为了满足高功率微波系统对微波输出窗高功率容量和紧凑化的应用需求，以传统盒型窗的设计理论为基础，通过优化窗体结构和添加过渡段等手段，设计了一种C波段小型化高功率微波输出窗。通过增大窗体表面积、改变矩形波导-圆波导过渡段的连接方式可提高功率容量并缩小微波输出窗的纵向尺寸；采用“I”型的窗体结构可有效抑制三相点（真空-介质-金属）附近的次级电子倍增效应对输出窗性能的影响。在电磁仿真的基础上采用粒子模拟（Particle-in-Cell）的方法研究了微波输出窗三相点附近的次级电子倍增效应，从微观角度进一步证实了“I”型窗体结构可使三相点位置发生移动，减小三相点发射的电子在窗片表面产生次级电子倍增效应的概率，降低微波输出窗的击穿风险。设计结果表明，微波输出窗在中心频点处的主模反射系数低于0.01，传输效率高于99.9%，功率容量可达47.9 MW。

随着搭载平台技术的不断进步，对成像光谱系统的尺寸提出了更高的要求，轻量化、小型化成为成像光谱仪的重要发展方向。针对上述问题，本文设计了一种具有轻小型化特点的自准直型短波红外高光谱成像系统。通过对系统矢量形式的理论推导，得到满足高光谱分辨率、小尺寸要求的自准直系统的初始结构，并逐步进行优化。同时，在狭缝处引入一块平面反射镜，对望远系统进行折叠，避免狭缝与探测器干涉，并进一步压缩系统的尺寸。最终设计的成像光谱仪工作波段为1610~1640 nm，F数优于3，在奈奎斯特频率为 20 lp/mm 时，调制传递函数（MTF）均优于0.8，全视场均方根半径（RMS）均小于7 μm，光谱分辨率均优于0.1 nm。光学系统尺寸优于460 mm×150 mm×150 mm。本文研究为短波红外波段高光谱探测成像光谱仪实现轻量化、小型化设计提供了一定的理论基础。

针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求，本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列（FPGA）和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列，基于FPGA实现高阶调制与编码，并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角，大幅度延长了传输距离。在光接收端，设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管（APD）的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机，降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps 开关键控（OOK）信号和正交幅度调制（QAM）信号（16QAM信号）的12 m水下信道实时传输，二者的误码率（BER）分别为2.467×10^-4和3.467×10^-3。此外，该系统还实现了22 Mbps的非归零（NRZ）-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输（总长度为42 m），BER为3.619×10^-4。最后，实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收，提高了系统的鲁棒性。

三次谐波源于强脉冲激光照射样品时产生的三倍频光响应，可对生物组织实现无标记、亚细胞量级分辨率、近乎实时的成像。通过与二次谐波信号和双/三光子荧光信号相结合，三次谐波显微成像可在肿瘤术中揭示肿瘤组织的典型病理特征信息，比如细胞增生与血管增生等，从而为医生判断肿瘤边界进而做出肿瘤组织彻底切除与否的决策提供实时帮助。本文阐述了三次谐波显微成像的基本原理，讨论了它在肿瘤术中诊断方面的应用，探讨了基于三次谐波的小型化便携术中诊断仪器，并总结了三次谐波内窥成像的发展现状，这些内容的讨论有望推动三次谐波成像技术的临床化。

为了解决现有电脑验光仪和视力筛查仪体积庞大、价格昂贵的问题，设计并搭建了一套基于哈特曼波前检测原理的小型无透镜屈光测量系统。首先，对测量原理进行了详细介绍；接着，利用Zemax软件对图像采集光路进行模拟，并分析了实际测量屈光度与仪器-人眼距离的函数关系；最后，成功搭建了试验样机，并通过对中国计量科学研究院模拟眼进行屈光测量来验证函数关系的正确性及测量结果的准确性。实验结果表明该系统能有效地对-10~+10 D范围内的模拟眼进行屈光测量，测量结果显示：球镜度重复测量误差最高不超过0.20 D，变异系数不超过3%；柱镜度重复测量误差最高不超过0.25 D，变异系数不超过9%。此外，该系统结构简单且成本低廉。在满足测量结果准确性、稳定性要求的前提下，该系统更适用于需要仪器小型化的场合，具有广阔的应用前景。

为探讨不同剂量 1 064 nm激光照射后猪皮肤组织损伤效应和修复的规律，为扩大激光的临床应用提供指导，本文采用基模光纤激光器输出不同功率 1 064 nm的连续激光，通过方格阵列法对活体猪皮肤进行单次照射，剂量由小到大依次照射后，即刻观察皮肤损伤反应并计算其发生率，采用加权概率单位法计算损伤阈值 ED50，并在照后 6 h至 28 d动态观察激光皮肤损伤斑的愈合情况和病理形态学变化。随着激光辐照剂量的增加，皮肤损伤由轻到重依次出现红斑、白斑和焦斑等不同类型的损伤斑。剂量低于 70.0 J/cm2时，猪皮肤损伤表现为可逆的红斑反应；剂量为 192.2 J/cm2时，猪皮肤损伤以焦斑为主（发生率约为 51.4 %）；而剂量为 425.0 J/cm2时，猪皮肤焦斑发生率可达到 100.0%。1 064 nm激光致猪皮肤损伤阈值 ED50为 50.8 J/cm2。病理形态学观察结果显示，照射后 3～28 d，各照射组创面均出现不同程度的修复趋势，但这种趋势随着照射强度的增加而趋于减弱，且高于 192.2 J/cm2的激光辐照组恢复趋势缓慢。小型猪皮肤经 1 064 nm激光照射后，辐照剂量越大，皮肤损伤越重，组织修复趋势越慢，显示出较好的量效关系。本研究为激光皮肤损伤和修复过程的医疗应用提供了重要的试验和理论依据。

设计了一种适用于 2G/3G/4G/5G移动通信的小型宽带 ±45 °双极化基站天线。该天线由 2对偶极子辐射片、2条微带馈线和 1块反射板组成, 辐射臂和微带馈线采用双面印刷工艺印刷在 0.8 mm厚的 FR4板, 并固定放置于开有圆形槽的反射板上。对天线实物进行加工测试, 测试结果表明, 端口 1工作频段为 1.82~3.60 GHz, 端口 2工作频段为 1.64~3.41 GHz; 工作频段内, 反射系数小于-10 dB, 端口隔离度优于 18 dB; 交叉极化比在视轴方向大于 17 dB, ±60 °方向大于 15 dB; 半功率波束 65 °左右, 前后比优于 18 dB, 测试和仿真结果较吻合。所设计天线带宽宽, 尺寸小, 且制作工艺简单, 成本低廉, 适合批量生产, 应用于 5G移动通信基站中。

无源互调 (PIM)是一个吸引众多领域研究人员的课题, 包括卫星、天线和智能终端等。本文提出一个非接触式 PIM测量的新思路: 使用一个经过近场重构的基片集成缝隙波导 (SISW)作为互调信号的激励和接收路径, SISW通过对载波信号的远场抑制和近场测试区的优化, 实现了一种针对没有射频端口的样品非线性特性的评估解决方案。该测试平台结合了近场天线的有限辐射特性和多敏度测试区在 PIM评估中对收发系统和测试样片的适应性。实验结果表明, 该测试方法在稳定性和分辨力方面具有相当大的工程应用潜力。