用有限元法和传输矩阵法，对基于包层空气孔为柚子型结构的光子晶体光纤啁啾光栅的反射谱进行了理论分析。通过对均匀光栅仿真结果与实验结果的对比，可知此方法是可行的。研究表明光子晶体光纤的啁啾光栅有多个明显的反射峰，并且分析了啁啾系数、折变量对各谐振峰带宽和反射率等的影响。计算结果显示，随着啁啾系数和折变量的增大，光栅反射谱呈规律变化，当啁啾系数增大到一定程度时几个反射峰会连到一起，形成一个大的反射带宽。同时对光栅基模反射谱对应的时延特性进行了研究，可知其同样具有比较平滑的时延曲线，可以用于色散补偿。

本文提出了一种能较大程度优化大口径晶体面形的夹持方案，同时分析对比了优化方案与常规方案下重力作用对 KDP晶体面形和三倍频转换效率的影响。研究结果表明：优化方案能极大的改善重力对 KDP晶体面形的影响；同时当基频光光强为 5.5 GW/cm2时，优化方案较之三种常规方案的三倍频转换效率分别提高了 6.2%、9.5%和 6.5%。

随机并行梯度下降 (SPGD)图像匹配方法是一种全新的图像匹配方法，该方法同时对所有的变形参数施加相互统计独立的随机扰动，并以相关系数随机梯度分量代替真实的梯度分量进行迭代运算，使之能够快速地得到最优参数估计。扰动幅度和增益系数选取是该方法亟需解决的关键性问题，目前能否对不同的变形情况选取相同的具有普遍适应性的预设参数，或是需要对不同的变形情况自适应更新参数以达到最优化匹配效果都还没有得到较好的回答。本文一方面探索该方法在不同预设条件下的极限匹配性能；另一方面初步总结出扰动幅度和增益系数对该方法匹配性能影响的规律，在此基础上研究了分级参数更新策略，使该问题得到进一步解决。

为了实现对远距离目标的实时监控，并全面清晰的捕获目标细节特征，设计了以千兆以太网为数据传输通路，通过 FPGA进行采集分辨力切换，同时具有可见及近红外波段独立自动对焦功能的双波段高清视频采集系统。根据监控模式要求，系统将可见光、近红外探测器采集的视频数据，通过 FPGA设置为指定分辨力的视频信号，通过千兆网将图像数据传入控制计算机，并由控制计算机进行图像显示与存储、自动对焦等操作。实验表明：系统能够根据监控要求，灵活的进行视频采集分辨力的切换及两路视频的自动对焦，最终实现了在两个波段下通过千兆网对远程目标视频的实时显示和高清存储。Based on Gigabit Ethernet

2π复位调制是光纤陀螺全数字闭环处理技术的一个重要环节。由于小型化 Y波导的半波电压提高，小型化光纤陀螺的调制信号达不到 2π复位的要求。通过分析闭环复位的原理，提出了一种新的对称复位调制技术，成功实现了小型化光纤陀螺的复位调制闭环控制。

为改善单帧降质图像的分辨率水平，提出了一种新的基于稀疏表示的学习法超分辨率图像重构方法。针对信号在既定的欠定超完备字典下的非稀疏性问题，采用光滑的递减函数逼近 L0范数以避免对稀疏度先验的依赖，从而实现待重构图像块的有效稀疏表示，同时通过梯度下降的迭代优化获得稳定的收敛解。与双立方插值相比，图像的三倍超分辨实验显示，图像峰值信噪比 (PSNR)提高 2 dB，框架相似性 (SSIM)改善 0.04，重构图像剔除了更多的模糊退化及边缘伪迹。该方法适于单帧降质图像的超分辨率增强。

介绍了光学镜面化学镀银工艺的基本流程及对膜层质量影响较大的敏化工序的原理和工艺，并对该工序中的喷水量进行了理论计算和实验验证。对一块 Φ365 mm口径的次镜进行镀膜实验。实验结果表明，均匀喷雾 35 s左右能洗净敏化液中的 Cl－，并使水解生成的 Sn(OH)2胶体均匀残留于镜面，镀制的 Ag膜层质量较好。膜层检测结果为：反射率为 92%，厚度为 60 nm，对面形的影响： PV=λ/45，RMS=λ/250，满足该次镜的检测精度要求。

