针对3 kW 半导体激光器应用于机器人表面改性系统，聚焦光斑不均匀问题，提出了一种采用菲涅耳透镜对面阵高功率半导体激光器输出光斑进行聚焦匀化的方法，设计出尺寸为10 mm×2 mm 的均匀矩形光斑。利用Zemax 和Matlab 软件进行仿真分析，研究了菲涅耳透镜楞距和入射光发散角对聚焦系统焦斑均匀性的影响。结果表明，当菲涅耳透镜楞距在1 mm 以内时，焦斑均匀性最佳约为94.90%。随着楞距的继续增大，输出光斑均匀性会逐渐降低。当楞距增大到2.5 mm 后，光斑的均匀性不再随楞距的增大而变化，基本稳定在93.85%左右。焦斑的均匀性会随着发散角的增大有所提高，但是发散角太大会使聚焦难度增加，而且光斑均匀性也随之劣化。当菲涅耳透镜楞距为1 mm，入射光发散角在12.5~20 mrad范围内时，焦斑均匀性最好约为95.22%。

提出并实现了一种基于扭绞保偏光纤光栅的单纵模单偏振掺铒光纤激光器。光纤激光器的线型激光谐振腔由两个均匀保偏光纤光栅构成并作为激射波长和纵模模式选择器件，均匀保偏光纤光栅采用248 nm KrF 准分子激光直接刻写在不需要氢载的自制保偏光敏掺铒光纤上。利用保偏光纤光栅引起的偏振依赖损耗效应，通过对光纤激光器谐振腔进行适当扭绞，成功实现了稳定输出的单纵模单偏振掺铒光纤激光器。

结合神光II升级装置腔空间滤波器远场准直的特点，通过建立孔间耦合模型，提出了一种孔间前馈补偿和孔内反馈调节相结合的多孔串并行综合准直控制方法。该方法通过位置预估和局部极值搜索来实现所有基准中心的提取,并依据图像Jacobian 矩阵，计算各反射镜电机的反馈控制量。将前孔准直调节量作为后孔准直扰动，并利用孔间耦合模型计算出后孔准直所需的前馈扰动补偿控制量，综合反馈控制量和前馈补偿量实现多孔的串并行准直调节。实验结果表明，基准中心的识别准确率达到97%以上，准直时间由约1 min缩短至30 s左右，在很大程度上提高了准直效率。

提出一种基于3×3 耦合器的非平衡迈克耳孙干涉仪的延时自外差技术，理论分析了此技术用于测量窄线宽单频激光器噪声的原理，搭建了测试系统，对Emcore公司的分布反馈式(DFB)半导体激光器以及NKT公司的商用超窄线宽DFB 光纤激光器这两类典型光源的相位噪声、频率噪声以及线宽进行了测试。结果表明，此技术可以用于完整地测试不同类型激光器的噪声特性，并且验证了此技术的正确性和稳健性。

二极管抽运固体激光器(DPSSL)热管理技术是决定其小型化、插头效率和光束质量等性能的关键因素之一。研究了基于低熔点液态金属镓合金相变材料的二极管抽运激光器(DPL)温控技术。对比实验研究结果表明，与体积更大的风冷肋片散热器相比，相变材料散热器能使激光器在高温55 ℃环境中正常工作时间从1 min延长到6 min、制冷功耗减小到46%、散热分系统体积减小到53%，并使激光器系统的插头效率由3.02%提高到3.77%。理论计算和有限元仿真模拟再现了液态金属相变过程中温度变化规律，再次表明液态金属相变材料散热器具有功耗低和体积小等优势。为拓展液态金属相变材料在激光器热管理领域的应用奠定了理论和实验基础，具有重要的工程应用价值。

