采用脉冲抽运方式可显著改善光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的热效应，大幅度提升激光器的输出功率。用有限元方法数值求解瞬态传热方程，得到激光器中温度升高的最大值随抽运脉冲的变化规律。讨论了抽运光脉冲宽度范围的选择，分析了抽运脉冲重复频率对激光器中温度升高最大值的影响作用，对抽运脉冲的时间宽度进行了优化设计。结果表明，对于基质去除型的InGaAs量子阱垂直外腔面发射激光器，抽运光脉冲的宽度介于1~10 μs时，激光器中最大温升值即明显下降；同时，抽运脉冲的重复频率应限制在50 kHz以内，以满足脉冲间隔大于激光器热弛豫时间的要求，否则激光器中会产生热量的积聚，增加最大温升值。

提出了一种利用弛豫振荡频率测量单频激光器腔内损耗的简单方法。通过对单频激光器的弛豫振荡频率，输出功率以及腔内损耗之间关系的分析，理论得到了单频激光器腔内损耗的表达式；通过在实验上测量单频钛宝石激光器的输出功率和相应功率下的弛豫振荡频率，利用理论计算公式以及钛宝石激光器的相关参数即可获得激光器的腔内损耗值。

研究了基于多模干涉效应的线形腔可调谐掺镱双包层光纤激光器。激光器主要由单模光纤多模光纤平面反射镜构成的多模干涉光纤反射结构、大模场面积掺镱双包层光纤、宽带介质全反镜和3 dB输出耦合器构成。通过移动反射镜改变多模干涉光纤反射器的峰值波长实现了光纤激光器的可调谐输出。利用974 nm光纤输出半导体激光器作为抽运源，实验获得了从1038.82 nm到1071.06 nm的不同激光波长输出，可调谐范围近32 nm，3 dB带宽约为0.2 nm，平均输出功率为430 mW，激光器斜效率约为31%。

介绍了一种采用导光管耦合的钕玻璃多程行波放大结构。在分析导光管结构参数与耦合效率关系的基础上，设计了包含8个激光二极管阵列的抽运结构,并模拟了输出情况。该抽运结构将168个bar条发出的抽运光会聚在8 mm×8 mm的范围内，获得7.3 J的能量输出。根据该抽运结构的输出特性，设计了以钕玻璃作为工作物质的旋转多程行波端面抽运放大结构，并在信号光注入能量为300 μJ时实现了能量为15 mJ的放大输出。

采用蒙特卡罗法研究了人工细水雾对制导用激光的双程衰减过程。通过计算多分散细水雾的米氏累积概率分布函数（CPDF），利用Matlab软件对相函数进行自定义函数拟合，建立了一种新的光子随机散射方向的确定方法。对两种蒙特卡罗光子追踪方法进行了效率对比分析，发现权重法的计算效率要优于事件法。普通细水雾的半径一般为101～102 μm，其对10.6 μm激光有着很好的衰减效果，可用于激光制导隐身；而对1.06 μm激光，由于单次反照率接近于1，当水雾体积分数较高时，在多重散射作用下甚至会出现增强反射的现象。

为了分析光轴在单块晶体加工过程中镜面失谐的自洽特征，建立了非平面环形腔镜面倾斜的数学模型，利用增广的光线矩阵讨论了光轴变动。结论显示：当存在距离误差时，不会影响光轴闭合；当输入输出耦合面设计成曲面时，能实现光轴自洽闭合；当它为平面时，静态分析表明，如果两个对称全反面的失谐角度满足特定关系，能再次实现光轴的闭合。如果失谐角度不满足对应关系，对称失谐和减小失谐量能减小耦合点偏离距离。动态分析过程则给出了一个更加合理的分析加工容差方法，同时为实验的调光过程提供了理论指导。

构建了一套氙灯抽运，大口径有源反射镜片状放大器实验装置。实验研究了布儒斯特角入射的有源反射镜钕玻璃放大器的增益特性。钕玻璃几何尺寸为890 mm×450 mm×50 mm，掺杂浓度为1.2%(质量分数)。最佳延时下，测得不同电压下的小信号增益系数和储能效率。充电电压为22 kV，氙灯放电脉宽为0.51 ms时，储能效率为1.94%，小信号增益系数为0.0371 cm-1。实验研究了横向放大自发辐射（ASE）和氙灯发光效率对增益特性的影响。

