基于传统Gerchberg-Saxton(GS)算法和卷积神经网络(convolutional neural network,CNN),提出了一种利用液晶空间光调制器(LC-SLM)产生涡旋光束的方法。利用该GS-CNN方法,产生了具有不同拓扑电荷数的贝塞尔光束,进一步分析了所产生的涡旋光束的均方根误差(root mean squared error,RMSE)和衍射效率(diffraction efficiency),并与传统GS算法得到的结果进行了比较。结果表明,采用所提出的GS-CNN方法能够产生高质量的涡旋光束,相较于传统的GS算法,所产生的涡旋光束的光强与目标光强的差异更小,并且更多输入光场能量被衍射出来。

针对复杂海面地貌、云雾背景下的光学遥感图像舰船目标检测问题,提出一种结合空域和频域视觉显著性特征的无监督舰船目标检测算法。基于图像的RGB颜色空间和ITTI模型,利用图像亮度特征图、颜色特征图、亮度特征的一阶梯度组合构建图像特征,并基于图像区域与整幅图像的协方差矩阵计算图像区域的差异性。然后由协方差矩阵之间的广义特征值构建空域显著特征图,并加入PQFT(phase spectrum of quaternion Fourier transform)模型的频域显著特征图。最后利用元胞自动机融合空域显著特征和频域显著特征。实验结果表明,所提算法检测舰船目标时的性能要优于其他常用的视觉显著算法。

以传统的干涉法全息技术为基础, 本文提出了一种纯光学的三维显示全息技术。利用空间光调制器实现真实物体的物光波前重现, 在不同平面上呈现物体的层析像。首先, 利用波前传感器采集真实物体的波前信息。接着, 运用单次快速傅立叶变换算法对光路中成像透镜的传递函数进行模拟, 制成含有该物光经透镜后的波前信息, 分别得到了实验所需的强度和相位灰度图片。然后, 通过两台空间光调制器对入射平行光场进行调制, 从而实现对物光经透镜后的光场进行波前重现。最后, 根据透镜的成像原理, 把CCD分别放置在物体前后两个成像面上即可得到层析的成像图。实验中分别在距离空间光调制器后2985 mm和3376 mm处观察所探测到的物体前后两个成像面的立体层析像。实验结果表明: 在模拟透镜的焦距为150 mm、计算衍射距离为150 mm的情况下, 前后两个成像面在x、y轴方向上的横向放大率分别为(11, 108)和(134, 109), 与利用透镜成像公式计算得到的横向放大率(1, 12)相比, 相对误差分别为(106%, 8%)和(117%, 8%)。角扩散度分别为295°和261°, 其相对误差分别为26%和07%, 低于5%, 基本符合实验原理。实验结果证明了该方法的可行性, 为后续开展的三维显示与新的全息技术提供了有效的技术支撑。

大气湍流会导致大气激光通信链路误码率性能的恶化，提出了一种频域反卷积方法抑制大气激光通信系统中的乘性噪声。该方法有效地把反卷积技术与大气激光通信相结合，算法中加入快速傅里叶变换(FFT)模块，将信号转换到频域进行反卷积滤波，降低了算法复杂度。利用大气激光通信实测系统在雨天天气下进行实验验证，对比反卷积前后调制信号的星座图并分析系统误码率。实验结果表明，频域反卷积能够降低大气激光通信系统的误码率，是一种抑制大气信道乘性噪声的有效方法。

用分步傅里叶算法研究了垂直排列相列相液晶盒中空间孤子的传输。用一束平行光在垂直排列相列相液晶中产生预倾角，另一束入射光沿液晶盒的中央位置射入液晶盒，推导了入射光在液晶盒中的传输方程。数值计算了入射光入射到70 μm厚液晶盒时液晶分子的取向角和折射率分布，还数值模拟了入射光在70 μm和100 μm厚液晶盒中的传输及孤子产生情况。根据理论分析发现垂直排列相列相液晶盒中可以外加一束平行光代替电场产生预倾角。另外还发现，70 μm厚液晶盒中很难得到稳定传输的孤子，100 μm厚液晶盒中不但能得到稳定传输的孤子还能得到周期随入射光强周期震荡的呼吸子。

讨论了傅里叶迭代算法对初始相位敏感的缺陷机理, 提出用伪随机相位编码作为傅里叶迭代算法初始值的改进算法来克服相位敏感缺陷。改进算法具有加快迭代收敛速度、提高恢复图像强度准确性的优点。将该算法产生的任意期望图样的相位全息图写入纯相位液晶空间光调制器上, 在远场成功地再现了期望图样。算法迭代10次可产生衍射效率接近85%的一幅相位全息图。作为一种快速相位恢复算法它在相控阵激光雷达以及光束敏捷偏转等领域有重要意义。

提出基于衍射光学器件的光学图像级联加密系统。一般来说，一个n级系统可由n个透镜串联组成。经过优化设计的衍射光学元件如相位板等相应的放置在系统的空间域和频谱域。当系统在平面波照明下，便能在输出平面获得解密图像。这些衍射元件可通过级联迭代傅里叶变化算法设计。计算机模拟结果显示，算法具有很快的收敛速度，而且所应用于的系统的级次越多，相应的收敛速度越快．级联系统能够高质量的恢复原始图像，使之与原始图像的均方差小于5×10^－30。采用密钥共享方案，级联系统可以用作多用户系统，这样能使安全性明显提高。

在虚拟光学数据加密理论的基础上,基于光学4f系统及迭代傅里叶变换算法(IFTA),提出利用多个相位板进行分级图像加密的方法,将不同密级的图像分别加密到不同的相位板中,给出其理论原理和实现方法,并通过计算机模拟验证了该方法的有效性。在解密过程中,利用不同数目的相位板可以得到不同图像,相位板越多,得到的图像也就越多。随着相位板数目的增加,要想得到正确的解密图像,相位板放置的次序也有严格要求,系统的安全性也因此大大提高。此方法可将信息进行分级加密,用于对不同权限级别的用户开放,也可用于安全认证和准入检查系统。

采用数值方法模拟了同轴全息术测量粒子场的过程,对两种不同的数值算法--直接傅里叶变换算法和卷积算法,进行了分析和比较,结果表明卷积算法符合实际要求.分析了记录图像的空间频谱及其对图像采样频率的要求,得出了在记录波长、采样间隔等条件一定的情况下的最小记录距离.对于一幅512×512像素的数字图像,若像元尺寸为6.7 μm,所用光波长为532 nm,则最小记录距离为43.2 mm.在此基础上对实验记录的振幅和相位型静态粒子的数字全息图,均得到了满意的数值再现像.

部分端面抽运的板条激光器是一种新型固体激光器,配合混合腔可以实现在大功率下保持高光束质量的激光振荡输出。谐振腔的腔镜倾斜是影响激光器输出特性的重要因素,快速傅里叶方法是一种快捷有效的计算方法,利用此方法模拟了腔镜倾斜对近场相位分布和远场光强分布的影响,并分析了光束质量的变化。理论分析表明,腔镜的小角度倾斜对近场相位影响较大,但对远场光强空间分布影响不大；随着倾斜角度不断增大,远场发散角和光束腰宽度也增大,光束质量虽然存在恶化的趋势,但光束质量因子M2值仍然较小,离轴非稳腔仍能保持高光束质量的输出。