为实现20 mm 厚16MnDR 钢板的窄间隙焊接，设计实验探究了钝边尺寸和坡口角度对焊缝成形及焊接效率的影响，并对坡口尺寸进行优化。在此基础上，采用单激光自熔焊打底，多层多道激光-电弧复合焊填充的工艺实现了20 mm 厚16MnDR 钢板的窄间隙焊接。结果表明，在该工艺条件下，焊缝表面成形良好，焊缝内部也没有明显缺陷产生，与传统工艺相比，焊接线能量降低45%，焊接效率提高155%，具有明显优势。对接头力学性能进行测试发现，接头的抗拉强度略高于母材的抗拉强度，满足强度要求，且将接头弯曲至180°时，接头处没有明显裂纹产生，满足弯曲性能要求。

以抗拉强度700 MPa级Nb-Ti微合金化C-Mn钢为研究对象，采用高功率光纤激光器对4.6 mm 厚钢板进行了拼焊实验，研究了热输入(162、175、187、226 J/mm2)对全熔透焊接接头显微组织、显微硬度、拉伸性能及冲击韧性的影响。研究表明，4种热输入条件下，焊缝区和粗晶区组织均以板条马氏体为主，存在不同含量的贝氏体和铁素体；随着热输入的增加，粗晶区原始奥氏体晶粒尺寸逐渐增大；热输入对细晶区和混晶区的组织影响不明显。焊缝区和热影响区平均硬度均高于母材；随着热输入的提高，焊缝区硬度和焊接接头的峰值硬度逐渐降低，主要原因是热输入增大形成贝氏体和铁素体。4 种热输入条件下焊接接头的抗拉强度高于母材。4 种热输入条件下焊接接头冲击吸收功均高于母材，且均为韧性断裂，研究范围内的热输入对焊接接头冲击性能影响不明显。

采用激光熔覆技术，在Q235 钢表面分别制备了316L、不同质量分数(5%、10%、13.26%)和不同尺寸(纳米、微米)的316L-SiC 熔覆层。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X 射线能谱仪(EDS)、X 射线衍射仪(XRD)等检测了熔覆层显微组织并分析了强化机制，利用显微硬度计和摩擦磨损试验机分析了熔覆层的横截面硬度分布和表面摩擦磨损性能。结果表明，316L+10%SiC 为适当的添加量。在相同添加量时，微米SiC 发生部分分解，有残留的SiC 相；纳米SiC 发生完全分解，生成新的强化相碳化物M7C3 和硅化物FeSi，新的强化相有效地抑制了柱状晶生长，使熔覆层组织转变为胞状晶，并且抑制了搭接重熔区的g-CrFeNi晶粒长大，其熔覆层硬度最高达到527 HV，比316L熔覆层提高了132%，与微米SiC 熔覆层相比，其硬度提高100 HV 以上，摩擦系数和磨损量均最小，具有优良的抗磨损性能。

以厚度2 mm的低碳钢为基体材料，采用脉冲激光将厚度约为25 μm的Fe-Si-B非晶带材熔覆在低碳钢基材表层。研究脉冲功率P、脉冲宽度T、脉冲频率F、光斑直径f等工艺参数对涂层表面成形、稀释率、组织结构和显微硬度的影响。研究结果表明，当P=18.4 W，T=3.2 ms，F=3.0 Hz，f=0.3 mm时，涂层成形良好、稀释率最低、结构致密，且与基材之间呈良好的冶金结合。随着脉冲功率增大，涂层越容易发生晶化，且晶化相α、涂层、Fe₂B及Fe₃Si的含量和种类均增加。随着脉冲功率增大，涂层厚度增大，但涂层显微硬度下降；涂层中部显微硬度值最高，可达1400 HV，远高于低碳钢基材的100 HV。

基于光学显微镜、扫描电镜、同步辐射X 射线成像、电子背散射衍射技术、显微硬度计、拉伸性能测试以及有限元仿真探讨了光纤激光-脉冲MIG 复合焊接2 mm 厚7020-T651铝合金的微观组织与力学特性。结果表明：焊缝、熔合线和母材分别为粗大等轴树枝晶、粗大柱状晶和典型的轧制组织，紧邻熔合线存在一个约100 μm 宽的等轴细晶区；接头的抗拉强度、屈服强度、延伸率和强度系数分别为260 MPa、213 MPa、4.8%和0.7；强化元素Zn 的蒸发烧损和再分布以及强化相颗粒变异的综合影响，导致焊缝的硬度值最低(75 HV)，约为母材的62.5%，但不是导致接头应力集中的重要原因，焊趾区微小缺口才是导致接头疲劳强度降低的根本原因。

