Photoacoustic imaging (PAI) is a noninvasive emerging imaging method based on the photoacoustic effect, which provides necessary assistance for medical diagnosis. It has the characteristics of large imaging depth and high contrast. However, limited by the equipment cost and reconstruction time requirements, the existing PAI systems distributed with annular array transducers are difficult to take into account both the image quality and the imaging speed. In this paper, a triple-path feature transform network (TFT-Net) for ring-array photoacoustic tomography is proposed to enhance the imaging quality from limited-view and sparse measurement data. Specifically, the network combines the raw photoacoustic pressure signals and conventional linear reconstruction images as input data, and takes the photoacoustic physical model as a prior information to guide the reconstruction process. In addition, to enhance the ability of extracting signal features, the residual block and squeeze and excitation block are introduced into the TFT-Net. For further efficient reconstruction, the final output of photoacoustic signals uses ‘filter-then-upsample’ operation with a pixel-shuffle multiplexer and a max out module. Experiment results on simulated and in-vivo data demonstrate that the constructed TFT-Net can restore the target boundary clearly, reduce background noise, and realize fast and high-quality photoacoustic image reconstruction of limited view with sparse sampling.

呼吸子泛指一类具有周期演化或周期分布结构的非线性波，它已成为非线性光学系统的研究热点之一。研究多种呼吸子的时空动力学特征具有实际的物理意义。本文基于孤子理论中的Darboux变换方法构造出AB系统在椭圆函数背景下的多呼吸子解，并进一步分析了呼吸子的非线性动力学特征。首先，基于AB系统的Lax对，通过修正的平方波函数法与行波变换法获得该系统的椭圆函数周期解以及Lax对的基本解。然后，通过椭圆函数积分公式和Darboux变换迭代算法，推导出dn和cn两种椭圆函数背景下的一阶和二阶呼吸子解的解析表达式。另外，讨论了三种呼吸子的动力学特征，主要包括一般呼吸子（GB）、Kuznetsov-Ma呼吸子（KMB）和Akhmediev呼吸子（AB）。最后，研究了在dn背景下GB和KMB相互作用的时空结构以及在cn背景下两个GB相互作用的时空结构。本文研究结果将有助于理解在非线性光学领域中周期背景下的呼吸子动力学特征和相互作用行为。

针对基于旁瓣光束衍射反演的强激光远场焦斑测量无法提取旁瓣图像更外围最小可测信号的问题，笔者提出了基于邻域向量主成分分析（NVPCA）图像增强的旁瓣弱光信号区域波峰参数检测方法。采取的主要优化措施为：首先，将旁瓣图像中的每个像素和它的8邻域像素看作一个列向量，构建一个9维数据立方体，选择主成分分析变换后的第1维数据为NVPCA图像；其次，通过角度变换转化检测对象，检测所有方向上一维旁瓣曲线的各个波峰参数，获得旁瓣弱光信号区域能量的量化分布；然后，搜索每个旁瓣波峰在所有方向上的极大值位置点，连接对应位置点生成每个旁瓣波峰的极大值圆环，计算各极大值圆环的灰度均值；最后，选择大于局域对比度方法（LCM）目标分离阈值且最小的极大值圆环的灰度均值作为整个旁瓣光束的最小可测信号。实验结果表明，采用基于NVPCA图像增强的旁瓣弱光信号检测方法能够从旁瓣图像的第5波峰环分离和提取最小可测信号，动态范围比值提升至原来的1.528倍，各旁瓣波峰参数满足精度要求，为未来大型激光装置强激光远场的精确测量奠定了基础。

