星载环境探测激光雷达能够获取昼夜环境垂直剖面信息，已成为各国发展的重要遥感技术。经过近30年的发展，该技术获取了大量全球地表信息和大气海洋环境信息，为人类合理利用地球资源、应对全球生态环境和气候问题做出了巨大贡献。概述了星载环境探测激光雷达的发展历史，重点阐述了星载激光雷达模拟器、星地真实性检验和数据处理与应用等关键技术，探讨了星载环境探测激光雷达技术的未来发展方向。通过介绍星载环境探测激光雷达及其关键技术的背景知识，帮助科研人员理解星载环境探测激光雷达如何为地球系统探测提供关键数据，从而更好地保障数据精度及将数据应用于地球科学研究。

气溶胶一直是环境气候、空气质量和公共卫生方面的重要影响因素。卫星遥感可以实现对地球大视场的观测，已成为气溶胶探测的主流方式之一。为了解星载气溶胶被动光学遥感仪器发展现状和趋势，以多光谱、多角度和偏振观测为立足点，调研了历史上各国星载气溶胶光学遥感仪器的主要技术参数。首先，详细介绍了国际上几款典型仪器的设计参数和其在气溶胶参数反演方面的具体应用情况。然后，对将要发射的先进遥感仪器进行了分析。最后，总结了未来星载气溶胶被动光学遥感仪器的发展方向。集多光谱、多角度、中等空间分辨率、大视场和高精度偏振测量于一体是未来星载气溶胶光学遥感仪器的发展趋势。

水下成像技术在**、海洋开发和工程应用中发挥着重要的作用。然而，传统成像方法在传播过程中会受到吸收、散射、湍流和复杂的光与物质相互作用效应的影响，进而难以获得清晰的水下图像。近年来，水下鬼成像逐渐成为研究热点，它采用无空间分辨能力的桶探测器，通过关联算法来获取目标的空间分布。与传统阵列成像相比，鬼成像具有灵敏度高、抗干扰和工作波长宽等特点，在弱光、特殊波段和提高成像距离等方面具有显著优势。综述了近年来水下鬼成像的研究进展，重点讨论了其发展历程、光路结构和关键技术，分析了影响水下鬼成像质量的因素和提升方法，并对水下鬼成像的未来应用方向进行了展望。

近年来，随着超材料研究的发展，中红外波段的吸波超表面得到了快速发展，其应用潜力也不断被发掘。本文首先介绍了不同类型的中红外吸波超表面及其工作机理，然后回顾了在热辐射源、热隐身和探测器等应用中吸波超表面的应用方式和优势，最后总结现有的挑战并对将来的发展进行了展望。

无论在直接型还是间接型X射线探测领域内，金属卤化物钙钛矿或类钙钛矿都是一类非常有前景的探测材料。这类新型材料具有优越的性能，如强X射线阻挡能力和低成本优势，其X射线探测研究已经取得了很大进展，引起了国际上的关注。基于这类材料的X射线成像系统也已被成功开发。首先介绍X射线探测与成像的基本原理，总结基于新型金属卤化物半导体和闪烁体的直接型和间接型X射线探测与成像的进展，最后提出一些存在的问题和可能的展望。

微纳光纤是一种直径接近或小于传输光真空波长的一维自由导波结构，通常由加热玻璃光纤在高温下通过物理拉伸方法制备。典型的微纳光纤具有表面光滑、直径均匀、力学性能优良、强光场约束、强倏逝场、表面场增强及直径/波长依赖的大波导色散等特性，而且光传输损耗远低于同等直径/线宽的所有其他形式的微纳光波导，在光学近场耦合、传感、原子光学、非线性光学及光纤激光技术、光力操控等领域具有良好的应用前景。本文基于微纳光纤的基本传输特性，介绍近年来本研究组在微纳光纤的精确制备、近场耦合、传感与非线性器件等方面的主要研究进展，同时简要提及国内外其他研究组同期相关工作，最后对该方向的研究进行简要总结与展望。

