振频率都出现递减的趋势；在熔池中施加频率为19.56 kHz、振幅为0.2 μm的超声振动后，其内部出现周期性交替变化的正负声压，负压值可达到几十万帕。

采用波长为532 nm的脉冲绿激光对蓝宝石基片进行划切加工。首先研究单脉冲激光烧蚀加工蓝宝石材料，确定材料烧蚀阈值和产生裂纹阈值，分析激光能量密度与烧蚀凹坑深度和直径之间的关系，接着对纳秒绿激光烧蚀蓝宝石基片的热应力进行了分析，最后进行脉冲激光划切蓝宝石的工艺实验。研究结果表明：纳秒绿激光烧蚀蓝宝石材料主要是基于光热作用的机理。光热作用使得蓝宝石材料熔化、汽化，为材料去除提供条件，过大的热应力导致材料产生裂纹。综合考虑激光划切工艺参数（能量密度、扫描速度、扫描次数）以及材料表面处理方式等因素，获得了切槽宽度为20 μm，深宽比为7的良好切槽。

随着成像深度的增加，光衰减会造成光学相干层析技术（OCT）对深层组织成像的局部图像对比度下降，不利于观察组织内部结构特征变化。提出了一种基于自适应多尺度Retinex算法实现对OCT信号衰减的有效补偿。采用大尺度Retinex算法增强图像与其他尺度Retinex算法增强图像之间差值的绝对值均值作为调整参数，实现每个尺度在多尺度Retinex算法中权重的自适应调节。采用人体指尖OCT图像和前臂内侧皮肤OCT图像对算法进行了验证，结果表明： 自适应多尺度Retinex算法实现了对OCT原始图像中衰减的有效补偿，同时增强了组织内部细节信息的局部对比度；增强图像的可视化对比度测度（VCM）相对于原始图像平均增加了5740。该算法对于提高组织内部信息可视化具有积极的意义。

低功率激光照射（LPLI）可以激活细胞内多种信号途径促进细胞增殖、迁移、分化等，但是LPLI能否调节脂肪细胞内胞外信号调节激酶（ERK）和蛋白激酶B（Akt）促进甘油三酯的合成却尚未见报道。利用LPLI刺激前脂肪细胞和成熟脂肪细胞并结合蛋白质免疫印迹法分析处理后细胞内ERK和Akt活性的变化。研究结果表明LPLI处理后前脂肪细胞内ERK和Akt的活性增高，而LPLI处理成熟脂肪细胞后ERK活性下降而Akt活性增高，说明LPLI在脂肪细胞内可以差异性调节ERK和Akt的活性。此外，LPLI能通过抑制ERK、激活Akt而增加胰岛素抵抗脂肪细胞内甘油三酯的含量。该结果暗示LPLI可能通过调节ERK与Akt信号缓解脂代谢紊乱造成的胰岛素抵抗。

将压缩感知(CS)理论应用于荧光显微成像，设计搭建了一套新型的显微成像系统。使用液晶光阀实现待测图像到随机光斑的线性投影，以单点探测进行荧光信号采集，结合CS信号重构理论得到样品图像。采样数远低于Nyquist-Shannon定理要求的次数，成像过程无需扫描，系统结构简单。相对于传统的更换滤光片和光栅扫描成像的光谱成像模式，该系统仅需使用光谱仪采集信号、对光谱分波段计算即可得到荧光样品的多光谱图像。荧光显微成像过程中存在荧光衰减的影响，实验中对数据进行强度归一化预处理，结果表明该处理方法有效消除了荧光衰减对图像重构的影响。

反向传输(BP)算法是实现高速光纤系统非线性补偿的一种常用且有效的方法，在此算法基础上加入高斯滤波器，可进一步提高接收系统性能,同时大大降低计算复杂度。然而高斯滤波器是一种理想化滤波器，其设计实现难度大且结构复杂。提出一种基于窗函数有限脉冲响应(FIR)滤波器和BP算法结合实现非线性补偿的方案，详细分析了滤波器的参数选取对补偿性能的影响，并在224 Gb/s双偏振16进制正交幅度调制(DP-16QAM)640 km无色散补偿光纤传输系统中比较了不同补偿方案的补偿效果。结果表明，汉宁窗FIR滤波器的频域特性类似于高斯函数，利用9个抽头就能够有效补偿非线性损伤，提高系统性能。与线性补偿算法相比，FIR-BP算法能够将误码率(BER)降至10-3以下，将最佳入纤功率提高至少3 dB。

