为了研究浑浊水体对成像质量的影响，利用单次Mie散射理论和蒙特卡罗法，在融合几何光学成像的基础上提出一种理论分析方法。该方法分析不同波长的点光源在不同粒径不同浓度的浑浊水体环境传输时的成像特征。结果表明：波长分别为456 nm、524 nm、620 nm的点光源经相同的水体环境和无散射环境进行偏振成像传输时，波长为456 nm的点光源的成像效果最好；波长为456 nm的点光源经过散射粒径大小分别为1 μm和2 μm的浑浊水体时，线偏振光的成像效果优于圆偏振光，圆偏振光优于自然光；当穿过散射粒径为3 μm、4 μm、5 μm的浑浊水体时，自然光成像效果最好，线偏振光成像效果最差。从理论上分析了不同波段的点光源经过不同水体进行偏振成像传输的成像效果，为水下偏振成像技术提供了新的思路和方法。

针对亚波长光栅的共振特性，设计了一种基于法诺共振的亚波长光栅并研究了其共振特性。利用光学模拟软件FDTD Solutions对该光栅结构进行数值模拟，在可见光波段，对影响光栅性能的周期、折射率、占空比等光栅参数进行了研究，从而得到了一种共振强度高、谱线精细、共振峰位置可控的法诺共振谱线。该研究成果可用来研制1 nm精度的光谱滤波器。

为了消除在实际飞行过程中温度变化对机载折反式光学系统成像质量的影响, 对该系统的光学元件、机械结构等部分进行热分析, 实现机载折反式光学系统的无热化设计。首先, 根据透镜的光焦度公式推导透镜的光焦度温度函数, 列出透镜组的消热差方程。接着, 在考虑支撑结构的影响时引入轴向放大率, 以此表现折反式系统部分元件间隔变化对系统焦距影响大的特点。最后, 结合前两者确定完整的消热差方程来指导无热化设计。仿真结果表明, 工作在486~656 nm波段, 焦距为1 850 mm的机载折反式可见光光学系统在0~40 ℃之间成像良好, 调制传递函数下降不到0.1。

采用可见光波段的488 nm、518 nm和637 nm激光对氧化石墨烯薄膜样品进行光照还原实验, 并实时测量还原氧化石墨烯的透过率和电阻率, 通过其变化规律表征不同波长的激光对氧化石墨烯还原程度的影响.结果表明: 氧化石墨烯的透过率和电阻率在不同波长激光照射下呈现不同的变化规律.采用488 nm激光照射时, 在激光功率密度很小的条件下, 氧化石墨烯即可发生还原反应, 还原过程符合光化学还原规律; 采用518 nm与637 nm激光照射时, 只有当激光功率密度大于某一阈值时, 氧化石墨烯才发生还原反应; 激光波长越长, 功率阈值越高; 还原过程符合光热还原规律.该研究结果可为光还原石墨烯薄膜的图案化工艺改进提供参考和依据.

为了保障航行器水下航行时对可见光波段光学隐蔽的需求, 以及实时测量其所在位置的光学隐蔽深度, 设计了小型化可见光波段的光学隐蔽深度测量系统。根据光学隐蔽深度模型, 优化设计了海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水漫衰减系数、海水体衰减系数的测量方法。优化设计后的系统有21个测量通道, 测量光谱为390～667 nm, 工作深度可达50 m。进行了海上试验, 试验结果显示: 在天气良好的条件下, 水下航行器在520～560 nm可见光波段内存在暴露窗口, 同时测得特征长度为0.75 m的模型的光学隐蔽深度为3.5 m。得到的结果表明, 设计的小型化可见光波段光学隐蔽深度测量系统可以实现光学隐蔽深度的测量, 测量装置具有体积小、重量轻、系统性能稳定等优点, 适用于水下航行器搭载, 可为下一步实现可自主升降的光学隐蔽深度测量系统设计提供理论技术支撑。

