论述了在大气二氧化碳(CO2)探测中使用高分辨率红外光谱的必要性，并通过模拟计算，分析了天基高精度大气CO2探测所需要的工作波段、光谱分辨率和信噪比(SNR)等参数。以此为基础，介绍了针对这些参数研制的空间外差CO2探测仪样机，并通过实验室Mg灯观测结果，对仪器样机的分辨率进行了验证。最后利用辐射传输软件LBLRTM，结合准实时的美国国家环境预报中心(NCEP)再分析数据对地面观测光谱进行了精确的模拟。通过将模拟光谱与仪器实测光谱进行对比，得到了较好的匹配结果。该结果表明，空间外差CO2探测仪可以获得大气CO2的精细吸收结构，其观测数据能够满足大气CO2探测的要求。

利用数值仿真的方法详细的分析了近场强度分布对线性相位反演算法复原效果的影响。对近场强度分布分别为倾斜、环形和高斯随机型的情况下的复原结果与光强均匀时的复原结果进行对比，结果表明像倾斜型这种大部分为奇函数的近场强度分布对复原效果的影响比较恶劣；而像环形、随机型这样的偶函数或大部分为偶函数的近场强度分布对复原效果的影响则不是很大，特别是当空间频率越高时，对复原效果的影响越小。另外，对于大气湍流畸变得到的近场强度和相位，用线性相位反演算法复原进行了数值仿真，此情况下近场强度分布对复原结果有所影响，但影响并不大。

介绍了校正大气湍流畸变波前像差的自适应光学系统中，基于预测控制技术对变形镜控制电压进行预测以减少自适应光学系统中时间延迟误差的方法。对受横向风影响的大气湍流畸变波前斜率数据，利用数值仿真方法，研究了基于递推最小二乘（RLS）算法的线性预测控制算法对自适应光学系统变形镜控制电压进行超前预测的方法，并与采用比例积分(PI)控制算法时的最好校正效果进行了比较。对比结果表明，采用预测控制的方法比经典PI控制的方法能更有效地降低系统由伺服延迟引起的误差。

降雨会对激光信号产生严重的衰减，从而给激光目标探测的应用带来一定影响。激光在降雨中的传输衰减已在红外波段做了大量的实验研究，而可见光波段激光在雨中的传输衰减特性还未见报道。基于夫琅禾费衍射和几何光学散射理论，建立雨滴对532 nm绿激光和1064 nm近红外激光光束的传输衰减模型，对比分析两波长激光在不同降雨量下的衰减特性，并通过实验测试验证衰减模型的准确性。理论分析和实验结果表明，两波长的散射损耗差别微小，但雨滴对1064 nm激光的吸收作用明显，透射率低于532 nm，这为绿激光在降雨环境下目标探测系统中的应用提供了一定的理论和实验依据。

电磁诱导透明(EIT)和电磁诱导吸收(EIA)是光与物质相互作用中表现出来的奇特的非线性效应，对其形成机理及非线性特性的研究具有重要的理论意义和巨大的潜在应用价值。构建一个闭合Λ型四能级系统包括两个基态精细结构能级和两个激发态精细结构能级，除耦合场和探测场外，还附加了两个射频场分别作用于激发态精细结构能级和基态精细结构能级之间。为了讨论耦合场失谐对系统的影响规律，采用的两个射频场分别与对应能级共振。通过求解系统的密度矩阵方程组，发现该系统中同时出现了EIT和EIA，而且调谐耦合场的频率失谐量可以控制EIT或EIA的频率位置和非线性特性。