热处理是改善激光沉积修复GH4169合金力学性能的重要手段。研究了不同热处理方式和时效热处理温度对激光沉积修复GH4169合金高温拉伸性能的影响规律，结果表明：采用局部热处理和真空热处理方式对修复试样进行直接时效热处理后，试样显微组织与沉积态基本一致，枝晶间Laves相少量熔解；真空热处理后试样的高温抗拉强度和屈服强度略高，达到锻件标准Q/3B 548-1996(高强)的86%和95%，断后伸长率略有下降。在提高时效热处理温度后，Laves脆性相进一步轻微熔解，修复试样的高温抗拉强度与屈服强度有所提高，达到锻件标准的92%和98%。

动态Allan方差是分析光纤陀螺随机误差的一种新方法。针对其采用固定窗长的窗函数截断信号，导致动态跟踪效果与方差估计值的置信度不能兼顾的问题，提出了一种基于峭度自动调节窗长的改进算法。算法引入峭度参数表征陀螺输出信号的平稳程度，以滑动窗内数据的峭度值为变量构造窗长截取函数，应用窗长函数根据短时信号的稳定程度自动确定截断窗窗长，并用其来截取随机信号进而进行Allan 方差估计及误差系数实时辨识和提取，同时将方差估计值和误差系数时间曲线分别绘制在三维或二维图上。对仿真和实测数据分析结果表明：新算法既能在平稳性好的数据段保持较高的置信度，又能在发生动态变化时及时跟踪信号，可以更好地对光纤陀螺的随机误差系数进行实时在线提取和分析。

双螺旋手征光纤光栅具有波长和偏振的双重选择性，在光纤传感系统中极具应用价值。目前报道的具有圆偏振滤波作用的双螺旋手征光纤光栅螺距仅为几十微米，传输损耗高，机械强度低，限制了其应用范围。基于光纤的复耦合模方程，研究了常用的涂覆光纤，即当涂覆层折射率大于包层折射率时，双螺旋光纤的偏振滤波特性。研究表明，涂覆光纤不仅能增加光纤的机械强度，还能将光纤的螺距增加到数百微米。因此，光纤的传输损耗可被有效降低，有望满足中等距离的传输或传感光纤的要求。分析了光纤参数对双螺旋光纤偏振滤波性能的影响，结果表明增加芯层模和包层模的耦合系数是提高光纤偏振性能的有效途径，对双螺旋圆单偏振光纤的研制有一定的指导意义。

利用模式耦合理论和有限元求解方法，研究了基于选择填充光子晶体光纤(PCF)的耦合器对弯曲的响应。引入等效折射率(RI)，将弯曲波导简化为直波导，仿真确定耦合波长并分析器件弯曲传感性能。研究表明，耦合波长的移动与弯曲曲率呈线性关系，并指示弯曲方向；耦合波长由填充液体折射率和空气孔直径决定；弯曲灵敏度取决于填充孔与纤芯距离。利用此规律，设计了基于选择填充PCF的二维弯曲矢量传感器。在PCF截面上选择相互正交的2个空气孔，分别填充不同折射率液体，2条液体波导各自与纤芯形成耦合器，监测2个耦合波长变化即可求解器件的弯曲曲率及在二维空间中的弯曲方向。该传感器具有良好的设计柔性与制备可控性，具有良好的应用前景。

提出了一种基于波长选择开关(WSS)和光纤时延线结构的动态可重构、高码片速率的二维跳频-扩时(WH/TS)编解码器实现方案，阐述了其工作原理并进行了系统实验验证与仿真研究。设计实现了数据速率为2.5 Gbit/s的光码多分址(OCDMA)实验系统，完成了40 km 的传输实验，并实际测得编码器的群时延和插损特性，利用VPI软件仿真验证了编解码器的码片速率可达500 GChip/s。实验结果表明：基于WSS和光纤时延线的编解码器不仅能够正确完成脉冲信号的编码和解码，而且传输系统实验的误码率(BER)优于1.00×10_-9。

