毛细管放电极紫外激光是一种小型化的纳秒极紫外激光光源。相比自由电子激光和同步辐射等短波长光源，该光源具有运行成本低、单脉冲能量高和机时充足等显著优势。随着毛细管放电极紫外激光光源的发展，其输出已提高至深度饱和区，并且实现了重复频率输出、多波长输出等多样化输出方式。小型化的灵活性和优质的输出参数使其逐渐成为进行极紫外激光应用研究的理想光源。本文介绍了自1994年毛细管放电极紫外激光成功输出至今，该光源在微纳结构加工、物质成分检测、生物科学以及高分辨成像等领域的前沿应用。在微纳加工方面，极短的波长和极小的能量衰减深度使得该光源能够在纳米量程内进行材料的刻蚀。同时，较长的激光脉宽增加了极紫外激光诱导自组织微纳结构的可能性。在物质成分检测方面，极紫外激光的高能量光子能够以单光子电离材料表面，结合飞行时间质谱仪测量纳米尺度范围内的材料成分，便可实现超高分辨的物质组成分布检测。在生物科学领域，极紫外激光能够实现对微观生物样本的三维成分扫描，获得更多的表征信息。在高分辨成像方面，基于极紫外激光的短波长和良好的相干性，以Gabor同轴等方法进行高分辨成像能达到接近照明光水平的成像分辨率。已有的应用成果表明，毛细管放电极紫外激光是探索微观世界、制造微观结构的有力工具。在人类对短波长光源需求日益增长的今天，毛细管放电极紫外激光将有更多的机会展现它的应用价值和优势。

主要综述高分辨血管成像技术及其在生物医学领域中的应用，侧重评述适用于高分辨血管图像的定量表征方法。血管图像定量表征主要包括3个步骤：图像预处理、血管图像重建及定量特征获取、定量参数的统计学分析。同时，对每个步骤中所涉及的算法流程、准确性评估及后续算法的优化方向进行详尽的阐述。此外，探讨多种血管和血流参数所反映的生物学信息在临床上的参考意义，并结合具体的疾病场景，介绍多参数分析模型在区分不同疾病发展阶段方面的能力。本文的阐述不仅体现了高分辨血管成像技术及定量表征方法的潜在价值，也展示了它们在推进生物医学基础研究和临床诊断等方面的光明前景。

基于压缩感知(CS)的多输入多输出(MIMO)雷达成像方法具有分辨率高的优点,但在实际应用中存在着运算复杂的问题,无法满足运动目标成像对时效性的要求。针对这个问题,提出了一种基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)和快速迭代软阈值算法(FISTA)的MIMO雷达目标三维高分辨成像的新方法。该方法利用NUFFT对FISTA中的矩阵-向量乘法进行高精度近似,能够在保证高分辨率成像的同时,缩短成像时间,减小对系统内存的需求。仿真实验验证了所提方法的有效性及其相比现有典型方法的优越性。

为了使小口径相机具有与大口径相机同等的分辨能力,提出一种基于像素编码的高分辨成像技术。为了降低图像高、低频信息的混叠,提出基于以系统点扩展函数为运算核的像素编码算法。首先在空间域中直接构建系统的编码矩阵;然后采用求逆的方法实现对输出图像的解码,以达到提高图像质量的目的;最后利用焦距为100 mm和像元尺寸为9 μm的成像系统在F数分别为11(F11)和25(F25)下进行室内实验验证,采用像素编码算法对F25系统所成的鉴别率板像进行校正,校正后的调制传递函数值(0.18)与F11系统(0.24)相当,图像对比度得到提高,验证像素编码算法的合理性和可行性,使得小口径相机具备高分辨率的成像能力成为可能。

影响大口径地基自适应光学望远镜成像的因素很多，为获得近衍射极限的高分辨力成像效果，需要对系统的关键参数进行优化。本文分析了影响地基光学望远镜成像的误差源，建立合理的误差评价模型。并利用仿真的方法对该模型进行了验证，并对湍流条件、望远镜口径、采样频率、变形镜驱动器间距、导星等关键参数进行了优化分析。与仿真结果对比表明：误差模型预测精度在较好的观测条件下能达到30 nm以内。该模型也为自适应光学系统在生物显微成像、眼底成像、激光大气通信等领域的应用提供了参考。

根据高分辨物镜各个光学元件的实测数据, 应用轴向补偿和旋转补偿法, 在仿真精密装调过程中得到了物镜轴向补偿器的最优值和各元件的最佳旋转角度。仿真结果表明, 在97.7%的置信区间内, 物镜各视场波像差RMS值从补偿前的0.087λ(λ=632.8 nm)减小到了补偿后的0.040 λ。依据获得的参数对物镜进行了装调实验, 结果表明, 激光干涉仪测得的物镜各视场波像差RMS值介于0.050～0.082λ之间, 基本达到了衍射极限的分辨率要求, 验证了像质补偿方法的有效性。

微结构薄膜望远镜通过表面微纳结构调制光波相位和传播方向，具有轻量化、公差容限大、易于折叠展开的特点，因此成为大口径轻量化空间光学成像技术中的颠覆性技术。本文通过对国内外微纳薄膜望远镜研究进展的调研和分析，概括了薄膜望远镜研制的关键技术和主要技术途径，重点分析了薄膜材料制备、微结构类型研究、系统光学设计理论等内容。微纳薄膜望远镜研制涉及材料、空间环境工程、微纳加工工艺、精密机械和二元光学等众多交叉学科，随着工程化程度要求的提高，会出现新的技术问题，而随着问题的解决很可能获得具有影响力的科技成果。

为了实现无遮拦、宽谱段、动态的局部高分辨成像, 设计了一种局部高分辨率的离轴主动反射变焦系统。该系统将离轴主动反射式变焦理论和局部动态高分辨率成像理论相结合, 实现了宽谱段范围内不同焦距处的动态局部高分辨成像。采用曲率半径可变的变形镜实现变焦, 避免了传统机械变焦中复杂的机械运动控制, 减轻了系统体积和重量并有效地保证了系统的宽谱段和大视场; 通过对变形镜面形的控制, 在不同焦距处实现了全视场内任意感兴趣区域的局部高分辨成像, 降低了数据传输量; 而采用无色差的反射式系统则克服了传统透射式及折反射式系统只能实现单色局部高分辨成像的缺点。经过优化设计,系统在可见光范围内成像, 焦距f′为75 mm(视场角FOV为x: 0°~0.5°, y: 3°~10°)~150 mm(FOV为x: 0°~0.5°, y: 1.7°~5°), F/#为7~14。理论和仿真分析表明, 系统在各焦距处感兴趣区域内的成像质量均可达到衍射极限, 实现了全视场内任意区域动态局部高分辨的成像效果。