受激拉曼绝热输运（STIRAP）是一种有效制备和控制原子态的技术，在原子操控和量子信息中具有重要意义，最近几年得到广泛关注。研制用于特定原子的拉曼激光是实现该过程的重要一步。研究了利用光纤波导调制器及干涉滤波器等组成的系统实现用于铯原子STIRAP过程的光源的方法。通过直接调制高频光纤调制器获得正负一级边带，并利用两个特殊设计的干涉滤波器和高稳定的控温系统，成功地分离出频率相差9.19 GHz的调制边带。边带与载波的对比度达到21 dB。该方法的特点是获得的两束光可以独立控制、失谐量易于精确操控、输出稳定。得到了两边带各120 μW的连续拉曼激光输出，经过独立调制后可广泛应用于原子态的制备和相干操控过程。

利用光线理论分析弯曲光纤模型中的包层光线传输特性，结合半导体激光模块传能尾纤弯曲实验表明，由于光纤弯曲有效数值孔径减小而进入包层的光线并未完全被耗散，当光纤弯曲部分长度较短时，部分未耗散掉的包层光在进入直光纤部分后仍可重新回到纤芯中进而长距离传输作为有用光输出。该结论表明弯曲光纤的传输效率由弯曲半径和弯曲光纤长度共同决定，即在光纤弯曲半径远小于传统理论临界半径的情况下，合理控制传能光纤弯曲部分的长度，仍可获得较高的传输效率。

在考虑波导效应、弹光效应等因素后，详细地理论分析了长周期光纤光栅(LPFG)的横向负载传感特性，包括谐振波长漂移及谐振峰分化后的双峰间距与横向负载、光偏振的关系，模拟计算了单模光纤长周期光栅的横向负载传感特性。理论分析和计算结果表明，长周期光纤光栅谐振波长随横向负载的漂移量和方向与光源的偏振方向有关，加载方向偏振光的谐振波长向短波长漂移，加载正交方向偏振光的谐振波长向长波长漂移，后者的漂移量为前者的2倍以上。横向负载产生的双折射使谐振峰分化为两个子峰，两子峰谐振波长及其间距与横向负载成线性关系，可用于横向负载的高灵敏绝对测量。该结论与已有的长周期光纤光栅横向负载实验结果一致。

对一种新型基于结构性改变的光子晶体光纤光栅原理进行了研究。采用多极法分析了结构性改变对折射率的影响，得到有效折射率与包层气孔塌缩之间的关系，建立了结构性改变光子晶体光纤光栅模型。利用耦合模理论对所成光栅性能进行了分析，重点研究了包层空气孔层数、空气孔占空比、气孔塌缩程度对光栅谐振波长、带宽的影响。研究结果表明，光子晶体光纤包层空气孔周期性塌缩可以形成光栅；空气孔塌缩程度和塌缩包络对有效折射率的大小和分布都有影响；空气孔层数增加，光栅谐振波长出现蓝移，带宽变宽，谐振强度减弱；相同光纤结构下，空气孔塌缩程度增加，光栅谐振波长出现红移，谐振带宽变窄。

根据标量亥姆霍兹方程和定态薛定谔方程的对等关系，指出平面波经透镜聚焦过程等同于光子态函数由坐标表象向动量表象转换的过程。受有限孔径的影响，光子在动量空间态函数无法精确再现，导致空间光束对准精度的存在一个量子极限。在量子极限条件下，空间光束对准精度大约是衍射极限角的26%，主要取决于光波长和接收透镜孔径，与透镜焦距无关。就光子在焦平面位置进行质心跟踪，测角精度所能达到的理想质心极限只略优于衍射极限分辨率，残留误差仍然是量子极限的3.24倍。

结合色散光纤在线滤波和W型光纤的长波长截止性能，研究了W型色散光纤的带通滤波特性。选取SiO2作为纤芯，一定掺杂浓度的SiO2-F和SiO2-B2O3分别作为内外包层，经过设计，实现了带通滤波功能。通过有限元法仿真及数值计算，得出了基模的能量损耗谱及通带内外各个波长处的横截面能量分布图，其截止波长和带宽可以通过控制掺杂浓度和结构参数来调整。此外还进一步分析了纤芯半径大小及中心空气孔凹陷的存在对滤波特性的影响，结果表明，减小纤芯半径和增大空气孔能减小带宽和增大通带边缘的陡度。

