半导体芯片等微纳器件制造过程中，对其形貌进行表征有助于制造工艺评估和缺陷检测。为了获得待测样品完整的信息，通常需要使用明场显微镜、暗场显微镜等进行多种成像模式的联合表征。但目前实现多模式成像常须更改实验装置或使用不同的成像系统，导致获取的多模式图像的视场不同，不利于将多模式成像结果综合起来对待测样品进行全面分析。针对以上问题，提出基于单像素成像原理的多模式显微成像技术。该技术将宽场照明显微镜中的光源替换成结构照明光源，然后将相机每个像素点作为单像素探测器，并利用单像素重建算法得到艾里斑图像。艾里斑图像中不同位置的值代表不同物点发出的不同级次的衍射信号。通过从艾里斑图像中提取不同位置的值，按照相机像素坐标排列，可以重建不同模式的图像。与传统的多模式显微成像方法相比，所提基于单像素成像原理的多模式显微成像技术采用同一套装置和相同的实验数据，重建的多模式图像的视场相同。所提方法为显微成像技术的发展提供了一种全新的思路，有望在微纳器件的离线形貌表征中得到应用。

利用自组装的数字全息表面等离子体共振成像技术,分别检测了两种具有不同分子质量的桃胶多糖(PGP-1与PGP-2)与半乳糖凝集素-3的相互作用。制备了表面等离子体共振成像生物芯片,同时检测了具有不同浓度的桃胶多糖样品与半乳糖凝集素-3的结合过程,制作了标准曲线,并计算了相互作用的结合平衡常数。结果表明,两种具有不同分子质量的桃胶多糖可以直接结合半乳糖凝集素-3,其中PGP-1的结合平衡常数为8.36×10 ⁵ M ^-,PGP-2的结合平衡常数为1.24×10 ⁵ M ^-。结合曲线符合生物分子相互作用的规律,证明了该方法在多通量生物检测中的可行性。该方法实验装置简单、易操作、无需标记、成本低,在高通量分析技术中具有一定的应用前景。

提出了一种基于弧形阵列LED光源旋转照明装置的傅里叶叠层显微术，在确保LED子光源不同角度照明光强一致的同时，有利于实现对样品的大角度照明。通过平面阵列LED光源与弧形阵列LED光源旋转照明装置的对比实验，证明了本文方法的优点和实用性。

提出了一种适合动态光学测量的单帧载频条纹相位解调技术——四步空域准相移技术。基于载频条纹信号的频率调制正弦函数表达形式, 并利用帧内四个区域的积分强度以及四个区域在帧内的相移关系, 推导了该技术的相位解调算法。该算法采用四个区域内的积分强度进行相位计算, 具有较好的高斯白噪声抵抗能力; 计算相位时可隔离不同区域噪声的影响, 具有较高的空间局域性; 可以克服次条纹积分算法中的频率失配问题; 无需进行频率的探测, 提高了相位解调效率, 尤其适合动态测量。实验和仿真结果均证明了所提出方法的可行性和有效性。

对反射旋转体引起聚焦激光自混合干涉信号位相与旋转角度的非线性关系进行了研究, 提出了一个实验参数的优化方法来降低该非线性效应引起的非线性角度测量误差。重新评估了自混合干涉角度测量在测量范围扩大后的物理近似条件, 从理论上分析了实验参数给角度测量带来的误差影响并进行了模拟仿真, 提出了利用该非线性关系判别反射体旋转方向的方法。最后, 进行了激光自混合干涉角度测量实验并给出若干个实验参数条件下分别得到的角度测量结果。实验结果表明, 实验参数优化后, 角度测量误差大幅减少; 在最优情况下, 比未优化方法的测量精度提升了一个数量级, 可达10-5 rad, 证明了提出的实验参数优化方法和反射体旋转方向判别方法的有效性。实验结果还显示, 使用提出的方法在提高测量范围的同时仍能进行高精度的角度测量, 从而进一步拓宽了基于反射体旋转引起的激光自混合干涉效应的应用范围。

将还原氧化石墨烯（rGO）沉积在侧边抛磨光纤（SPF）上制作了一种新型的光纤湿度传感器。在高湿度区域[相对温度(RH)为70%~95%]，传感器的光功率变化达到6.9 dB，尤其在RH 为75%~95%区域，传感器对湿度变化能实现相关系数为98.2%的线性响应，灵敏度可达0.31 dB/(%RH)，响应速度快于0.13 (%RH)/s，并且具有很好的可重复性。对传感机理的理论分析可以解释实验结果，并且表明这种基于石墨烯的光纤传感器亦可广泛应用于其他种类化学气体的探测。这种全新机理的光学传感器是对石墨烯电化学传感器的一种很好的补充，并将促进石墨烯在化学传感技术中的应用。

研究了用数字全息层析成像技术测量微毛细管结构的可行性。考虑毛细管具有理想的柱对称结构, 因此采用单幅全息图获取到的物光波复振幅数据来模拟不同角度下的投影数据。分别运用滤波反投影重建算法和傅里叶衍射重建算法对微毛细管进行折射率三维重构;根据重构的折射率切片图, 进一步运用相关的边缘提取算法处理得到毛细管的内径及壁厚尺寸。实验结果表明, 在合理的光路环境设置下, 满足Rytov近似条件下的傅里叶衍射重建算法比滤波反投影重建算法更能够正确反映物体的结构尺寸, 更适合用于微小弱散射物体的几何参数测量。实验结果验证了用数字全息方法实现衍射层析重建的可行性, 从而为具有柱对称结构的弱散射物体的无损测量提供了一种新的途径。

在探讨近红外光谱快速检测丙氨酸氨基转移酶的可行性过程中, 首先对不同厚度(0.5, 1, 2和4 mm)血液样品的近红外透射光谱进行了分析。 发现全血样品0.5 mm厚时的近红外透射光谱更适合于进行光谱分析。 进而采集了176个全血样品0.5 mm厚时的近红外光谱。 对采集的光谱进行多元散射校正、 二阶微分法光谱预处理后, 采用逐步多元线性回归和偏最小二乘回归方法建立定量分析模型, 预测了全血丙氨酸氨基转移酶的含量。 结果表明： 利用近红外光谱法测定丙氨酸氨基转移酶时, 采用偏最小二乘回归方法建立的定标模型预测效果最好, 定标相关系数、 定标标准差和预测标准差的值分别为： 0.98, 2.42和7.22。