采用固溶+激光冲击强化(LSP)+时效方法，研究了AZ80镁合金轧板和铸态组织参数(形变孪晶和析出相)和残余应力演变，以及时效处理对其影响。结果表明，固溶+LSP处理后轧板强化层内形成高密度孪晶的形变带，铸态合金高密度形变孪晶产生于晶界附近，均产生于应力集中和高能区域，产生一次或多次孪晶，呈平行或交叉孪晶。时效后连续析出大量的颗粒状β相，其优先于形变带内、孪晶界面或片状孪晶内析出，与晶粒尺寸相关。时效后轧板和铸态冲击表面残余压应力分别为由-100.8 MPa 和-68.9 MPa 转变为-67.8 MPa 和-35.9 MPa，即应力松弛为32.7%和48.7%。LSP 次表层硬化效果明显，其时效强化效果较弱。残余压应力及其热稳定性是影响高密度形变孪晶的形成主要因素之一。

研究了温度对激光染料掺杂胆甾相液晶的激光波长的影响，发现胆甾相液晶输出的激光波长总体上随温度的升高而红移，但是不同厚度的样品随温度变化的趋势略有不同。样品较薄时，激光波长随温度变化呈周期性的跳变式增长，而在相邻两个跳变温度之间的一小段温度范围内则随温度的升高而蓝移，且激光波长随温度变化产生突变的周期随样品厚度增加而减小。当样品厚度足够大时，激光波长随温度变化产生的突变消失，几乎随温度呈线性增长。分析了产生该现象的物理机制，并对其进行了理论模拟。模拟结果与实验结果一致。厚的染料掺杂胆甾相液晶样品产生的激光波长随温度线性变化的这一特性，可以用于温度传感。

采用单道搅拌摩擦搭接焊，实现了铜合金与不锈钢异种金属的焊接，在连铸结晶器用的Cu-Cr合金表面制备了304 不锈钢过渡层。通过激光熔覆技术，在不锈钢过渡层表面制备了含有WC 颗粒的镍基合金熔覆层。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X 射线衍射仪(XRD)和显微硬度计，对镍基合金熔覆层和过渡层的显微组织、物相构成和硬度进行了分析。结果表明，不锈钢过渡层与铜基体形成了可靠的连接，在焊合区中下部形成了均匀的钢-铜层状结构；在层状结构中形成了金属间化合物NiCu₄，其硬度达337.26 HV；同时，镍基熔覆层组织致密，其强化相由γ-Ni、Ni₃Fe、WC、W₂C、和Cr₂₃C₆组成。显微硬度明显提高，平均显微硬度为485.0 HV，是铜合金基体的5.7倍。

以三角晶格空气环光子晶体线波导结构为研究对象，分析了空气环散射元内半径R_in和外半径R_out对波导慢光特性的影响，结果表明R_in/R_out的值在0.15~0.35之间时，能够获得宽带慢光，而且邻近波导两侧首排空气环的外半径R_fout相对于其内半径R_fin对慢光特性的影响更大。当波导两侧首排散射元为空气孔时有利于慢光群速度的降低、为空气环时有利于获得更宽的带宽。当波导两侧首排散射元由空气孔和空气环交替排布构成新型非对称线缺陷波导结构，同时具有了两类散射元的优点，它的群速度与带宽特性优于对称型波导，实现了群速度为0.0086 c、波长范围为6.588 nm 的低色散慢光。