光学微腔具有很高的品质因子和很小的模式体积，在光电子器件研究方面具有重要的应用价值。运用时域有限差分（FDTD）法和Padé近似频谱分析法模拟研究了耦合微盘及带输出波导的单微盘微腔由于空间对称性破坏导致的模式耦合现象；特别计算了耦合模式的场分布和品质因子，并由场分布得出不同角量子数模式的能量比例。对耦合微盘，模式耦合引入的高阶模分量会使耦合模的品质因子大大降低。对半径1 μm、折射率3.2的单个微盘，当它连接0.2 μm宽度的输出波导时，模式波长相差6.6 nm的TE9,1模和TE6,2模耦合形成波长1.52 μm的耦合模式，其模式Q值为268，模式具有三角形场分布。

光楔是实现光纤法布里珀罗(F-P)传感器互相关解调的重要光学元件。根据互相关解调的原理分析了造成光楔和光纤F-P传感器F-P腔的反射光相位不同的因素，进而建立了光楔的干涉光强的数学模型，在此基础上对具有不同反射率的光楔的干涉光强进行了数值仿真，和相同反射率的光纤F-P传感器F-P腔的干涉光强对比之后建立了光楔的简化数学模型。对光楔的简化数学模型进行的误差分析表明：当光楔的楔角小于0.1°且两端面反射率乘积不大于9%时，光楔的简化数学模型引入的误差小于0.6%。光楔的数学模型为建立基于互相关解调的光纤F-P传感系统以及进一步提高系统的解调精度奠定了理论基础。

基于柯林斯（Collins）积分公式，导出了高斯-谢尔模型(GSM)光束在有色差的分数傅里叶变换(FRFT)系统中的光谱传输表达式，并以Lohmann Ⅱ型系统为例，通过数值计算与分析，研究了色差大小、分数傅里叶变换阶数、以及相对横向坐标对输出面归一化光谱和相对谱移动的影响。研究表明，相对谱移动随FRFT阶数的变化而改变，色差的大小会影响相对谱移动的大小、光谱跃变发生的位置以及光谱跃变量的大小；相对谱移动随色差的变化而改变，在不同阶数的FRFT系统中，相对谱移动随色差的变化规律各不相同。此外，归一化的光谱和相对谱移动还随相对横坐标的变化而改变。

将分数傅里叶变换引入到双重非线性相关方法中，通过对参考图像和目标图像分数傅里叶变换谱的双重非线性操作实现非线性分数相关。该方法利用非线性参数以及分数阶控制目标的形状和纹理的权重，从而实现目标相关识别的调控。该非线性分数相关系统由一个光电混合装置实现，数值仿真表明，这种光学图像识别系统的优点在于对目标的形状失真和纹理改变的分辨能力是可调节的，并且可改善相关峰的性能，具有很强的抗噪声能力。

介质双折射率的传统测量方法有偏振光椭圆率测量仪和光学相干断层扫描等。提出一种新型的介质双折射率测量方法切向偏振光照明的泄漏辐射模显微镜激励波导模共振，通过对物镜后焦面的傅里叶光谱信息进行成像，测量介质的双折射率。分析了利用切向偏振光照明的泄漏辐射模显微镜测量介质双折射率的原理并测量了双折射率差为Δn≈0.005的偶氮聚合物薄膜的光致双折射效应，该方法可实现高灵敏度、高空间分辨率的双折射率测量。

建立了基于光电准直原理的姿态角测量系统，提出一种虚拟扩展成像面技术，应用于测量系统中，对图像传感器成像面进行复用，虚拟扩大系统的测量视场。介绍了系统的主要工作原理，在系统模型下，对可能影响系统测量精度的误差源进行了分析，建立其数学关系，对精度影响因素进行了定量仿真实验。按照仿真结果，对系统设计方案进行了分析验证。结果表明，分析的因素对系统的姿态角测量精度确实存在影响，以分析结果为参考，可以确定减小系统误差和提高测量精度的方法和途径。

