激光器的不稳定性是一个普遍现象，而混沌是激光器不稳定性的一个重要特例。近年来，基于混沌激光的一些应用技术相继被提出及完善。结合国内外研究现状，简要介绍了混沌激光在通信及测量领域的应用，包括混沌保密通信、混沌激光雷达和混沌光时域反射仪等技术，并指出了混沌光通信与混沌激光测距的发展趋势。

为了分析数字微镜器件在矢量矩阵乘法器中作为空间光调制器的可行性，根据数字微镜器件(DMD)以及光学矢量矩阵乘法器的基本结构原理，设计了应用2块DMD的光学矢量矩阵乘法器，此系统中由两片数字微镜器件分别完成光学矢量和矩阵的输入。从理论分析及实验两方面对DMD的光学特性表现以及它对乘法器的计算性能影响进行了研究，得到的结果与预期相符合。实验结果表明通过矩阵编码、选择级次等方法可有效降低干涉衍射对矢量矩阵乘法器影响。这对光学矢量矩阵乘法器的结构优化设计、编码规则研究具有一定的参考价值，有利于促进光学乘法器的关键应用技术研究，对光学矢量矩阵乘法器的设计具有一定的指导意义。

为了研究单模光纤对城域网和接入网以及FTTH的容量与性能的提升，使用大功率、窄线宽的高性能光纤激光器作为系统光源，分别测量了3种光纤到户用单模光纤的受激布里渊散射(SBS)阈值。从理论上分析了光纤SBS阈值估算公式及影响阈值的因素，理论估算值与实验测量值吻合很好。实验发现的一种G.652D光纤具有高达12 mW的SBS阈值，对此进行了分析。

通过平面波展开法对二维六方介质柱(空气孔)光子晶体带隙理论进行了分析，仿真发现带隙的变化与晶格常数的具体取值无关，而只与其填充比有关。三角晶格的这种光子晶体的带隙特性最好，并对空气孔之间产生交叠情况下的带隙特性进行了分析说明。随着介质柱(空气孔)与背景折射率差值的增大，光子晶体的带隙会逐渐变宽，而且带隙的位置也会向低频移动。用FDTD法对四方晶格的二维六方柱光子晶体波导透射特性进行了仿真，仿真结果表明其与波导的带隙结果吻合。

基于电磁模型，数值计算了瑞利粒子在贝塞尔光束中所受横向光阱力，给出了粒子所受横向力与粒子的半径、折射率和波长的关系。结果表明，与高斯光束形成的光阱相比，贝塞尔光束既能捕获高折射率粒子也能捕获低折射率粒子，并且有多个平衡位置，因此应用更为广泛。

作为激光光斑位置探测器，象限探测器和位敏探测器被广泛应用于激光光斑跟踪、监控、位置检测和定位等领域。对这两种探测器的角位置测量精度进行了探讨，分析了影响精度的主要噪声源，推导出两者的角位移精度表达式，并通过计算进行了模拟。结果显示，两者的测量精度决定于信号的信噪比，且随作用距离的增加而降低；象限探测器的角位移测量精度明显高于位敏探测器。在忽略背景光噪声的情况下，象限探测器的精度约为位敏探测器的40倍。

照射脉冲能量是影响激光雷达水下目标探测的重要因素。结合理论分析和模拟仿真，研究了照射脉冲能量对水下激光雷达探测性能的影响。研究结果表明，在水下特殊环境中，照射脉冲能量的提高有助于对水下目标的探测，但是，当激光雷达的照射能量大于一定阈值时，由于水体后向散射光的影响，会导致光电转换器件的饱和，从而降低光电转换器件的灵敏度，进而导致在照射能量增大的时候，目标的有效回波信号的波动。

