在满足光谱性能的同时, 能最大化减小 Czerny-Turner(CT)光谱仪光学系统尺寸, 并防止入射光线与衍射光线发生干涉, 创建了完整的结构参量选定体系。提出了光栅方程的变式, 确定了防止入射光线与衍射光线发生干涉的约束条件, 建立了光路结构的数学模型, 确定了各个结构参量的计算公式。在此基础上将参量的确定过程编程简化, 输入系统的分辨率、波长范围、数值孔径值和元件之间最小距离, 即可直接得到光路结构的所有设计参量, 实现了快速通用的 CT光谱仪的设计方法。通过实例验证得到光谱范围 780～1020 nm、分辨率 0.4 nm、体积 54 mm×56 mm×30 mm的光谱系统, 可为其他设计提供参考。

由于光谱仪的尺寸限制，微型光谱仪在满足一定光谱范围时，其分辨力往往难以小于0.1 nm。而一些特殊应用场合要求光谱仪不仅具有微小的尺寸，还要求具有极高的光谱分辨力。本文基于Zemax 光学设计软件，通过选择合适的初始结构参数与评价函数，自动优化准直镜、聚焦镜、柱透镜、光栅，以及CCD 间倾角和距离，设计出光谱分辨力高达0.05 nm，尺寸为90 mm×130 mm×40 mm 的Czerny-Turner 结构微型光谱仪。在此基础上优化出8 个光栅倾斜角度，使微型光谱仪光谱分辨力在优于0.05 nm 的同时，波段范围达到了820 nm～980 nm。所设计的光谱仪具有超高的光谱分辨力、微小的外形尺寸与适中的光谱范围等特点。

提出了一种基于梯度信息的结构相似性算法改进的红外图像非局部均值滤波方法。传统的非局部均值滤波算法采用欧氏距离度量图像块之间的相似性，因而不能够很好地衡量图像细节和边缘信息，导致滤波后图像模糊失真。针对此问题，采用结构相似性度量（structural similarity，SSIM）算法对欧氏距离进行加权改进，针对普通的SSIM边缘信息评价能力的不足，提出了带有梯度信息的GSSIM算法，实验结果表明本方法在保持非局部均值（Non-Local Means，NLM）滤波算法去噪能力的同时还能够较好地保持图像的边缘和细节信息。

为了同时满足光谱分辨率、光谱范围、探测器(CCD)上光谱信号覆盖区域要求, 提出一种基于CzernyTurner(CT)结构拉曼光谱仪的综合设计方法, 通过Zemax软件采用逐步手动调节光栅倾斜, 自动优化聚焦镜、柱面镜以及CCD间倾角和距离的方式, 设计出全波段光谱分辨率优于4 cm-1, 光谱波数范围为80~3 967 cm-1, 光学结构尺寸为90 mm×130 mm×40 mm的微型拉曼光谱仪。

为了探究Czerny-Turner(CT)光路结构在装配过程中各个光学元件偏离理论光学设计参量时对光谱仪光学性能的影响，建立数学物理模型还原Zemax设计的非对称CT结构光路，在不影响光谱仪分辨率的条件下，调节CT结构中的各元件，得到各元件的可调节冗余量.结果表明，准直镜和衍射光栅偏转角度可调节范围分别为±0.19°和±0.17°; 聚光镜和CCD的位置可调节范围都为±0.12 mm.以上四个变量的可调节冗余量最小，对光谱仪最终分辨率影响较大.该研究对CT结构中各光学元件机械调节机构的设计具有参考意义.

研究了原子相干性在双通道间的转移效率与拉曼单光子失谐的关系。在冷原子四能级Tripod型系统中，首先利用EIT动力学过程将光信号存储在原子的一个记忆通道上。然后通过拉曼双光子过程，我们进行了原子记忆在两个通道间相干转移的研究，结果表明，在一定的拉曼光强下，原子相干性在双通道间的转移效率随着拉曼单光子失谐发生变化，最大的转移效率可达到94%。

使用周期性极化(PPKTP)晶体进行了795 nm激光倍频的实验研究。实验中，基频(795 nm)激光通过锥形放大器（TPA）实现了激光功率放大（400 mW），再经过光纤整形后功率输出达100 mW以上。将该激光单次通过PPKTP晶体，我们测量了倍频效率随晶体温度的变化关系。再将PPKTP晶体放入红外谐振倍频腔内，在最佳匹配温度和红外光共振条件下，获得了近14 mW的397.5 nm紫外光，倍频效率为13%。

我们在87Rb冷原子团中利用电磁感应透明(EIT)动力学过程实现了光学信号的存储与释放，研究了光存储效率与耦合光强的关系。实验结果表明，在较低的耦合光强下，存储效率随耦合光强增大而增大，当耦合光达到一定强度时，存储效率不再增高，然后随着耦合光强增大而降低。通过分析光脉冲在冷原子团中传播时的吸收和色散特性，我们对存储效率随耦合光强的变化趋势给出了定性解释。