提出了一种以非对称双开口环谐振器为基本单元的新型高品质因数Q 太赫兹超材料结构。当入射电场为垂直极化时，所提出的结构在不同的太赫兹频段分别表现出束缚模谐振、混合模式谐振和偶极子谐振3 种谐振响应，通过改变其单元结构的开口位置和水平金属微带线间的垂直距离可以调节3个谐振响应的品质因数和中心谐振频率。其中，束缚模谐振的品质因数最高可达40，相应的3 dB 带宽约为11.1 GHz；混合模式谐振的品质因数可达16，相应的3 dB 带宽约为62.4 GHz。这种具有高Q 值的太赫兹超材料在高分辨率薄膜传感器、高性能窄带滤波器以及高频调制器中具有广泛的应用前景。

通过尿素均匀沉淀法合成了荧光磁性Fe₃O₄@Gd₂O₃∶Eu³⁺纳米空心球，并且设计了一种壳-壳结构。利用模板法合成的这种壳-壳结构很好地避免了磁性纳米粒子的凝聚。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)测试结果表明，得到的Fe₃O₄@Gd₂O₃∶Eu³⁺空心球直径均约为390 nm，并且磁性层和荧光层的厚度分别约55 nm 和15 nm。壳的厚度和空心纳米球的尺寸可以很容易地通过调整原料的浓度和氧化硅模板的尺寸来控制。所制备的Fe₃O₄@Gd₂O₃∶Eu³⁺空心球表现出较高的饱和磁化强度(17.1 emu/g)，在紫外线的激发下发出较强的红光。这种特征使它完全可以应用于靶向治疗、免疫检测、磁性分离、荧光追踪等方面。该合成路线对其他多功能纳米空心球的可控合成也具有重要的意义。

基于相位调制的迭代算法被用于高功率激光驱动器的波前在线测量和大口径光学元件的离线检测，该算法只需要单幅衍射光斑和一块分布已知的随机相位板，利用图形处理器(GPU)硬件加速后可在30 s 以内完成迭代计算，并且集成后结构紧凑，基本可放置于高功率激光驱动器的任意位置。基于该方法完成了焦斑预测和对比实验，在现有高功率激光驱动器中对种子光的波前分布进行了在线测量，同时实现连续相位板(CPP)的离线检测。相关实验表明，该算法能够用于解决高功率激光驱动器中焦斑预测、波前在线恢复和大口径光学元器件检测的问题，具有广泛的适用性，适用于高功率激光驱动器的波前测控系统以及作为元件检测的新方法，对于激光驱动器的发展具有十分重要的实际意义。

基于主元分析的随机相移算法在动态干涉测量中有重要的应用。目前现有文献尚不能解决该算法存在的相位符号不确定性以及无法评估提取相位结果的可靠性。为了解决该问题，利用主元分析方法从随机相移干涉条纹中同时取相位分布和相移值，然后分析相位符号、精度与相移值之间的关系，最后利用所求相移值确定相位符号并表征相位的可靠性。数值分析和实验结果验证该方法的有效性。数值模拟结果表明相位符号由相移值曲线斜率的符号决定，相位提取结果的可靠性取决于相移值的随机统计特性。

研究了一种基于偏振特征的连续太赫兹(THz)波成像检测技术。实验采用相干公司SIFIR-50 连续THz 波激光器作为光源，搭建THz实时偏振成像系统。根据目标透射光偏振特性的差异，利用日本NEC 公司IRV-T0831C 型非制冷测微辐射热THz相机，获取金属结构、货币水印和隐藏物体三类典型目标的THz波透射图像，计算目标的斯托克斯参量图像和偏振图像，分析了THz波偏振成像的检测特性。实验表明，THz偏振成像技术既发挥了THz波无损成像的优势，又能有效提高目标的识别效率，使不同目标物体的成像差异最大化。

利用Zygo 干涉仪对斜入射下液晶空间光调制器的纯相位调制特性进行了测量。建立了斜入射下液晶空间光调制器的纯相位调制数学模型，研究了斜入射角度对相位调制特性的影响，搭建了基于Zygo干涉仪的测量系统，对不同入射角度下的相位调制特性进行了测量。测量结果表明：不同入射角度下相位调制量近似线性递增，入射角度越大，相位调制量递增的斜率越小；相同灰度值下，随着入射角度的增加，相位调制量逐渐减小；入射角度小于5°时相位调制曲线几乎重合，相同灰度值下相位调制量最大相位差为0.032λ。

