功能性近红外脑成像(functional near- infrared spectroscopy，fNIRS)技术能够有效测量大脑血红蛋白的浓度变化，是一种新型的、无损的检测技术。研发出一种高性能的可穿戴fNIRS系统对于临床诊断和日常生活监测具有重要意义。对比了不同fNIRS系统中的各个组成部分，首先分析比较了系统中光源和光电探测器的选择以及排布方式，其次比较了数据采集、数据预处理和数据分析的方法，最后讨论了提高系统时间分辨率、空间分辨率以及便携性的改进方法。本文可为读者设计一种高性能的fNIRS系统提供指导。

小尺寸的物体由于其在图像中分辨率相对较低的原因，在检测任务中容易被丢失和误判。针对目前目标检测算法对小尺寸目标检测精确度远低于其他尺寸目标检测精度的问题加以改进，将小尺寸目标特征增强融入特征金字塔结构。利用多尺度特征融合的特征增强能力丰富小尺寸目标特征层的特征信息，从而使小尺寸目标检测精准度得到提升。将改进特征金字塔结构应用于YOLOv3网络，实验对比研究表明，小尺寸目标检测精准度可以达到0.179，较原网络提升了22.6%。

太赫兹双梳光谱技术因其高频率分辨率和高灵敏度等优点，近年来成为一种有力的光谱测量技术。为了提高光谱系统的探测性能，本文分析了双梳光谱技术在时域和频域中的采样原理及方法，基于两台飞秒激光器搭建了一套重复频率可调的太赫兹双梳光谱系统。通过改变一台光频梳的重复频率，系统地研究了不同重复频率差对太赫兹双梳光谱系统性能的影响。结果表明有效范围内的重复频率差越小，探测到光谱质量越高。当重复频率差为10 Hz时，太赫兹双梳光谱系统的探测性能最佳。此研究为太赫兹双梳光谱技术选择最合适的重复频率差提供了方法。

拉曼光谱检测是一种快速、无损的检测方法，在许多领域得到应用。拉曼光谱气体定量检测过程中采用峰值、峰面积法，应用于产品开发时，会存在很多问题。本文以氧气、氮气、二氧化碳作为研究对象，分别采用峰值峰面积法、瑞利散射归一化、某一种气体成分归一化、待测气体成分整体归一化方法进行定量分析。对4种方法从积分时间的影响、定量检测稳定性、重复性、是否受到体积分数100%约束等方面进行对比研究。结果显示，其他方法相比于峰值、峰面积法均可提升测量的重复性与稳定性。4种方法各有优缺点。产品开发过程中，应该根据需求选择不同的定量计算方法。

双金属材料结合了两种金属的特性从而获得远超单一金属的性能，因而在材料应用领域获得了广泛关注。如何以低成本获得高性能功能性材料是双金属推广应用的关键。以Cu₃₀Mn₇₀合金片材为前驱体，采用自由腐蚀和化学电镀两步法制备了金包铜纳米多孔基底(Au@NPC)。金包覆层在有效抑制铜在空气中氧化的同时，减小了韧带间孔径距离，进一步增大了紧邻韧带间的电磁耦合效应, 使Au@NPC具有更强的局域电磁场增强特性，表现出优于纳米多孔铜的表面增强拉曼散射活性。金铜双金属材料可用作表面拉曼增强散射基底，具有优异的稳定性和较低的成本。

智能微型化的医用器械在医疗行业逐渐被人们所重视。这些产品主要是由一些微型电子元器件构成，其中器件核心芯片部分的点线连接结构需通过高精密焊接工作完成。因此焊点和被焊芯线的识别精度要求越来越高，两者是否能准确有效识别直接影响焊接的最终质量。为高质量完成焊接过程中的焊点和芯线识别，本文主要使用电子显微仪器结合上位机VS17+OpenCV软硬结合的方法完成图像处理，对所采集图像中的焊点和芯线端头进行识别。以焊点和芯线端头的颜色及几何特征作为分析对象，经预处理后再通过各自特征分析突出感兴趣区域部分，通过特定颜色阈值选取方式和对比度提升算法完成焊点和芯线端头的分割过程，要求所测量焊点及芯线端头的识别精度误差≤0.1 mm。实验结果表明：本文印刷电路板(PCB)焊点及芯线端头的识别算法能有效识别焊点及芯线端头图中所在位置并显示其像素坐标值；经数据整理分析，本文算法的识别精度误差均控制在允许的误差范围内。