介绍了北京航空航天大学在光子晶体光纤陀螺技术方面的研究进展。在光纤研制方面，设计并拉制了适用于1550 nm高精度光纤陀螺的Φ110 μm细径实芯保偏光子晶体光纤和适用于850 nm小型化光纤陀螺的Φ100 μm超细径实芯保偏光子晶体光纤，突破了km级空芯光子晶体光纤的批量制备技术。在陀螺应用方面，干涉式实芯光子晶体光纤陀螺精度突破0.001（°）/h，实现了国际上光子晶体光纤陀螺的首次空间试验验证；干涉式空芯光子晶体光纤陀螺实现了优于0.4（°）/h的样机精度；同时还探索了空芯光子晶体光纤在谐振式光纤陀螺上的应用。

近年来网络数据流量呈现爆发式增长，光纤通信系统作为全球宽带网络的基础，已承载着90%以上的数据流量，并继续朝着多维、超大容量、超长距离等方向发展。搭建了一套模拟跨洋传输的超高容量距离积单模光纤传输系统实验平台。在发射端，根据传输信道光信噪比，采用不同信息熵产生不同传输速率的偏振复用概率整形16阶正交幅度调制光信号。光纤传输链路是由国产超低损大有效面积光纤与国产超宽带低噪声C波段掺铒光纤放大器组成。整个系统基于129个波长信道（波长范围为1529.8~1568.2 nm）进行了传输验证，得到的传输容量为28.09 Tbit/s，传输距离为12000 km，总容量距离积达到337 Pbit·s^-1·km。

自20世纪70年代以来，伴随着光通信领域中光纤、光源和相位调制器等光学器件的逐渐应用和走向成熟，具有独特优势的基于Sagnac效应的干涉式光纤陀螺（IFOG）技术得到了迅速发展。40多年来，该技术从实验室走向了陆海空天等各个领域。回顾了IFOG技术的发展过程。首先，介绍了自Sagnac效应发现至实用化期间IFOG技术的探索历程。然后，阐述了IFOG经典的最小互易光学结构与信号处理方案。接着，梳理了IFOG技术在高精度、小型化和环境适应性等方面的研究现状。最后，分析了该技术发展、应用的趋势和方向。

光谱成像技术能够同时获取被测物体的二维空间及一维光谱信息，在科学检测与研究中发挥着重要作用。传统的高光谱成像系统存在着光学系统复杂、含有精密运动器件、曝光时间长等问题，这些问题极大地限制了其在许多场景的应用。介绍了一种基于旋转衍射机理的快照式高光谱成像系统，通过单次曝光成像和图像重建即可得到待测目标的高光谱信息。提出了一系列的系统设计优化方法以提升系统的成像性能和实用性，通过折衍射混合系统缩短光学系统后截距，通过引入前置光学系统探测远距离目标。实验结果表明，所提出的优化设计方法能够有效提高系统感光能力，提升重建图像的质量。

正电子发射断层成像（PET）是一种对活体的生理机能进行成像的核医学成像方式。为了全方位地刻画生物体内的生命活动，双示踪PET技术被提出。此技术往往采用交错/同时注射、单次扫描的方式来获得两种示踪剂的放射性浓度分布信息，目前主要被应用于肿瘤和神经系统相关疾病的诊断和治疗中。由于两种示踪剂产生的光子能量不可区分，故双示踪PET图像的重建成为重点研究的关键技术之一。从PET的成像原理、示踪剂和双示踪PET重建技术等多个方面进行介绍，并重点讨论各类重建技术的优势和不足。最后，对双示踪PET成像技术在多参数、多模态成像领域中的发展和应用进行展望。

光学偏折测量技术作为高精度的非接触式测量方式，可在不损伤被测元件表面的同时，具有较高的空间分辨率和较大的测量动态范围。光学偏折测量系统结构简单，在现今越来越注重高精度、高效率和高通用性的光学复杂自由曲面测量领域中有较好的应用前景。首先，回顾了近年来的复杂曲面测量方法，并分析其测量特点。然后，着重介绍了采用计算机辅助的光学偏折测量技术及其系统关键性能参数。接着，对光学偏折测量所涉及的测量模型的建立、结构误差的校正、相位的获取和曲面的重构等关键技术的研究进展进行了讨论。最后，总结了基于计算机辅助的光学偏折测量技术的几种典型应用。

