采用微分方程数值解法计算地基脉冲激光推进轻型飞行器的运动方程，分析了大气呼吸模式、烧蚀模式以及两种模式相结合方式下飞行器的飞行特点。计算分析发现：空气呼吸模式推进飞行器的最大速度有限；烧蚀模式可以使飞行器产生很高的速度，提高冲量耦合系数和比冲，有利于提高飞行器的最高速度；两种模式相结合的推进方式提高了有效载荷比，但能源利用效率比烧蚀模式要低。为轻型飞行器激光推进的优化提供了参考。

大气衰减和大气湍流严重影响着大气激光通信的链路质量。建立了大气信道的激光通信链路模型，研究了衰减信道和湍流信道中光链路的传输影响，对最大通信速率、链路功率余量和误码率进行了分析和计算。结果表明，大气湍流严重影响系统误码率，当大气闪烁指数σ²_I是0．07时，可达到的最小误码率为10^－9。分析结果可为系统设计提供参考依据。

以模具工业45^#钢摩擦学设计及性能要求为基础，分析了激光毛化模具钢表面形貌的形成机理及其关键的影响因素。采用灯泵浦Nd∶YAG脉冲激光器在试样表面进行激光毛化工艺试验，获得了合理的激光毛化参数范围：激光峰值功率0．8～1．6kW，离焦量－1．4～－0．4mm、+0．4～+1．4mm，辅助气体压力＞0．2MPa，脉宽1．8ms。采用功率增益和氧气保护，可加工出预先设定的微火山口状毛化形貌。微凹坑形貌的成功获得对于提高拉伸模具的摩擦磨损性能，进一步掌握激光毛化参数与材料的作用规律，提供了有效的数据参考。

阐述了激光诱导击穿技术的基本原理，研究了激光诱导击穿光谱技术在探测等离子体温度方面的应用，并进行了实验研究。在等离子体达到局部热平衡时，通过探测Cu的等离子体特征谱线相对强度的方法，达到用激光诱导击穿光谱技术探测等离子体温度的目的。实验结果表明，该方法方便、快捷，具有一定的实际应用价值。

设计了一种新型锥形激光光束变换器，它根据全内反射－折射原理扩大或压缩入射激光束的直径。利用光线追迹的方法研究了传输光线的传输规律和特性，并进行了相应的计算机模拟。设计的变换器可以将沿中心轴入射的单色平行光束压缩成平行于中心轴的光束、会聚在中心轴的光束或空心光束。对于入射的非平行光，它的特性同传统的成像扩束器相似，所不同的是拉格朗日不变量不再是常量，当压缩光束的直径时拉格朗日不变量略有减小，当扩大光束的直径时拉格朗日不变量略有增大。设计的变换器具有结构简单、价格便宜和倍率高等优点。

曲率波前传感器广泛应用于天文自适应光学、光学度量等领域。在这些领域使用时都假设入射波前光强均匀，但这种假设与曲率传感技术的基本原理不一致。定性分析了曲率波前传感技术理论的不自洽，利用衍射理论和几何光学近似的方法，推导了光强不均匀情况下曲率波前传感器信号的解析式，分析了信号误差。结果表明，光强不均匀情况下曲率波前传感器的信号引入了光强对数的梯度和波前梯度的点乘项。在大多数应用中，点乘项可以忽略，因此，光强均匀的假设是合理的。但应用于光强量级发生变化的激光高斯光束时，会有一定的误差。

从辐射传输方程中相函数的展开方法出发，分别介绍了δ－M展开法和δ－fit展开法，并对这两种相函数展开方法进行了比较。结果表明，在相函数展开中，当所取勒让德多项式的阶数相同时，δ－M法的图像始终在真实相函数附近波动，始终无法逼近真实的相函数的值，而δ－fit法符合较好。

介绍了一种新颖的二极管－泵浦Er－Yb玻璃激光器，利用Pound－Drever－Hall技术并采用乙炔分子P(15)线对其实现了稳频。实验装置中将两个激光器的出射波长锁定到同一气室的乙炔P(15)吸收曲线的同一侧，使得温度对吸收峰值频率产生的漂移和温度导致气压变化使线宽增宽均对频率稳定性不产生影响。通过测量两个相同激光器系统间出射光波的拍频发现，激光的短期带宽窄于50kHz，通过频率波动情况得出激光器有较高的相对频率稳定度。改进后的激光器稳定性和重复性显著提高，适合于实现高精度的光学频率标准。

