针对目前直方图均衡算法难以实现, 且易造成亮度饱和等问题, 本文提出了一种范围限制的自适应亮度保持多阈值直方图均衡算法。首先, 对输入图像进行适当平滑, 从而获得它的直方图峰值点个数（N+1）。然后, 对Otsu算法进行N阈值扩展, 并通过这种方法获得图像的N个分割阈值, 从而按照此阈值对图像进行分割。为了能够最大程度地保持输入图像的亮度, 利用输入图像和输出图像的均值亮度最小误差（AMBE）准则, 重新计算了图像的均衡范围。最后, 利用新的均衡范围分别对每一个子图像进行均衡。实验表明, 使用本算法处理Lena图的绝对均值亮度误差为0416 4, 明显优于使用RLBHE算法的0629 5。本算法能够获得更清晰的图像细节, 同时图像的整体亮度保持的也较好。

为了稳定半导体激光器激射光束在光纤传输过程的耦合效率, 提出一种沟槽结构的半导体激光器, 并对该结构激光器的光束、耦合效率及P-I特性进行研究。在普通条形半导体激光器的脊形区刻蚀了周期性的沟槽结构, 来改善半导体激光器有源区的增益分布。通过对比普通结构与沟槽结构半导体激光器的光束分析, 测试其耦合效率以及P-I特性。结果表明:沟槽结构的半导体激光器能够使光腔内模式更加稳定, 输出光束更加集中, 并避免了“Kink”效应的发生; 与此同时, 耦合效率提高至97.7%, 并且较普通结构激光器更为稳定。沟槽结构半导体激光器有效地解决了光斑跳动问题, 稳定了激光器的耦和效率。

电流的侧向限制对半导体激光器具有重要意义，在半导体激光器有源区加入侧向限制结构一方面可以实现侧向限制，另一方面可以在一定范围内降低阈值电流密度。但是常规的侧向限制方法无论是侧向波导结构还是浅隔离槽结构都无法高效地抑制电流的侧向扩展。设计了新型的深隔离槽结构，利用Comsol软件仿真模拟侧向限制，发现深度超过外延层厚度的深隔离槽结构能更有效地提高电流的注入效率。在工艺中利用感应耦合等离子体刻蚀在距离脊型台两侧100 μm的位置刻蚀深度为4 μm的深隔离槽。实验结果表明，工作电流为5 A时，腔长4 mm具有深隔离槽结构的半导体激光器芯片输出功率为 3.6 W，阈值电流为0.3 A,阈值电流密度为78.95 A/cm2。结果表明新型深隔离槽结构可以有效抑制电流的侧向扩展。

针对大光腔结构往往导致阈值电流密度增大的矛盾，设计了一种具有较高势垒高度的三量子阱有源区。采用非对称宽波导结构的半导体激光器，该激光器在实现大光腔结构的同时保持阈值电流密度不增加。通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长InGaAs/AlGaAs三量子阱有源区以及3.6 μm超大光腔半导体激光器的外延结构。结合后期工艺，制备了980 nm脊形边发射半导体激光器。在未镀膜情况下，4 mm腔长半导体激光器阈值电流为1105.5 mA，垂直发散角为15.6°，注入电流为25 A时的最大输出功率可达到15.9 W。测试结果表明：所设计的半导体激光器在有效地拓展光场，实现大光腔结构的同时，保证了激光器具有较低的阈值电流。

模数转换器的采样速率和模拟带宽能通过预处理器得到提高。时域展宽就是一个可以提高电子数字转换器性能的技术,它是将模拟信号在数字化前减缓其速度,以实现实时采样。我们证明了1.56TSa/s超高采样率的实时模数转换器,它是通过基于大色散光子晶体光纤的时域展宽预处理完成的。该预处理器利用了大色散光子晶体光纤,将高速的光载波在时域进行大比例展宽,在数字化时处理的是被展宽的信号,因此可以得到超高的采样率。基于大色散光子晶体光纤的时域展宽预处理器不仅能大大缩短所用光纤长度,减小光纤传输损耗,而且还能减少多个掺铒光纤放大器对载波信号带来的畸变。

在传统脊状等离子体波导的基础上设计了一种带有增益介质层的新型混合脊状等离子体波导, 其结构中的介质层部分包含两个区域: 前区为单一介质, 后区的脊是由2种介质构成的双层脊区。采用二维时域有限差分方法分析了波导结构的传输特性, 得到了TM模下的电场分布图, 并对输出功率以及传输损耗与结构参数和介质折射率的变化规律进行了讨论。结果表明, 在波导中引入的增益介质材料磷化铟后其损耗达到-6 dB/μm。此种波导结构对于光集成芯片的研究与制作具有重要意义。

大气湍流效应会导致自由空间光通信(FSO)系统链路性能恶化。研究了在自由空间光通信中采用正交频分复用（OFDM）调制技术，分析了采用OFDM调制的自由空间光通信系统在Gamma-Gamma大气湍流信道下的误码率性能。比较了不同大气湍流强度下，采用开关键控(OOK)调制系统和OFDM调制系统的误码率。仿真结果表明，随着湍流强度加强，OOK调制系统和OFDM调制系统性能都在不断恶化，不同湍流强度下，16QAM-OFDM系统比4QAM-OFDM系统误码率更大, 4QAM-OFDM系统性能优于OOK调制系统。

针对激光三角法输入输出关系在大位移小夹角测量中非线性太强的缺点，改进标定方法以提高系统稳定性和测量精度。根据本文的实际情况，从基本的像点 -位移曲线关系出发，对公式进行了化简。结合非线性回归分析和逐段逼近的方法，提出新的标定方法。通过非线性回归保证标定的精度和稳定性，逐段逼近对系统误差自动校正。最后进行了大量实验，数据表明该标定方法具有良好的稳定性和较高的精度。该方法采样数据较少，精度高，对系统误差有一定的自动校正能力，特别适合于对大位移测量系统进行快速标定和系统误差校正。

基于两点耦合和光波干涉控制相移思想提出U型波导耦合单微环的谐振滤波器结构。利用传输矩阵法推导了此结构的数学模型，采用Matlab模拟了输出端口谱线形状。当微环与U型波导的两个耦合点之间的距离为微环周长的整数倍时，此新型微环谐振滤波器比传统的双直波导耦合单微环滤波器的自由光谱范围增加1倍。针对该结构参数，同时讨论了耦合系数对输出谱线的影响，得出当耦合系数为0.018时，输出谱线具有最佳的消光比，同时保持窄的带宽和高的品质因子。

原始图像数据经过小波变换后,根据子带系数之间在空间上和方向上所呈现出的带间相似性,将像素集合重新定义为集合树。通过对直流系数量化编码和交流系数比特深度编码中的参数K和熵编码中长度分别为3 bit码字(choice1)和4 bit码字(choice2)的编码方式的选择实现数据的渐进性编码,使产生的码流具有内嵌特性,可以对任意码流进行截取和译码,实现对码率的有效控制。提出了一种具有复杂度低、易于硬件实现的图像有损压缩算法。经过系统仿真证明此算法有利于提高重建图像的质量。