非球面在光学系统中具有非常重要的作用。基于零位补偿计算全息(CGH)的干涉测量方法，因精度高、信息量大、调校方便，在光学计量和制造业领域受到广泛重视。以F数为4抛物面为测量样品，以光学计量领域比较成熟的平面、球面波象差，采用自准直方法，测出抛物面面形波象差；再用零位补偿CGH方法测量同一块样品，研究零位补偿CGH的误差传递数据。通过主要原理误差分析与计算，在光学熔融石英平面基底上制作零位补偿CGH，测量不确定度达到λ/10\[峰谷值(PV), λ=0.6328 μm\]，满足非球面波象差光学计量的要求。

设计了一种新颖的双回转子孔径扫描装置，得到了可以覆盖大口径光学系统全口径的子孔径扫描光斑，从而满足了大口径光学系统光谱透射特性的测试需求。结合双回转扫描装置的结构参数误差，基于齐次坐标变换矩阵原理，建立了双回转扫描装置的数学模型，提出了一套分析子孔径扫描精度的方法，并且在设计双回转子孔径扫描装置中实现了应用。分析结果表明，当双回转子孔径扫描装置的回转半径ηr≤400 mm时，子孔径扫描精度Δηr为-0.007~0.028 mm。提出的子孔径扫描误差估计方法、建立的扫描运动坐标转换模型和得到的误差数据结果可作为类似回转扫描机构的设计参考，也为基于双回转子孔径扫描方法的大口径光学系统光谱透射特性测试的深入研究提供了理论依据和数据基础。

提出了一种适用于哈特曼夏克波前传感器的环形子孔径拼接检测技术的拼接复原算法。该算法通过建立各个环形子孔径内有效的哈特曼夏克斜率数据和全孔径波前相位的关系，避免了环形子孔径区域的波前复原过程，从而有效地解决了环形子孔径区域的哈特曼夏克波前传感器有效采样率低的问题。算法对斜率测量噪声较不敏感，具有较好的抗噪声干扰的能力。算法对除球差的各阶像差均具有较高的精度；算法对球差拼接复原后存在离焦残差，分析表明残差的大小只与球差大小有关而与环形子孔径排布方式无关，并通过去除球差的耦合误差得到较高的拼接复原精度。

为了测量惯性约束聚变实验中的聚变反应时间过程，研制了一套时间分辨优于40 ps的聚变反应历程测量系统。该系统由闪烁体及鼻锥部分、光学系统和条纹相机系统三部分组成。其中闪烁体将中子信号转换为可见光信号，光学系统则将闪烁体的发光信号成像在条纹相机上进行记录。为得到信号与入射激光的时间关系，还将时标引入了条纹相机进行记录。在神光Ⅲ原型装置上通过实验对其进行了考核，在DT中子产额约为1010条件下成功获得了聚变反应历程及聚变反应峰值时刻，聚变反应峰值时刻测量误差小于15 ps。

在达到1 nm量级的光学元件表面面形干涉检验时，被检元件由温度变化引起的面形偏差是不能忽略的。分析了干涉检验时存在的各种环境温度情况，对不同情况下被检元件内外温度分布进行了仿真，并将温度场作为静力学分析的载荷条件，进行了镜面温度变形分析。计算出了带支撑的直径为300 mm凸球面透镜在不同温度分布下的镜面变形量，并通过球面拟合计算出面形的峰谷(PV)值和均方根(RMS)值，得出要保证1 nm精度的面形测量就需要保证环境温度水平漂移不超过±0.1 ℃，镜子轴向温度差不超过±0.05 ℃，直径方向温度差不超过±0.1 ℃的结论，为高精度面形检测的实施提供了参考。