利用电子束蒸发、离子束辅助沉积和离子束反应溅射三种制备方法制备了单层 HfO2薄膜，对薄膜样品的晶体结构、光学特性、表面形貌以及吸收特性进行了研究。实验结果表明，薄膜特性与制备工艺有着密切的关系。电子束蒸发和离子束反应溅射制备的薄膜为非晶结构，而离子束辅助制备的薄膜为多晶结构。电子束蒸发制备的薄膜折射率较低，薄膜比较疏松，表面粗糙度较小，吸收相对较小，而离子束辅助以及离子束反应溅射制备的薄膜折射率较高，薄膜的结构比较致密，但表面粗糙度较大，吸收相对较大。不同制备工艺条件下薄膜的光学能隙范围为 5.30～5.43 eV，对应的吸收边的范围为 228.4～234.0 nm。

本文研究了一种基于聚乙烯醇 /丙烯酸 -2-羟基乙酯的新型全息存储材料；研究了不同浓度的丙烯酸 -2-羟基乙酯对光聚物材料衍射效率的影响；在厚度为 95 μm的光聚物薄膜中当曝光能量为 231 mJ/cm2时获得了近 75%的高衍射效率。应用 Matlab软件以光化学漂白理论、角度响应曲线理论为拟合模型，进行了基于 Levenberg-Marquardt算法的非线性曲线拟合；通过非线性曲线拟合研究了不同浓度的丙烯酸 -2-羟基乙酯对摩尔吸收系数、量子产率、折射率调制度、光聚物薄膜厚度等多个全息参数的影响；实验表明，丙烯酸 -2-羟基乙酯的加入可有效增加光聚物薄膜的厚度并且改善光聚物薄膜的结构和性能，达到提升聚乙烯醇/丙烯酰胺光聚物初始材料的全息特性，改进光聚物材料全息光学数据存储容量的目地。

利用射频溅射方法，制得 AZO透明导电膜，并用离子束刻蚀制备绒面，得到绒面 AZO透明导电膜。比较刻蚀前后光电性能及表面形貌，发现透过率稍有下降，在可见光波段透过率在 80%以上；电阻率略有上升，但仍保持在 10-3.·cm数量级，最低为 2.91×10-3.·cm；刻蚀后薄膜表面形貌变化较大，大多数薄膜表面呈现 “坑状”结构，横向尺寸在 0.5～1.0 μm，开口角在 120°左右，表面粗糙度从 7.29 nm上升到 36.64 nm。薄膜具有较好的表面微结构，在作太阳能电池前电极方面有较好的应用前景。

平行光束经过有加工误差的 Dove棱镜后，在出射面往往会发生角度倾斜和离轴偏差，从而导致利用 Dove棱镜制成的光纤旋转连接器的传输耦合损耗增大。对于 Dove棱镜的加工误差在耦合损耗方面的影响，本文利用光线追迹的方法对其进行了理论及模拟分析。分析结果显示，由于加工误差带来的耦合损耗随着 Dove棱镜的底角误差及其锥体角误差的增加而增大。而后依据理论结果及光纤旋转连接器的需求，设计加工了 5块 Dove棱镜，测量了其耦合损耗，并对实验测量值进行了修正，进一步验证了理论的正确性。

本文提出一种用于高温测量的光子晶体光纤 F-P干涉传感器，通过熔接机放电使无截止单模光子晶体光纤 (ESM-PCF)一个端面完全塌陷，然后再将其与单模光纤 (SMF-28e)熔接起来，最后按照设计长度切断 ESM-PCF。由于在熔接点处 ESM-PCF完全塌陷使其模场直径扩大，减小了与 SMF-28e的模场失配损耗，并提高了熔接面的反射光强。这种方式制作简单，相对于以往的光子晶体光纤 F-P干涉传感器具有更高的干涉光强度。实验结果表明，该传感器测量温度可达 1 100 ℃，温度灵敏度为 29.4 nm/℃，可以预见这种结构稳定、线性度好的全光纤传感器在机械、航空、冶金领域等具有一定的潜在应用价值。

光生毫米波在光纤无线电，毫米波成像，射电天文学等领域都有广泛的应用前景。本文对基于单极型马赫 -曾德尔调制器 (MZM)采用双边带光载波抑制调制的光生毫米波方法进行了理论分析。详细分析了马赫 -曾德尔调制器的有限消光比对产生的毫米波的影响。建立了基于单极型马赫 -曾德尔调制器采用双边带调制光载波抑制的光生毫米波的实验平台。输入驱动信号频率在 23到 30 GHz之间调节时，获得 46到 60 GHz之间连续可调的毫米波信号，其功率抖动小于 1.5 dB。

