通过对半导体激光器在空间环境中辐射损伤机理的分析，得到了器件在辐射条件下的性能退化规律以及辐射过程中的退火规律。在此基础上，建立了辐射应力加速寿命实验模型，获得了故障时间、加速因子、故障概率分布函数、概率密度函数和平均故障前时间的表达式。模拟了三组应力分别为100、50和10 Gy/s情况下器件的性能退化数据，进而对加速寿命实验模型的参数进行了估算，求得器件在0.03 Gy/s的正常应力条件下的故障时间为43862 h。基于威布尔故障分布，利用应力为50 Gy/s的加速试验模拟数据，得到了器件的故障概率分布函数以及平均故障前时间，其平均故障前时间约为39755.8 h。

通过理论分析和实验讨论了内腔倍频Nd:YAP/KTP单频激光器的强度噪声特性，并通过减小输出耦合镜对1080 nm基频光的透射率和优化谐振腔参数等办法，使基频光在环形谐振腔内的损耗降低为0.9%，从而减小了真空起伏引入的强度噪声。在输出耦合镜对1080 nm基频光透射率为0.2%时，获得了最高输出功率为420/60 mW的540/1080 nm双波长输出单频激光器，其强度噪声在1.5 MHz之后达到散粒噪声极限。

利用1.56 μm连续单频光纤激光器抽运周期极化铌酸锂晶体，通过外腔谐振增强倍频技术获得了低噪声连续单频780 nm激光。为了实现高效率倍频，理论设计了倍频腔的最佳腔镜透射率、腔长以及腔模体积等以实现谐振倍频过程中的模式匹配和阻抗匹配。在此基础上，实验获得了输出功率达1 W的连续单频780 nm激光，倍频效率达84.8%。进一步利用高精细度模式清洁器降低激光的强度噪声，实验获得了输出功率达700 mW、强度噪声在分析频率4 MHz处达到散粒噪声基准的低噪声连续单频780 nm激光。该系统的激光波长分别位于量子态传输波段与原子存储波段，可用于研究实用化量子信息处理系统。

终端靶场聚焦系统中的光学元件上存在不可避免的缺陷致使光场波前发生畸变，根据高功率激光装置终端靶场系统中强光束传输的特点，建立了描述光学元件引入的局域相位调制的模型，研究了终端靶场中具有高斯型相位波前畸变的平顶光束经过透镜会聚，并在后续防溅射板等熔石英介质中经历非线性增长的传输演变过程，详细分析了高斯型相位波前畸变、熔石英厚度和透镜焦距对终端靶场聚焦系统中的近场光束质量的影响。结果表明，高斯型波前畸变越严重、熔石英厚度越长、透镜焦距越短，近场光束质量越差，中高频增长越多。

在传统双温模型中引入傅里叶热扩散机制，提出了一种时间序列热弛豫模型。数值研究获得了飞秒激光整形脉冲与金膜作用的跨时间尺度(飞秒～纳秒)热弛豫特性及温度场时空进化规律，并获得了双温弛豫周期与整形冲间隔的依赖关系。该研究对于澄清飞秒激光与金属作用的超快热弛豫机制，调控飞秒激光微纳加工中的超快加热过程具有重要意义。

基于互谱密度函数和瑞利散射理论，推导了聚焦部分相干复宗量厄米高斯光束的光强分布和作用在瑞利电介质球上辐射力的解析表达式，并进行了相应的数值计算。结果表明：当横向相干长度较大时，聚焦部分相干复宗量厄米高斯光束具有空心光束的轮廓，空心的尺寸随着光束阶数的增加而增大；随着相干度的逐渐减小，聚焦部分相干复宗量厄米高斯光束逐渐转化成高斯光束，光强的峰值随着光束阶数的增加而减小。通过改变光束的相干度，选择合适的光束阶数、光束腰宽及透镜的焦距长度，可实现对折射率不同的两类粒子的大范围、稳定捕获，所得结论对光学捕获具有一定的理论参考价值。

报道了基于半导体可饱和吸收镜锁模的大模场面积双包层掺镱光子晶体光纤(PCF)激光器。激光器采用环形腔结构，腔内无色散补偿机理，使其工作在全正色散锁模状态，在耦合进入光子晶体光纤的功率为12.2 W时获得了脉冲宽度为3.3 ps，重复频率高达93.33 MHz的稳定锁模脉冲激光输出，中心波长为1027 nm，3 dB线宽为1 nm，在耦合进入光子晶体光纤的功率为14 W时获得最高输出功率150 mW，激光器可连续稳定工作2 h以上，没有出现失锁现象。在不同实验条件中，观察到调Q锁模和脉冲分裂现象，并分别给出了分析和解释。

