基于多模光纤或多芯光纤的无透镜超细光纤内窥成像技术近些年获得了快速发展，有望成为下一代的极微创、高分辨率内窥显微镜。通过对相干入射光场的时空调控，该技术可克服多模光纤中模式色散或多芯光纤中相位畸变的影响，在无需光纤末端透镜或扫描器件的情况下实现高分辨率的聚焦、成像及相关应用。此外，在无透镜光纤内窥成像或图像传输等场景下，通过构建物理或深度学习模型，从光纤输出测量中也能实现物体信息重建。对相干光纤无透镜成像技术的发展进行综述，首先说明无透镜光纤成像的基础原理，并从主动波前调控和被动目标重建这两类角度阐述无透镜光纤成像方法，接着介绍一些先进光纤成像模态和技术，列举光纤成像相关应用，最后分析该领域所面临的挑战，总结并展望其进一步发展方向和应用前景。

光源建模方法是光学仿真算法的核心之一，决定了仿真结果的精度。然而对任意面型的光源建模难度高，建模方法很少被公开讨论。本研究系统地介绍曲面光源建模方法。基于均匀性假设，对曲面光源的空间特性、方向特性进行统计学描述，给出采样光线参数应满足的概率密度函数和采样方法。对两个曲面光源实例进行建模，当采样光线数量在10⁷量级时，建模结果在指定接收器上形成的辐照度分布与理论值间最大相对偏差在1%之内，建模精度很高。同时，分析了两种采样方法对曲面光源建模精度和速度的影响，可为曲面光源建模过程提供一定指导。

针对使用光纤光谱仪探测远距离宽光谱弱信号的应用需求，基于成像光学与非成像光学的混合设计方法，设计了大口径菲涅耳透镜聚光系统。系统由直径为1.1 m的菲涅耳透镜、匀光棒、全反射准直器和中继透镜组组成，接收端为直径为2 mm、数值孔径为0.22的光纤束。大口径菲涅耳透镜具有质轻体小的优点，解决了传统大口径透镜体积大质量大的问题。由匀光棒和全反射准直器组成的非成像光学元件后组可减小由菲涅耳透镜口径增大引起的球差和宽光谱色差，使光信号能量分布更加均匀且出射角度减小；中继透镜组进一步控制光束发散角和光斑尺寸，使光信号在光纤束端面高效率耦合，提高系统的光能利用率。仿真和实验结果均表明，所设计的后组系统能够减小像差影响，有效控制光束发散角度和光斑尺寸，提高光能利用率，满足光纤光谱仪对远距离宽光谱弱信号进行光谱探测的需要。

为满足激光雷达收集系统对远距离荧光信号探测要求，提出了一种基于多软件协同循环优化各环带面形的非球面环带菲涅耳透镜设计方法，并进行了透镜面形误差分析及透镜样件性能测试。利用该方法设计了一个直径为300 mm、焦距为670 mm的高收集效率菲涅耳透镜，使用LightTools软件对设计的菲涅耳透镜进行了光学仿真，收集效率可达52.2%。仿真和实验结果均表明：在400~950 nm光谱范围内，设计的菲涅耳透镜减小了透镜球差和色差对收集系统的影响，具有较高的能量收集效率，提高了系统光能利用率，满足系统性能指标要求。

针对飞秒激光远距离成丝系统所产生的像差，基于光学自由曲面较强的像差补偿能力，提出了在飞秒激光成丝系统中使用透射式自由曲面相位板补偿系统像差的方法。首先，在光学设计软件中对实际系统像差特性进行了仿真建模。然后，对透射式自由曲面相位板进行了优化设计，优化后系统的像差得到了有效补偿，飞秒激光光斑质量得到了改善。最后，对优化设计后的自由曲面相位板进行了公差分析，并利用加工后的透射式自由曲面相位板开展了实验研究。结果表明，飞秒激光聚焦系统引入光学自由曲面相位板后，聚焦光斑形状规则，在聚焦位置处光斑的均方根（RMS）半径小于0.5 mm，飞秒激光成丝系统的像差得到了有效补偿，远距离飞秒激光的成丝强度得到了有效提高。

CO2捕集技术是当前应对全球气候变化、缓解温室效应的重要途径。利用含钙固体废弃物制备高效CaO基CO2捕集材料有利于实现固废资源高值化利用、以废治废和清洁生产, 具有重要的环境效益、经济效益和社会效益。基于固废源高效廉价CaO基CO2捕集材料的良好应用前景, 本文介绍了工业废渣、生物质和其他含钙固体废弃物的产生与资源化利用现状, 综述了CaO基吸附剂的捕集原理、碳酸化动力学过程和CO2捕集性能, 对比了以不同含钙固体废弃物为前驱体制备CaO基吸附剂的吸附-脱附循环性能和不同改性方法对其吸附稳定性的影响, 从经济角度分析了固废源CaO基吸附剂在钢铁厂、燃煤电厂和生物制氢中的应用潜力, 展望了固废源CaO基CO2捕集材料的应用前景和发展方向。该文旨在为固废源CaO基吸附剂前驱体的选择、吸附性能的提高和固废吸附材料的工业应用提供帮助。

光谱数据在采集过程中易发生基线偏移现象, 导致后续的鉴别和分析结果偏离真实值。 因此, 在光谱数据分析前, 需利用基线校正技术获取更为准确的光谱数据。 基于稀疏贝叶斯学习（SBL）的基线校正方法无需人工选择参数, 基线校正结果在贝叶斯框架下具有最优性。 然而, 现有的稀疏贝叶斯建模较为简单, 无法适用于复杂的稀疏结构。 在实际应用中, 当纯谱的某些谱峰较宽时, 对应的稀疏向量将具有一定的块稀疏特性。 利用额外的块稀疏结构, 有助于进一步提升SBL方法的性能。 为了建模稀疏向量的块稀疏结构特性, 在原有的贝叶斯模型框架中引入模式耦合分层模型。 得益于稀疏贝叶斯框架固有的学习能力, 引入的模式耦合分层模型可自适应地学习稀疏向量的块稀疏结构, 从而大幅提升了基于SBL的基线校正方法的性能。 为验证本文方法的基线校正性能, 首先利用模拟数据集进行仿真实验, 并将该方法与SSFBCSP方法和SBL-BC方法在不同噪声方差条件下进行对比。 仿真实验结果表明, 该方法恢复谱峰较宽纯谱的效果提升明显, 特别是当噪声方差较大时, 其他方法的性能均有不同程度的下降, 但该方法依然具有较好的稳定性。 蒙特卡罗仿真实验结果也显示该方法纯谱拟合的标准化均方根误差明显优于其他对比方法。 最后, 利用色谱数据集与三种矿物的拉曼光谱数据集进行实测数据的基线校正性能验证, 结果表明该方法能产生比其他方法更为平滑的纯谱拟合结果, 且去噪效果更优。