构建了一台数字化刀口仪，利用该数字刀口仪对二次非球面光学元件进行实际检验，获得了非球面光学元件表面面形的均方根(RMS)值和峰谷(PV)值。将数字刀口仪测量结果与干涉仪测量结果进行比较，测量结果的一致性在0.001 μm以内，验证了数字刀口仪定量检测非球面光学元件的可行性以及所研究的数字刀口仪的准确性。最后对测量结果进行了讨论。

研究了用于纳米测量的激光干涉仪中光学波片对非线性误差的影响，基于琼斯矩阵理论建立了多波片的误差分析模型，分析了λ/2和λ/4波片引起的干涉仪非线性误差，对波片位置引起的非线性误差进行了实验研究。结果表明，波片位置调整精度对干涉仪测量影响巨大，在0~5°范围内，λ/2波片和λ/4波片引起的非线性误差分别为6.5 nm和9.5 nm。上述研究结果为单频偏振激光干涉仪光路调整及非线性误差的补偿提供了参考。

光栅拼接是解决光栅口径限制的有效途径，而结构稳定性成为光栅拼接研究中面临的主要难题。目前使用的光栅拼接架稳定性不能完全满足实验需要，为明确影响光栅拼接稳定性的主要因素，采用多通道振动测试仪对环境振动进行了测试，结果表明供热通风与空气调节(HVAC)振动是影响光栅拼接架稳定性的主要因素；采用实测功率谱作为激励，对光栅拼接架进行了优化分析，分析结果表明增加结构阻尼比可以降低拼接架动态响应；根据有限元分析结果，采用高阻尼材料对拼接架运动结合面的连接状态进行了改进，实验表明改进后的光栅拼接架动态响应大幅减小，同时稳定时间得到延长。

针对目前国内对星载电离层成像光谱仪研究，设计了一种适用于120～180 nm远紫外探测的光学系统，并开展了原理样机的研制工作。对比国外各种方案，分析其优劣性后提出了以离轴抛物镜为物镜，Czerny-Turner结构为成像光谱系统的方案。为解决传统Czerny-Turner结构像差校正不均匀、空间分辨率低等缺点，进行了像差理论的研究，并提出了处理方法。设计成功了视场角为4°，焦距为139.3 mm，工作波段在120～180 nm之间的星载电离层成像光谱仪系统。设计结果表明，全系统的像差得到充分校正，全视场全波段调制传递函数值在0.6以上，完全满足指标要求。将该方案与国外已有载荷进行对比，证明其工程实现性好，性能更为优越。

研究了射流抛光材料去除面形不呈理想的对称形和重复抛光材料去除量的波动不稳性，分析认为射流抛光过程稳定性和误差因素会影响材料去除的不稳定性。分析了射流系统的误差影响因素，其主要由压力波动、磨粒沉降作用和流体的紊动作用等部分组成，并研究了各误差影响因素的产生机理和对材料去除的影响。通过仿真和实验分析，得到压力波动、磨粒沉降作用和流体紊动作用的波动范围，构建了基于各误差的材料去除稳定性的完整表达式，理论计算误差范围与实验误差范围吻合。

利用平面波展开（PWE）法分析了慢光在由介质柱和空气背景构成的二维三角晶格光子晶体耦合微腔波导中的传播特性。数值模拟结果表明：随着缺陷腔之间距离的增大，导模的群速度减小很快；兼顾色散和损耗的影响，当相邻微腔间距两倍于晶格常数时，耦合微腔波导单位厚度(mm)透射比为47%，带宽为1.97 GHz，导模有效群折射率为22.4，通过对波导的群速度色散（GVD）特性进行分析，发现慢光区域的群速度色散的数量级低至10-2，具有较好的慢光特性，能够保证光波的高效传输。基于这种结构的耦合微腔波导提出了一种低损耗的光延迟器结构，计算表明该结构可实现的延迟时间为9.4 ps，光传输损耗低于1 dB。

