针对包装质量检测精度易受外界光照影响的问题，在已有基于梯度幅值相似性的缺陷检测算法基础上，将局部二值模式算子引入到该算法中，提出了一种基于改进梯度幅值相似性的缺陷检测算法。该算法利用局部二值模式算子的旋转不变性和灰度不变性的特点，并将其与图像的梯度幅值特征进行融合后用于包装的缺陷检测中，提升了缺陷检测算法对光照的鲁棒性。实验结果表明，相比传统梯度幅值缺陷检测算法，该算法具有更好的抗光照影响能力，并且对于不同光照情况下的包装缺陷，该算法的检测准确率可达96.57%。因而，该算法能够被广泛地用于包装缺陷检测中，提高缺陷检测的精度。

在超高速相干光通信中，对偏振解复用损伤和偏振模色散的补偿一般采用恒模算法（constant modulus algorithm, CMA）。标准的CMA算法具有自适应动态均衡的功能，加权信号根据输入信号进行不断更新，是一种目前流行的盲均衡算法。通常在CMA算法中，步长系数的取值严重影响着算法收敛、误差矢量幅度（error vector magnitude, EVM）和误码率（bit error ratio, BER）性能评价。提出了一种优化的CMA算法，具有两步步长系数，可标记误差矢量函数曲线稳定时的区间。经过计算验证表明，优化的CMA算法具有不同程度的解调性能改善，能够降低X、Y偏振态的EVM，具备较好的应用性。

差分吸收光谱法(DOAS)是基于朗伯比尔定律的光谱法测量气体的重要方法, 按此原理建立的测量系统是测量痕量气体的主要方法。 用于测量痕量气体的DOAS系统的关键是其检出限的校准, 传统的方法是使用标准气体进行校准。 但是由于标准气体自身的量值确定问题, 在ppb甚至ppt级的不确定度大于10%, 而一般的ppt级的DOAS测量系统本身的不确定度也会高于标准气体, 导致传统方法失效。 提出一种基于光谱密度的DOAS系统校准方法, 利用朗伯比尔定律将DOAS系统的检出限和光谱密度建立关系。 由于光谱密度作为光学量值可以测量到10-6甚至更高, 所以通过该方法可以实现DOAS系统在ppb乃至ppt级的校准。 本方法需要根据待校准的测量系统光学结构的基本参数计算其总的标准光学密度值, 然后把标准光学密度片放入测量系统光程中, 测得其光学密度值, 根据前后两次光学密度计算测量系统的测量偏差, 进而分析计算测量系统的标准不确定度和标定的扩展不确定度, 所得到的标定的扩展不确定度即为测量系统的检出限。 该方法完全基于光学测量, 不需引入标准气体评估, 基于光学密度的精密测量和测量系统光学结构的装调误差, 实现测量系统在较小不确定度水平上的标定, 提高检出限标定的精度。 本方法在开放光程式的DOAS系统上进行了实验验证。

针对宽光谱范围高分辨率的中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路对二维光谱的探测需求, 分析了探测器与光路系统的匹配关系, 提出了面阵光谱探测系统的设计方法, 设计了具有高灵敏度、 低噪声等特点的二维光谱探测系统。 该系统包括主控单元、 探测器驱动单元、 信号处理单元、 数据存储单元以及数据传输单元等主要模块。 以滨松S10141型CCD为核心设计的探测系统灵敏度高、 动态范围大、 信噪比高。 结合中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路进行光谱探测实验, 结果表明, 该探测系统能在200～600 nm宽光谱范围内获得高分辨率二维光谱图像, 在Hg灯253.652 nm处单色像斑覆盖5个像素, 分辨率达到6.3 pm。

分析了离面准李特洛（off-plane quasi-Littrow, OP-QL）色散光路中子午光束、 弧矢光束的对应关系, 揭示了离面角将引起弧矢光束旋转, 并使球面镜和光栅的弧矢光束不再相互对应的特性, 指出系统弧矢光程差（optical path difference, OPD）并非各元件自身弧矢光束光程差的简单叠加, 而是各元件上与光栅弧矢光束相对应光束的光程差之和。 基于以上结论, 提出了求解球面镜上沿任意方向的光线与主光线之间光程差的方向导数法, 并运用它求解出OP-QL光路的光程差。 最后, 基于小阶梯光栅和中阶梯光栅的实例共同验证了文中分析结论和计算方法的合理准确性。

