当采用Pound-Drever-Hall（PDH）稳频技术将激光频率锁定在Fabry-Pérot（FP）腔时，激光的频率稳定性完全取决于FP腔的腔长稳定性，而外界环境的温度波动是参考腔腔长稳定性的重要影响因素之一。以典型的FP参考腔真空系统为研究对象，着眼于参考腔对外界温度变化的响应情况，通过理论分析推导出FP参考腔温度与外界温度的传递函数关系，并基于参考腔的温度敏感度曲线，给出参考腔温度敏感度的近似计算公式。数值计算结果证明了传递函数关系的正确性，敏感度近似计算公式的结果虽与理论值存在一定误差，但具有形式简单、参数直观、计算方便等特点，对超稳激光系统设计具有重要的指导意义。

为了简化空间相机在轨高分辨率成像的促动方案,提出基于渐变厚度形式的主动变形镜双促动结构。首先根据弹性力学理论,建立波前像差表示方法与变形镜渐变厚度的理论关系,可以求解出各种像差模式所需的厚度分布。然后通过结构建模、有限元分析、面型拟合计算和光学性能评估的光机力一体化模拟仿真,定量化评估像差的补偿效果。最后设计渐变厚度变形镜光机结构方案和驱动方案,采用两个促动器来实现球差与像散的校正。变形镜受力形变实验结果表明,双促动变形镜可产生较好的球差与像散,能够避免印透效应,有效补偿自身的加工误差与光学系统的波前误差。

中国在庞大的人口基数下拥有丰富的遗传资源, 这些资源可能被国外非法掠夺以获取利益, 非法掠夺的过程揭示可能存在一些安全隐患, 例如传染疾病的扩散等。 如何加强对中国公民遗传资源的保护, 促进国际间正常合法的信息共享和科研合作已成为生物安全的新问题。 为加强人体细胞及其制品等特殊生物物品出入境管理, 防止遗传资源流失和有害物品传入, 促进各个国家间医学科学研究及国际交流与合作, 提出一种非侵入、 快速安全的细胞光谱鉴别技术。 简述了细胞超连续光谱的物理化学机制, 讨论了细胞浓度对超连续光谱的影响, 实现了无损伤、 非侵入式探测提取生物细胞超连续特征光谱。 实验发现细胞超连续特征光谱主要集中在500~700 nm的可见区域。 实验中的细胞样本均为单独培养, 因此各个样本间互不影响, 不存在平行样本的问题; 实验对象为293T细胞、 HCC827细胞以及HT29细胞, 3类细胞的培养基均为PBS溶液, 每类细胞拥有3种浓度（5×105, 5×106和5×107 cells·mL-1）且每种浓度下独立培养3个样本, 一共获取27个独立细胞样本。 实验测试了24个细胞样本的超连续光谱并以此建立预测模型, 另有3个样本作为未知样本进行模型预判。 使用主成分分析法对测试样本的原始数据进行降维和聚类, 并对降维后的数据通过支持向量机回归法进行分类; 训练集的均方根误差RMSE=0.097 2, R2=0.995 1, 验证集的均方根误差为RMSE=0.097 2, R2=0.931 4。 研究发现细胞浓度影响超连续特征光谱的提取, 在建立模型时, 考虑到该技术应用的普适性以及实验样本浓度参数有限, 未考虑细胞浓度对预判模型识别率的影响。 后期若以某一浓度阈值作为细胞检测的浓度起点, 该模型的识别率将会更准确、 科学。 在可控的实验条件下, 超连续光谱可以应用于生物细胞无损伤、 非侵入式的鉴别。

