针对复杂大气湍流干扰、径向指数不为零的高阶复合拉盖尔-高斯(LG)光束模式识别准确率低的问题，提出一种基于卷积神经网络(CNN)的高阶复合LG光束的轨道角动量(OAM)模式识别方法，构建了一种基于CNN的OAM模式识别模型来研究复杂大气湍流条件下不同波长、不同传输距离对径向高阶复合LG光束模式识别准确率的影响。仿真结果表明：在复杂大气湍流情况下，当传输距离为1 km，CNN训练100次后，波长分别为850、1 310、1 550 nm的高阶复合LG光束模式识别准确率均达到98.8%以上；当波长为1 550 nm，传输距离分别为1、2、3 km时，该模型的模式识别准确率均达到86.8%以上。

针对大气湍流干扰下的多贝塞尔高斯光束畸变波前矫正研究场景单一的问题，提出了基于盖师贝格-塞克斯顿（GS）算法的多贝塞尔高斯光束畸变波前校正方法，采用功率谱反演法得到各向异性大气湍流相位屏，并仿真分析了异号拓扑、同号拓扑2种多贝塞尔高斯光束在3种不同大气湍流折射率结构常数影响下的畸变波前校正情况。仿真结果表明：该方法对2种多贝塞尔高斯光束在校正后的目标轨道角动量（OAM）模式纯度均能提高12%以上，OAM谱的弥散也能得到有效抑制。

在公共安全、**等领域高分辨率热红外图像能够提供更多的场景细节信息, 有着广泛的应用需求,但高昂的设备成本限制了高分辨率红外图像的获取。为此设计了一种多级跳线深层残差卷积神经网络(DR-CNN), 通过软件超分辨的方法重构出高分辨率的红外图像。采用多级跳线双通道注意力残差块增加卷积深度以解决卷积层间缺乏关联性的问题; 使用Concat模块实现局部特征信息的融合, 利用反卷积层进行特征图像的上采样, 使其直接从低分辨率图像学习到高分辨率图像以降低训练的复杂度, 加快运行速度。所提算法与SRCNN, FSRCNN和ADSR等算法进行对比测试, 使用峰值信噪比(PSNR)和结构相似度(SSIM)作为算法的评价指标。实验结果表明提出的RD-CNN算法优于其他对比算法, 生成的高分辨率图像细节丰富且清晰。

为了研究复合涡旋光束的光强与相位特性, 利用不同拓扑荷数的2束零阶径向拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束共轴叠加, 产生一种新型的复合涡旋光束, 从理论上研究了拓扑荷数对复合涡旋光束的光强与相位分布特性的影响, 分析了拓扑荷数与中心暗斑直径以及内、外环分叉数的线性关系, 并进行了数值仿真。仿真结果表明: 不同拓扑荷数的2个零阶LG涡旋光束叠加, 光强分布呈亮斑、暗斑相间的模式, 其亮斑数目等于两涡旋光拓扑荷数的差值, 相位分布呈现双环模式, 外、内环分叉数分别由拓扑荷数的较大值、较小值决定, 两者互不影响; 相同拓扑荷数的涡旋光束叠加, 其光强图中亮斑数目是拓扑荷数的4倍, 相位分布图中的分叉数与拓扑荷数相同。

室内可见光通信系统是缓解无线频谱资源紧缺以及未来用户群接入需求日趋增长问题的有效解决方案之一, 文章针对室内可见光通信系统的链路切换算法进行研究分析, 提出了一种基于时隙计算的预测切换算法, 分析了链路切换算法对系统的重要性, 并利用到达时间差定位法和探测时隙提出了一种基于时隙计算的预测切换算法, 该算法可以提前预测终端需要切换到哪个微小区, 从而降低系统的切换开销。最后对该算法提升室内可见光通信系统切换性能的能力进行了仿真测试, 仿真结果表明, 该算法有较高的预测切换成功率, 可以高效地减少系统的切换开销。

针对可见光通信中直流偏置光-正交频分复用(DCO-OFDM)系统存在的高峰均功率比(PAPR)问题, 可采用选择性映射算法来降低系统的PAPR。由于选择性映射算法只能在有限组相位旋转序列里选择局部最优, 因此引入遗传算法来搜索全局最优解, 同时针对遗传算法容易产生过早收敛的问题, 文章提出自适应调整机制、自适应多点交叉机制、最优解保护机制和立即淘汰机制来改进遗传算法, 进而提出改进型遗传选择性映射算法(IGA-SLM)。仿真结果表明, 该算法可显著降低可见光通信DCO-OFDM系统的PAPR。

分数阶涡旋光其拓扑荷为分数、拥有独特的径向缺口且具有更多的控制参数，因而受到了越来越多的关注。基于衍射积分理论推导出分数阶涡旋光的光场表达式，利用MATLAB软件对其光强分布和相位分布进行了仿真研究。仿真结果表明，光斑的径向缺口大小与拓扑荷值小数部分有关，拓扑荷值小数部分越接近半整数，径向缺口越明显；随着拓扑荷整数部分的增大，光斑半径也增大。文章采用反射式纯相位型液晶空间光调制器产生多个拓扑荷为半整数的涡旋光进行实验验证，图像传感器采集到的传输光斑与理论仿真结果一致。

针对三维光栅测量中难以有效设置光栅节距实现高精度测量的问题, 提出了一种节距自适应三维目标光栅测量方法, 其实现过程如下: 首先基于大节距光栅获取物体的轮廓; 然后采用非联通区域划分法, 按轮廓对目标区域进行划分, 再分区调整光栅节距, 进行二次投影; 最后依据光栅节距按区域重建, 实现三维目标高精度测量。仿真结果表明, 与传统四步相移法相比, 该方法通过自适应调整光栅节距, 使测量精度提高了6.78%, 表明该方法能较好地实现三维目标的精确测量, 具有较高的实用价值。

涡旋光束携带的轨道角动量可以传递给粒子实现对粒子的微操控, 利用轨道角动量可以对信息进行编码实现自由空间光通信, 因而涡旋光的传输特性成为了近年来的研究热点。根据ABCD光学矩阵原理对双涡旋光束的光强表达式进行了推导, 利用MATLAB软件对内外环拓扑荷值为整数且保持不变的双涡旋光束传输特性进行了仿真研究。实验结果表明, 传输过程中光斑中心的暗核能够完整地保留下来, 且不会影响涡旋光束的轨道角动量。这表明双涡旋光束在传输过程中具有稳定性, 适用于自由空间的光学通信系统。