基于二维三角晶格空气孔光子晶体，通过在光子晶体单线缺陷波导两侧引入不同的耦合腔，设计了慢光特性较好的波导结构。利用平面波展开法计算波导的色散曲线，并分析慢光模式的群速度和群速度色散特性。耦合腔采用单缺陷腔时，适当调节波导宽度可以获得在零色散点群速度为0.0128c的慢光模式，对应在1.55 μm波长处的带宽为409 GHz。耦合腔采用长轴与波导方向呈60°的双缺陷腔，在超原胞大小为4a×9b（a，b分别为光子晶体在x，y方向的周期）时，通过调整波导宽度，可以获得在零色散点群速度为0.0070c的慢光模式，对应在1.55 μm波长处的带宽为226 GHz。进一步增大沿波导方向上双缺陷腔之间的距离，可以获得在零色散点群速度为0.0011c的慢光模式。同时可以根据具体情况选择合适的波导宽度参数，设计满足不同要求的慢光波导结构。

均匀的照明条件与光源良好的混色效果是彩色视觉的重要组成部分。基于发光二极管(LED)环形阵列与高漫反射率表面，研究了一种间接照明的均匀光源，建立了数学模拟算法。根据单个LED的朗伯体特性，讨论了LED环形阵列在半球形内表面上的辐照分布。半球形内表面是高漫反射率表面，可近似看作朗伯表面，将光均匀地反射到检测平面上。通过半球形内表面的双向反射分布函数(BRDF)，仿真了检测平面的照度均匀性。并通过实验证实了该照明方式与数学模拟算法的正确性。实验所得的多波段LED阵列混光图像效果良好，光照均匀度95.5%满足彩色视觉测量的需要。证实了该方法设计均匀照明光源的有效性。

传统光栅投影轮廓系统需要严格的几何尺寸约束，实际使用中难以构造，而且采用参考平面作为被测物体的相位测量基准，限制了系统的测量和应用范围。针对这些问题，提出了采用辅助参考线代替传统光栅轮廓系统中参考面的系统模型，给出了利用参考线将相对相位校正为绝对相位的公式，利用空间映射及优化求解算法实现了从绝对相位到被测物真实空间坐标的映射。设计了圆线形靶标，只采用一个平面靶标即可实现靶标点空间坐标、靶标相位以及参考线位置的采集，简化了标定过程。最后进行了测量实验，使用两幅图像完成了石膏头像三维数据的获取，通过测量平面靶标的平移和旋转的间距，验证了方法的测量精度，靶标平移间距的均方差为0.02 mm，旋转间距的均方差为0.03°。实验证明该测量方法速度快，系统搭建和标定方法简易，测量精度高，具有重要的应用价值。

图像分割技术是计算机视觉低层次领域中的一项重要内容，是对图像进行分析和模式识别的基本前提，目前已被广泛地应用于诸多领域如医学图像和遥感图像等。同时，它也是图像处理中的一个难点。提出了一种可变区域的分割算法，利用基于全局灰度统计信息的活动轮廓模型进行曲线演化，并使用水平集表示轮廓。通过不断改变和缩小分割区域的策略，利用邻域替代算法，将分割过程分为多个阶段进行。这种算法的优点在于，可以自动地完成工作而无需人工干预。实验结果表明，图像中具有复杂结构的目标物体能够被准确而且快速地分割出来；与现有的方法相比，分割速度有了较为明显的提高。