伴随着航天技术井喷式发展和太空力量的迅猛推进，人类在太空的活动越来越频繁，期间产生了数量庞大的空间碎片，严重威胁了在轨航天器与航天员的安全。为应对空间碎片带来的潜在危险，快速观测空间碎片状态，获取尺寸、外形、运动状态等特征信息尤为重要。本文对现有的天基空间碎片观测系统及其技术手段进行了归纳与总结，并提出若干发展建议，探究天基空间碎片观测手段的发展趋势，为构建未来天基空间碎片的观测系统提供参考。

介绍一种基于皮米梳的皮米测量技术。在实验中，通过采用两次曝光全息技术制出皮米梳，其两次曝光的干涉场周期具有200 pm的差值。当激光照射到皮米梳上，将产生随着传播方向不变的干涉条纹。该干涉条纹的周期与皮米梳的周期差值成反比，由此建立了一种新型皮米尺度位移或变化的测量原理和方法。以皮米梳及其应用为基础，将会发展出一系列新的皮米光学元件、技术及装置。

用于惯性约束聚变的高功率固体激光装置需使用上万件大口径光学元件，激光装置极端的设计性能对光学元件提出了全空间频段（空间频率范围为μm^-1级至 m^-1级）精度指标和高抗激光损伤的制造要求，形成确定性、高性能的强激光光学元件制造能力是制造激光装置的基础。总结了近年来大口径高功率激光光学元件超精密制造技术及装备方面的研究进展，重点介绍了超精密磨削成形技术、保形快速抛光技术、确定性抛光技术、晶体超精密切削技术及低缺陷制造技术，并分析了高功率激光光学元件制造的未来发展趋势。

硅光技术凭借其CMOS兼容性和高集成度等突出优势，被认为是最具发展潜力的新一代光子集成主流技术，在全球范围内受到极大关注。近年来，无源/有源硅光器件及其集成芯片研究均取得了重要进展。而随着光通信、光互连、光传感、光测量及光计算等新兴领域的飞速发展，硅光技术迎来了更为广阔的应用空间。与此同时，硅光器件及芯片也面临着更高性能、更高密度和更大规模等重要挑战。本文聚焦于面向波分复用、偏振复用、模式复用及混合复用等应用的高性能无源硅光波导器件，重点阐述了其性能突破及功能拓展，并探讨了硅光波导器件的发展前景。

超短超强脉冲激光是目前世界上在实验室内产生超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度的综合性极端物理条件的重要手段。在对超短超强脉冲激光发展现状和趋势分析的基础上，针对高能量密度物理等前沿基础科学实验研究多样化的需求，提出研制不同脉冲宽度、三种脉冲激光（两束输出功率为10 PW的飞秒激光、单束输出功率为1 PW@1 Hz的飞秒激光、单束千焦耳皮秒激光和单束万焦耳纳秒激光）协同输出至4个物理实验站形成不同工作模式，实现多种加载-诊断物理实验功能的星光超强激光装置（XG-ELF）的设想。对XG-ELF装置的物理实验设想和主要设计结果进行介绍。建成后的XG-ELF装置将为我国高能量密度物理前沿基础领域中的研究提供先进的研究平台。

海洋探测激光雷达和水下无线光通信应用对激光发射源的波长、重复频率和峰值功率等均提出了特殊的要求。具有高峰值功率的蓝绿波段纳秒脉冲激光，尤其是在大洋水中衰减系数更小的蓝光，在海洋主动遥感和信息高速传输中有着十分重要的应用。对国内外蓝光脉冲激光器技术的发展现状进行了综述，并从高重复频率、多波长和大能量、高峰值功率两种类型的应用需求出发，详细介绍了针对486.1 nm夫琅禾费暗线的蓝光脉冲激光器的最新研究工作。