利用平面激光诱导荧光（PLIF）技术实现气溶胶流场的实时探测，对气溶胶流场运动的研究有着重要意义。针对PLIF气溶胶流场实时探测中微弱信号可视性较差的问题，提出一种信号强度分类变换方法，根据信号强度特征设定限制条件，通过迭代将信号分为若干强度区间，并对各区间内信号强度重新规划赋值。将强度分类变换方法应用于PLIF气溶胶流场探测的荧光信号处理，与限制对比度自适应直方图均衡化（CLAHE）的处理结果相比，该方法在大动态范围荧光信号的微弱信号增强、噪声抑制方面具有较好的效果，对微弱信号信背比的提升超过20%。针对气溶胶流场不同变化阶段，所提方法可以实现25 frame/s的实时处理，满足对气溶胶流场荧光信号实时探测的要求。

激光跟踪仪的转站误差直接影响数据质量。最小二乘（LS）方法只考虑观测向量误差，加权总体最小二乘（WTLS）方法忽略转站模型的特点，两种算法均存在一些不足。针对激光跟踪仪坐标转换模型的特点，提出了结构约束总体最小二乘（SCTLS）方法。该方法能够顾及坐标观测值的相关性，提取误差矩阵的特殊结构，从而保证相同元素的改正数是一致的。同时对待估参数附加限制条件，保证旋转矩阵具有正交性。使用拉格朗日乘数法严密推导算法的求解步骤，给出了精度评定的公式。仿真结果显示SCTLS法的估计参数偏差小于WTLS法，准确性更高；采用合肥光源控制网中的实测数据计算，验证SCTLS法的精度更高。与LS和WTLS算法相比，所提算法更加严密，能够有效减小转站中的误差积累。

为了利用相同的资源传递更多的信息, 提出一种非对称可控密集编码方案, 非对称信道为5×2×2×2维的4粒子团簇态。方案有两个控制者, 一个控制者对粒子进行正交基测量, 通过控制测量角来控制信道的纠缠度; 另一个控制者进行投影测量, 作用是通过测量产生密集编码的量子信道, 同时也可以控制编码传输能否进行。信道产生后, 通过发送者的提纯、编码操作和接收者的测量操作, 实现可控密集编码。传输的平均信息量为4×(1+log25)α2。方案还将基于4粒子团簇态的可控非对称编码扩展到N×2×2×2维非对称信道, 证明了非对称编码具有很强的扩展性。研究发现, 非对称编码的信息量随信道非对称程度的提高而增大。

本文基于构造Hirota模型中非线性波精确解, 研究了飞秒光纤系统中相对相位诱导平面波背景上基本孤子的态转换以及孤子与呼吸子碰撞过程中孤子的态转换问题。研究发现, 呼吸子的激发结构并不会随不同相对相位的初始扰动发生显著改变, 但相对相位变化可以诱导平面波背景上孤子的分布发生改变, 且诱导反暗孤子态转换为非有理型W形孤子。进一步, 相对相位也会诱导孤子与呼吸子碰撞过程中孤子的结构改变及态转换。研究结果揭示了相对相位影响孤子结构, 孤子态转换的物理机制, 对在探究光学系统中平面波背景上新的孤子种类、理解非线性波相互作用本质方面有重要意义。

针对Al5083纳秒激光划片过程中产生沟槽和凸起两种轮廓的问题, 研究了不同工艺参数下产生轮廓与映射声信号的关系。开展Al5083薄板纳秒紫外脉冲激光划片试验, 观察轮廓的微观形貌, 探究轮廓形成机制; 采集声发射信号, 小波包变换后分析声信号的差异性, 并开展支持向量机分析。微观观测结果表明, 凸起轮廓的成形机制包括熔融金属溅出受阻和凝固时产生的大量气孔。声信号分析结果显示, 沟槽轮廓对应的小波包分解系数的方差和包络面积显著高于凸起轮廓; 以小波包分解后的频谱为特征向量, 添加标签后使用高斯核支持向量机分类, 分类准确度达92.57%, 验证了小波包变换和支持向量机的结合在基于声信号的轮廓监测中的可行性, 为构建基于声发射的激光划片监测系统提供可行的技术路径。