针对准分子激光器的相关应用，对准分子激光进行光谱控制是非常必要的。相关光谱控制主要包括激光线宽窄化及激光中心波长的稳定输出，常用的线宽压窄方式是利用扩束棱镜组结合光栅构成线宽压窄模块达到激光线宽窄化的效果。利用熔融石英(FS)等腰直角棱镜与光栅的组合实现了线宽0.957 pm的ArF准分子激光输出。理论分析和实验结果表明，作为深紫外波段的良好通光材料，熔融石英棱镜可以实现与常用氟化钙（CaF2）棱镜相近的线宽压窄结果。同时作为等腰直角方式设计，具有更高的切割成型工艺精度、更低的使用维护成本和更广泛的应用价值。

针对混沌光相干性差以及偏振态随机起伏的问题，提出了一种基于高非线性光纤中的四波混频效应对混沌激光偏振不敏感的采样方案，并通过数值的方法对波长为1550 nm，功率范围为0~10 mW的混沌光进行了采样。经研究发现，当抽运光功率为2 W，波长为1557 nm，光纤长度取60 m时，可使四波混频采样达到最佳。采用上述参数，数值实现了对混沌光的偏振不敏感采样，采样速率为5 GHz，采样的同时也起到了光放大的作用，增益系数约为10.8 dB。该结果可为实验上进一步实现混沌光的四波混频采样提供一定的理论依据。

报道了一种全光纤结构耗散孤子被动锁模光纤激光器。激光器中使用了一种基于多模干涉原理的光纤滤波器，它由两段单模光纤和一段多模光纤组成。通过合理的选取多模光纤的长度，制作了中心波长在1067 nm处、3 dB带宽为7.5 nm的光谱滤波器并将其应用于全正色散被动锁模掺镱光纤激光器中。实验中使用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件，在抽运功率为865 mW时，获得重复频率为18.5 MHz的稳定锁模啁啾脉冲串，脉冲宽度为21 ps，平均输出功率为8 mW，单脉冲能量为0.43 nJ。输出脉冲光谱半峰全宽为4.32 nm，光谱边缘有明显陡沿。

半导体激光器以其突出的优点具有广泛的应用前景，但受光束质量限制，使其很难作为直接光源应用在对功率和光束质量均有较高要求的领域。采用斜45°柱透镜阵列光束整形技术、自偏振合束技术和三波长合束技术，将3种波长的8个半导体激光阵列合束，研制出一种连续功率为500 W、电光转换效率为39.5%、光参量积为12.44 mm·mrad、亮度为42.8 MW/(cm2·sr)的半导体激光光源，可作为直接光源应用于工业和**等领域。

熔石英表面激光损伤发展问题一直制约着高功率激光系统的运行通量，采用飞秒激光修复损伤点抑制损伤发展并探索修复机理。首先采用时域有限差分方法(FDTD)分析不同形状修复点的电场分布，优化修复点结构。通过改变飞秒激光脉冲能量、样品台移动参数控制修复点的形状、尺寸与深度，实现最优化修复结构。结果表明矩形修复结构降低了局部区域光强分布，经飞秒激光修复后，修复点的损伤发展阈值远高于修复前损伤点的发展阈值。采用微区电子能谱仪(EDS)分析修复点的化学成分发现飞秒修复能减少氧缺陷含量，从而降低吸收系数。因此，减少吸收性缺陷以及降低局部光强是抑制损伤发展的关键因素。

采用光纤激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合焊接进行X80管线钢6 mm厚根部的打底焊接，以实现单面焊双面成形。对工艺规范参数优化后的焊接接头进行宏观成形分析和显微硬度、拉伸、冲击、弯曲等力学性能研究。在此基础上，重点研究了激光-MAG复合焊热循环对打底焊焊缝接头微观组织的影响。结果表明，在优化的工艺参数范围内，可获得成形良好、无缺陷的焊缝；焊缝截面呈高脚杯状，可分为电弧作用区和激光作用区；电弧作用区的硬度高于激光作用区；拉伸试样断裂于母材；电弧作用区焊缝组织主要为针状铁素体和少量的先共析铁素体，激光作用区焊缝组织主要为针状铁素体和贝氏体类型组织(上贝氏体+粒状贝氏体)；激光作用区和电弧作用区的热影响区组织差异不大，但电弧作用区的过热区明显宽于激光作用区。