利用非线性偏振旋转锁模掺铒光纤激光器和1100m长的掺锗硅基高非线性光纤制作了超连续光源，获得了从1150～1750nm的超宽带输出光谱，其中1150～1350nm波段光谱起伏小于3dB，1600～1700nm波段平坦度优于1dB，并有很好的向长波延展空间。光谱展宽的机理为孤子分裂与受激拉曼散射，而四波混频使光谱进一步展宽。

介绍了动态增益控制的必要性，对动态拉曼传输方程进行了简化，并将其以矩阵形式表示，从而减少了方程的数量，提高了计算速度。由拉曼传输耦合方程推出一种适用于分布式拉曼放大器实时控制的自动控制算法。考虑工程需要，该算法忽略了噪声功率、泵浦间的受激拉曼效应，以及信号和泵浦间受激拉曼效应对泵浦功率的损耗。结果表明该算法能够达到快速抑制输入信号功率突变引起的输出功率／增益波动的目的。

根据光弹性理论，列出熊猫型保偏光纤内的应力方程。由于保偏光纤具有轴对称性，故可以在分析过程中略去应力的轴向分量。利用傅里叶级数展开法分析了仅存在固有热应力时熊猫型保偏光纤内的应力分布，并进一步分析了外力作用下熊猫型保偏光纤的应力分布及应力双折射随应力分布所发生的变化。利用MATLAB进行了数值模拟，给出应力双折射量B随外力的变化曲线，并讨论了随应力区参数的增大，双折射量B先减小后增大的性质。

根据光外差检测原理，分析得到干涉测量适用于信号光强小于参考光强的探测，直接测量适用于信号光强大于参考光强的探测的结论。利用自制的全光纤马赫－曾德尔干涉仪系统，对位移信号进行了测量。实验结果表明：当位移信号较小时，干涉测量的灵敏度分别为62．068μW／mm和9．90mV／mm，而非干涉测量的灵敏度分别为4．30μW／mm和0．35mV／mm；当位移信号较大时，干涉测量的灵敏度分别为2．643mV／mm和0．055mV／mm，非干涉测量的灵敏度分别为12．326mV／mm和4．194mV／mm，测量结果与分析得到的结论一致。对于光纤干涉仪强度调制检测的应用具有参考价值。

利用先进的基于CCD的裂缝测试仪采集到试件的表面裂缝。为了计算裂缝宽度，必须准确识别出裂缝边缘。针对裂缝特征，提出了直方图法、结合法、梯度法和改进Roberts法等4种图像测量分析方法，并分别从原理上进行了解释，同时设计了实验标定图进行图像处理和测量，给出了四种分析方法的处理效果图、裂缝宽度及其误差分析。分析结果表明，类判别和数学形态学的结合法在测量裂缝方面效果较好，并将其应用于实际测量中，实践证明了该方法的有效性。

针对传统跟踪算法(如邻域法、传统的相关跟踪算法)只能跟踪海上或空中目标，不能跟踪复杂背景下目标的问题，提出了一种稳定快速跟踪复杂背景下目标的算法。该算法在传统相关跟踪算法的基础上进行改进，相关处理之前采用边缘检测、阈值分割等方法去除复杂背景，提取出具有特征的目标信息。在跟踪过程中，根据匹配的效果自动对模板进行刷新。给出了算法实现的硬件组成和程序流程图。实验证明对于传统算法无法稳定跟踪的目标，改进后的算法能够实现稳定跟踪。

介绍和分析了在当前成像跟踪系统中常用的几种点目标滤波检测算法。为了满足图像处理实时性要求，设计了一套针对图像滤波算法的FPGA硬件实现结构。该结构具有FPGA高速并行计算能力，能在信号读出的过程中实时地完成多种滤波处理。成像实验证明该方案切实可行，具有良好的实时滤波效果。

对比分析了COMS图像传感器IBIS5－A－1300的两种工作模式，使用Verilog语言对图像传感器的驱动时序进行硬件的描述，并用ModelSim对卷帘模式的设计时序进行仿真。采用了Altera公司的cycloneⅡ系列器件EP2C20F484I8进行配置和验证，结果证明了时序电路的正确性。该系统适用于航天领域空间图像采集任务。

图像放大技术的关键在于使放大后的图像尽可能地保持原始图像的清晰度。对于红外图像而言，传统的内插法存在着一定的缺陷。提出了一种基于小波变换的图像放大新算法，该算法对原始图像先进行小波变换获得高频系数，然后运用牛顿插值算法放大高频系数，以此作为放大图像的高频成份，而将原始图像作为低频成份，最后进行小波逆变换，重构出放大图像。实验证明该方法在图像细节方面具有很好的放大效果。

