粒子形状是不规则粒子测量中的一个重要参数，干涉粒子成像（IPI）技术已经被广泛应用于不规则粒子形状的表征，但目前仍然缺少从大量散斑数据中对不规则粒子形状进行快速分析的方法。基于DenseNet网络，本文提出了一种利用从IPI系统获取的离焦散斑对不规则粒子形状直接进行分类的方法，通过改进的模拟粒子系统建立包含超过7000张散斑数据的模拟冰晶粒子散斑数据集，在不同位深的情况下对共9种形状类别的冰晶粒子离焦散斑进行了网络训练和验证。实验结果表明，散斑数据集上的最高分类精度达到92.7%，同时在信息压缩比仅为12.5%的情况下形状分类精度仍超过85%。本文提出的方法对IPI测量中粒子形状的快速分析具有重要意义，并且可以实现测量散斑数据的低成本存储和高效率传输。

搭建了一种基于液体变焦透镜和振镜的三维光片显微成像系统，设计了振镜、液体变焦透镜、相机的同步控制采集成像系统，通过调谐振镜和液体变焦透镜，使得光片激发样品和成像同步，获得样品不同切面的图像堆栈并实现样品的三维重建。当采用数值孔径为0.3、放大倍率为10的成像物镜时，该系统的轴向扫描范围为507 μm，横向视场达到1970 μm×1300 μm，横向分辨率为1.32 μm，轴向分辨率可达12.75 μm。在轴向扫描过程中，系统的放大倍率保持恒定，可以用于对一定尺寸生物样品的成像实验和相关研究，并通过对斑马鱼胚胎进行成像验证所提系统对厚生物样品成像的可行性。

不规则粗糙粒子广泛存在于粒子场中, 为获得其尺寸信息, 建立激光干涉成像系统, 提出了不规则粗糙粒子尺寸计算方法。基于光学传输矩阵理论, 模拟了不规则粗糙粒子激光干涉离焦像, 分析得到粒子尺寸与离焦像2D自相关的关系, 给出不规则粗糙粒子尺寸计算公式。以砂砾为样本进行激光干涉成像实验, 采集不同转向下的离焦像并进行频率分析获得粒子尺寸, 实验结果表明, 测量误差不超过10.4%, 满足微小粒子的测量要求, 对实际粒子场的测量具有重要意义。

为了实现电磁干扰环境下的心电信号监测, 提出了一种抗电磁干扰的心电信号监测系统。论文给出了输出光电流的计算公式, 分析了半波电压及插入损耗对系统灵敏度的影响。利用铌酸锂电光晶体搭建实验系统, 测试了5位健康志愿者的心电信号。应用提出的系统和电学心电信号采集系统分别测试了正常环境及电磁环境下志愿者的心电信号。测试结果表明: 在正常环境下, 本系统能获得与电学心电信号采集系统同样清晰的心电信号波形; 在电磁环境下, 本系统获得的心电信号优于电学心电信号采集系统。最后定量计算了两者的信噪比, 计算结果表明: 在电磁干扰下, 本系统的信噪比变化量为0.54 dB(V2)/0.49 dB(V4), 而电学心电信号采集系统的信噪比变化量为24.07 dB(V2)/16.75 dB(V4)。

液晶变焦透镜由于其结构紧凑, 低功耗, 性能稳定, 易于制备等特点, 在图像处理, 光通信, 机器视觉, 可切换2D/3D显示等方面应用广泛,但是工作电压高阻碍了其实际应用和商业化。本文提出了一种梯形凸起电极结构的液晶变焦透镜, 用TechWiz LCD 3D软件模拟了此种结构的电场和液晶分子分布, 对比分析了液晶盒厚、电极高度、电极梯角和电极宽度与间隔比对液晶透镜工作电压的影响。模拟结果显示, 当液晶盒厚为10 μm时, 液晶透镜的驱动电压可以降低到10 V以内; 在焦距变化范围相同的情况下, 梯形凸起电极液晶透镜比传统的平面电极液晶透镜的工作电压降低了358%。对于梯形凸起电极结构的液晶变焦透镜, 当电极高度占液晶盒厚40%, 电极梯角选为60°, 电极宽度与间隔比为100∶50时, 其工作电压最低。

本文采用幺正变换和改进的线性组合算符相结合的办法研究了自旋对量子线中强耦合束缚极化子性质的影响。计算了在自旋影响下量子线中强耦合束缚极化子的振动频率、基态能量和平均声子数。计算表明,在自旋影响下振动频率随受限强度和库仑束缚势的增大而增大,随耦合强度的增大而减小;基态能量分裂为自旋向上,向下两条能量,并随着振动频率的增大而减小;能量会随受限强度的增大而增大。

在大视场小体积的人造复眼结构中，倾斜的边缘子眼成像时存在较大的轴外像差。提出一种复眼结构，利用光线在子眼中的折转与自由曲面矫正像差，提高了边缘子眼的成像质量，进而增大了复眼结构的视场角。设计出5 组子眼对180°视场成像，每组对应特定的视场范围。利用光学仿真软件CodeV对5 组子眼分别做了光学仿真，得到了各组子眼的像差曲线，光学传递函数MTF 曲线。结果表明，在整个180°视场范围内，频率为100 lp/mm时，MTF 值均大于0.2，畸变在30%以内，复眼具有良好的成像质量。

提出一种基于新型多芯少模光纤模式干涉原理的位移传感器，该传感器由两段单模光纤和一段多芯少模光纤组成。研究了该传感器的实现原理，并实验验证。实验结果表明当光纤轴向被拉伸0~60 μm时，该新型传感器的检测灵敏度为-61.17 pm/μm，与理论计算结果之间的误差小于3.9%。因此，当使用高分辨率光谱仪作为接收器时，该传感器可检测17 nm的位移变化。

可集成、易调谐的光编解码器是光码分多址(OCDMA)系统集成化的关键模块之一。基于耦合双环阵列提出了一种新型的光编解码器。该编解码器通过调谐双环下载端反射波长以及集成于总线的相移器的相位，实现了OCDMA系统的二维相干编解码。基于耦合模理论，建立了耦合双环阵列的传输矩阵方程。用于编解码器的双环半径分别为50 μm和48 μm，阵列中四组双环的反射中心波长分别为1535，1535.2，1535.4，1535.6 nm，信道宽度为17 GHz，反射谱3 dB带宽约为0.14 nm，信号基本上不会出现干扰，保证了用户发送和接收信号的准确性。相应的自相关峰值旁瓣比(P/W)约为5，互相关峰值比(P/C)约为7，可以容纳用户数为96个。

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术因具有动态范围大、灵敏度和信噪比高等优点在气体检测领域中日益受到重视，然而检测系统内水对太赫兹波的强烈吸收会对气体解调结果产生严重影响。在常温常压、检测系统内有水气存在的情况下利用THz-TDS技术对不同浓度的氨气进行定量检测，并提出一种比例法浓度解调方法降低了水气对氨气浓度解调的影响。为了验证提出算法的有效性，与直接差分法和湿度补偿法两种浓度解调方法进行了比较。结果表明,当氨气与太赫兹波的作用光程为96 mm时，利用比例法可以使气体检测灵敏度提高为33.0 mg/m3，浓度反演误差控制在48.2 mg/m3以内，相比直接差分法和湿度补偿法浓度反演误差降低达84.6%和77.4%。