用Nd:YAG固体脉冲激光焊接器对厚度为0.65 mm的DP500双相钢进行了激光焊接试验，对脉冲激光焊缝表面和横截面形貌进行了分析，重点研究了不同脉冲激光频率下焊缝凝固特征及晶粒组织与硬度的关系。试验结果表明，在形成焊缝的每个焊斑可分为重叠区和未重叠区，并且随着脉冲激光频率不同，不但形成的焊缝形态和焊斑重叠率不同，而且还存在晶粒组织的差异。同时，硬度出现波动性，最低硬度值出现在焊斑重叠区，最高硬度值出现在焊斑未重叠区。随着脉冲激光频率的提高和焊斑重叠率的增大，晶粒组织的差别不但逐渐减小，而且沿焊缝正剖面中心线的硬度波动性也逐渐降低。

为了消除常规热障涂层的裂纹与热生长氧化物(TGO)，研究了激光感应复合快速熔覆制备功能梯度氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和NiCrAlY涂层。结果表明，当激光扫描速度与送粉率分别提高到3200 mm/min与90.63 g/min时，激光感应复合快速熔覆获得的YSZ/NiCrAlY梯度涂层经检测无裂纹，具有良好的外形，且显微硬度呈梯度分布。原始粉末内立方氧化锆(c-ZrO2)、单斜氧化锆(m-ZrO2)、四方氧化锆(t-ZrO2)完全转变为亚稳态的四方氧化锆(t′-ZrO2)。梯度增加YSZ的涂层具有组织细小、致密、由柱状树枝晶组成的双相结构特征。此外，连续两层间界面消失，完全不同于单纯激光熔覆获得的陶瓷粘结层双层结构的热障涂层。等温氧化后，激光感应复合快速熔覆功能梯度YSZ/NiCrAlY涂层内亚稳态的四方氧化锆(t′-ZrO2)转变为稳态的四方氧化锆(t-ZrO2)，从而提高了高温合金GH4169的抗高温氧化性能。

对纯镍同轴送粉激光熔覆过程中宏观温度场与熔池底部微观组织生长进行了二维耦合模拟计算。首先利用标志变量法计算因粉末的加入而产生的边界动态改变，进行宏观温度场模拟，再取熔池底部一宏观单元进行网格细化，作为微观模拟区域，并通过插值计算获得微观模拟区域的初始温度条件，同时在计算中用宏观单元温度实时修正微观计算区域温度边界条件。在微观区域底部设置晶核，确定相场初始条件，并采用相场法进行微观区域的相场、温度场耦合计算，获得微观组织形貌。最后进行试验，在镍板基底上熔覆镍粉，模拟所得微观组织形貌与试验所得基本吻合，验证了模拟结果的正确性。

采用激光冲击强化技术对原始组织为层片状珠光体的高碳钢进行表面强化处理，借助扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和显微硬度计等手段研究了激光冲击次数对高碳珠光体钢微观组织和硬度的变化规律。结果表明，原始珠光体组织经激光冲击后，渗碳体片层发生弯曲、断裂、球化，并且随着冲击次数的增加，冲击中心区域渗碳体球化程度加剧，溶解量也随之增加，过饱和的碳原子溶于铁素体基体中，导致其点阵常数增大。多次冲击后冲击中心区域材料表层的硬度从300 HV(原始珠光体组织)分别增加至333 HV(2次激光冲击)，353 HV(6次)。

