本文提出并展示了一种全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器。通过优化光栅层厚度，使其能够在支持TE导模的同时抑制TM导模。本文设计的滤波器呈现出可调谐的单一反射峰, 峰值反射率理论上可达100%。当入射角改变时，共振波长可以由642.5 nm调节至484.6 nm。该反射峰是由一级衍射波与TE导模（基模）之间的共振效应所产生的。同样地，通过按比例增加光栅层的厚度和周期可实现应用于更高动态范围的可调谐滤波器。

本研究以Ir配合物FIrPic作为Eu离子的配体，合成了一种新的Eu-Ir双金属配合物Eu(FIrPic)₂(Phen)UA，并通过自由基聚合成功制备了红色发光荧光共聚物PM-Eu-Ir，适用于商用近紫外芯片型LED。在不影响 Eu³⁺ 离子的荧光发射特性的前提下，加入 Ir-配合物可以有效地敏化 Eu³⁺ 离子，增强其对 400 nm紫外光的吸收。在 365 nm 紫外光激发下，共聚物 PM-Eu-Ir 在 612 nm 处显示出最强的发射峰，其 CIE 坐标为（0.461，0.254），这与 365 nm 近紫外芯片非常吻合。红色共聚荧光粉 PM-Eu-Ir 的微观形貌为典型的多层空间网络结构，除了表现出明显的红光发射和 634.54 μs 的荧光寿命外，还在 25～250 °C 的宽温范围内具有优异的热稳定性。使用共聚物 PM-Eu-Ir 制作的 LED 发出的红光亮度为 149800 cd/m²。研究结果表明，所制备的共聚荧光粉可作为红光元件用于制造近紫外芯片白光 LED。

基于光子晶体非线性效应和线性干涉效应设计了全光异或、非和与逻辑门。应用反演定理拆分较复杂逻辑表达式，通过级联组合设计了全光或非门和四输入与门逻辑器件。本文利用时域有限差分法进行仿真模拟计算，对非线性环形腔的耦合特性进行了分析，然后在信号波长为1.47 μm条件下设计了上述逻辑器件，且通过可扩展输入端可设计出更多输入的器件。分析了信号功率对四输入与逻辑器件逻辑功能的影响。结果表明信号光源功率在1.1 W/μm²到3.4 W/μm²之间时，输出端的逻辑对比度均大于10 dB。所设计器件响应时间最短仅1.6 ps，占用面积小，易于扩展与集成，在光处理系统和集成光路中有较大应用前景。

在光场中引入一维燕尾突变函数，利用分步傅立叶方法研究了燕尾高斯（SG）光束在分数薛定谔方程（FSE）中的演化动力学，详细讨论了线性势、抛物线势、高斯势及无势的情况。在无势情况下，SG光束会因群延迟的变化而分裂成两个子光束，并且分裂轨迹会随着Lévy指数的增大出现弯曲。在线性势下，SG光束出现了周期性反转和聚焦行为，Lévy指数和线性势系数分别影响聚焦点峰值强度和反转及聚焦的演化周期，其反转和聚焦周期距离只受线性势影响而与Lévy指数无关。在抛物线势情况下，具有较大Lévy指数的SG光束的主瓣和旁瓣反转和聚焦从杂乱转变为周期性演化，其反转聚焦位置由抛物线势系数和Lévy指数共同决定。在高斯势中，光束的演化在势垒的约束下由于反射主瓣和旁瓣的干扰，窄势垒的周期性反转和聚焦出现杂乱混沌现象，而对于宽势垒，由于旁瓣减弱，周期性演化变得清晰。本文研究结果为利用高阶燕尾光波场实现光调制器和光开关提供了可能。

为了更好地对大口径分段望远镜进行集成检测与稳定性保持基准构建，本文提出一种大口径环形分段光学系统基准构建方法。首先，采用局部光瞳投射的方式实现光瞳对准映射；其次，利用微透镜阵列构建系统共焦空间基准；之后，基于环带整体调控模式，采用共焦与曲率半径联合分析，实现曲率半径与系统对准的共同调节；最后，利用白光干涉所形成的条纹包络进行粗共相探测，并利用通道光谱方法实现粗共相与精共相间的精度衔接，空间共焦基准定位精度优于125 μm，共相基准覆盖范围优于20 μm，精度优于0.5 μm，光谱基准不确定度优于5%。实现了不同时空特征扰动的分层次、多模态抑制，利用以上共基准原位测量新方法有效提升了光学系统原位计量检测精度并缩短了溯源链长度，增加了检测效率与准确度。