基于Fernald法研究了激光雷达比设定值与激光雷达有效探测范围内气溶胶光学厚度之间的函数关系。针对函数的连续性，提出了以光学厚度为收敛判据，采用二分法反演低层气溶胶激光雷达比的新方法。2014年7月下旬，利用太阳光度计和西安理工大学自主研发的拉曼-米氏激光雷达对西安局部地区大气进行了实验观测，并利用所提出的方法进行了数据反演。实验结果表明，西安局部地区气溶胶激光雷达比在观测期间比较平稳，基本为44或45。降雨当天，受大气湿度影响，激光雷达比值较大为51。利用激光雷达米氏散射回波信号和太阳光度计探测数据，提出了采用迭代反演算法开展气溶胶激光雷达比精细反演新方法，对研究气溶胶光学特性的精细反演算法具有重要的意义。

针对当前用于农药残留的现场检测仪器存在检测时间长、重复性差及抗温光干扰能力有限等不足，基于酶抑制法结合前置光路补偿及数据融合算法设计了一种稳定、可用于现场检测的便携式农药残留检测系统。该系统主要包括吸光度感知模块和信号数据融合调理模块。吸光度感知模块在样品水浴恒温前提下，增加前置补偿检测光路，降低温度及杂光信号干扰；数据融合调理模块将经光电转化及电路采集的信号分组融合，增强信号真实性。测试表明，该传感器系统具有良好的稳定性与重复性(相对标准偏差小于2.5%)，补偿光路的引入有效降低了外界光干扰。经实验证实抑制率高于70%的样品验证率达85%，且抑制率高于50％时不同农药检出浓度均在0.5~5.0 mg/kg范围内，满足现场检测需求。

提出了一种基于光纤链路传输的远程超宽带混沌成像雷达系统。该系统包括中心站、光纤传输链路和基站。在中心站，改进型Colpitts振荡器产生超宽带混沌信号，经上变频后作为雷达探测信号。探测信号通过激光器的外调制技术转换为相应的光信号，经光纤链路传输到基站并转换为相应电信号，由宽带天线发射。目标物反射的回波信号经电光转换和下变频在中心站被采集。利用相关运算和后向投影算法，中心站可实现对目标物的二维空间成像。实验结果表明，该系统经过10 km 光纤传输后可对单个和多个目标物进行远程成像。成像的距离分辨率和方位分辨率分别为6 cm 和8 cm。

三维荧光光谱技术是重要的物质分析技术之一。基于三维荧光光谱技术对掺杂煎炸油的食用植物油进行了检测，分析了不同掺杂浓度下的光谱强度、光谱峰值位置和瑞利散射。研究发现发射波长、光谱强度和瑞利散射随着掺杂浓度会发生相应变化。为了更加准确地分析煎炸油对食用植物油的影响，对掺杂过程中的维生素E 荧光峰进行了分析。实验发现，维生素E荧光峰的位置随着掺杂浓度变大发生红移，同时荧光强度随着掺杂浓度变大而变小。通过掺杂5%煎炸废弃油的食用油和纯植物油的荧光发射光谱的对比，验证了三维荧光光谱检测具有较高的灵敏度。实验结果表明三维荧光光谱分析技术对食用植物油中是否掺杂煎炸油的检测是可行、有效的。

利用增强电荷耦合器(ICCD)光谱探测系统对飞秒激光诱导的Zn等离子体发射光谱进行时间分辨的采集和分析，研究飞秒激光等离子体光谱及其参量的时间演化特性。分析Zn等离子体的连续谱和特征谱的谱线强度随时间的演化，发现连续谱先出现且寿命只有100 ns，随后出现特征谱,对应于不同跃迁的谱强度不同。同时由谱线的展宽和强度及其跃迁能级的相关参数等得到电子密度和温度随时间的演化规律。对谱线频移进行了分析，研究发现在等离子体膨胀初期Zn原子特征谱线(ZnI) 481.0 nm的特征谱线存在较大红移，可达到0.23 nm，延时300 ns后，红移变得很小。频移随电子密度的变化近似呈线性关系。