采用压缩模塑法制备了聚乙烯远红外窗口，对红外窗口材料的成型条件和性能进行了测试分析。结果表明，成型温度为150℃，样品的成型压力对红外透过率没有影响，窗口材料的红外透过率随厚度的增加而减小，最后选定样品厚度为2mm，在15μm以后具有较好的透过率。抗腐蚀性能测试结果表明，材料耐强酸、强碱及部分有机溶剂。

介绍了一种用滤光片估测红外焦平面探测器截止波长的方法。这种方法只需测量出加上滤光片后器件输出响应电压的损失率就可以通过理论计算估算出器件截止波长的大小。通过一个实际的例子说明了该方法的计算过程与结果，并与用单色仪所测得的结果进行了比较，二者符合得比较好。在实际应用中可作为一种筛选器件的快速判断方法。

通过建立海洋背景下的红外辐射模型，对机载红外探测系统所获得的热图进行了仿真计算，提出了一种从探测器红外焦平面上的探测像元到海面红外辐射单元的映射方法。利用MODTRAN软件计算了被探测海域各红外辐射单元通过大气传输后最终到达机载红外热像仪探测像元的红外辐射强度，最后利用Visual C++结合计算机图形学方法实现了红外热图的仿真计算。仿真结果基本反映了海面温度场的红外特性。

分析了影响热辐射法测量火焰温度精度的主要因素，研究了基于灰体热辐射理论描述火焰介质的热辐射率变量特征的相关参量，构造了燃烧产物的热辐射率函数的理论模型。根据火焰产物的特性采用不同的近似方案，讨论了热辐射率准确性对温度测量精度的影响。结果表明，火焰介质可分为理想、线性和一般灰体，相关的热辐射率函数的表现形式是不同的，多波长辐射法比单波长辐射法测温精度要高。

基于光电转换基本原理，设计并研制了用于转镜式高速扫描相机扫描速度的检测装置，包括均匀脉冲光源、精密双狭缝、超快响应光电转换器以及高带宽、高采样率数字示波器等。论述了检测装置的核心部件，用该装置实测了SJZ－15型转镜扫描相机名义扫速为4．5mm／μs的扫描速度，计算出了扫速不均匀性。按照国军标GJB3756，对检测装置的测量不确定度来源进行了分析，给出了该装置的不确定度评定方法及测量不确定度，对检测结果的评定表明，该检测装置的相对测量不确定度不大于0．1%，远低于目前转镜扫描相机的最大扫速不均匀性水平。实验证明，设计的检测装置具有很高的准确度和可靠性。

采用多环架稳定的机载光电吊舱，需要科学准确地估算各环架伺服控制电机的力矩，选择满足控制精度和安装要求的控制电机。通过分析各种扰动作用的途径和多环架结构的抑制效果，估算系统实现指标所需要的加速度、速度，综合出各环架控制电机应有的力矩。得到的数据可用于吊舱系统的性能实现和小型化设计。

介绍了哈特曼法检测眼镜片的测量原理及对远轴光线的屈光度补偿，采用哈特曼法对渐进多焦点镜片进行检测。提出了实验总体方案并得到CCD采样图，通过后续图像处理，理论上可以得到镜片的屈光度分布图。结果表明，哈特曼法检测渐进多焦点镜片结构简单，方便可行。

多模波导干涉(MMI)耦合器在集成光路中被用来实现波导模式的转换或合并。对于实际的基于硅绝缘体(SOI)的三维波导，数值设计方法是必需的。采用有限差分波束传输法(FDBPM)设计了一种66%模式转换、合并器。首先由FD－BPM求出MMI耦合器的输入、输出波导所支持的基模和一阶导模的模场分布，通过数值方法得到MMI耦合器的长度，然后将求得的模场作为输入波场，经过FD－BPM运算后在器件输出面上计算交叉积分得出实际的由基模转换为一阶模的功率百分比。对于算例中采用的SOI波导，器件长度为829μm，65．7%的功率由基模转换为一阶模。

采用等效电路的热阻法计算了大功率LED照明器的热阻，并估算了散热器的面积，然后利用Icepak软件进行建模分析。通过改变散热器翅片的高度、类型及散热器的面积，比较模拟软件计算后的温度分布与原始温度，分析得出翅片在增加高度时改变散热性能最为明显，为大功率LED照明器的热设计提供了参考。

在低级晶族光学特性的研究中，光性符号的确定对未知晶体及矿物的鉴定有着重要的意义。从折射率面、光轴角出发，借助数学工具理论上分析了低级晶族光性正负判别的两种方法在临界点的不一致性，从而说明在一定范围内用这两种方法判断光性会得出不同的结论。并给出修正后利用主折射率判别方法在临界点附近的精确表达式及其判别条件，结果表明，在临界点附近要用修正后的表达式判别。