提出了一种多波长红外激光二极管的封装结构，为了提高该二极管输出的860、905、1064 nm(脉冲/单模)等多种波长激光光束的平行性，对该封装结构下几种光束的准直技术展开研究。通过对高斯光束在傍轴、离轴两种状态下的成像分析，总结并提出了一种“准共轴”激光光束的成像理论，在该理论基础上设计了多波长激光二极管的准直光学系统，并通过光学设计软件建立了相应的光路模型。在该光路模型指导下制备了多波长激光光源样机，并通过实验对该样机输出的“准共轴”光束的平行性进行验证。实验结果表明，该样机体积小、质量轻，其输出的“准共轴”光束覆盖了860、905、1064 nm(脉冲/单模)等多种波长，并具备良好的平行性。

高能化学氧碘激光(COIL)激光近场存在着大量的高频光，这部分光会对光束质量及强光通道附近的系统造成严重的危害，因此需要研究这些高频光在近场的传输规律。分析了各种不同的高频光的产生机理和特性，其中输出镜的衍射和高阶模对高频光的贡献最大，因此是主要研究对象。通过在光学通道内设置多个测试光阑测量了不同位置的能量，并根据该位置的空间角计算出高频光角谱。采用了三种不同的研究方法分别计算在不同出光时间下的角谱特征，得到了较一致的结果。研究结果表明高频光的角谱越往通道后端数值越大，当光束质量恶化时角谱值增大，通道内的能量损失增加。根据角谱曲线可以计算出每个防护光阑上的功率和能量，这为高能COIL激光系统热管理技术奠定了坚实的基础。

报道了一种由波长锁定878.6 nm半导体激光器抽运Nd:YVO4晶体的1064 nm激光器，当晶体吸收7.41 W的抽运功率时获得了5.75 W的1064 nm激光输出，相对于吸收功率的斜率效率为80.2%，光光转换率为77.6%，并且对波长锁定878.6 nm，非波长锁定的808 nm，878.6 nm抽运的激光器的温度特性进行了研究，结果表明利用波长锁定878.6 nm作为抽运源的激光器在10 ℃~40 ℃的温度变化范围内具有很好的输出稳定性。

研究了外腔钨酸铅(PbWO4)拉曼激光器的输出特性，介绍了由1064 nm纳秒脉冲激发的PbWO4固态拉曼放大器。实验所用的抽运源是电光调Q的Nd:YAG纳秒激光器。对于外腔PbWO4拉曼激光器，当入射抽运脉冲能量为40 mJ时，实验测得一阶斯托克斯脉冲的最大转换效率为13%，当入射抽运脉冲能量为48 mJ时，实验得到包括一阶斯托克斯脉冲在内的总散射光的转换效率为34%，获得的二阶斯托克斯脉冲的转换效率为23%。PbWO4拉曼放大器是对外腔PbWO4拉曼激光器产生的一阶斯托克斯脉冲进行放大，实验获得的放大后一阶斯托克斯脉冲的最大输出能量为11 mJ，放大倍数为3.3。

铝合金短路过渡熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊缝成形较差、熔深浅。利用高速摄像与电信号同步采集系统，研究了铝合金MIG焊短路过渡时的熔滴过渡特性，解释了铝合金采用短路过渡焊接时焊缝成形差的原因。采用激光与电弧旁轴复合焊接形式，发现激光的加入改变了铝合金短路过渡的熔滴特性，当激光功率在某一临界值以下时，熔滴过渡稳定，焊缝成形得到显著改善；当激光功率超过临界值时，熔滴过渡不稳定，焊缝成形改善效果不明显。对比传统MIG和激光-MIG焊在采用短路过渡焊接铝合金时的焊缝宏观形貌，激光的加入使熔滴铺展良好，余高降低，熔深增加。研究表明，激光的加入，将工程上焊接铝合金时不常应用的短路过渡MIG焊接形式变得有实际应用价值。