为了提高激光熔覆修复性能的稳定性，针对GH4169镍基高温合金，从控制稀释率的角度进行了单因素工艺试验。试验结果表明：在一定的参数范围内，稀释率随激光功率的增大而增大，随送粉速率的增大而减小，扫描速度对稀释率的影响不大。为了简化稀释率的研究过程，将激光功率与送粉速率的比值定义为粉末吸热密度，即修复过程中单位质量粉末吸收的激光能量，进一步确立了粉末吸热密度与稀释率的正相关性。运用回归的思想，通过SPSS软件对试验结果进行数据分析，建立了粉末吸热密度与稀释率的关系模型并验证了其准确性，为镍基高温合金激光熔覆修复性能的稳定性研究提供了理论参考与试验支持。

研究了在不同温度下单模光纤受激布里渊散射的阈值和频移，从受激布里渊散射的基本原理出发，分析和讨论了温度对受激布里渊散射阈值和频移特性的影响.设计并搭建了实验系统，测量了不同温度下2 km单模光纤受激布里渊散射的光谱和阈值，实验表明，随着温度的升高，布里渊频移逐渐增大，在一定温度范围内，布里渊频移与温度呈线性关系。低温对斯托克斯光有抑制作用，温度越低受激布里渊散射阈值越高。

结合不锈钢膜片的特性，研制出一种微型高精度光纤布拉格光栅(FBG)土压力传感器。该传感器通过不锈钢膜片与力学传递元件将土压力转化为光纤光栅的轴向拉力，大大提高了传感器的灵敏度，有效避免了光栅受力不均引起的啁啾效应，同时减小了传感器的体积。通过理论计算，得到该传感器的压力敏感系数为29.6557 nm/MPa，是裸光栅的9885倍。传感器性能测试实验证实该传感器线性度良好，实测压力敏感系数为27.5 nm/MPa，略小于理论值，其主要原因是应变传递效率低于1。为进一步提高实验测量精度，采用Haar小波变换来减小因光纤光栅解调设备模数(A/D)采样速率及转换精度有限带来波长抖动所产生的仪器误差，实验数据表明经Haar小波处理后光栅中心波长的抖动幅值降为原数据的50%左右。

对半导体激光器进行调制得到了中心波长为1060.14 nm、谱宽为0.63 nm、重复频率为1.55 MHz、脉宽为11 ns的纳秒种子激光，进而对其进行三级主振荡功率放大（MOPA），实现了18.2 W高功率、高重复频率纳秒光纤激光器。利用此纳秒光纤激光器及自主研制的光纤模场适配器，抽运145 m锥形光子晶体光纤，实现了最大输出功率为2.2 W的全光纤化白光超连续谱光源，光谱范围为440~1700 nm，在整个光谱可探测范围内具有15 dB的光谱平坦度。

多输入多输出(MIMO)技术是消除大气闪烁对空间光通信的影响和降低误码率(SER)的有效手段之一。针对2×2空间光通信系统，将Alamouti空时码与跳时超宽带技术(TH-UWB)结合，提出一种适合脉冲位置调制(PPM)的循环空时编码(RSTC)方法，推导了等增益合并(EGC)最大似然检测(MLD)和相关矩阵检测(CMD)的两种解码算法，最后分析了系统误码性能。在弱湍流和准静态衰落信道条件下仿真，结果表明，无论是在信道信息(CSI)已知还是未知情况下，编码2×2系统的误码率高于未编码的。该编码方法获得了空间和时间分集，相关矩阵检测法取得相似于信道最大比值合并（MRC）的效果，但随信道间相关性增加其误码性能下降明显。

随着光网络规模的不断扩大，多维度可重构光分插复用器(ROADM)已成为下一代通信网络的关键节点技术。然而由于无阻塞的高维度交换矩阵的实现代价高，不对称的交换架构(即光节点内部存在不连通的端口)可能被广泛应用。为解决考虑端口连通性限制的路由与波长分配问题，建立了其整数线性规划(ILP)模型，并提出了3种考虑端口连通性(IPCA)的动态路由机制，包括基于K最短路(KSP)的IPCA(IPCA-KSP)机制、IPCA-Dijkstra机制与全路径搜索机制。仿真显示，全路径搜索机制采用枚举的方法可找到最短路径，但其阶乘量级的复杂度是无法容忍的。基于IPCA-SKP机制不能保证找到最短路径，且仅在小规模网络比较有效。而IPCA-Dijkstra机制通过修正经典Dijkstra算法的路径搜索过程，能够以较低的复杂度找到最短路径。