为了使夏克－哈特曼波前传感器(SHWFS)能保证精度的同时又能获得更大的动态范围，介绍了一种用于 SHWFS的自动子孔径搜索与匹配算法。该方法在实施时，先根据待测量图像计算背景阈值，然后以减阈值后的图像中心位置的一个光斑为参考光斑的参考中心，按图像的横、纵方向依次搜索其它光斑点，接着将搜索的结果拼接起来得到所有孔径的分布，最后根据两幅图像得到的各自的子孔径分布按横、纵方向平移进行配准，以达到最优的匹配结果。文中利用实验对本论文提出的方法进行了验证。结果表明，本文提出的方法能够实现 SHWFS的子孔径搜索与匹配，提高哈特曼的动态范围。

角膜和晶状体是人眼光学系统中两个关键的屈光元件，为了理解眼内各介质和整个眼球的屈光状态以及视网膜上的成像，有利于眼科临床方面的应用，需要分别对二者进行光学特性模型的分析与研究。根据角膜和晶状体的光学特性，应用光学设计软件 Zemax和有关的数学工具，从光学成像角度，分别对角膜和晶状体模型进行研究：基于结合人眼光学模型的角膜双二次曲面模型的建立方法，统计分析了我国人眼实测角膜参数的数据；通过对晶状体折射率分布特点的分析，分别在轴向和径向上进行了综合分析。最后给出了符合我国人眼特点的角膜面型的统计数值，完善了我国人眼角膜光学模型的建立；获得了形式简单且能够表示晶状体折射率分布一般特征的梯度渐变模型表达式。基于收集的我国人眼实测数据的角膜面型模型和晶状体梯度渐变形式的折射率模型，为解决人眼光学系统研究中的关键问题提供了新的方案和思路。

在保证空间光学遥感相机反射镜结构刚度、面形精度的同时，最大限度的降低反射镜质量，成为各国新兴的、重要的研究课题。本文从材料、支撑形式、相关几何参数以及轻量化结构形式等方面对反射镜进行详细设计。提出了通过拓扑优化确定反射镜背部轻量化形式的方案。采用有限元分析法对获得的优化结果进行分析。分析结果表明：重力载荷下面形精度达到 λ/10 PV，λ/50 RMS (λ=632.8 nm)，PV值 7 nm，RMS值 1.68 nm，反射镜组件一阶固有频率 256 Hz，均优于传统结构形式的反射镜，能够满足应用要求。

着重分析了超短焦鱼眼镜头焦距与分辨率的关系，表明了像面尺寸一定的前提下焦距越短，全景展开的环景边缘分辨率越高。基于以上理念，依据超短焦全景镜头设计思路，设计了一款焦距像高比≤0.35，水平视场角 =360°，垂直视场角 ≥180°的全景鱼眼镜头。设计结果表明：在空间频率为 200 lp/mm处的 MTF值大于 0.4，接近衍射极限；在垂直半视场角 45°～90°的环景边缘区域拥有大于 75%的像素空间，使得环景展开后仍然具有较高的分辨率，从而代替多台不同方位的高解摄像机，实现高清全景监控。

利用电润湿原理设计并实现了基于离子液体的变焦液体透镜。该透镜的聚焦电压与所使用的离子液体折光率直接相关，折光率越高，达到相同焦距所需的电压也越大。在相同情况下，与传统的盐水溶液变焦透镜相比，离子液体变焦透镜实现聚焦所需的电压更低。离子液体变焦透镜可以适应外界温度的剧烈变化，在高温条件下 (>80 oC)仍可正常运转，且其性能甚至更优。该透镜的变焦范围可从 5 cm至无穷远，而其能耗只有毫瓦量级。离子液体在红外区透光性良好，使得离子液体变焦透镜在红外成像上有广阔的应用前景。