以H13钢为基体材料，以Co基合金和同粒径范围介孔WC的混合粉末为合金材料，采用半导体激光器在基体表面进行激光熔覆，通过介孔WC的特殊结构，获得均匀的高性能覆层。采用扫描电镜、能谱仪、X-射线衍射分析仪和显微硬度计研究熔覆层的显微组织、元素分布、相组成和显微硬度。利用高温磨损试验机对熔覆层在常温和高温下的磨损性能进行对比分析。结果表明，熔覆层主要由γ-Co以及碳化物硬质相WC、 Cr3C2、(Cr,Co)23C6和Cr7C3组成。由于介孔WC颗粒对熔覆层的弥散强化和固溶强化的作用，激光熔覆层显微硬度比基体提高了2倍左右。在600 ℃高温下，由于碳化物硬质相的作用，熔覆层的高温耐磨性相比H13基体提高了3倍左右，熔覆层的高温磨损形式主要以氧化磨损为主。由于温度的升高，熔覆层表面形成氧化膜，从而对熔覆层进行有效保护，因此熔覆层的耐磨性随着温度的增加而提高。

针对1 mm厚TC4钛合金薄板进行光纤激光-钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧复合焊接试验，研究了激光功率、电弧电流、热源间距、保护气成分等工艺参数对焊缝成形的影响，同时分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明：随着电弧电流增加、主保护气中He气比例升高，焊缝的熔化量逐渐增加；随着激光功率和两热源间距的增加，焊缝熔化量呈波动性变化。焊缝咬边程度和复合热源的热输入有关，输入的能量越大越集中，焊缝咬边深度越小。焊接保护效果主要由电弧输入的热量决定，输入的热量越大，保护效果越差。在优化的工艺参数下，复合焊接的接头抗拉强度高于母材，延伸率低于母材，这与焊缝中马氏体组织的分布有关，拉伸断裂位于母材。

激光诱导的羽辉对高功率光纤激光焊接过程具有重大影响。采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机进行了高功率光纤激光-非熔化极气体保护焊(TIG)复合焊接实验；通过高速摄像记录焊接过程中羽辉和等离子体的形态，并利用体视显微镜观测焊缝的熔深和熔宽。研究了TIG电弧对高功率光纤激光焊接羽辉影响的基本规律，并分析了产生这种影响的主要机制。结果表明，高功率光纤激光-TIG复合焊接熔深比单光纤激光焊接显著提高约20%，且基本不受电流大小的影响，焊接熔宽随电弧电流的增加逐渐增大；在一定热源间距范围，复合焊接熔深和熔宽对其变化不敏感。电弧对羽辉的作用机制主要表现为高温的电弧能够气化羽辉中的微粒，从而显著削弱羽辉对激光的影响。

利用激光扫描共聚焦显微镜动态研究大黄素β环糊精包合物在鼻咽癌CNE-1细胞的跨膜转运及分布。结果显示，大黄素β环糊精包合物以颗粒的形式主要分布于胞浆中，在其浓度为5~40 mg·L-1时细胞对其摄取量随浓度的增加呈非线性增加；NaN3、甘露醇可抑制CNE-1细胞对大黄素β环糊精包合物的摄入量，环孢菌素A(CsA)在药物浓度低(小于5 mg·L-1)时可显著增加细胞对大黄素β环糊精包合物的摄入量，而在药物浓度大时，反而抑制细胞的摄取量。相对大黄素而言，大黄素β环糊精包合物在细胞内持续时间较长。大黄素β环糊精包合物在鼻咽癌CNE-1细胞的跨膜转运主要遵循能量依赖的内吞模式且受P-gp蛋白的调控，这一特性可为药物剂型研究提供参考。

研究了偶联环状精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-D-苯丙氨酸-赖氨酸[c(RGDfK)]肽段的CdSe/ZnS量子点(QD-RGD)对喉癌血管靶向成像。利用羧基与氨基反应将c(RGDfK)肽段与QD偶联；采用荧光分光光度计对QD-RGD在RMPI1640培养基和小鼠血清溶液中的光谱稳定性进行了检测；利用荧光显微镜检测QD-RGD对Hep-2细胞和MCF-7细胞上整合素αvβ3的靶向性；最后将QD-RGD尾静脉注射到小鼠体内，检测了其对皮脊翼视窗中喉癌血管的靶向性。结果表明QD-RGD的发射光谱在RMPI1640培养基4 h内没有明显变化，在小鼠血清中24 h内发射光谱的荧光强度仅下降了20%；对细胞荧光成像表明QD-RGD能特异性与细胞表面的整合素αvβ3结合；血管成像表明QD-RGD 在注射2 h后聚集在喉癌局部血管，24 h 后QD-RGD从血管中移除。该研究表明QD-RGD能用于活体喉癌肿瘤血管靶向成像，这为喉癌的靶向诊断和靶向治疗研究提供了参考。

