尽可能地增大出射光强，提高光通量利用率，是准直照明系统二次光学设计的研究目标。分别针对纯折射型和全内反射型的准直照明系统，研究了光源参数对其照明性能的影响，从理论上推导了系统出射光强、光通量利用率与光源出射度和配光曲线指数之间关系的表达式，并进行了实验验证。研究结果表明，系统出射光强与光源出射度成正比。光源配光曲线指数较小时，相比纯折射型准直照明系统，全内反射型准直照明系统的光通量利用率更高、出射光强更大、照明范围更广；但当光源配光曲线指数较大时，纯折射型准直照明系统具有更大的出射光强和更优的光斑陡边性。该结论可为准直照明系统二次光学设计中光源参数与配光元件结构的匹配优化提供理论依据。

在明确发光二极管（LED）器件输出动态光通量、负载电功率、发光效率、热功率系数之间关系的基础上，将理论模型拓展至包含LED驱动控制器的参数（频率、增益系数、电压幅值）以及散热器温度，从而通过调节LED器件参数以及驱动特性，控制白光LED照明系统最佳工作点的范围，进而分析照明系统闪烁指数、闪烁百分比、电压幅值、频率和LED光源参数之间的内在规律。提出一种基于纹波特性的白光LED器件动态光通量特性理论模型，该理论模型可准确预估白光LED照明系统在不同纹波特性下的动态照度变化、闪烁指数、闪烁百分比。通过测试不同工作条件下LED照明器件的照度、闪烁指数以及闪烁百分比，并与计算值进行比较，二者的平均误差为7.1%，计算结果和测量结果具有良好的一致性，证明了所提出的基于纹波特性动态及稳态光通量模型的有效性。由测试结果可知，LED光源在不同工作条件下闪烁指数以及闪烁百分比发生明显变化，这意味着需要通过合理地控制LED光源和驱动系统的参数，使照明系统的闪烁指数和闪烁百分比变化最小，从而满足IEEE国际标准对闪烁效应的要求。

在光声内窥成像中，不均匀或不稳定的照明，以及生物组织的复杂光学特性均会导致成像平面内光通量分布不均匀，从而造成重建图像质量和成像深度的下降。提出了一种校正光通量变化的定量光声内窥成像方法，对光吸收能量分布进行稀疏分解，采用贪婪算法重构得到光吸收系数和光通量的稀疏表示，并通过稀疏矩阵分解实现光吸收系数与光通量分布的联合重建。仿真和体模实验结果表明，与一步法和基于模型的定量重建方法相比，采用所提方法估算光吸收系数的均方根误差（RMSE）可降低约48%，重建图像的归一化平均绝对距离（NMSAD）和结构相似度（SSIM）可分别降低约25%和提高约24%。与其他校正光通量的重建算法相比，所提方法估计光吸收系数的RMSE可降低约22%、NMSAD可降低约20%、SSIM可提高约10%。

应用于深海环境的LED光源模组采用封装硅胶作为压力补偿结构介质, 与传统液压补偿结构相比, 具有装配方便、结构简便等优点。根据折射定律(斯涅尔定律), 不同封装硅胶折射率的差异会导致光线在蓝宝石透镜窗口发生全反射的角度有所不同, 进而影响出光光通量。因此, 本文探究了封装硅胶不同折射率(1.41～1.55)以及不同厚度(1.6～3.0 mm)对光源模组出光光通量的影响。Tracepro仿真结果表明, 固定封装厚度, 光通量随封装硅胶的折射率减小而增大; 固定硅胶折射率, 封装厚度为2.5 mm时, 光源的出光光通量最大。同时, 本文设计了硅胶封装实验, 实验结果与仿真结果一致, 验证了仿真结果的准确性。

荧光免疫层析定量检测技术已被广泛应用于临床检测领域,如新型冠状病毒肺炎的筛查和检测。为了提高检测精准度,提出了基于荧光显微镜数字图像处理的荧光免疫层析定量检测方法。首先构建了显微系统的光通量损失方程,然后根据面阵CCD输出的数字图像特征提取原始图像中的RGB分量并对其进行加权处理,之后拟合了面阵CCD的量子响应速率曲线,获得了荧光信号的相对强度。根据荧光信号强度即可反演出待测物的浓度。实验验证后可知,检测结果的变异系数为3.04%,线性拟合系数大于0.99。本检测方法可对最低质量浓度为0.1 ng/mL的待测物进行准确检测,适用于CCD成像型荧光显微镜系统,对荧光检测具有一定的参考意义。

在大气信道激光传输中, 大气湍流对系统性能会产生较大影响, 主要体现为降低传输速率和增加误码率。在具有信道互易性的双向激光传输链路中, 两终端光斑信号强度的变化相关, 可以在终端提取信道状态信息, 以对信道影响进行补偿, 从而提高传输速率。本文首先在弱湍流条件下, 根据Rytov近似理论推导了平面波双向传输链路接收到的光斑信号的相关系数与传输路径的关系, 并给出解析式。结果表明, 两终端接收的光斑信号的光通量具有相关性, 且相关系数与传输路径有关。进一步搭建了双向收发共轴激光传输系统, 并进行了外场试验, 试验结果不仅验证了双向大气信道激光传输链路具有互易性, 且两接收端光斑信号光强的实时变化趋势相同。本文结论对实现大气信道高速率、低误码率激光传输具有重要意义。

大功率LED照明的需求越来越大,但随着蓝光 LED 芯片功率的不断上升,散热和光衰减等问题也愈发显现出来。为探索大功率LED特种照明,基于阵列蓝光LED激发Ce∶YAG荧光晶体,采用创新的结构装置,在小面积端面输出高流明密度的光。研究影响LED出光的因素、不同掺杂浓度(物质的量浓度)晶棒对于蓝光的吸收、大功率LED激发不同Ce离子掺杂浓度晶棒的出光效果、晶棒端面处理情况对于出光的影响等。结果表明,利用氮化铝制成的基板满足大功率LED的散热需求,掺杂浓度为0.8%的晶棒出光光通量更高,对晶棒端面进行处理可大幅提升出光光通量。实验装置可输出6000 lm以上的光通量,流明密度高达1640 lm/mm 2,可应用于中高亮度照明设备中。