基于亥姆霍兹波动方程和非线性传输波动方程，模拟了四瓣高斯飞秒激光在空气中线性传输和非线性传输的光强空间分布，以期获得规则的多丝阵列稳定传输。研究结果表明，当初始入射激光功率相对较强时，基于四瓣高斯飞秒激光光束可获得规则的多丝阵列产生。通过改变初始束腰半径和光束阶数，实现对光丝阵列间距的调控。光丝阵列间距大于背景能量池尺寸时，光丝阵列将稳定传输且间距保持不变；小于背景能量池尺寸时，多丝相互融合进而形成稳定的单丝。当初始入射激光功率相对较弱且大于自聚焦阈值功率时，将会出现多次自聚焦现象，最终形成稳定的单丝传输。该研究提供了一种产生二维规则飞秒激光光丝阵列的方法，将为基于飞秒激光多丝阵列的实际应用，如太赫兹波增强、空气激光增强、遥感探测、微波通道以及微粒捕获等，提供理论依据。

由镜和光栅组成的XUV光学系统具有平面对称的性质，结合Lu平面对称光栅系统的波像差理论和均方根像差评价函数得到用以优化XUV光学系统的多参量目标函数。为求解该多自变量且大取值区间的目标函数，提出了一种基于十进制的实数编码遗传算法，并将其用于两种XUV光学系统的优化求值。将求得的优化值用光学仿真软件Shadow进行追迹，并和参考文献进行对比。结果显示本文优化后的光学系统在成像质量上有明显上升，表明波像差理论及本文的实数编码遗传算法可以有效地优化XUV光学系统，为此类系统的优化设计提供了新的思路。

提出了一种基于交叉椭圆飞秒激光双光束的多丝阵列全光调控方法，可产生规则、可重复性的多丝阵列空间分布。多丝阵列的光丝数量、空间分布可通过交叉飞秒激光光束的交叉角度、椭圆率、入射功率以及频率等进行调控。进一步，系统研究了多丝阵列产生的理论机制。对于不同频率的交叉椭圆飞秒激光双光束，交叉相位调制和初始光斑的非对称性是产生二维光丝阵列的主要机制。对于同频率的交叉椭圆飞秒激光双光束，干涉和初始光斑的非对称性导致了光丝阵列的产生。研究结果可为二维全光开关、多色泵浦探测实验等相关应用提供参考。

对于鱼眼镜头一类光学系统，其超大视场的物点对于光学系统的成像，是符合平面对称光学系统的成像规律的。应用LU发展的平面对称光学系统的波像差理论，研究如何在鱼眼镜头光学系统中应用非球面对成像系统进行优化设计。首先，通过计算各个光学面的非球面系数对超大视场光学系统波像差的影响，找到受非球面系数变化影响最大的几个光学面；然后，以这几个面的非球面系数为变量，以光学系统调制传递函数作为评价函数，应用自适应归一化实数编码遗传算法，优化设计鱼眼镜头光学系统；最后，通过实例验证了所提出方法的有效性。所提出的方法可以有效地确定一个或多个最佳非球面的位置，对优化设计鱼眼镜头系统具有指导意义。

土壤团聚体是土壤生态系统的重要组成部分, 其碳氮含量及动态决定着土壤碳氮循环过程、 稳定性及肥力。 由于团聚体分级方法的差异, 不同研究所获得的团聚体粒径也不尽相同, 应用红外光谱对土壤团聚体性质进行建模预测时若对不同粒径团聚体分别建模需要大量样本且难以对所有组分同时进行合理预测。 该研究对不同粒径团聚体样本进行综合建模预测, 探寻一种高效可行的不同粒径团聚体性质的综合预测方法。 采集了内蒙古淡栗钙土土壤样本进行傅里叶变换红外光谱分析, 用遗传算法对特征波长进行了选择, 基于偏最小二乘法(PLSR)、 支持向量机(SVM)、 人工神经网络(ANN)和随机森林(RF)等方法建立了不同粒径团聚体土壤有机碳(SOC)、 全氮(TN)和红外光谱吸光度之间的估测模型。 结果表明, 基于遗传算法筛选的特征光谱区间构建的土壤团聚体SOC和TN含量的ANN模型的预测能力均是最好的(RPD>2), 显著优于PLSR、 SVM及RF模型; 基于全谱数据的ANN模型对土壤团聚体SOC和TN的预测效果均低于基于GA选择的特征光谱区间的ANN模型, 说明基于GA的特征光谱区间选择不仅可以简化模型结构, 剔除无关的信息, 而且可以提高模型的精度和预测效果。 该研究将不同粒径土壤团聚体FTIR数据混合建模, 通过遗传算法筛选特征光谱, 发现人工神经网络模型可以很好地对土壤团聚体碳氮含量进行预测, 且不会受团聚体粒径的影响, 主要由于在遗传算法选择特征光谱时已将某些反映土壤矿物、 粘粒等特征的波长区间包含在内, 而人工神经网络所建立的模型可能已包含了不同粒径对土壤碳氮含量的影响, 该结果表明基于遗传算法筛选特征波长区间并采用人工神经网络可以将不同粒径土壤团聚体统一建模, 用于团聚体土壤有机碳和全氮含量的估测。