双芯光纤偏振分束器是一类基于模式干涉的偏振分束器，是以双芯光纤作为定向耦合器，经过双芯光纤的耦合区域后实现的偏振选择性输出，因而其输入、输出端的形状和尺寸会影响光的输出功率及特性。基于椭圆双芯光纤，在分束器的输出消光比满足一定要求（大于20 dB）的情况下，借助于RSOFT软件的Beamprop模块，研究双芯光纤偏振分束器输入、输出端口的形状和尺寸以及输入光的波长和线偏振角度对偏振选择特性的影响，及其可能的工作带宽和制作容差。结果表明，双芯光纤偏振分束器形状为S-Bend，X和Z方向的尺寸分别为40 μm和4000 μm的端口，输入光的工作带宽可以大于7.5 nm，对应的耦合区长度较短，约为209.87 mm。

通过康普顿散射模型、等离子体时间切片模型和数值计算方法研究了飞秒光丝中等离子体密度时演特性，提出了将康普顿散射光作为改变等离子体电子峰值密度的新机制，给出了带电粒子动力学修正方程，并进行了数值计算。研究发现散射使等离子体达到导电的时间缩短，电离区电子密度增长呈准饱和状态，电离衰退区电子密度近乎恒定，不同脉冲电离贡献率差别很小。随脉冲切片光强增强， O2电离贡献率有所下降，N2电离贡献率最终超过O2贡献率，等离子体通道内电子峰值密度增大，通道寿命延长。相同峰值强度下，长、短脉冲产生的电子密度峰值增长几乎相同，且较散射前有所减小。

提出了一种新型结构的光子晶体光纤(PCF),利用全矢量有限元方法对其色散和非线性特性进行了数值分析。通过优化结构参数，得到了三种在不同波段具有较高非线性的近零色散平坦、宽带色散平坦甚至色散超平坦的光子晶体光纤，并给出了这种微结构PCF预制棒的制备方法。这些新型光纤在全光格式转化、超连续谱产生、光波长转换等领域具有良好的应用前景。

对于偏分复用的正交相移键控(PM-QPSK)相干接收系统，提出了一种修正的基于高阶统计矩的光信噪比（OSNR）监测方案，讨论了不同占空比调制格式的修正结果以及该修正结果对剩余色散（CD）和偏振模色散（PMD）的容忍度。搭建了112 Gb/s PM-QPSK系统仿真平台，对8 dB～26 dB范围内的光信噪比进行了测量，结果表明提出的修正方案对不同码型的监测误差均小于0.5 dB。并且当OSNR为14 dB时，在0.5 dB的监测误差范围内，对CD的容忍度约为2800 ps/nm，对一阶PMD的容忍度约为65 ps。因此，这种修正方案可用于PM-QPSK相干接收系统中带内实时OSNR监测，且计算复杂度小、不需要额外的监测设备。

实验验证了一种结构简单、变换效率高的可调谐偏振不敏感全光波长变换器。光子晶体光纤由于其特殊的纤芯结构，能够保有较高的双折射效应。通过调节抽运光的偏振态,使之与光子晶体光纤的双折射轴成45°夹角入射,则此时信号光与抽运光在光子晶体光纤中进行简并四波混频过程时，其变换效率对信号光偏振态的随机变化不敏感,闲频光输出功率几乎保持不变。实验结果表明,所搭建的全光波长变换器在25 nm变换范围内,闲频光偏振敏感度低于0.6 dB,变换效率优于-15 dB(峰值可达-7.6 dB), 输出闲频光的光信噪比优于40 dB，长时间工作性能稳定，可实现开机自启动，是一种实用性强的偏振不敏感全光波长变换器。

光纤布拉格光栅(FBG)用于微弱振动检测时，当被测振动太微弱时系统输出传感信号的信噪比小于1，从时域采集的数据很难直接测得到信号的幅度和频率信息。提出一种信号处理方法，即将传感器在时域测量获得的连续数据分段后，对每段数据分别进行快速傅里叶变换获得其对应的功率谱信号，然后将频域信号做叠加平均得到新的数据。实验结果表明，采用这种频域叠加平均的方法处理后，FBG传感信号在频域内的信噪比提高了15.6 dB，明显提升了微弱信号的检测能力。初步实验表明: 该系统对FBG波长变化的检测灵敏度可提高到1.5 fm。该信号处理方法特别适合噪声环境恶劣、被测信号以一定频率持续存在的工程应用领域，对实际环境下微小振动的识别与检测具有较大的意义。