为了改善细径保偏光纤耦合器的性能，需要提高保偏光纤偏振轴的检测精度。建立直径为80 μm的细径熊猫保偏光纤折射率的数学模型，对侧面成像方法进行了仿真。结果表明，平行光透过光纤在侧面聚焦，光纤图像最大光强的变化与旋转角度以及观测距离有关。当观测距离不变时，最大光强随光纤旋转角度呈周期性变化。当观测面在透射光线焦距附近时,根据光纤图像最大光强变化，能够检测光纤慢轴的位置，进而提出基于最大光强变化作为特征量的检测方法。结合显微视觉技术建立了实验系统，该系统采用基于阈值的图像清晰度函数确定检测位置，将采集的数据进行傅里叶滤波和三次样条拟合，可确定保偏光纤偏振轴的位置。实验结果表明，重复检测误差为0.61°，可以满足细径保偏光纤耦合器制造要求。

针对未来数据中继卫星系统中微波与激光链路并存的发展趋势，研究了具有微波和激光混合链路的中继卫星系统资源调度问题。以可见时间窗口、任务优先级、终端功耗为约束条件，建立了微波/光混合链路中继卫星系统资源调度(ML-DRSSP)的多目标约束规划模型；通过设计自适应交叉、变异算子和基于精英保留的选择算子，改进了非支配排序遗传算法(MNSGA-Ⅱ)并对模型求解。以1颗中继星、4颗用户星、3种资源终端和不同任务规模为条件建立了仿真场景。仿真结果表明该算法在保持解多样性的同时使非劣解集尽可能接近问题的Pareto最优解集，因而能够有效解决具有多任务、多类型天线的ML-DRSSP。

光纤1/4波片是全光纤电流互感器(FOCT)的关键器件，为减小变温环境下光纤波片对互感器变比的影响，需要更精确地测试波片相位延迟随温度变化规律。基于光强测量法提出了一种适用于光纤1/4波片的相位延迟温度特性测量方法，借助琼斯矩阵，建立了测试系统的数学模型，并对波片的温度性能进行了实际测试。实验结果表明:椭芯光纤1/4波片的相位延迟与温度之间呈负系数的线性关系，且国内光纤1/4波片相位延迟温度系数远大于国外相关研究单位对应波片的温度系数。将该方法应用于FOCT变比温度误差自补偿技术，在-40 ℃~60 ℃范围内，互感器的变比误差在±0.2%以内。另外，光纤1/4波片相位延迟的温度系数越小，互感器变比温度误差的自补偿极限精度越高，初值可选范围越大。

研究了Kretschmann型表面等离子体共振（SPR）结构中电介质折射率、柱面镜折射率以及金属膜厚度对SPR场增强表面增强拉曼散射（SERS）信号的影响。实验结果表明SPR与SERS之间存在着本质上的相关性，电介质折射率、耦合柱面镜折射率以及金属膜厚度均对SPR场增强SERS有较大影响。相同条件下，电介质的折射率越小，SPR场对SERS信号的增强越强，激发的SERS信号的强度越大；柱面镜折射率越大，SPR对SERS的增强越明显； SERS信号强度随着银膜厚度的增加先增大后减小，在银膜厚度为47 nm左右时SERS强度有最大值。

为了评价高精度光学元件支撑装置的面形复现性指标，进行了分析计算和实验验证。在ANSYS有限元分析软件中建立了元件支撑的物理模型，进行了支撑结构的残余应力分析以及元件面形对干扰载荷的灵敏度分析，据此计算得到了支撑结构面形复现性均方根(RMS)误差。分析结果表明，基于目前结构设计和装配精度，元件支撑装置设计的面形复现性RMS优于0.14 nm。基于高重复性干涉检测装置构建了复现性测量平台，测量结果表明支撑装置面形复现性RMS优于0.18 nm。复现性检测实验结果和仿真结果能较好吻合，所得结果满足高复现性元件支撑技术的要求。