为了消除激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）中的自吸收效应，提高元素定量分析的精确度，同时满足工业中便捷分析元素的要求，需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术（self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy，SAF-LIBS）的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术，使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度，并将声光调制器（acousto-optic modulator，AOM）作为门控开关，从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器（intensified charge coupled device，ICCD）和中阶梯型光栅光谱仪，实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积，降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后，对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明，等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1 ~ 50 kHz激光重复频率范围内，Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱，确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下，Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小，在45°处信噪比最高，且在一定的积分时间下，最佳光学薄时间t_ot为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下，对Al元素进行定量分析和预测结果表明，Al元素定标曲线的线性度R²为0.982，平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽，同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点，有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。

针对高能激光器出光过程中出现的大量离焦和0°像散低阶像差现象，提出了基于哈特曼波前传感器和二维整形光路的XY离焦像差校正方法。首先，通过对Zernike多项式的离焦项和0°像散项进行线性组合得到XY离焦像差的表达式，该XY离焦像差系数的大小可直接表征X离焦和Y离焦的波前PV值。同时，通过微调高能激光器中二维整形光路中的镜子间距，可实现激光器输出光束XY离焦波面的补偿。因此，首先利用哈特曼波前传感器提取出光束的XY离焦像差系数大小，而后再根据XY离焦像差系数的大小实时闭环微调二维整形光路中的镜子间距，从而实现XY离焦像差的校正，改善输出光束的光束质量。实验结果表明，该方法可有效地将高能激光器输出光束XY离焦量的PV值由5.2 μm和1.1 μm校正到0.5 μm以下，相应的光束质量β因子由3.1降到1.8，光束质量得到明显改善。

液晶波前校正器通常基于液晶显示器的工艺制备而成，因此其研制成本高、定制难度大。本文基于掩模光刻法制备液晶波前校正器，以实现液晶波前校正器的专用化、低成本研制。基于掩模光刻技术设计并制备了91像素的无源液晶驱动电极，并封装成液晶光学校正单元。设计并制备了驱动连接电路板，实现了液晶光学驱动单元和驱动电路板的匹配对接。对液晶波前校正器响应特性进行检测。结果显示，其相位调制量为5.5个波长，响应时间为224 ms。利用Zygo干涉仪进行球面波的产生和静态倾斜像差的校正。结果显示，其可以产生正负离焦波前，且对水平倾斜像差校正后，Zernike多项式中第一项的值从1.18降至0.16，校正幅度达86%，实现了像差的有效校正。本文的研究工作可为液晶波前校正器的研制提供新思路，进而拓宽其应用领域和场景。

为实现包装盒纸质基底层和透明膜层缺陷的同步检测，开展了对纸和膜缺陷的同步成像研究。首先，分别建立了标准球面积分光场、椭球面积分光场和弧面积分光场模型，并利用COMSOL Multiphysics 5.6对3类光场进行射线仿真，对比分析了球面积分光场下射线角度均匀性及辐照均匀性，通过正交仿真优化椭球面积分光场参数；其次，在椭球面积分光场环境、亮场前打光环境、暗场前打光环境下对包装盒成像。与此同时，对包装盒的油污、抵触、开口、泡皱、破损5项常见缺陷依次进行物理检测和机器视觉检测，验证缺陷成像的有效性。试验结果表明，在椭球面积分光场下成像，图像对纸质基底层缺陷特征、透明膜层缺陷特征均有较好的呈现效果，图像上油污、抵触、开口、泡皱、破损的物理检出率分别为96.2%、92.5%、100%、95%、92%，异常检出率分别为98.6%、97.5%、100%、100%、98.4%，缺陷类别检出率分别为97.6%、96%、100%、97%、96%。研究结果表明，椭球面积分光场光路角度和辐照强度均匀，覆透明膜包装盒的缺陷特征呈现清晰，满足工业生产的检测要求。

太赫兹波具有高穿透性、低能性及指纹谱性等特征，被广泛应用于探测领域，因此，设计太赫兹波成像光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景。首先，以四块透镜构成的天塞物镜为参考结构，应用近轴光学系统像差理论构建系统像差平衡方程，给出了系统初始结构参数求解函数和方法，再结合光学设计软件进一步校正系统像差，最终设计了一种用于太赫兹波探测的大孔径光学成像系统。该光学系统由4块同轴折射透镜构成，焦距为70 mm，F数为1.4，全视场角为8°，在奈奎斯特频率10 lp/mm处全视场角范围内的调制传递函数（MTF）值均大于0.32，各视场内的弥散斑均方根（RMS）半径均小于艾里斑半径。最后对系统各种公差进行分析和讨论。设计结果表明，本文设计的太赫兹波探测光学成像系统具有孔径大、结构简单且紧凑、成像质量较好且加工性易于实现等特点，满足设计要求，它在太赫兹波段高分辨率探测领域具有重要应用价值。