随着网络带宽需求呈爆发式增长，波分复用技术从主干网下沉到城域网和终端用户侧的接入网，作为波分网络核心器件的低成本可调谐半导体激光器日益受到关注。本文回顾了可调谐半导体激光器的发展历程，分类阐述了不同方案可调谐半导体激光器的工作原理和性能，评析了典型商用可调谐光模块的优缺点，并重点介绍了低成本V型腔可调谐激光器的研究和产业化应用进展。

熔石英光学元件在高能量密度的紫外脉冲激光辐照下往往极易出现后表面损伤，这严重影响了紫外高功率脉冲激光装置的可靠性。综合国内外相关研究进展，系统阐述了熔石英元件表面在高能量紫外脉冲激光辐照下的损伤特性，包括典型的初始损伤和损伤增长行为特征，介绍了熔石英元件表面缺陷的类型、分布特性和紫外脉冲激光诱导损伤的内在机制，并概述了常用的熔石英表面加工方法与缺陷控制技术。最后，介绍了熔石英表面缺陷无损检测新技术和抗损伤性能测试技术方面的研究进展。

激光直写技术因具有灵活的三维微纳结构加工制造能力，在工业以及各个科学领域中得到广泛应用，但要进入亚100 nm乃至亚50 nm尺度，实现高通量的三维纳米制造还是当前的技术难题。而这在后摩尔时代光电混合集成与多层堆叠集成高度发展的今天显得极为重要。从光学成像的角度，这个问题的核心就是要获得大视场和高分辨信息，即信息带宽积的最大化，在激光直写技术中，就是要实现高通量和高分辨刻写。本文将论述激光直写技术的发展，介绍本课题组在高通量激光纳米直写方向的研究进展。

宽禁带半导体具有独特的电子结构、丰富的微纳结构、低温可控制备、可柔性透明化、化学稳定性好、物丰价廉等特点，成为信息技术与环境技术新的重要基础材料。以氧化锌和钙钛矿这两种宽禁带半导体材料为例，分别介绍了两种材料的制备原理及方法、光电特性及其在紫外光源、透明导电薄膜、发光二极管等领域的应用。最后对其发展进行了展望。

近年来，面向生物组织大深度光学成像的方法不断发展，其中包括光学相干层析、多光子成像和自适应光学等。介绍了浙江大学光电科学与工程学院近年来在生物组织大深度定量光学成像方面的一系列重要进展，包括光学相干层析结构与功能成像、基于三光子荧光显微的大深度脑血管成像和新型的畸变误差波前校正方法等，并进一步概述了如何对上述方法获取的光学图像实施定量表征以获取生物组织的生理与病理信息。

结构光场通常在空间分布上具有独特的光学特征，在显微、成像、通信和测量等领域有广泛的应用。结构光器件的种类繁多，制作材料和调制机理各不相同，在调制速度、调制深度、空间分辨率等性能指标上存在较大差异。介绍了主要的结构光器件（液晶空间光调制器、数字微镜器件、硅基光学相控阵、LED阵列等）的工作原理及其性能特点，分析了这些结构光器件各自的适用范围，总结了结构光技术在显示投影、显微成像、鬼成像、三维成像、激光雷达等领域的典型应用情况。系统地展示了多种结构光器件的最新研究进展和前沿技术应用，这将为相关领域的研究者提供参考。

变曲率反射镜是一种主动光学元件，通过改变自身曲率半径实现对波前的动态控制。首先对变曲率反射镜国内外现状及发展趋势进行了综述；其次，建立了变厚变曲率反射镜形变物理模型，对兼顾大中心形变与高面形精度的机理进行了理论分析，并通过形变的面形精度保持实验对其性能进行了验证；最后，从三个方面探索了变厚变曲率反射镜在空间光学相机中的应用：1）针对大变倍比变焦成像对反射镜超大中心形变的要求，设计了基于有限元迭代并叠加高阶球差的反射镜优化流程，实现了近毫米级中心形变反射镜设计；2）针对空间光学相机成像对调焦精度及速度的要求，提出了基于次镜变曲率反射镜的高精度大动态调焦方法；3）提出了积分时间内利用变曲率次镜沿光轴方向快速扫描的编码成像方法。