阐述了星地激光通信捕获、跟踪、瞄准(ATP)系统中光斑探测相机的作用。当相机的探测器上存在坏点时，光斑探测相机的虚警率和定位精度将受到影响。分析了面阵探测器的坏点种类与来源以及星地激光通信ATP系统光斑探测相机的特点。依据相机的特点提出了对应的实时坏点检测及校正方法。设计了基于STAR1000探测器的光斑探测相机，并在该相机中应用了实时坏点校正方法。对该校正方法进行了实验验证，实验结果表明该算法能够有效抑制坏点像元，并纠正其灰度值。由于该校正方法处理延时小且能够有效降低存在坏点时相机的定位误差，非常适用于星地激光通信ATP系统。

研制了一种直接熔融塌陷锥形光子晶体光纤(PCF)马赫曾德尔干涉仪(MZI)传感器，它是通过电弧放电的方法使光子晶体光纤空气孔受热塌陷，从而直接在光子晶体光纤上形成一个锥区制作而成的，可通过控制电弧参数以及放电次数来灵活控制锥区结构。研究了不同锥区长度下的输出光谱及其传输光谱随外界(RI)折射率的变化关系。实验结果表明，随着锥区长度的增加，在整个波长范围内MZI输出光谱的自由光谱区减小，且自由光谱区在1554.34 nm波长附近由33.38 nm减小到7.86 nm。在1.3414~1.3862折射率变化范围内，该传感器的折射率测量灵敏度可达276.38 nm/RIU(RIU为折射率单位)。

捕获、对准、跟踪系统是空间激光通信重要组成部分，是通信正常进行的前提与保障。针对捕获系统中的初始指向内容进行了详细研究，给出初始系统指向系统模型，应用坐标转换矩阵补偿由于位置不同、姿态变化、安装基准轴差异、初始零位不一致等对初始指向方位角和俯仰角的影响。提出初始指向系统视轴标校方法，根据误差分析方法确定了指向精度及捕获不确定区域大小。在飞机飞机动态演示实验中，应用双天线全球定位系统/捷联导航系统(GPS/INS)组合器件实时得到位置、姿态等参数，实现初始指向系统性能测试。借助观靶相机实际测量本系统捕获不确定区域大小为10 mrad，与理论分析结果基本一致。

阐述了温梯法生长大口径、高质量的掺钛蓝宝石晶体。生长的钛宝石在300～900 nm波段具有较好的光学吸收特性，通过测定晶体横截面不同位置处的吸收系数来表征掺杂浓度的均匀性。测定钛宝石在200～1100 nm波段的透射率，计算品质因素(FOM)值在240以上。钛宝石晶体的静态和单发放大的光斑质量较高、无畸变，其抽运激光的放大输出能量达到国际相同规格钛宝石的同等水平。

通过利用低压金属有机物化学气相沉积技术，在不同偏向角的GaAs衬底上生长了GaAsP/GaInP量子阱外延层结构。通过对样品室温光致发光测试结果的分析，讨论了势垒层生长温度、势阱层Ⅴ/Ⅲ比以及衬底偏向角对外延片发光波长、发光强度及半峰全宽的影响。发现在相同生长条件下，势垒层低温生长的量子阱发光更强；降低势阱层Ⅴ/Ⅲ比可以增加样品的发光强度，同时发光的峰值波长会出现红移。相同生长条件下，样品的发光强度会随其衬底偏向角的增加而增强，半峰全宽随其衬底偏向角的增大而减小。

利用双光束复合脉冲激光辐照石墨悬浮液沉积技术，制备了高效率、高质量的纳米金刚石薄膜，成功解决了金刚石薄膜沉积不均匀和衬底温度对金刚石薄膜的影响。通过拉曼光谱仪和高分辨率透射电镜对薄膜的微观结构和组成进行了检测分析，实验结果表明，Raman光谱的D峰出现在1334 cm-1处,G峰出现在1571 cm-1处，沉积的薄膜致密均匀，晶粒平均尺寸在5 nm左右。在制备过程中通过复合激光束辅以温度为金刚石薄膜的生长提供了更有利的条件，并在常温常压下连续制备出了粒度分布均匀的纳米金刚石薄膜。