水面溢油机载航测工作需要以全面的溢油模拟目标的光谱反射率特性数据作为支撑, 选择合适的工作波段, 并通过获得的数据对溢油情况进行分析与判断。 针对汽油、 柴油、 润滑油、 煤油与原油五种目标样本, 油膜从紫外波段到近红外波段进行了反射光谱测量, 并将结果与相同实验环境下的水的反射光谱对比。 实验结果表明油膜的光谱反射特性与油品类型以及油膜的厚度相关。 不同种类的油膜在相同厚度的情况下, 光谱反射率曲线的差异很大, 而同一种类的油膜, 随着油膜厚度的改变, 光谱反射率曲线亦随之发生改变, 因而就单一油膜而论, 可以通过反射率曲线区分不同的油膜厚度。 以相同的油膜厚度而论, 柴油, 煤油, 润滑油在380 nm附近存在反射率峰值, 与水的反射率差异明显, 原油在大于340 nm波长的反射率远小于水, 所得到的反射光谱能够在一定程度上区分不同类型油膜。 实验涉及主要溢油油种, 数据全面覆盖探测常用的光谱波段, 定量化描述了油膜光谱反射率特性, 为机载水面溢油探测工作的波段选择与水面溢油的早期发现与分析提供了全面的理论与数据支持。

构造了由AsS、SiO2、PbTe和LiF四种介质组合而成的 (AB)m(CD)m-1A(DC)m-1(BA)m一维四元镜像对称结构光子晶体模型,利用传输矩阵法,研究了该结构的光学传输特性。结果表明:当m≥4,光线垂直入射时,在可见光全波段(400~760 nm)范围内恰好有一严格帯隙。四介质的几何厚度各自独立递增时,帯隙红移,宽度增加,反之亦然。随着入射角增加,帯隙将产生蓝移。对于TE波,该光子晶体具有较好的角度宽容度,可实现全角度在可见光大部分波段(400～705 nm)范围内的反射;对于TM波,仅能在可见光小部分波段(400～520 nm)实现全角度反射。

近红外 可见光傅里叶变换光谱仪需要使用倍频后的参考激光干涉信号作为采样信号。由于锁相环 倍频无法适用于低频的非周期信号，而传统的数字倍频方法误差又较大，因此提出了一种经过改进的基于传统数字 倍频方法的算法，并对其进行了仿真和验证。实验结果表明，算法改进后，输出波形的非均匀性 误差从－2%?+1.6%提高到了-0.5mm－0.82%?+0.4%，说明由倍频产生的非均匀性误差得到了 良好改善。

理论模拟与分析了皮肤基底细胞癌症组织的自体荧光光谱特征.在实验分析基底细胞癌症组织显微荧光图像特征基础上, 建立相应的八层组织光学模型.采用蒙特卡罗模拟方法, 分析基底细胞癌症组织在可见光波段的漫反射特征, 并对光学模型进行完善.同时, 基于光与组织的相互作用机理与蒙特卡罗方法, 模拟分析皮肤组织结构对其自体荧光光子的吸收和散射作用, 讨论自体荧光在组织内部的传输机制, 并最终重构在体基底细胞癌症组织的荧光光谱.结果表明, 理论重构的荧光光谱与在体实验结果基本一致.本研究工作为分析研究癌症病变组织内的光谱特性, 阐述生物组织内部自体荧光产生与传播机制, 提供了一种理论研究方法.

The omni-directional reflection characteristics of one-dimensional photonic crystals composed of Ta2O5/MgF2 multi-quantum well (MQW) are studied using the transfer matrix method. An omni-directional reflector consisting of three and four Ta2O5/MgF2 MQWs is investigated. Results show that the photonic band gap of the photonic crystal composed of three and four Ta2O5/MgF2 MQWs, which are within the wavelength ranges of 402–712 and 412–1,023 nm, respectively, could cover the entire visible region. The relationship among the width of the band gap, its location, reflectivity rate, and incident angle of the incident light is analyzed. The optimal structural parameters of the MQW of the omni-directional reflector in the visible region are also calculated. The calculations provide a guide for the design of omni-directional reflection devices in the visible region.