爱因斯坦探针卫星是一项针对时域天文学的任务，搭载的科学载荷后随X射线望远镜配备嵌套式镍镀金Wolter-I型X射线望远镜具有高灵敏度。角分辨是Wolter-I型X射线聚焦镜的重要性能指标，通常采用半能量直径表示。由于X射线聚焦镜在可见光与X射线下的光路相同，可以使用可见光代替X射线进行聚焦镜角分辨性能的检测，但也引入了可见光衍射的影响，为了说明此种影响，根据圆孔的夫琅禾费衍射理论，推导遮盖率极大的细圆环衍射分布公式，计算单层Wolter-I型镜片的可见光测试衍射影响。使用EP-FXT#18镜片在473 nm平行光条件下进行角分辨测试，可见光测试角分辨为32.02″±0.44″，推导计算可见光衍射影响为20.15″，从可见光测试结果中扣除衍射引入的误差影响后角分辨约为24.90″±1.61″，与中国科学院高能物理研究所在百米真空X射线下对镜片的测试结果25.10″+1.55″一致。

聚焦堆栈数据受到视差维分辨率低的限制，导致由聚焦堆栈数据估计的视差的精度低、鲁棒性差。从聚焦堆栈数据的视差维频谱优化出发，引入聚焦堆栈视差维滤波器，提出基于视差维滤波的聚焦堆栈视差维超分辨方法，实现高精度的稠密视差估计。通过聚焦堆栈的频谱分析，选取巴特沃斯滤波作为视差维滤波器，实现聚焦堆栈数据高保真的视差维超分辨。利用视差维超分辨后的稠密聚焦堆栈，基于Robust focus volume regularization（RFV）算法实现稠密、高精度视差估计。模拟数据与实际数据实验结果表明：视差维滤波能够实现高效的视差维超分辨和高精度的稠密视差估计。

研究了不同晶面与掺杂的ZnO晶体在飞秒线/径向偏振光（330 fs， 532 nm）激发下的超快三阶光学非线性效应。首先，采用紫外/可见吸收光谱对ZnO晶体的带隙进行分析；然后，基于Z-Scan技术在飞秒线/径向偏振光条件下测试了ZnO晶体的三阶光学非线性特性。结果表明：在线偏振光和径向偏振光激发下，不同晶面和掺杂的ZnO晶体均呈现出非线性饱和吸收效应和自聚焦效应，由ZnO晶体中缺陷态的电子跃迁导致。飞秒线偏振光激发时，ZnO［101］的三阶光学非线性效应最强，由ZnO晶体中变窄的能量带隙引起的近共振增强的三阶光学非线性导致；而在径向偏振光激发下，ZnO［110］的三阶光学非线性最强，这可能是由较窄的能量带隙和飞秒矢量激光的轴对称偏振产生的各向异性非线性共同作用造成。本研究结果在可饱和吸收体、超快光场调控与超分辨成像等领域具有潜在的应用价值。

利用Debye积分，研究了三个相互正交的轨道角动量（包括两个正交的横向轨道角动量以及一个纵向轨道角动量）光场在紧聚焦条件下的复杂耦合现象，并演示了焦场中相位奇点在三维时空间中的演化。此外，还研究了具有不同拓扑荷数的纵向轨道角动量对聚焦波包整体轨道角动量指向的影响。数值结果表明，聚焦波包的整体轨道角动量指向可由纵向轨道角动量的拓扑荷数进行调控，进而实现紧聚焦时空波包的轨道角动量指向可控。这种角动量指向可控的时空波包在光学微操作、微纳加工、自旋-轨道耦合以及量子通信等领域具有潜在的应用价值。

提出了一种采用球面弯晶聚焦结构获得高亮度桌面型单能X射线的方法。在子午方向利用晶体色散实现单能、在弧矢方向通过球面镜聚焦提高光强。理论建模和光学仿真评估了该结构的色散和聚焦性能，验证了球面弯晶聚焦结构相对于柱面弯晶在聚焦特性上的显著优势。针对Al靶Kα₁线单能需求，设计和装调了基于低功率Al靶X射线管的单能装置，并实验验证了其性能。结果显示，当X射线管工作在7 W功率条件下，CCD曝光10 min，Al靶Kα₁线全视场光谱的探测器计数大于2×10⁵，能谱展宽约为0.592 eV；引入200 μm限束光阑，能谱展宽进一步减小至0.493 eV，探测器计数约为2×10⁴。研究结果证实了该装置可以有效获得高亮度Al靶Kα₁谱线，也为精确测量光学器件和系统的光谱特性提供了一种新的获得高亮度单能X射线的技术途径。