摄像机成像模型是决定视觉测量精度的关键因素之一。随着视觉测量精度的要求越来越高，提高摄像机模型和标定的精度是解决该问题的主要手段。将一种新的有理函数式镜头畸变修正模型引入到摄像机的成像建模中，以更好地修正镜头畸变引起的误差，从而提高摄像机成像模型的精度；并提出一种两步求解以及分步迭代优化的方法精确求解成像模型中各参数，以解决有理函数式畸变模型参数无法直接求解的问题。实验结果表明，基于新畸变修正模型的摄像机成像模型比常规畸变修正模型的标定精度有显著的提高，并且新模型对大误差的控制更有效，从而可整体提高视觉测量的精度。

针对传统外极线约束的匹配算法存在误匹配率、漏匹配率较高的问题，提出了基于图像相似几何特征的双目匹配检验和筛选算法。利用外极线几何约束算法获得不共外极线和共外极线的初始匹配点。根据左右图像正确的匹配点具有相似的几何位置关系，引出最大向量角和最大角度差准则。对于不共外极线的初始匹配点，提出了基于更新策略的视差梯度约束与最大向量角准则相结合的误匹配剔除算法，降低了误匹配率，并且克服了只用视差梯度约束过多误剔除的缺陷。对于共外极线的初始匹配点，提出利用最大角度差和最大向量角准则筛选正确的匹配点，然后进一步利用顺序一致性约束和视差梯度约束检验筛选的匹配点，降低了漏匹配率。实验结果表明，该算法匹配准确率高，通用性强，误匹配率和漏匹配率分别能控制在0.1%和7%以内，适用于不同复杂程度的被测物体。

光栅横向剪切干涉仪能够实现超高精度检测光学系统的波像差，是当前光刻镜头研发的重要组成内容之一。零级串扰和相移误差是影响光栅剪切干涉仪检测精度的两个主要因素，为此，提出了一种十三步光栅剪切干涉相位复原算法，在消除零级串扰的同时，还能够极大地降低对相移误差的苛刻要求。分析表明，当相移误差不大于25°时，相位复原误差小于0.01°（即2.8×10-5λ）。对于λ＝193.386 nm，相位复原误差小于0.005 nm。因此，通过系统误差校正，光栅剪切干涉仪检测光刻镜头系统波像差的精度能够达到亚纳米级。

介绍了一种基于Hilbert变换的激光超声波传播图像方法，通过采用脉冲激光器在被测材料表面产生超声波信号，对接收的超声波信号进行Hilbert 变换，并详细分析了超声波信号在被检测材料表面传播的时域波形图，最后利用超声波成像技术将超声波信号在被测材料的传播过程进行图像显示。实验结果表明：采取Hilbert对超声波信号进行变换的方法不仅能有效地提取超声波信号在缺陷处传播的信息，还能从超声波传播的图像中直观、高效地检测出表面缺陷的形状、大小及分布情况。因此，提出的Hilbert变换的激光超声波成像技术为工业中缺陷的定量检测提供了方法。

已有的相位解包裹算法都只是对真实相位进行求取而忽略了相位包裹数k值存在的意义。基于最小二乘解包裹算法提出对k值直接求取的算法，从而对解包裹更能准确地求出真实相位。在此基础上，提出新的解包裹方法，不仅提高了解包裹的精度，而且减少了解包裹的时间，加快了运行速度，并通过程序验证了该算法的可行性。为高精度、大计算量的解包裹提供了新的参考方法。

在分析光栅横向剪切干涉仪典型结构及系统参数配置，给出其适用范围的基础上，系统研究了该干涉仪结构最显著的系统误差：几何光程误差和探测器倾斜误差。采用Zernike多项式给出波前重建前后系统误差项的解析表达式；对其大小与被测数值孔径(NA)、衍射光会聚点间距d、剪切率s之间的关系进行了定量分析。几何光程彗差和像散、探测器倾斜像散和离焦是剪切干涉差分波前中最主要的误差项，波前重建后主要导致几何光程球差和彗差，探测器倾斜彗差。重建波前误差随着NA、d的增加而迅速增大，随着s的减小而增大。特别是小剪切(s≤0.05)时，波前重建对系统误差有增益效应，重建波前的系统误差值远大于差分波前。小剪切情况下，当d>2 μm、NA>0.1时，重建波前误差的均方根值远大于1 nm。