多光谱成像技术结合成像和光谱测量技术，同时探测目标的光谱和几何特征，在目标识别和抑制背景杂波方面具有技术优势。研制了一套工作于中波红外波段的四通道多光谱成像系统。利用窄带滤光片和面阵探测器技术，构建了基于时序扫描的凝视成像型红外多光谱成像系统。根据红外探测器性能参数，对各个光谱通道的温度灵敏度进行了估算。在系统设计时通过合理地滤光片布局，尽量延长各个光谱通道的信号积分时间，以提高各个光谱通道温度灵敏度。利用研制的中波多光谱成像系统，对室外进行了成像，并对各个通道的成像结果进行了比较分析。

高光谱图像在地物观测领域得到了广泛的应用。由于高光谱图像具有数据量大、波段间相关度高等特性，波段选择技术成为降低地物识别计算复杂度的重要方法。根据不同波段数据之间的非线性关系，提出了基于谱聚类(SC)的波段选择技术。该方法首先以波段图像为样本点生成近邻图和相似度矩阵，然后借助谱聚类方法将所有数据样本分成 k类，从中选择 k个代表波段参与后继的分类识别任务。实验数据表明，新方法减小了计算复杂度，提高了地物识别的精度。

针对色散型高光谱成像仪实验室光谱定标方法进行了研究，在实验室光谱采集过程中仪器内部产热导致波段中心波长的漂移，由于高光谱带宽较窄，波段内中心波长的偏移会对光学遥感器的辐射定标精度产生影响。鉴于此，提出了谱线漂移校正模型来校正光谱定标结果。在文章最后分析了模型的精度并分别根据校正前后的光谱定标结果反算出积分球出射口处的辐亮度，与真实积分球数据对比，结果证明应用谱线漂移校正模型可以很好地校正谱线温漂的现象。

对相移长周期光栅进行了理论分析，在此基础上，运用传输矩阵法对它的透射光谱进行数值计算，分析了相移量大小、平均折射率变化以及光栅长度等结构参数变化对相移长周期光栅透射谱的影响，并根据这些变化规律适当调节它的结构参数，使其透射光谱与平坦 EDFA的目标光谱在一定程度上相符。平坦后的 EDFA增益谱在 34 nm范围内最大波动不超过 ±0.7 dB。根据此方法设计的增益平坦滤波器只包含一个器件，体积小，便于制造和封装，具有很好的市场应用前景。

分析表明，在傅里叶成像光谱仪的干涉信号中，不仅含有光谱信息，同样也包含三维面形结构信息。因此，本文基于傅里叶变换光谱技术，提出一种彩色三维面形检测方法，不仅可以测量物体表面各个点的光谱反射率分布，还可以获得物体表面三维面形数据，达到三维面形超光谱成像。通过纹理映射将光谱像和三维面形相融合，实现了微结构彩色物体全彩色三维面形数字重构。

以激光雷达作为主要应用背景，概述了光学相控阵技术的研究意义和研究进展。介绍了光学相控阵技术的基本原理；依据几种典型材料对光学相控阵的技术方案进行分类，并详细阐述了各种方案的机理、所涉及的关键技术和最新的研究成果；对各种方案进行了分析、对比和评价。最后，对应用于激光雷达的光学相控阵技术的发展作了展望。

鉴于 GS算法设计得到的连续位相板具有面形复杂、加工困难的特征，提出了同时使用面形及焦斑参数对其进行评价的方法。根据实际设计结果计算了相位板峰谷值和均方根值以及对应的焦斑特性，分析了峰谷值和均方根值作为评价参数的可行性。最后对比三组不同位相板对应的焦斑，分析了焦斑的 PV值，RMS值以及其功率谱密度。

为了模拟不同光轴取向、光束发散角、晶体厚度或入射波长等参数下的单轴晶体锥光干涉，在 ASAP中定义起偏器、晶体、检偏器和接收屏的几何形状和光学特性，产生一组锥状高斯光束并设置其相干性和波动性，进行光线追迹、计算并显示接收屏上的干涉场能量分布。所得模拟结果表明，光轴与晶体表面垂直时，干涉条纹是 1组以光轴为圆心且被十字分割的内疏外密、明暗相间的同心圆环；平行时，是 2组分别以光轴的平行和垂直方向为对称轴的、内疏外密、明暗相间的双曲线；既不垂直也不平行时，条纹特征因光轴取向而异；当增大发散角、晶体厚度或减小波长时，干涉条纹都向内移动且条纹数增多，反之亦然；起、检偏器正交时的干涉条纹都和它们平行时的条纹互补。