超宽带阵列化已经成为雷达、通信、电子战等电子信息系统的共性发展趋势，而融合了微波和光子各自优势的微波光子处理技术，能够以一种全新的技术体制推动电子信息系统的发展。回顾了微波光子学的国内外研究情况，探讨了兼容多种功能和场景的微波光子处理系统架构，并对微波光子高纯度信号产生、大动态传输、分布式稳相、光学波束形成和信道化等关键技术进行了分析，讨论了各项技术在理论、实验和应用研究上的进展，展望了微波光子技术未来的发展趋势。

由于涡旋光具有内禀的拓扑荷（TC）属性，其作为空间光通信的载体会拥有更高维的希尔伯特空间，故基于涡旋光的光通信将明显提升信道容量和安全性。在光通信的信道接收端，需要准确且快速地识别TC以解码所传输的信息。将偏振态维度引入到TC的识别过程中，从数值模拟和实验验证两个方面研究了偏振态对TC识别的影响。通过分析马赫-曾德尔干涉仪中不同偏振态的信号光与参考光所形成的干涉图像发现，使用圆偏振态的高斯光（参考光）对圆偏振态的涡旋光（信号光）的TC识别最为有利，且在TC识别过程中具有圆偏振态的信号光与参考光对干涉光路的角度敏感性也最低。理论模拟与实验数据的吻合程度较好表明，所提的偏振干涉TC识别方案对未来高速、高容量涡旋光数千米量级的光通信具有一定的实用参考意义。

森林生物量探测是评估森林生态系统固碳能力的基础，对研究陆地生态系统碳循环具有重要意义，遥感技术的发展为快速准确地获取森林生物量提供了有效途径。首先，介绍了国内外森林生物量遥感卫星的发展情况，讨论了光学遥感、激光雷达和微波雷达数据在森林生物量估算上的适用性，并总结了现存问题。然后，提出了我国新一代森林生物量遥感卫星的需求和任务，并针对高精度定量化遥感测量森林生物量过程中的技术难点，给出了任务分析过程和载荷配置方案，该方案可实现多载荷同平台观测和三维大气气溶胶探测。最后，对森林生物量遥感卫星后续发展情况进行了展望。

光谱成像仪可以精准探测月球表面物质成分与温度及其变化特性，成为新时期月球科学探测任务中重点配置的科学载荷，为进一步认知月球起源与演化历史、资源分布与环境特性提供科学数据。现有月球环绕探测光谱成像数据为人类认知月球表面物质组成、资源分布及演化历史等提供了科学参考，但面向月球资源与环境开发与应用的勘查存在空间分辨率较低且红外谱段偏少的问题。概述了国内外月球探测任务中的典型光谱成像载荷与研究热点；针对月球光谱的精准探测需求，对所面临的具体技术难题进行了讨论；就如何突破现有技术挑战，获取更高分辨率、更高灵敏度、更可信的光谱科学数据提出了针对性的具体解决思路与技术途径；最后，对面向月球环绕探测的光谱成像的发展趋势、挑战与应用进行了总结与展望。

超快激光具有超快、超强和超宽频谱的特点，聚焦的超快激光可以瞬间在透明材料内部产生极高的温度和压强。在这种局域极端条件下，材料的内部结构会发生许多新奇的变化。以全无机卤化物钙钛矿纳米晶（PCN）为例，阐述了超快激光诱导玻璃内部形核和析出纳米晶的基本原理，总结了近年来利用超快激光技术在玻璃内部析出全无机PCN的研究现状，分析了其在光存储和彩色显示等领域中的应用前景。

近年来兴起的新型金属卤化物钙钛矿材料兼具无机和有机发光材料的诸多优点，如可利用溶液法大面积制备、带隙易调控、载流子迁移率高、荧光量子效率高等，有望突破传统半导体光电材料的技术瓶颈。钙钛矿发光二极管被认为是最有潜力实现低成本、高亮度、大面积、可柔性化的下一代发光与显示技术。本文主要介绍了王建浦团队在钙钛矿发光领域取得的研究成果，总结了提升钙钛矿发光二极管性能的主要策略，并对钙钛矿发光二极管的未来发展方向进行了展望。