提出一种基于弱光栅的新型高速高复用分布式温度传感网络。通过自制可调谐多波长光源代替可调谐激光器以解决其存在的监测时间长、系统实时性差的问题。在一根光纤上刻制3个中心波长分别为1529.488、1545.202、1557.100 nm的高反射低带宽的光纤布拉格光栅(FBG)，再刻制3组反射率为3%，中心波长分别为1529.488、1545.202、1557.100 nm的9个FBG，并将其等距连接。以高反射FBG的反射光作为系统光源，以弱光栅作为监测光栅，结合光波分复用技术与光时域反射技术，进行温度实验。实验结果表明，在5 ℃~80 ℃的温度范围内，各个弱反射FBG的中心波长随温度呈良好的线性变化，温度测量的误差为±0.5 ℃，空间分辨率为10 m。

摩擦系数是表征光学玻璃抛光特性的重要参量，平均摩擦系数决定了抛光速率，摩擦系数的变化范围影响光学玻璃的面形精度和表面粗糙度。通过正交实验，研究了抛光过程中实验因素对磷酸盐激光玻璃和光学沥青抛光胶之间摩擦特性的影响。极差分析结果表明，实验因素对平均摩擦系数大小和摩擦系数变化范围影响的显著程度相同。其中，加载压力影响较大，而沥青抛光胶胶号影响较小。在本实验中高的平均摩擦系数对应着大的摩擦系数变化范围。另外，从粘滑摩擦、粘附、磨料磨削和抛光液液膜方面进行了分析，对引起摩擦系数随时间变化的诱因进行了探讨。

成功地控制了自组织三维GaN小岛的外延生长，在其上面可形成多个非极性小面侧壁。以此作为一个理想的基底，在非极性小面上设计制备了InGaN/GaN多量子阱发光有缘层结构。通过透射电子显微镜(TEM)制样和微观结构分析，确定了GaN小岛的生长特性和小面形成特性，并利用阴极荧光光谱对InGaN/GaN多量子阱的发光特性进行比较和讨论。结果表明，单一小岛可有效实现混合白色发光（蓝色、绿色和红色），经过确认发现，半极性小面上的InGaN/GaN量子阱结构为明亮多色发光的主要区域。进一步小面构成的量子阱结构控制，可有效地调整白光质量，并对新一代白光照明提供新的方向。

为检测液体中发生剧烈空化时的临界声压的大小，提出了一种基于声光偏转效应对临界剧烈空化声压进行检测的方法。根据远场光斑分布的时间变化规律确定剧烈空化的发生，通过光线最大偏转距离与焦点峰值声压的关系，可非介入地检测临界剧烈空化声压值，重复性高。通过分析液体中气泡分布及变化规律，以及空化阈值声压随外界环境压强的变化规律对测量结果进行标定，证实了该方法检测临界剧烈空化声压的可行性。

研制了一套基于数字反馈稳频的便携式瓦斯浓度遥测装置，采用电流和温度双重反馈稳频的策略抑制了激光器波长的长期漂移，同时也保证了光功率的长期稳定性。实验结果表明，9 h内激光器波长的长期漂移小于1.2 pm，光功率保持稳定，保证了瓦斯浓度的长期连续稳定的测量；不同距离下浓度测量值重复性较好，浓度波动小于5%，满足实际环境中(如天然气管道泄漏、煤矿等)瓦斯浓度测量需求。

对高温复杂介质微纳米尺度含碳固体颗粒成分进行快速检测研究。以高纯氢气火焰中淮南烟煤未完全燃烧为例，采用高能脉冲激光束照射火焰中的碳粒子，提出多段式指数函数拟合不同尺度受热粒子激光诱导辐射光谱时域混合信号的方法，同时结合Kn数判断受热粒子所处的流动区域，确定燃煤氢气火焰中初始碳烟、成熟碳烟以及焦炭或未燃尽煤粒的平均粒径分别为7、25和3×103 nm。并根据不同火焰高度含碳颗粒成分的粒径与相对浓度变化，探索煤粉燃烧过程中微纳米尺度碳粒组分的演变特性。为高温复杂介质中超细颗粒物尺寸分布提供了一种快速、有效的检测手段。