针对移动式三维视觉测量系统所采用的圆形标记点成像亮度较低且不均匀等问题，提出了一种基于灰度差重心法的识别与提取算法。获取标记点近似成像中心及成像区域，在成像区域内沿四个方向扫描得到像素级边缘点；利用灰度差重心法进行亚像素定位；对亚像素级边缘点进行椭圆拟合，得到标记点成像中心位置。实验结果表明，像素级边缘检测算法运行时间为3 ms左右；亚像素定位算法椭圆拟合最大偏差小于0.08 pixel，平均偏差小于0.03 pixel。与其他提取算法相比，该算法在速度及定位精度方面有一定的提高，更适用于移动式三维测量用圆形标记点的提取。

在对各种广义相移干涉相移提取算法进行总结分类的基础上，提出一种利用实验可探测量对广义相移干涉相移提取算法进行比较评估的方法。基于离轴数字全息、以重建光波场中直流项和共轭像的残留量作为判据，通过定义重建光波场的信噪比，实现对不同广义相移干涉相移值提取算法的比较评估。理论分析和计算机模拟实验证明：重建光波场的信噪比越大，重建光波场中直流项和共轭像的残留量越小、提取的相移值越准确。选取六种典型的广义相移干涉算法在计算机模拟和光学实验中进行了评估和比较，其结果是一致的，证明了该方法的可行性和有效性。

测距精度是评价脉冲激光测距系统性能的重要参数之一，对基于盖革模式雪崩光电二极管的光子脉冲外差探测系统的测距精度进行了研究。利用激光外差探测原理和光子计数探测的统计理论，建立了系统测距精度模型。研究了激光回波强度、脉宽、本振光强度、噪声、回波位置与拍频等6个因素对测距精度的影响。研究结果表明，当回波脉冲强度较弱时，这6个因素对测距精度影响很大。当回波信号激发的初始电子数多于4个时，影响测距精度的因素主要是激光回波强度和脉宽。回波越强，脉宽越窄，本振光越强，噪声越低，回波位置越大，拍频越小，测距精度越高。

针对现有离轴检焦技术在浸没式光刻方法中的局限性，提出了一种新的基于干涉的同轴检焦方法。测量光通过光刻物镜入射到硅片表面，在硅片表面反射后再次经过光刻物镜后，测量光和参考光产生干涉条纹，并被CCD接收，从而将硅片的离焦量信息调制在干涉条纹的相位信息中。通过对干涉条纹的相位提取，即可获得硅片的离焦量。仿真结果表明，该方法可以达到λ/25(λ=632.8 nm)的检焦精度，并具有良好的抗噪性，满足浸没式光刻高精度、实时、非接触焦面测量的要求。

针对槽式太阳能热发电对聚光器面形检测的需求，在详细调研了太阳能聚光器面形检测现状的基础上，提出了一种基于偏折原理的太阳能槽式聚光器面形快速检测方法。采用一种自迭代算法进行曲面重建并且引入摄影法对被测镜位置进行快速定位，使操作更简单，测量速度更快，以适用于在线检测。详细阐述了该方法的测量原理，搭建了相应的实验平台，测量了一面槽式抛物镜的面形。实验结果表明该方法能快速、定性地给出被测镜的面形数据，验证了该方法的正确性和可行性。

研究了一种基于多普勒效应测速的光频率调制连续波相干激光雷达测速方案。该方案采用全光纤结构，效率高、体积小、功耗低、性能稳定可靠，具有良好的机动平台挂载适应能力。对雷达原理、结构、数据处理算法等部分进行了详细讨论。另外，还给出了直升机飞行挂飞实验结果：最大测量速度为150 m/s,作用距离大于3 km，最大测量误差为0.08 m/s。