提出了一种基于双波长干涉数字相位测量的钢球表面缺陷检测方法。采用波前匹配照明光路对钢球进行照明成像，理论分析表明当入射光波前曲率半径与钢球表面曲率半径相等时，钢球将获得最大空间角的有效照明，其照明空间角取决于物镜的数值孔径。用双波长干涉和数字相位处理得到等效波长包裹相位，从而增大包裹相位的测量量程，避免相位解包裹处理，用相位掩模标定法对等效波长中的倾斜因子和二次球面波相位畸变进行校正，得到了高精度的钢球表面三维数据。通过实验对钢球表面的缺陷和粗糙度进行了检测与分析，实验结果证实了该方法的有效性。

针对大尺寸圆锥体工件的几何形貌，提出将三维激光扫描和虚拟环境引导定位结合的快速几何参数测量系统。该系统由两个固定的激光扫描仪高速获取工件两端上表面的关键轮廓，并依据端面特点构造垂直和水平的虚拟基准面，从而生成三维虚拟测量模型；通过高度特征变化识别端面端点位置，结合空间投影和最小二乘原理拟合出端面的圆心位置和直径大小；由空间圆心几何关系计算出锥体高和半角。利用该系统对几种典型的大尺寸圆锥体进行检测，得到端面直径和锥体高的检测分辨力为10 μm，检测精度为100 μm，锥体半角检测分辨力为0.001°，检测精度为0.010°。实际运行结果表明，该设计系统结合人机交互界面，能很好满足在线生产中对大尺寸锥体工件几何参数检测要求。

激光主动成像系统通常用于区域监视和目标识别，但其上的光电成像探测器容易受到激光干扰，进而导致目标识别误差甚至目标丢失。因此，从目标识别特征的失效程度出发，研究激光干扰效果评估具有重要意义。提出了一种特征点相似度（FPSIM）评估算法，利用加速分割测试特征(FAST)算法提取原始图像和干扰图像的特征点，然后通过特征点匹配得到目标区域，在目标区域位置计算它们的特征点保持度和稳定度，提取原始图像特征点的位置，并在两幅图像中对应相同位置处比较它们的局部亮度和对比度失真度，再将特征点保持度、稳定度和亮度、对比度失真度相乘得到归一化的FPSIM。利用激光主动成像系统对设定目标进行照明成像实验，采集了不同干扰功率、不同背景强度和光斑位置的干扰图像。使用提出的FPSIM算法对获得的激光干扰图像进行评估，结果证明FPSIM能够客观反映图像在目标识别过程中特征点的变化情况，通过与归一化均方误差(NMSE)及结构相似度(SSIM)方法对比，FPSIM算法对不同程度的激光干扰图像都给出了合理的评估结果，其评价结果更符合主观视觉感受，并且能够指导激光主动成像识别系统的防护与应用。

从多视角几何的角度分析了强视差下基于运动相机的运动目标检测问题，提出了曲面单应模型，给出了多视角下的三维静止场景的约束条件。现在一般的方法是平面加视差或直接用基础矩阵等简单的几何约束，但无法解决约束条件退化的问题。该算法框架提出了比基础矩阵更强的约束条件，将基础矩阵面退化情况改进为曲面单应下的线退化，并根据曲面单应引入了建模、学习、检测的过程，从而解决了约束条件退化的问题。与以往算法不同，该算法不需要主平面，也不需要防止摄像机出现退化的情况。根据实际采集的图像序列进行了分析对比，真实的数据测试表明该算法在保证算法准确性与稳定性的前提下，能快速有效地学习摄像机的运动，极大地提高了运动目标的探测率，解决了约束条件退化的问题。

单向激发表面等离子体，在光通信、集成光学、光刻等方面有着广泛的应用。从理论上提出了一种亚波长金属狭缝凹槽结构，利用背照射的激发方式，在金属膜表面实现了单向激发表面等离子体。设计过程中采用时域有限差分法进行数值模拟。首先改变凹槽的深度和宽度使得通过凹槽传播的表面等离子体的电场强度达到最低，并利用散射矩阵理论解释了其物理机制。然后基于表面等离子体干涉原理，改变狭缝与凹槽之间的距离使向背离凹槽一边传播的表面等离子体干涉加强，从而使金属狭缝-凹槽结构实现单向激发表面等离子体，最大分束比可以达到8。

数值分析了亚波长悬浮芯光纤在气体传感方面的应用。利用有限元法研究了相对灵敏度、有效模场面积、限制损耗与光纤参数包括纤芯直径和光纤材料折射率之间的关系。结果显示，相对灵敏度和限制损耗随着纤芯直径和光纤材料折射率的降低而增加。随着纤芯直径的减小，有效模场面积出现了先减小后增加的现象。增加包层孔直径能有效降低限制损耗，而相对灵敏度和有效模场面积保持不变。这些结果证明，亚波长悬浮芯光纤非常适合成为高灵敏度、大有效模场面积、低限制损耗的气体传感器。