电子内窥镜作为现代医疗仪器中的重要设备，随着产量的不断增加，实现内窥镜信号线自动化焊接已成为一个必然趋势。为精确高效采集内窥镜镜头模组的焊点坐标，设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列（field programmable gate array，FPGA）图像处理的内窥镜焊点检测系统。整个系统以OV5640作为图像采集器件对目标板的图像数据进行采集，通过Verilog HDL硬件描述语言进行图像处理，实现焊点检测和瑕疵判别算法的设计。硬件测试结果表明，该系统能实时采集焊点坐标并检测焊点之间的瑕疵，采集到的焊点坐标最大误差小于0.1 mm，检测精度高，实时性强，具有广泛的应用前景。

设计并搭建了太赫兹光致力显微成像系统(THz PiFM)，首次在太赫兹波段实现了近场光力纳米显微成像测量。该系统基于原子力显微镜，利用探针对所受力的灵敏检测能力，通过探测探针与样品之间近场偶极相互作用产生的光场梯度力，实现无探测器的太赫兹近场显微成像。利用该系统，对可见光激发下的单层MoS₂晶粒进行了近场纳米显微成像表征，并分析了晶粒边缘近场光力信号增强的机制。研究结果表明，THz PiFM对二维材料中的载流子具有高灵敏的探测能力。与传统的太赫兹近场显微成像技术相比，THz PiFM无需太赫兹探测器，而且可获得更加优越的空间分辨率和成像信噪比，是一种低成本、高性能的新型太赫兹近场显微成像技术。

理想完美涡旋光束是一种光强分布不随拓扑荷数的改变而改变的特殊光束，与普通涡旋光束相比，其可以大幅提升在微粒操纵、光纤传输等方面的应用效率。为了探究完美涡旋光束的自由空间传播特性，利用汉克变换详细计算并分析了拓扑荷数、初始面光环半径以及环宽度对其衍射特性的影响，发现完美涡旋光束不具备无衍射特性，光环会随着衍射距离的增加而展宽并逐渐向贝塞尔函数转变。当初始面光环半径增加或环宽度减小时，衍射效应增强，其中环宽度的影响要大于光环半径。与前两者相比，拓扑荷数对衍射效应的影响较小。研究结果对完美涡旋光的进一步应用提供了有益的理论参考。

环境因素（如光照、水蒸气、氧气等）会引发二维钙钛矿材料的降解，其稳定性极大地限制该材料的进一步发展及市场化进程。利用氟化物的强稳定性与疏水性，将其以含氟苯乙胺的形式引入二维钙钛矿的有机层，可以有效地改善二维钙钛矿稳定性，但是荧光效率有所降低。针对这一问题，本文采用聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、环烯烃聚合体（COP）三种高分子聚合物对二维钙钛矿薄膜进行包覆，使其荧光强度分别得到2.2、1.3和1.4倍的改善，光照稳定性分别得到3.3、3.1和3.9倍的提升，并进一步验证湿度稳定性。该研究为二维钙钛矿薄膜在光电器件上的开发提供了新思路。

近年来，光学成像与检测技术越来越多的应用于生物医学领域，其具有高检测灵敏度、生物安全性好以及非侵入性等众多优异的特点。该技术的发展得益于荧光物质（如染料、荧光蛋白）的光学特性和光学成像设备的发展。与传统下转换光学成像方式相比，上转换光学成像具有反斯托克斯位移发光特性。该光学成像方式在生物医学领域中展现出较好的应用前景，其成像方式较好地避免了下转换发光的一些弊端，如近红外光激发可增加光对组织的穿透深度、可避免生物体自发荧光和对组织损伤较小等。正因为上转换光学成像方式的特殊性，有必要对其进行介绍并综述近期在生物医学领域中的应用，包括成像检测与疾病治疗。这对于合理使用上转换发光技术和合理设计上转换发光材料具有指导意义。