提出一种具有模式保持功能的片上模式分离器方案。该方案基于多模干涉耦合器（MMI），通过在MMI多模区加入微型热电极，并通过合理设计热电极的位置和精确控制热电极的加热温度，实现TE0、TE1和TE2三种模式的分离，其插入损耗均低于1.06 dB，模式串扰均低于-15.38 dB。该方案具有模式分离数量多和可扩展的优势，可被广泛用于信号处理系统和通信系统中。

介绍了一种基于绝缘体上硅（SOI）的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）型高灵敏度折射率传感器。在该传感器中采用悬空槽（SSlot）波导作为传感臂，条形波导作为参考臂，利用两臂不同模式之间的干涉提高传感器的灵敏度。分析了MZI型传感器的工作原理，推导了灵敏度公式，通过灵活调节两臂长度和合理设计SSlot波导，实现了9.824×10⁴ nm/RIU的高灵敏度。该传感器还具有尺寸小、制造简单等优势，可广泛应用于生物医疗、环境监测等领域。

针对道路养护管理中缺乏车辙精确边界自动分析提取的问题，提出一种基于点云分水岭算法的路面车辙三维轮廓提取方法。首先对单车道路面激光点云数据进行高程归一化处理，消除路面横向设计坡度影响；利用包络线算法计算路面横断面的相对深度，生成路面点云相对深度模型，用于增强车辙辙槽的凹陷特征，并消除路面纵向坡度对点云分水岭算法的影响；然后，通过计算车辙边界曲率特征获取车辙粗略分界线，据此将路面划分为5个区域，选择每条横断面在对应区域相对深度最大的点作为点云分水岭算法的注水点集；最后，根据分水岭算法积水浸没的原理精确获取车辙的纵向轮廓。利用青岛平度市内S218省道的路面车辙激光点云数据进行实验分析。结果表明：所提方法可准确提取多类型的车辙边界，获取的车辙轮廓纵向边界均方根误差小于5 cm；同时，基于车辙边界获得的车辙深度均方根误差均小于1.5 mm，包络线法计算的车辙深度均方根误差均大于1.5 mm，所提方法具有更高的精度。所提方法为道路养护管理提供了一种有效的车辙三维轮廓提取方法。

高光谱成像技术（HSI）是基于非常多窄波段的影像数据技术, 将成像技术与光谱技术相结合, 获取高光谱分辨率的连续、 窄波段的图像数据, 因其快速、 无损的特点, 被广泛应用于食品、 农产品、 中药材等样品的快速鉴别。 道地药材新会陈皮具有较高的市场价值, 且陈化（贮藏）年份越久市场价格亦越高, 市场人工鉴别准确率低、 难度大。 基于高光谱技术结合化学计量学方法, 建立不同陈化年份新会陈皮的快速无损鉴别方法。 采集5个陈化年份样品在可见-近红外波段（400～1 000 nm）的高光谱信息, 提取高光谱图像感兴趣区域（ROI）的平均光谱值作为样本原始光谱。 经黑白校正后获得标准数据, 通过多元散射校正（MSC）、 一阶导数（D1）、 二阶导数（D2）、 SG平滑（SG）和标准正态变量变换（SNV）5种预处理方法对数据进行降噪处理后, 结合偏最小二乘判别分析（PLS-DA) 、 随机森林（RF）和支持向量机（SVM）等方法建立分类鉴别模型, 以预测结果的准确率作为评价指标筛选最佳模型, 使用混淆矩阵（confusion matrix）评估模型分类性能。 结果表明, 外表皮数据以MSC结合PLS-DA方法为最优鉴别模型, 预测集鉴别准确率达到97.59%； 而内表皮数据则以原始数据结合PLS-DA方法为最优鉴别模型, 预测集鉴别准确率亦达到97.59%。 采用内表皮数据, 进一步采用连续投影算法（SPA）选择19个特征波长建模, 整体判别准确率仍可达90%以上。 通过SPA方法提取的特征波长建模可以达到与全波长模型相似的识别效果, 去除冗余变量可以大大降低模型的复杂性, 减少模型的运算时间。 该研究建立的高光谱技术结合化学计量学的方法可实现不同陈化年份新会陈皮样品的快速无损鉴别, 为专属小型化仪器装备系统的开发提供了理论依据。