激光相干探测由于其高灵敏及抗干扰特性，在现代精密检测中应用逐渐广泛。由于目标二维信息更能反映目标特性，利用PCI8522采集卡与振镜扫描控制信号进行模拟量触发源(ATR)触发同步，快速获取目标二维多普勒频谱。对室内裸露以及伪装网覆盖的旋转漫反射目标进行二维频谱提取，二维频谱图为31 pixel×31 pixel，目标存在区的频谱范围在3~7 MHz之间，通过二维频谱图能对典型目标轮廓进行识别。对图像恢复算法中引入的噪声进行分析，结果表明：其中目标覆盖区中轴线附近噪声概率较大，主要由200 kHz的频谱门宽引起；另一类噪声为背景无多普勒频移的5 MHz中心信号被频谱门宽限制所致，可作为目标轮廓衬底，无需抑制。该研究为激光相干探测在动目标伪装识别中的应用奠定基础。

相移误差在很大程度上影响着相移数字显微全息的测量精度。相移误差可大致分为数值误差和不均匀误差两类。相移器的标定错误和环境震动都能产生不可忽略的数值误差，因此自定标相移数字全息是值得探究的。提出了一种基于载频条纹分析方法的自定标相移数字全息显微术。利用傅里叶条纹解调分析方法，分别提取四幅全息图的载频条纹相位。通过对比载频条纹相位获得全息图间的相移量。实验装置设计的不合理导致了不均匀误差。提出一种基于改进型Linik干涉仪的相移数字全息显微装置。实验结果证明了自定标算法和改进型的Linik干涉仪具有更好的重建结果。

针对传统红外图像动态范围压缩和对比度增强方法对原始图像信息保留不足的缺点，提出了一种基于最优映射曲线的红外图像动态范围压缩和对比度增强方法。利用自适应高斯核函数卷积原始红外图像的直方图，用平滑后直方图的一阶导实现原始直方图灰度分割，用分割结果计算得到最优的非线性映射曲线参数，得到增强后的低动态范围图像。对大量的红外图像进行了实验并对增强效果进行了定性和定量评价。结果表明，相较于目前已有的方法，该方法在最小化图像增强前后均方误差的同时，明显改善了图像的整体视觉效果；该方法处理速度快、自动化程度高，适合红外图像视频的实时处理。

提出了一种多相位叠加的方法来模拟艾里光束在湍流大气中传输时的光斑质心漂移。通过将由Kolmogorov功率谱模型生成的随机相位屏与艾里立方相位图样叠加生成的联合相位膜片加载到空间光调制器，模拟了湍流对艾里光束的影响。通过将艾里光束和高斯光束进行比较，证实了艾里光束在湍流中传输时受扰动漂移量小于高斯光束。因此，利用艾里光束作为信息载体在远距离传输时具有很好的抗干扰能力。

为了研究高斯粗糙面光散射偏振特性，基于微面元理论，建立偏振双向反射分布函数模型，推导出散射光的斯托克斯矢量。数值计算了椭圆偏振光和自然光经粗糙面散射后偏振特性随散射角变化情况，分析了入射角、方位角以及复折射率等因素对散射光偏振特性的影响。数值结果表明：椭圆度角和偏振度强烈依赖于入射角、方位角及复折射率，不同入射角和复折射率的椭圆度角曲线和偏振度曲线有相似的变化规律；不同方位角的椭圆度角曲线和偏振度曲线变化规律有较大区别，但方位角互补的两条偏振特性曲线关于散射角θr=0对称；椭圆度角在后向散射方向附近有极大值，偏振度在后向散射方向有极小值。

风廓线雷达作为一种新型遥感设备，其回波信号包含丰富的湍流信息。提出了一种利用风廓线雷达回波信号反演动力湍流的方法，分析了对流层速度结构常数C2v的变化特征，并根据近地面速度湍流模型研究了对流层湍流速度脉动的特性。结果表明：1) 动力湍流强度随高度增加逐渐减弱，夜间减弱速度大于白天，且在边界层顶处C2v具有较明显的日变化特征；2) C2v与速度起伏方差σ2的对数值具有较好的线性关系，线性拟合度达0.896；3) 对流层湍流的速度脉动较弱，σ2量级在10-3~10-2 m2·s-2之间。