提出了一种利用非线性最小二乘拟合法自校准测量偏振元件Mueller矩阵参数的新方法。通过测量放入待测样品前后输出偏振态的Stokes参数，建立起由测得的输出偏振态参数、系统未知参数与被测样品的Mueller矩阵之间的函数关系式，使用多参数的非线性最小二乘拟合求解得到待测样品的Mueller矩阵。建立了一套基于铁电液晶波片、旋转波片及偏振片的光谱型Mueller矩阵椭偏仪，并通过自编的Labview自动控制软件实现了智能化测量。误差分析和实际测量结果表明，在600~900 nm波长范围内，Mueller矩阵元参数的测量精度在0.01以内，重复性精度达到0.005。该测量系统无需对系统进行复杂的定标，简化了测量过程，实现了Mueller矩阵元参数的自校准测量。

为了测试长焦距激光光学系统焦距，对基于自准直原理的焦距测试精度进行了理论分析，提出了一种采用光纤激光器、分光镜、平面镜、精密测角仪、电荷耦合器件(CCD)探测器和波前采集系统的焦距测试方法。通过自行设计的波前采集系统测试被测激光光学系统透射波前，使光纤点源置于其焦点位置。由CCD探测器扫描自准直点源像面，通过扫描定焦算法，使CCD探测器置于最佳像面位置。旋转平面镜使精密测角仪和CCD探测器同步采集，通过精密测角仪获取平面镜旋转的角度和质心法判读点源像移动的线量，获取被测激光光学系统的焦距。采用此方法对焦距为7171 mm的激光光学系统焦距进行测试，并对测试结果进行分析，扩展不确定度为13.48 mm(k=2)。结果表明，该方法可满足长焦距激光光学系统的焦距测试要求。

波片相位延迟量误差是影响旋转波片法斯托克斯(Stokes)参量测量精度的主要因素。通过对传统旋转波片法测量Stokes参量的原理进行理论分析，研究了测量误差与相位延迟量误差之间关系，提出了提高偏振光Stokes参量测量精度的方法。该方法通过调整检偏器透光轴方向与待测光束偏振方向成90°或45°后再进行测量，可有效减小波片相位延迟量误差对Stokes参量测量的影响。实验结果表明，当相位延迟量误差小于1.2°时，采用所提出的优化旋转波片法使Stokes参量测量误差从传统旋转波片法的4.31%减小到0.33%。

发动机测试现场的实验环境普遍存在强振动、高噪声等干扰条件，常规的用于光学实验室的激光诊断测量系统庞大、复杂且易受干扰，无法直接应用到这样的恶劣环境中。通过模块化设计和有针对性的抗振动设计，研制了一台可用于发动机现场测试、体积相对较小、结构紧凑的集成化相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)诊断系统。测温实验前测量了发动机测试过程中的振动结果，分析了振动来源和特点，有针对性地采取了减振措施,进一步降低了振动对集成化系统的干扰。利用集成化CARS系统测量了超声速燃烧室出口喷流的温度，获得了单脉冲CARS温度拟合结果和温度随时间的变化。测量结果显示不稳定燃烧状态下的温度抖动范围大于稳定燃烧状态，但平均温度低于稳定燃烧状态，表明不稳定燃烧的效率相对较低。

工件几何形状不规则或材料性质非均匀时，易发生局部应力突变，导致工件产生裂纹。利用传统的超声检测技术（如超声投捕法）对这种早期裂纹进行检测时，由于裂纹尺寸很小以及工件表面其他的散射物（如表面突起、凹槽和腐蚀坑等）对声波的影响，从而难以有效分辨微裂纹。搭建了基于激光超声投捕法的表面缺陷光学检测系统，超声信号由激光线源激发，光偏转差分法探测。对比了传统投捕法、扫描激光源法与扫描加热源法对表面含有突起和微裂纹的样品进行扫描检测的结果。投捕法对信号信噪比要求较高、可靠性较差。扫描激光源法能检测两种缺陷但不能将微裂纹识别出来。扫描加热源法利用微裂纹受热膨胀易发生局部闭合的特性，可以将其与样品表面的突起加以区分。采用有限元方法，分析了裂纹尺寸变化对透射声表面波的影响。