以宽光谱范围、 高分辨率的中阶梯光栅光谱仪为研制目标, 介绍了中阶梯光栅的色散特性, 阐述了基于它的交叉色散原理, 提出了分辨率优先的中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路设计方法, 包括高分辨率的主色散光路设计、 分辨叠级的辅助色散光路设计, 及主-辅色散光路联合校验三个递进的环节, 并结合商用光谱仪进行了实例设计, 仿真和实验表明, 当光谱范围为400~900 nm时, 该分光系统在Hg灯546 nm处的分辨率可达51 000, 在Na光589 nm处的分辨率为44 000。

差分光学吸收光谱学技术(Differential Optical Absorption Spectroscopy，DOAS)是近年来发展起来的一种实时检测大气中痕量气体浓度的有效方法，它采用线性最小二乘拟合方法，用痕量气体标准差分吸收截面对测量得到的差分吸收光谱进行拟合，得出大气中痕量气体的浓度。通过介绍DOAS方法的测量原理，在线监测系统的构成，气体浓度的反演方法，测量结果及讨论等内容，说明它在空气质量监测方面的优越性。

小型光谱仪较多地采用Czerny-Turner(切尼—特纳)光路结构， 其设计应遵循Shafer消彗差原理消除中心波长处的初级彗差并尽量平直整个谱面以提高分辨率。 但常规设计并未考虑非中心波长处彗差和分辨率的变化情况。 在对两种典型切尼—特纳光路结构进行初级彗差分析的基础上， 指出交叉型光路结构宽光谱范围内的分辨率呈“V”形， 而M型光路结构分辨率在全光谱范围内变化较小， 近似呈“一”形， 即后者宽光谱范围内的分辨率一致性远好于前者。 针对于此， 该文设计了光谱范围为400～600 nm的2种光路， 并对其进行了理论计算和对比实验， 实验结果表明， 两者边缘波长处分辨率分别比中心波长处分辨率低3.7倍和1.2倍， 与理论计算结果基本一致。

革新常规光谱仪具有现实的技术和经济价值, 是推动光谱仪器不断发展的重要途径。 鉴于分光系统决定着常规光谱仪的基本性能, 是革新常规光谱仪的关键, 文章对常规光谱仪的分光系统进行了比较, 以揭示各典型分光系统的特色和内在衍化动力。 文章从决定要素及公式、 典型数据三方面对各典型分光系统的基本特性指标： (光谱范围、 分辨率、 色散率和光通量)进行了逐一和综合的横向比较, 不但揭示出各分光系统的特色和互补性, 还表明分辨率与光通量的矛盾普遍存在于常规光谱仪中。 以此为主线纵观常规光谱仪的衍化历史, 进一步揭示出分辨率与光通量的矛盾运动贯穿始终, 是推动其发展的重要动力。 这为理解常规光谱仪的发展提供了新的视角, 正确的认识和把握分辨率与光通量的矛盾将有利于分析和解决光谱仪器面临的核心问题, 加速新型光谱仪器的研制。

一般光电探测器的光谱响应是随波长变化的，这在光谱仪器进行波长标定的过程中，可能会改变标定谱线峰值所在的位置，从而影响标定结果的准确度。为此，针对采用阵列探测器的光谱仪器，建立了以高斯线型为标定谱线轮廓的模型，分析了谱线在探测器上经光谱响应调制及积分抽样后峰值位置发生移动的情况，给出了保证在峰值位置不偏移的情况下探测器光谱响应需满足的条件，特别给出了当仪器分光元件为光栅时，在该条件下结合仪器参数的表达式。为保证光谱仪器波长标定的准确度，在仪器设计阶段，可应用此条件选择适宜的探测器；在仪器应用阶段，亦可根据实际探测器参数，应用此条件选择适宜用于标定过程的谱线。