激光诱导击穿光谱(LIBS)已经被证明是极具潜力的物质定性、定量分析工具之一。将激光诱导击穿光谱结合自组织映射神经网络技术，引入到石油勘探录井领域，对五类岩心样品（火山灰岩、泥岩、页岩、砂岩、白云岩）进行了岩性自动分类，为以后在录井现场实现岩性在线快速识别奠定基础。使用构造特征变量和主成分分析两种方法对原始光谱进行特征提取，相应的特征参量和主成分分别作为自组织映射神经网络的输入变量。两种输入方式下，神经网络对全部44块岩心样品岩性分类的准确率分别为75%和86%。其中以主成分作为网络输入变量，对火山灰岩、砂岩、白云岩的分类准确率可达100%。实验分析表明：在进一步提高对泥岩和页岩的区分能力后，LIBS有望成为录井领域新的岩性快速识别技术。

采用氧化物高温熔融的方法制备出铒铋共掺的硼酸盐玻璃，并对其吸收光谱和发射光谱进行了研究。应用Judd-Ofelt理论计算了铒铋共掺硼酸盐玻璃的3个强度参数Ωλ（λ=2,4,6），分别为Ω2=3.8249×10-20 cm2，Ω4=1.6805×10-20 cm2，Ω6=1.5069×10-20 cm2。在此基础上，计算了电偶极跃迁的光谱强度Sed，自发辐射跃迁几率A以及吸收截面σas(ν)等参数。根据McCumber理论，计算了能级4I13/2→4I15/2跃迁的半峰全宽和受激发射截面，结果表明铒铋共掺硼酸盐玻璃的半峰全宽可达69.68 nm。

为使弹性薄膜液体透镜的光学薄膜变形后面形满足光学系统对球面面形的设计要求，采用固体各向同性惩罚微结构拓扑优化模型和移动渐近算法优化算法，对液体透镜的弹性体支撑区域进行了拓扑优化,得到了满足收敛条件的拓扑构型。根据拓扑优化结果，对关键结构尺寸进行了形状优化。综合考虑加工制造等因素，设计了易于加工制造的光学透明弹性薄膜液体透镜。对光学薄膜进行了面形精度分析，计算了不同口径下的面形误差峰谷(PV)值和方均根(RMS)值。数值结果表明，光学薄膜变形面形在弦高为0.5 mm，光学薄膜口径分别为100%、95%、90%时，优化结构面形误差PV值分别是初始结构面形误差PV值的5.7%、11.9%、2.5%，RMS值分别是初始结构RMS值的11.2%、21.9%、45.4%。用36项Zernike多项式对变形光学薄膜进行拟合，结果表明，优化结构的Zernike系数第4、第9、第16、第25项比初始结构明显降低。

设计了一种空间交会对接探测器光学系统。系统根据超焦距原理增大光学景深，通过像方远心光学结构，解决了变化物距下标志灯信号光在CCD成像面上成像质心不稳定的问题，应用改进的库克物镜结构有效地校正了对成像质心位置影响较大的垂轴像差。光学系统光学总长为36 mm，系统采用6片透镜元件，全部为球面结构，均为普通商用玻璃，避免了特种玻璃的使用。在800~880 nm波段，0.5~130 m物距下，系统的光学绝对畸变设计值优于±1 μm，视场角探测设计精度近似10″。设计的系统探测精度高，制造成本低，结构紧凑，适用于高精度空间飞行器交会对接领域。

全反射X射线光学器件在X射线显微技术中具有重要的应用，有关其焦斑极限的研究对该器件的设计者和使用者具有指导意义。利用海森堡不确定性原理研究了全反射X射线光学器件的焦斑极限。理论结果表明：全反射X射线光学器件的焦斑极限与器件的材料有关；利用镍金属、铅玻璃和硼硅酸盐玻璃制成的全反射X射线光学器件的焦斑极限分别为3.2、4.2和6.6 nm。