随着光学遥感技术的发展，光谱辐射定标受到越来越多的关注。积分球渐渐成为紫外和可见波段辐射定标的主要工具，然而积分球存在无法输出单色光、稳定性不够持久等问题。为解决上述问题，提出一种基于双Féry棱镜色散相减结构的光谱辐照源的设计方法。该新型光谱辐照源的光谱范围为240~2400 nm；光谱带宽在350、600、1000 nm处分别小于3、9、29 nm。经过光学设计软件Zemax设计和仿真，新型光谱辐照源的均匀度在Ф50 mm范围内小于1.9%，在Ф30 mm范围内小于1.4%，并且其系统偏振度小于0.7%。该辐照源可以用来测量探测器和光谱遥感仪器的光谱响应和几何定标。辐照源与起偏器连用可以测量仪器的偏振响应，具有广泛的实用。

半导体抽运碱金属蒸气激光器（DPAL）具有量子效率高、气体介质循环流动散热、全电操作、结构紧凑等特点，是极具发展潜力的新型高能激光光源。其中，增益介质内碱金属原子浓度测量是对DPAL进行诊断测试的重要研究内容。通过利用单频分布布拉格反射(DBR)激光器波长扫描测量铷蒸气的吸收光谱，采用对激光器进行温度调节与电流扫描相结合的方法进行扫描光谱范围拼接，利用无跳模调谐范围为23 GHz的激光器实现了100 GHz的无跳模光谱扫描范围，在此基础上测量了充入大气压量级缓冲气体铷蒸气的完整吸收光谱。通过与理论计算结果进行参数拟合得到了铷原子浓度。该方法可应用于高功率抽运条件下流动介质DPAL中碱金属原子浓度的测量。

将激光诱导击穿光谱技术(LIBS)应用于测量飞灰中C、Si、Al、Mg和Fe等主要元素，飞灰样品与粘结剂KBr混合压制成压片，对比分析不同环境气体（CO2，空气，N2，Ar）下飞灰等离子体特性，探究环境气体对飞灰测量的影响。研究结果表明Ar环境下光谱强度最高，N2次之，空气环境下强度稍低于N2环境，而CO2环境下不仅整体光谱强度最低，且由于背景气体CO2中存在的C元素被激发,对飞灰含碳量的测量存在严重的干扰。同时对比不同环境条件下的等离子体温度特性，结果表明Ar条件下等离子体温度最高，CO2条件下等离子体温度最低，这也表明在CO2环境下最难激发。

实现土壤中钾元素含量的快速、现场测量对农田施肥与农业生产管理具有重要意义。利用波长为1064 nm的NdYAG脉冲激光器作为激发光源，以宽光谱范围、高分辨率的中阶梯光栅光谱仪和高灵敏度的增强型电荷耦合器件(ICCD)作为光谱分光和检测器件，研究土壤中钾元素的激光诱导击穿光谱特性。实验中以钾元素的769.90 nm谱线作为分析线，确定探测最佳延时为1 μs，最佳检测门宽为5.2 μs，钾元素质量分数的检测限为0.006858%，得到土壤样品定标曲线，且预测值与真实值相对误差小于5%。通过对12种不同基体类型的标准土样进行检测分析，结果表明，在实际的定量检测中需针对不同基体类型土壤样品进行分别标定。该研究结果为土壤钾元素的快速、现场定量检测提供了参考。

采用蒙特卡罗方法对基于制备低速浓密原子源(LVIS)产生的三维磁光阱(3D MOT)冷原子束过程进行模拟和系统性能参数优化。在Matlab软件中产生位移满足均匀分布，速度满足麦克斯韦波尔兹曼分布的107个原子，通过仿真计算得到冷原子束的纵向速度分布和原子通量等关键参数。当冷却光光强为3 mW/cm2，失谐量为5Γ时，模拟得到的原子束的纵向最概然速率为8 m/s，速度分布的半峰全宽(FWHM)约为2 m/s。模拟和实验研究了原子束最概然速率和通量随冷却光光强和失谐量变化的关系，结果表明冷却光失谐量为影响冷原子束速度分布和通量的主要因素，而冷却光功率在达到一定饱和强度后对原子束性能影响不大。