针对角谱法在远距离衍射计算时的失真问题，分析其原因为有效频谱成分减少和频谱混叠造成的计算误差。结合带限角谱法的频域采样特性，对缩放角谱法进行了改进，并应用于大尺寸方形长焦透镜、圆形轴锥透镜和平顶光束衍射光学元件的衍射场分布计算。结果表明，相较于原始的带限角谱法和缩放角谱法，改进算法获得的衍射场分辨率更高且不存在边缘失真现象，在大尺寸口径、长距离、小衍射场精确计算方面具有重要的应用潜力。

衍射光学元件（DOE）对入射光束的波长、束宽、光束质量等参数都有很高的要求，其中光束质量的影响无法直接通过相干光场的衍射积分得出。本文利用高斯谢尔模型（GSM）光束分析了光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响。采用对称迭代傅里叶变换算法设计了输出平顶光斑的DOE。用模式分解的方法研究了不同光束质量的光束经该DOE后的输出光斑，发现光束质量因子增加会使输出光斑平顶区尺寸减小，导致DOE失效。从交叉谱密度出发，表明DOE的输出光斑是相干部分和非相干部分的卷积，其中非相干部分是导致输出光斑劣化的原因。给出了平顶衍射光学元件适用的最大M²因子与输入和输出光束尺寸之间的关系。给出了一种GSM光束整形DOE的设计方法，该方法有助于在低光束质量激光器中实现DOE的应用。

应用于激光剥离、激光退火、激光转移等领域的大功率纳秒紫外激光器的输出激光通常是强度分布不均匀的部分相干光，为满足精密加工的高均匀度要求，开展了基于成像型微透镜阵列的紫外激光匀化技术研究。利用伪模分解理论和角谱衍射传输算法，建立了快速计算部分相干光通过微透镜阵列匀化系统的数值模型，并以准分子激光为仿真光源，通过对离焦量、阵列间距等参数的分析，确定了最佳设计参数，实现了边缘锐利的高均匀度方形光束输出。此外，详细讨论了微透镜阵列失调对光束形貌和均匀度的影响，并通过实验说明了理论设计的可靠性和参数影响分析的准确性。

利用衍射光学元件（DOE）对紫外激光进行相位调制，可在远场衍射获得微米级均匀光斑。该方法的优点为：可灵活设计均匀光斑的形状、尺寸；具有较高的能量损伤阈值，适用于高功率光源。DOE设计的难点在于制备微米级均匀光斑的同时，兼顾陡度、均匀度等参数指标。基于解析法设计DOE生成的均匀光斑过渡区陡度变化缓慢，可有效利用的均匀区域较小，不适合制备小尺寸均匀光斑。此外，基础Gerchberg-Saxton（GS）算法制备微米级平顶光束，整形效果不明显，均匀度无法满足应用要求。将基础GS算法收敛结果作为改进GS算法的初始相位，改进GS算法在频域设置信号区和噪声区，并限制频域振幅分布，在理论上具备可行性。分析了离焦误差影响，并进行了实验验证，发现实验结果与理论结果具有一致性。

大带宽光子滤波器被广泛应用于稀疏波分复用系统中，而在硅基芯片上实现结构紧凑、性能优良的超大带宽滤波器仍然是该领域研究的重点。提出一种基于光栅辅助反向耦合器的超大带宽硅基光子滤波器。利用窄波导更低有效折射率和更分散电场分布的性质，实现了带宽为92.9 nm、器件长度为250.6 μm的超大带宽滤波器。该滤波器具有矩形度高、带宽大、损耗低等优势，能满足稀疏波分复用系统中解复用等需求。