单细胞光镊拉曼光谱技术测量单个红细胞的血红蛋白浓度，配制不同浓度的血红蛋白溶液后利用拉曼光谱强度与血红蛋白浓度的关系，测量单个红细胞的拉曼光谱，根据公式计算单个红细胞内血红蛋白浓度。测量了70个血红细胞的拉曼光谱，结果显示单个红细胞的血红蛋白浓度为270~500 g/L，其中血红蛋白浓度在350~450 g/L 之间的是成熟的红细胞，占红细胞总数的90%以上，而浓度在300 g/L 以下的可能是网织红细胞，浓度在450 g/L 以上的是老化了的红细胞。这与平均红细胞血红蛋白浓度(MCHC)310~370 g/L 基本一致。表明利用该方法可以对单个红细胞内的血红蛋白浓度进行快速、无损、简单、精确的定量分析，展现了拉曼光谱技术在单细胞分析上的优势。

明确了几种三反和四反结构的性能优劣，进而获得一种性能优良的中高轨空间详查光学系统的设计方案。针对同一种光学设计技术指标，分析了空间详查相机的各项主要参数，利用Zemax光学设计软件设计了同轴三反射镜，一次中间像离轴三反射镜和无中间像离轴三反射镜3种三反光学系统以及同轴四反射镜，无中间像离轴四反射镜和一次中间像离轴四反射镜3种四反光学系统，均满足指标要求。对比了上述系统的优缺点，在综合考虑当前的光学加工、检测、装调的可行性以及高分辨力空间对地成像技术发展先进性的基础上，决定选用有一次中间像的离轴四反射镜光学系统作为最终方案，得到了有效焦距29 m，F 数9.7，视场角1°×0.3°，外形尺寸3200 mm×6489 mm×8194mm 的空间详查相机光学系统。对该光学系统的性能进行了模拟和验证，结果表明该光学系统的分辨率、传递函数、像差、畸变等各项性能优异。

结合布洛赫理论和麦克斯韦方程组，针对一维光子晶体表面缺陷态结构形成的布洛赫表面波进行理论分析，并研究了布洛赫表面波的局域特性和入射电磁波波长与角度对布洛赫表面波的影响。在此基础上，对一维光子晶体表面缺陷态结构的传感特性进行分析，当TE 偏振分量以一定角度入射到光子晶体中时，在待测溶液形成的缺陷层中发生谐振，电磁场被局域增强，与待测溶液分子充分作用，其形成的布洛赫表面波对待测溶液折射率变化具有高度的敏感性。数值模拟结果表明，其Q 值可达2620.29，灵敏度S 为62°RIU^-1，因此布洛赫表面波在一维光子晶体结构中具有很好的传感特性，可为折射率传感器的设计和应用提供理论参考。

基于流体理论分析不同区段的射流界面特征，利用高速数码相机拍摄射流水波导的气液交界面形态，选择恰当的图像处理算法提取并重构射流界面轮廓，根据重构的三维光学模型进行光线追迹仿真，最终获得射流波动段的损耗特性。结果表明，射流界面的波动振幅和频率将直接影响光线在其内部的全内反射传输。处于波动开始阶段的射流，由于波动幅度和频率相对较小，不能引起传输损耗。当射流界面波动达到一定程度时，其损耗特性开始逐渐显现，从而影响微细水射流作为介质波导的传输能力。

为了实现电磁波单向吸收，设计含磁性材料和金属材料的一维光子晶体。用修正的特征矩阵法研究它的传输特性。在磁光材料与金属界面激发磁表面等离子体共振并产生耦合的条件下, 该结构出现近似完美的非互易吸收。对于特定波长409.725 nm，从左边以+45°入射的电磁波被完全吸收，而从右侧反方向以-45°入射时，电磁波被完全反射，没有任何传输和吸收。计算结果用基于有限元方法的仿真实验进行了验证。