利用双曲-双温两步热传导和热电子崩力模型，考虑到晶格温度与应变速率的耦合效应，得到了用于描述飞秒激光作用下金属薄膜热力效应的超快热弹性模型。以飞秒脉冲激光辐照金属铜薄膜为例，运用具有人工粘性和自适应步长的有限差分算法，对不同能量密度和脉冲宽度条件下薄膜体内温度场和应力场的变化规律进行了数值模拟，对比分析了电子晶格耦合系数对超快加热过程的影响。结果表明，飞秒脉冲激光辐照早期为明显的非平衡加热过程，电子温度迅速升高，而晶格温度的升高却相对较慢；激光辐照早期的热力耦合效应导致薄膜前表面附近的热应力表现为压应力，随着时间的推移，热应力由压应力转变为张应力，为激光加工和激光对抗提供了理论参考。

对Boost直流升压充电电路进行了理论分析，介绍了一种基于MC33232的小功率直流供电激光电源电路，并对设计的激光电源进行了实验研究。设计的电源体积小、重量轻， 24 V直流供电时可以在480 ms内将12 μF储能电容充电到700 V，充电功率易于调节，适用于小功率直流供电激光电源。

介绍了自行研制的绿激光显微精密修调机，分析了其系统组成结构。该系统主要由激光器系统、激光聚焦及定位光学系统、精密数控系统及自动化测试系统组成。采用的半导体端面泵浦Nd∶YVO4电光调Q倍频532 nm激光器，保证了较高的峰值功率密度和光束质量，激光聚焦及定位光学系统保证了更小的聚焦光斑。经测试表明绿激光显微精密修调机的生产效率比国外同类设备提高了近50%，其技术指标达到了预期要求。

采用紫外差分吸收光谱法对工业生产所排放的烟气(SO2、NOx等)浓度进行实时连续监测，为使现场光路调整更加方便，设计了单边插入式四自由度调整探头，有效地提高光耦合效率。研究了光谱自适应算法，根据所接收到的光谱强度，自动调整光谱仪积分时间，延长了光源的使用寿命。将所研制的系统进行了现场应用实验，SO2、NO的测量误差小于±2%。

提出了一种用于振动物体表面快速测量的光学测试系统和方法。该系统采用结构光三维传感技术，利用时间平均法来实现对振动表面的测量和振动模式分析。用低帧频商用CCD相机记录由光栅投影到振动物体表面上形成的一系列变形正弦条纹，对获取的一帧变形条纹经过二维傅里叶变换、频谱滤波、逆傅里叶变换等处理得到调制物体振幅的零级贝塞尔函数分布。给出了该方法的理论分析，推导了相应的计算公式。计算机模拟和实验验证了该方法的可行性。实验证明，该方法具有数据获取速度快，全场非接触测量以及实验装置简单等优点。

在研究二维FFT法进行干涉测试基本原理的基础上，提出一种基于二维FFT的薄膜厚度测量新方法。利用搭建的泰曼-格林型干涉系统，用CCD接收、采集卡采集，可获得被测膜层的干涉条纹图像。编制算法处理软件，可实现对干涉条纹图中薄膜边缘识别、区域延拓、滤波、波面统一等的处理，从而获得带有薄膜信息的面形分布，实现对薄膜样片厚度的自动化测量。研究结果表明：所测薄膜厚度的峰谷值为0.256λ，均方根值为0.068λ，说明采用基于FFT的薄膜厚度干涉测量新方法测量薄膜厚度具有较高的精度。

中轴线法是靶场试验中常用的目标三维姿态测量方法，但该方法求出的俯仰角和偏航角所描述的目标姿态可能与目标实际情况相异，必须进行人工修正。提出一种自动对姿态判读结果进行修正的方法，将目标共线方程与中轴线方程联立求解，可快速地求出角度修正量。实验证明该方法可对中轴线法求解结果进行自动修正，得到正确的目标三维姿态角，提高了姿态判读的速度和可靠性。

大型柴油机曲轴箱内的润滑油油雾浓度过高，有可能引起爆炸事故。为了实现对油雾浓度的准确、实时监控，研制了一种基于单光路光散射法的油雾探测器。介绍了油雾探测器光机电系统的设计原理、温度补偿措施和信号处理技术。探测器响应时间≤1 s，引用误差≤10%，具有相应的声光报警、减速及停机等功能。实验结果表明，该探测器结构简单，性能可靠。