随着太赫兹技术的发展以及全球对6G通信的研究和期望，太赫兹通信技术获得了广泛的关注。但是太赫兹波具有很强的方向性，常常进行端对端的传播，且传播过程中容易被障碍物阻挡，太赫兹通信中的广角和定向传播成为技术难点。设计一种新的广角反射超构表面，其可将入射角为5°~45°的太赫兹波反射聚焦在同一位置，该位置距离样品600 mm，方向为13°。采用共振相位调制原理设计单元结构，利用透镜聚焦原理和相位补偿原理对单元结构进行排布并进行加工。在220 GHz工作频率下进行实验验证，实验结果证实了该器件的功能。所提方案为解决太赫兹6G通信难题提供了一个有效途径，具有一定的应用前景。

人类社会正处于信息爆炸的大数据时代，迅速膨胀的数据在持续高速增加，需要越来越大的存储容量来承载。高密度光存储技术具有非接触、抗电磁干扰、存储密度高等优点，为更好地存储、处理、分析每天产生的海量数据提供了优质方案。然而，光储存记录点的尺寸受到衍射极限的限制，传统光存储技术的存储密度难以大幅提升。近年来，随着多参量光场调控技术的发展，高数值孔径物镜聚焦下的结构化光场有了更新颖的结构、更丰富的维度和更小的尺寸，为高密度光存储提供了更多选择。本文将综述光场调控技术在紧聚焦焦场上的最新成果，介绍实现空间紧聚焦焦场的理论设计、模拟、实验、高效生成器件和应用。这些成果将会更好地服务于高密度光存储技术的研究与应用。

全聚焦方法（TFM）具有成像分辨率高、缺陷表征能力强的优点，但其存在数据需求量大、计算复杂、耗时过长等问题。针对上述问题，并结合激光超声检测技术，进行了基于ZYNQ平台加速的激光超声全聚焦技术研究。首先建立了基于激光超声的全聚焦算法，并引入激光超声方向性系数进行优化；进一步，搭建了激光超声扫描检测装置进行实验验证，使用线激光源激发超声信号，利用多普勒测振仪探测回波信号；然后使用形成的激光超声全聚焦成像算法进行内部缺陷的检测和定位，并与合成孔径聚焦算法获得的结果进行比较，从而验证了算法的正确性和可行性；最后将形成的激光超声全聚焦成像算法移植到ZYNQ平台上，对激光超声全聚焦成像算法进行了并行优化及双核设计，实现了算法加速。研究结果表明：激光超声全聚焦技术相比于合成孔径聚焦技术，成像信噪比更高、定位更准确；基于ZYNQ加速的激光超声全聚焦成像算法不会降低成像质量，且耗时相比于计算机缩短了86%。

为进一步提高双光子多焦点结构光照明显微技术（2P-MSIM）的空间分辨率，笔者提出并发展了一种双光子亚衍射多焦点结构光照明显微成像方法（2P-sMSIM）。首先，通过改进的Gerchberg-Saxton（GS）相位恢复算法设计亚衍射聚焦点阵，生成相位图，利用高速相位型空间光调制器产生亚衍射聚焦点阵。通过计算机模拟的仿真实验，探究算法的可行性，并通过对荧光染料溶液的激发成像，证明了每个亚衍射聚焦点阵的平均尺寸为正常衍射受限点阵聚焦点尺寸的80%。其次，将该点阵引入2P-MSIM系统，对固定在BS-C-1细胞内的微管和商用线粒体切片分别进行了超分辨成像实验，证明了在亚衍射聚焦点阵激发下，2P-MSIM的分辨率和成像质量得到了进一步提高，这对于2P-MSIM的发展具有重要意义。