在相干光通信系统中,激光器相位噪声导致信号在复平面内发生旋转,因此需要在接收端对信号进行载波相位估计和恢复。在利用M次方载波相位恢复算法进行相位估计时,简化了对相邻N个符号进行求和取平均以减小加性高斯噪声影响这一步,将由残余频偏、相位噪声及加性高斯噪声引起的总相位偏移量看作一个整体,直接估计出每个符号的总相位偏移,之后再恢复出调制相位。通过仿真比较了该算法与传统M次方载波相位恢复算法的性能,用该算法进行相位恢复后,信号的相位与原调制相位之间的误差只有10 ^-16 rad,而采用传统算法相位恢复后的误差可达0.3 rad,表明所提算法能够更加准确地恢复出调制相位,具有更高的估计精度。利用本文算法可在没有进行频偏补偿的条件下,直接完成相位恢复,而传统算法只能对频偏补偿后的信号进行相位恢复。此外,由于减少了求和取平均这一步,本文算法的复杂度也得到了降低。

为了满足全向激光探测的需求，提出一种基于2D MEMS镜扫描的激光雷达结构。激光器通过1×6高速光开关分时地给6个扫描子系统提供光信号，6个扫描子系统探测视场叠加起来可实现360°激光探测。每个扫描子系统的扫描范围为60°×30°，其中包含一个扩展MEMS镜扫描角度的发射光学天线和一个大视场有增益的接收光学天线。发射光学天线将MEMS镜±10°的扫描角扩展到±30°，发散度小于0.2 mrad；接收视场内的激光回波经过接收天线在探测器上所成的半像高小于1 mm，接收增益为3.65。通过计算修正后的激光雷达方程可得到发射功率20 W的激光束在工作距离100 m内的回波功率≥1 nW，结果表明该光学系统可适用于激光雷达系统。

提出了一种基于光纤耦合器的全光纤链路锁相方法。通过光纤交叉互联使得出射光束与本振激光之间以及光纤端面后向回光相互间在光纤耦合器内进行干涉以获得性能指标，利用随机并行梯度下降算法(SPGD)对性能指标进行盲优化控制，实现多路出射光束在光纤端面处的相位锁定。首先建立了这种锁相方法的模型，讨论其锁相控制的稳态条件。搭建了两路全光纤链路锁相实验，并对两路出射光纤激光进行准直发射，通过相机获得的远场干涉条纹图像来判定锁相精度。实验结果表明，在引入正弦相位扰动幅值4个波长和频率2 Hz的情况下，该锁相方法能够将10 s长曝光图像条纹对比度从开环时的0.25提升至闭环时的0.82，单帧短曝光图像条纹对比度从开环时的0.65提升至闭环时的0.98。

光电振荡器(OEO)具有低噪声、高频率稳定性和抗电磁干扰的优势, 突破了电子技术产生微波信号频率限制和信号稳定性差、噪声大的瓶颈, 成为微波光子学研究热点之一。研究了光电振荡器的基本原理、理论模型、实现方法等关键技术以及应用。提出了OEO应用于微波信号处理系统亟需解决的多光路降噪、光纤温度和应力补偿、光电集成等关键技术及其解决方案。

液晶光学相控阵具备非机械光束偏转能力, 将其应用到空间激光通信捕跟系统中, 能够实现快速、灵活、多用户的接入。提出了一种基于液晶光学相控阵的快速跟踪方法, 该方法采用电荷耦合器件(CCD)作为信标光探测器, 比例积分微分(PID)闭环控制算法生成光束指向角控制点数据, 实现对入射光束的捷变偏转, 指向捕跟探测器中心, 达到跟踪的目的。通过理论仿真可知PID闭环控制系统能够抑制高斯白噪声, 跟踪精度小于6.5 μrad。实验验证, 经过10 ms左右的调整, 系统进入稳定跟踪状态, 跟踪精度小于12.6 μrad。

在空间相干光通信应用中, 针对传统激光器线宽较宽、相位噪声大、易导致锁相环路失锁的问题, 研制了单频Nd:YAG非平面环形(NPRO)激光器, 其线宽小于1 kHz, 相对强度噪声(RIN)低于-150 dB/Hz, 具有窄线宽、低噪声的特点。搭建了光锁相环路, 在信号光功率-67 dBm的情况下实现了两台NPRO激光器的相位锁定。在此基础上开展了信号频率为10 MHz和1.25 GHz的模拟通信实验, 在信号光功率分别为-60 dBm和-53 dBm时可观测到较理想的眼图。在2.5 Gbps数字通信实验中, 接收灵敏度达到-50 dBm, 此时误码率为3.2×10-6。系统灵敏度可接近量子极限, 明显优于传统的IM/DD方式, 是一种适合长距离、大容量传输的空间通信方式。

为了研究不同太阳大气高度的热力学特性, 具有良好成像质量的成像型光栅光谱仪是实现这个目标的重要仪器。 然而作为地基式太阳望远镜重要的终端仪器之一, 光栅光谱仪的光谱成像性能不可避免的会受到动态波前像差和系统静态像差的影响。 动态波前像差常通过在太阳望远镜系统中集成自适应光学系统进行补偿。 针对光学系统中的由装调和光学元件加工等引起的静态波前像差, 提出了一种基于自适应光学技术校正光栅光谱仪中静态波前像差的方法, 并进行了数值模拟仿真和实验验证。 实验结果表明, 校正后系统的残余波前像差RMS≈0.025λ, 此时波前像差对光谱分辨率和能量利用率的影响可忽略, 提高了光栅光谱仪的光谱成像质量, 证明了所提出的方法的有效性。 此外它具有降低光学系统装调精度和光学元件加工精度要求的优点。

在模数转换系统中, 光模数转换(OADC)技术可增加系统带宽, 提高采样速率, 克服电子系统的瓶颈, 成为目前研究者们研究的热点。讨论了光模数转换技术的分类, 介绍了各类光模数转换技术的基本原理、实现方法以及技术特点。基于高速光采样和光量化, 深入分析了采样脉冲生成、多通道并行复用、空间干涉、光学非线性效应应用等关键技术, 并介绍了相关技术的研究进展和技术指标。

光学旋光法是一种无创血糖检测技术，通过测量眼前房水内葡萄糖浓度来确定体内血糖浓度水平。人眼运动引起的实时变化的双折射是实现旋光法无创血糖测量的主要限制因素之一。设计了实时、闭环、双调制多波长偏振系统来测量人工前房内的葡萄糖浓度，人工前房由离体角膜固定在人工眼房上构成。采用眼耦合装置使光直线穿过眼前房从而避免了空气与角膜之间折射率不匹配引起的光线弯曲。存在运动引起的双折射时，采用双波长旋光系统测量眼模型内的葡萄糖浓度，两次预测葡萄糖浓度的标准差分别为18.9 mg/dL和15.2 mg/dL，表明该系统具有降低活体角膜实变双折射的潜力，有利于实现与血糖浓度相关的眼前房水内葡萄糖浓度的精确测量。

综述了液晶中波红外相控阵(Mid-LCOPA)关键技术的研究进展。介绍了光学相控阵技术的基本原理,着重介绍近年来中波红外液晶材料的研究进展,包括: 三联苯类液晶、炔类液晶; 同时还介绍了中波红外透明导电膜的最新工艺技术和发展情况,包括: 石墨烯、金属网、石墨烯金属网复合膜。