提出了一种用于石英玻璃管壁厚非接触测量的光电检测技术，研制了石英玻璃管壁厚在线检测系统。在确定检测总体方案的基础上，进行了石英玻璃管厚度检测原理、发射光学系统、CCD器件选择和数据处理系统的研究。根据几何光学中反射与折射定律，利用三角关系建立了石英玻璃管壁厚和光束宽度之间的关系。对实验结果进行了误差分析，验证了方案的可行性，系统测量精度优于±0.01 mm。系统调试和实际测量结果表明，研制的系统满足在线非接触测量要求。

提出了一种基于波导多层光卡数据页图像的截取算法，以解决准确读取光卡信息和最终译码的关键问题。该算法是在一个预处理的二值化图像基础上，依据梳状图的统计特性和数据页的图像纹理特征，对一个完整数据页的起始坐标和长宽进行估算，达到对光卡数据页的图像截取的目的。最后通过具体实例验证了基于波导多层光卡数据页的图像截取算法的有效性。

数字全息图在微电路检测、粒度分析、透明场测量等小孔径、小视场对象测量和细胞观测等显微测量方面有着广泛的应用前景。根据离轴数字全息图的频谱特点，提出采用复数滤波器，利用计算机及相关算法对离轴数字全息图进行滤波，消除其零级及共轭像，同时可以得到全息图的相位分布。讨论了复数滤波器的设计方法，给出了实验结果。为数字全息图的压缩、再现和相息图制作提供了方便。

针对舰船目标和海杂波轮廓结构的不同，提出了基于边缘链码高阶分形特征的舰船目标检测算法，算法利用相对链码对5类舰船目标轮廓进行编码，分别计算分形维和缝隙，得到了舰船目标的4个分形特征的范围。实验结果表明边缘链码的4个分形特征能有效区分舰船目标和海杂波。

为了在普通PC环境中实现夜间视频的实时增强，对Ardely 提出的DADPEQU夜间图像增强方法进行了改进，取得了更适合夜间图像增强的算法。设计了基于动目标检测的夜间视频实时增强策略，通过背景模板的使用，大大减少了增强处理的计算量，大幅提高了处理速度。将改进后的算法与增强策略结合，对夜间视频图像实时增强进行了实验，结果证明该算法既能取得较好的增强效果，又能满足实时处理的速度要求。

为了解决在光学系统设计过程中不同调焦方案的调焦量与系统成像性能相结合的计算问题，以ZEMAX软件的宏功能为平台，建立一个能快速找到一个未知极值点的数学模型，以系统的成像性能为依据，通过逐步迭代计算与性能比较，得到系统最佳成像性能的调焦量数据。仿真实验表明该数学模型用于调焦量的计算是有效的，符合实际调焦结果。

Metamaterials因其在特定频段内同时满足负的介电常数和负磁导率而具有与常规介质不同的电磁特性，该电磁特性与Metamaterials的结构密切相关。分析了线环结构的结构参数与其电磁特性的关系，在此基础上提出了一种方形环结构设计。仿真结果表明，方形环结构可以同时满足负的介电常数和负磁导率，具有负折射特性，而且具有比线环结构更宽的带宽。

信号电荷在电荷载流子倍增寄存器中的强场下，吸收电场能量激发碰撞电离过程。电子碰撞电离过程激发的电子-空穴对具有独立性和随机性，其激发过程产生的倍增噪声主要是散粒噪声。借助于马尔可夫链定理，得到了CCM单元的倍增因子的计算方法，建立了电子碰撞电离的数学模型。在此基础上，推导了CCM单元倍增噪声的功率谱密度，表明其与倍增因子相关。

在并行移民操作的基础上，根据多层膜系迭代群体中各膜系的适应值信息，对每个膜系采取恰当的、自动适应搜索进程的交叉率和变异率。这样既保护了优良薄膜的设计方案，又能够在适应值整体水平不断提高的设计组群中，持续地产生更优良的薄膜设计结构。对增透膜的设计结果表明，采用提出的自适应遗传算法减小了早熟，提高了算法快速搜索合格膜系结构的能力。