为克服传统质量导向相位展开方法无法正确展开多孤立物体的局限性，提出一种基于区域分割的立体质量导向相位展开方法。该方法将包裹相位分割为多个区域，并为每个孤立区域通过立体匹配算法确立左右相机多视图相位展开初始点，通过质量导向相位展开算法实现多视图孤立物体相位展开。进一步提出了基于区域双目立体展开相位匹配的单频条纹结构光三维（3D）测量，实现了单个频率包裹相位下的多孤立物体3D重建。实验结果表明，所提方法可以实现多孤立物体运动状态的3D重建，在四步相移和单幅条纹图条件下重建标准球的直径平均绝对值偏差分别为0.0135 mm和0.0347 mm。

提出一种基于双层半色调图像联合编码的光场显示装置。该装置由准直背光、双层菲林片、滤光片、非球面柱透镜阵列和垂直扩散膜组成。菲林片用于显示半色调光场编码图像，滤光片用于实现红绿蓝三色通道，非球面柱透镜阵列和垂直扩散膜用于调控光线的出射方向。为了实现超多视点和高灰阶的光场显示，利用双层菲林光场编码提升视点数目，利用半色调图像联合优化方法合成双层菲林结构上的光场编码图像，扩展灰阶范围。在验证实验中，实现了超多视点、高灰阶、彩色的三维光场显示效果，视点数量达到165个，灰阶达到256×256×256。

将一对可以产生荧光共振能量转移（FRET）的荧光分子分别作为供体染料和受体染料，以法布里-珀罗（F-P）微腔作为光学谐振腔，基于DNA分子的G-四链体结构研究FRET光微流激光的偏振特性。实验上，研究了5种不同K⁺浓度的DNA（其分子两端分别标记了一对可以产生FRET的荧光染料）溶液，用线偏振的泵浦光对其进行激发，将受体在平行偏振方向（平行于泵浦光偏振方向）的激光阈值曲线斜率和垂直偏振方向（垂直于泵浦光偏振方向）的激光阈值曲线的斜率的比值作为受体激光偏振度的检测信号。实验结果表明，随着DNA溶液中K⁺浓度的增加，受体激光的泵浦阈值逐渐降低，能量转换效率逐渐增加，而受体激光的斜率比逐渐变小，即偏振度逐渐降低。

热原子光钟是小型化光钟的重要发展方向，原子气室作为热原子光钟的核心，其无磁温控是热原子光钟的关键技术之一，温度波动及加热引入的磁场噪声都会影响热原子光钟的稳定性。针对铷原子双光子跃迁的热原子光钟原子气室高精度无磁温控的需求，设计了一种双层无磁温控系统，采用四线制采集温度信息，模拟 PID 实现反馈温度控制，加热元器件使用双层蛇形加热膜设计，减小因加热电流产生的磁场扰动。实验结果表明，无磁温控制系统在原子气室的工作温度为 80 ℃时，4 小时温度稳定性可达 0.004 ℃，磁场噪声小于 100 nT，满足热原子光钟的设计需求，保证热原子光钟实验顺利进行。

针对非远心结构光投影测量系统中单帧空间相位检测方法（SPD）存在的虚拟光栅频率与条纹载频失配问题，提出了一种新的解调频率获取方法。利用系统标定过程中预先获取的参考光栅在极值处的频率值拟合出频率函数，使得设计的虚拟光栅能与条纹载频更好匹配，将有用的相位信息准确移动到零频位置。此外，利用分段希尔伯特（Hilbert）变换消除了条纹背景对测量的影响，理论将单帧 SPD 方法的测量范围提高了近 2 倍；条纹背景信息的消除也放宽了 SPD 方法对低通滤波器带宽的限制，可提取更多的物面细节信息提高测量精度。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。结果表明，移除条纹背景后，单帧 SPD方法重建面形的最大误差减少了近一半。该方法对基于结构光投影的空间快速 3D 检测具有参考价值。

皮肤疾病是一种较为常见的人类疾病，其检测与诊断十分重要。传统的检测方法因医师主观影响和皮肤创伤问题不利于对皮肤病作出准确高效的判断，故皮肤成像技术逐渐被用于辅助诊断。光声成像技术作为一种新兴的成像方式，结合了光学成像的高对比度和超声成像的深穿透优势，逐渐被人们所关注。本文针对光声皮肤成像技术进行了回顾与总结，按照成像方式对光声皮肤成像系统进行了分类与归纳，从重构算法提升角度总结了现有的性能提升方法与策略。此外，按照皮肤病类别探讨了当前光声皮肤成像技术的临床应用，验证了光声皮肤成像技术的发展前景与潜力。最后针对现有方法的缺点与限制，对未来光声皮肤成像技术的发展方向和关键环节进行了设想与讨论。

乳腺癌早期筛查、精准诊断、有效治疗是提高患者生存率的重要因素，而影像学是筛查、诊断、治疗评估的主要手段。基于现有的影像技术，乳腺临床诊治流程虽然已逐步规范化，但在高效灵敏筛查、无创精准诊断以及治疗监测评估等方面仍存在核心局限。例如，传统的医学影像技术存在诊断特异性低、成像速度慢、使用电离辐射或注射造影剂等局限，仍存在重大临床诉求。光声成像作为一项新兴的医学影像技术，可以与传统技术形成优势互补，提供快速（如10~15 s完成全乳腺扫描）、高分辨率、信息丰富的医学影像。其光学对比度和声学分辨率使之具备揭示肿瘤微环境结构、功能、分子细节特征的能力。本文简述了光声成像的技术原理和主要设计形态，概述并评价了乳腺肿瘤筛查、诊断和治疗评估领域的代表性光声成像研究。最后讨论了光声成像在乳腺临床上的应用前景，其有望成为继钼靶、超声、核磁共振之后的“第四大”乳腺成像技术。

在激光粉末床熔融（LPBF）成形过程中，铺粉异常导致的沉积缺陷会严重影响成形零件的表面及内部质量，但目前缺乏针对性的在线监测与诊断方案。采用光电探测器和高速相机在线监测成形过程中的光强和熔池面积信号，探究不同粉末厚度条件下熔池尺度光信号的变化规律，实现对零件质量的初步诊断。研究结果表明，粉末厚度的异常增加会导致零件熔化状态出现波动，并最终导致严重的球化。表面粗糙度从正常打印状态的5 μm显著增加至100 μm以上，同时在零件内部形成了未熔合孔隙缺陷。阐述了粉末厚度对沉积缺陷的影响机制，深入分析了光强与熔池面积的特征及其相互关系，提出了一种基于阈值百分比诊断沉积缺陷的信号监测方法。

回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。

传统斯格明子是一种在核物理和磁性材料中均已被证明具有拓扑稳定性的准粒子，可应用于逻辑器件、晶体管、量子计算等领域。近年来，光学斯格明子被人们所提出，并引起了拓扑光学与光场调控领域研究者们的广泛兴趣。综述了当前光学斯格明子的研究进展，详细介绍了光学斯格明子的拓扑结构分类、不同矢量构型光学斯格明子的产生与调控，并对其潜在应用进行了展望，为本领域进一步快速发展提供了参考。