彩色数字全息检测研究中，当物体的投影尺寸与CCD面阵尺寸有较大差异时，为充分获取物体信息，可以使用透镜系统对物光进行变换，并且，基于物和像的相似特性，将物体的像视为像空间中的物体在像空间中进行彩色数字图像重建是常用的方法。像空间中确定不同波长光照的物体的像平面，按照同一物理尺寸重建不同色光的像光场是应用研究中必须解决的问题。提出一种不必知道光学系统的透镜参数而通过实验确定不同色光像平面的简易方法，并基于数字全息重建像焦深的研究，在像空间中较好地重建了物体的彩色图像。

为了有效抑制数字全息再现像的散斑噪声，进一步改善再现像的像质，提出了一种基于双树复小波变换(DT-CWT)和各向异性扩散的数字全息再现像散斑噪声抑制方法。将再现像进行双树复小波分解，对低频分量和6个方向的高频分量分别采用改进的P_Laplace扩散和拉普拉斯金字塔非线性扩散(LPND)，通过双树复小波逆变换(IDT-CWT)重构再现像。给出了实验结果，并与小波阈值收缩和全变差(TV)扩散方法、拉普拉斯金字塔非线性扩散的方法、Contourlet结合TV扩散和自适应对比度扩散的方法进行了主观视觉比较，同时依据峰值信噪比(PSNR)、相关系数(COR)及运行时间等进行了客观定量评价。结果表明，本方法对散斑噪声抑制能力更强，并能更好地保留再现像的细节纹理特征。

利用荧光蛋白激活状态的可逆特性，提出了一种提高荧光显微镜纵向分辨率的方法。针对不同数值孔径的显微系统，通过合理选择带涡旋相位的轴对称偏振光作为激活光和退活光，并设计衍射光学元件对其进行调制，从而实现百纳米级的纵向选择激活。而且，通过调节激活光和退活光的光强比率R，可以控制荧光蛋白最大激活概率满足单分子荧光显微技术的需求，同时进一步降低纵向选择激活层半峰全宽(FWHM)至25.7 nm，并且约90%的激活荧光蛋白位于30 nm厚的激活层中(R=500)。

利用横向谱滤波方法，给出研究自适应光学非等晕性的一般关系式。在特殊场合，对这些一般关系式进行解析求解，获得与经典理论一致的结果。进一步定义了与自适应光学系统非等晕性有关的一些特征量。在一般应用场合，这些一般关系式只能求得数值解。以激光测月自适应光学系统为例，说明了所述一般关系式在研究自适应光学非等晕性问题方面的应用。

利用近年来发展的描述海洋湍流的空间功率谱函数，结合数值积分的方法计算并绘制了广义惠更斯菲涅耳积分中湍流项的大小随湍流参数变化的曲面图。继而通过魏格纳分布函数和光束二阶矩的定义模拟了部分相干厄米高斯(PCHG)光束的M2因子在海洋湍流中的变化情况，分析了光源参数的选择对于光束传输质量因子的影响。最后通过M2因子矩阵，计算了非旋转对称二维PCHG光束传输质量随旋转角α变化的轨迹图。发现随着传输距离的增大，在接收面上，光斑因x，y方向上模式的不同而造成轨迹图的形状的不同将逐渐消失，趋近于相同的圆形轨迹。

基于分体型萨格奈克干涉仪的基本原理，针对通光口径为60 mm、光谱通道数为65的分体型萨格奈克干涉仪，模拟了干涉仪反射镜装配误差引起的干涉条纹变化情况，分析了装配误差对干涉条纹的影响，并根据设计指标推导了干涉仪系统装调的位置精度及角度精度要求。详细介绍了实现干涉仪精密装调的系统方案，其中包括装调主平面的建立、分光棱镜的精确定位以及干涉仪长臂反射镜、短臂反射镜的精密定位调整，整个装调方案基于自准直原理并通过巧妙的基准转换关系最终实现了干涉仪安装位置精度优于0.01 mm、安装角度精度优于1″、系统主截面重合精度优于1″的高精度装配要求。