液晶波前校正器通常基于液晶显示器的工艺制备而成，因此其研制成本高、定制难度大。本文基于掩模光刻法制备液晶波前校正器，以实现液晶波前校正器的专用化、低成本研制。基于掩模光刻技术设计并制备了91像素的无源液晶驱动电极，并封装成液晶光学校正单元。设计并制备了驱动连接电路板，实现了液晶光学驱动单元和驱动电路板的匹配对接。对液晶波前校正器响应特性进行检测。结果显示，其相位调制量为5.5个波长，响应时间为224 ms。利用Zygo干涉仪进行球面波的产生和静态倾斜像差的校正。结果显示，其可以产生正负离焦波前，且对水平倾斜像差校正后，Zernike多项式中第一项的值从1.18降至0.16，校正幅度达86%，实现了像差的有效校正。本文的研究工作可为液晶波前校正器的研制提供新思路，进而拓宽其应用领域和场景。

遥感卫星在**和民用探测等领域发挥着重要作用，而大气湍流严重影响高分辨率遥感卫星的成像质量。本文重点研究了遥感卫星对地探测时，相机口径、卫星轨高和大气湍流强度对空间相机成像质量的影响。首先，基于球面波传输模型和Kolmogorov湍流理论，针对空对地探测湍流波前进行仿真。然后，分析畸变波前随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律，并推导出普适公式。在此基础上，进一步推导出空间相机成像分辨率随相机口径、卫星轨高和大气相干长度变化的计算公式。最后，研究了大气湍流对空间相机调制传递函数（MTF）的影响，并以MTF=0.15为基准，仿真分析了MTF相对误差随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律。本研究为高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供理论依据。

相位是描述光波状态的重要参数，但却无法直接观察。本文基于哈特曼探测器的波前快速探测功能，研究了光波相位三维显示的方法，并研制出相位三维显示系统。首先，利用Zemax软件对系统的光源、准直透镜等光学参数进行优化设计；然后，基于模式法波前重构理论，根据探测的Zernike多项式离焦量和像散项系数，实现了对3个不同类型镜片的相位三维显示，并给出相应屈光度的测量方法；最后，实验验证了光波相位的三维显示和屈光度测量的有效性，-2.00 D的近视镜测量值为-2.07 D，1.00 D的远视镜测量值为0.91 D，0.50 D的散光镜测量值为0.56 D。实验结果表明，此系统能够较准确地测量屈光矫正镜的屈光度，并实现相位的三维显示。本文设计的基于哈特曼探测器的相位三维显示方法具有更好的环境适应能力，便于研究者直观观测光的相位分布。

The distribution of metal nanoparticles on the surface of a surface enhancement Raman scattering (SERS)-active substrate plays a prominent part in not only the enhancement of Raman vibration signal, but also the spectrum uniformity. Here, a facile method to fabricate SERS substrates with excellent homogeneity and low cost was proposed, in which a lyotropic liquid crystal soft template was introduced for the coordinated growth of the silver nanoflowers in the process of electrochemistry deposition. Simulation was carried out to illustrate the dominated influence of the distance of electrodes on the deposited nanoparticle number. Two kinds of conductive materials, silver plate and indium tin oxide (ITO) glass, were chosen as the anode, while the cathode was fixed as ITO glass. The simulated conjecture on the effect of electrode flatness on the uniformity of deposited nanoparticles in silver is experimentally proved. More importantly, it was demonstrated that with a relatively smooth and flat ITO glass anode, a SERS substrate featuring higher spectrum uniformity could be achieved. This work is of great significance to the actual applications of the SERS substrate for quantitative detection with high sensitivity.

微透镜阵列的衍射效应会影响夏克—哈特曼波前探测器的探测精度。本文根据惠更斯-菲涅耳衍射理论建立二维微透镜阵列衍射模型，模拟分析使用理想平行光入射微透镜阵列时在焦平面产生的二维衍射光斑阵列。然后，通过计算衍射光斑偏移一个像素的过程中质心的误差，确定最大质心计算误差。接着，利用模式法进行波前重构，获得波前探测误差。仿真结果显示：在偏移0.21和0.79个像素，即波面偏转0.03°和0.13°时，衍射导致的波前误差最大为0.125 λ。最后，实验验证了该误差计算方法的有效性。该研究结果可为夏克一哈特曼波前探测器的设计提供理论依据。

本文重点研究相机口径、大气湍流强度和卫星轨高对高分辨率遥感卫星定位精度的影响。首先，基于Kolmogorov湍流理论建立对地观测大气湍流模型和湍流模拟方法；然后，仿真分析了相机口径、卫星轨道高度和大气相干长度对卫星定位精度的影响规律，推导出湍流波前倾斜与相机口径、卫星轨道高度和大气相干长度的普适公式；最后，基于该普适公式，得出卫星对地观测时抖动量的理论计算公式。本论文的研究可为后续高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供大气湍流影响的理论依据。

为了实现多路无源液晶光学器件的驱动，设计开发了低成本、低复杂度及幅频可调的多路驱动电路。首先，为了便于控制液晶器件，在PC机和驱动板之间采用USB数据传输方式进行控制信号的传输。其次，驱动板卡采用母板加多子板模式，每个子板可输出32路驱动信号，其可依据实际需求灵活选取子板数目，从而降低成本。母板与子板均采用STM32作为主控芯片，子板通过SPI接口与母板进行数据传输。每个子板通过2个SPI接口将数据分组分发给DAC芯片，每个DAC芯片可控制16路数模转换，最终实现192路模拟信号的输出。最后，进行制板和测试。结果显示，输出模拟电压与灰度值符合线性比例关系，其绝对误差在0.010 V左右，符合10 bit、1 024级电压灰度值调制精度。该驱动板卡可以实现多路驱动信号的输出，满足多路无源液晶光学器件驱动控制的需求。

双波长视网膜成像自适应光学系统非常适用于视网膜微血管的高对比度和高分辨率成像。本文重点研究了双波长自适应系统的轴向色差补偿问题。首先对轴向色差进行了测量，对实测波前进行了分析，并给出任意波前轴向色差补偿法。自适应校正实验结果显示，色差补偿后，波前均方根误差减小到0.16 λ（λ=589 nm），视网膜微血管分辨率提高到6 μm。这项工作可用于视网膜成像的临床应用。

在拉曼光谱测量中，表面增强拉曼散射（SERS）基底的微纳结构表面覆盖度对光谱一致性影响严重。为此，本文重点研究表面覆盖度对光谱的影响规律，并给出消除表面覆盖度影响的方法。首先利用溶致液晶软模板制备SERS基底，并分析表面覆盖度和拉曼光谱强度的关系，得到经验公式。然后基于该关系公式，以测量光谱平均强度对应的表面覆盖度作为基准覆盖度，将所有的测量光谱强度都归集到该基准覆盖度下，从而消除表面覆盖度对光谱强度的影响。最后，验证该方法在不同SERS基底和同一基底不同测量光斑大小下的有效性。拟合及实验结果表明：拉曼光谱强度和表面覆盖度呈指数变化关系；表面覆盖度法可以将不同基底的拉曼光谱变异系数减小到约6%、不同测量光斑下基底的一致性均提升约2倍以上，且基底的光谱变异系数随光斑的增大线性减小。总之，表面覆盖度法可以显著提升SERS基底的拉曼光谱一致性，从而实现各种物质成分的定量、可靠检测，极大促进SERS基底在多个检测领域的应用。