在星载远距离非合作目标测距领域中,目标常常为暗弱目标,成像帧频有限,因此目标跟踪能力受限并影响测距范围。在星载远距离非合作目标跟踪过程中,跟踪误差主要来自于本体振动。为了增强系统主动振动抑制能力,提高系统的跟踪精度,使用自适应控制来实现目标的跟瞄控制。对于不同频率传感器数据难以融合的问题,通过采用降采样的方法实现了低频相机数据和高频惯性传感器数据的自适应融合,并证明了降采样下自适应滤波的有效性和正确性。在算法实现层面,针对经典自适应算法收敛速度慢和稳态精度差的问题,通过选用仿射投影算法实现了数据融合。在数据融合仿真中,采用卫星微振动模型,验证了融合方法的收敛速度及跟踪精度。最后将该方法应用到实际跟踪系统中,实验结果显示,跟踪精度优于5 μrad,满足远距离非合作目标测距中的跟踪精度要求。

针对米级大口径非球面,从平面波Offner零位补偿器检验光路的三级像差理论公式出发,推导计算了补偿器与被检镜面口径比不同时的光学规化参数,经过光学软件仿真,获取不同口径比下6种曲率半径非球面的最大口径和最大相对孔径。结果表明随着口径比的减小,平面波补偿检验非球面的相对孔径能力随之减弱,对于不同相对孔径的非球面检验,可选择最小口径比来达到检测要求。针对口径为720 mm的凹非球面镜检验,基于工程可行性,采用口径比α1=0.2的Offner补偿器,获得方均根(RMS)为0.0033λ的设计,实际检验测量中RMS为0.019λ,符合对该非球面的检验要求。

利用有限远零位补偿方法检验非球面时,装调环节多,检验精度低。提出了无限远前后零位补偿结合的非球面检验系统,通过在待检镜球心前后位置处各放置一个补偿透镜,使像差在前后区间具有相关性。基于像差理论,对两片补偿透镜的光学参数进行了推导求解,分析了初始参量与归一化数据的关系,再利用光学软件对计算结果进行缩放与优化。在不同的前零位补偿透镜放大率下,设计了四个具有不同曲率半径的凹抛物面镜,并给出了非球面镜的最大口径和最大相对孔径。采用具有1/10 口径比的补偿透镜,实现了口径为3.7 m、相对孔径为1/1.2的非球面镜面形检验,面形波前误差峰谷(PV)值优于0.1λ(λ=633 nm)。容差分析结果证明了检验系统的可行性。针对口径为500 mm、相对孔径为1/1的抛物面镜开展了原理实验,从可检验的最大非球面镜口径和实施难度方面对所提方法与常用方案进行了比较,前后零位补偿结合系统的设计面形波前误差PV值为0.061λ,面形波前误差均方根(RMS)值为0.009λ,实现了面形波前误差RMS值优于λ/40的检测精度。前后零位补偿结合的检验系统适用于具有4 m量级大口径、大相对孔径的非球面镜的高精度面形检测。

提出了一种白天信标光图像跟踪算法。分析了太阳光反射进相机视场的噪声以及探测器噪声在空域和频域的特点,使用两个频域滤波器检测候选区域。研究结果表明,所提算法具有较高的精度、较快的速度以及较高的可靠性,可用于白天环境下星地信标光的跟踪探测。

空间非合作目标跟踪技术可以在多方面发挥重要作用, 目前效果较好的图像跟踪算法多是基于视频流处理, 但是由于面对的工况与航天应用面对工况不同, 在跟踪精度、运算速度、预警率和虚警率等要求上不满足空间目标跟踪需求与任务要求, 并且运算复杂难以在航天器中实现, 不适合天基卫星跟踪。为解决这一问题, 一种面向空间应用的卫星目标高精度跟踪算法被提出, 该算法以图像相关、曲线拟合、卡尔曼滤波、SURF算法为基础, 并将预测、跟踪和矫正过程相融合, 最终获得在天基平台中具有可行性的高速稳定跟踪算法。相关实验表明, 这种算法可以对平面内自由旋转、0.4~2.1倍尺度内缩放、有光照变化的图像进行连续跟踪, 仿真试验平均跟踪误差小于0.9像素且大多数工况下计算速度高于200帧/s, 并且算法对图像模糊、高斯噪声以及椒盐噪声都有较好兼容能力,对于实际模型目标跟踪仍有稳定跟踪能力。