运用新型溶胶凝胶法首先制备介孔AlPO4玻璃，然后通过浸渍法将7-羟基-4三氟甲基香豆素染料（7-香豆素）镶嵌入该玻璃中. 通过激发光谱和荧光光谱研究了7-香豆素染料镶嵌浓度以及AlPO4玻璃介孔孔径对光学性质和染料分子的形态的影响。激发光谱表明，7-香豆素单体分子在介孔AlPO4玻璃中的激发带主要在372 nm处。随着染料浓度从1×10-6 mol/L增加到1×10-2 mol/L，激发峰逐渐蓝移至362 nm处，说明染料分子在介孔玻璃中逐渐聚集成H-二聚体。荧光光谱结果表明，随着染料浓度从1×10-6 mol/L增加到1×10-2 mol/L，其主要荧光峰从421 nm红移到435 nm。通过镶嵌浓度1.0×10-4 mol/L时两种介孔AlPO4玻璃的发射光谱和激发光谱可以表明，孔径为3.52 nm的介孔玻璃的主要发射峰为428 nm，激发峰为370 nm，而孔径为6.74 nm的介孔玻璃发射峰相对红移至433 nm，激发峰蓝移至365 nm，说明较小孔径的介孔AlPO4玻璃抑制染料的聚集效应更好，有利于高浓度染料的镶嵌。

选择中频电磁感应加热提拉法生长出了透明、基本无散射和气泡、无包裹物的高质量的铥(Tm)取代钇（Y）的原子数分数为2%的Tm:YLiF4（YLF），并采用X射线衍射（XRD）法对晶体进行了物相分析。测试TmYLF晶体的吸收光谱并计算了Tm离子对不同波长的吸收系数和吸收截面。同时测定其荧光光谱并分析了3H4－3F4和3F4－3H6跃迁产生的发射峰。对TmYLF晶体进行了激光实验，当输入功率为160 W时，获得了54.4 W的激光输出，斜率效率为35.6%，最大光光转换效率为31.2％。

以中心波长为1053 nm的信号光及中心波长为532 nm的抽运光光参变放大过程为例，通过数值模拟，详细分析了三硼酸氧钙钇[YCa4O(BO3)3，YCOB]晶体XOY与XOZ主平面内，非共线相位匹配的匹配特点与增益特性。按照相位匹配技术主要参数定义要求，不经近似，通过数值计算，给出了最佳非共线角、相位匹配角、参量带宽、走离角、接收角和有效非线性系数与增益带宽。结果显示，YCOB晶体具有很大的增益带宽与较大的增益，较大的接收角和小的走离角；作为增益介质，不仅可以用于大能量高功率固体激光器，也可以用于几十飞秒量级超短脉冲激光系统。

针对基于二元光栅演化的周期性闪耀光栅，限制了液晶相控阵所能实现的衍射角度数量以及分布，基于微波相控阵理论提出了一种基于非周期性闪耀光栅的液晶相控阵波控方法。通过衍射理论推导，证明周期性闪耀光栅是非周期闪耀光栅的特定形式。并仿真验证了基于非周期性闪耀光栅的方法能够极大地增加扫描角度数量，实现多于周期闪耀光栅10倍的可分辨角数量，使液晶相控阵阵列在不需要级联其它器件的前提下，实现视场范围内几乎所有可分辨角的光波束扫描，且不以衍射效率降低为代价。通过光束偏转实验，验证了基于非周期闪耀光栅进行液晶相控阵波控可实现均匀扫描，且可实现周期性闪耀光栅所不能实现的衍射角度。

采用Au作为感应读出式光子计数成像探测器的光阴极，在分辨率测试板上蒸镀了薄膜厚度为15 nm的Au作为透射式阴极。实验测试了加Au阴极后微通道板(MCP)的增益性能，探测器的分辨率和计数率等成像性能，与未加Au阴极时相应的系统性能做了对比。结果表明, 加Au阴极后MCP的脉冲高度分布呈准高斯型，随着MCP工作电压的提高，脉冲高度分布曲线的峰值向高增益方向移动，曲线的半峰全宽(FWHM)逐渐变宽；Au阴极有效提高了光子计数成像探测器的探测效率和信噪比；分辨率测试结果表明加Au阴极后探测器的空间分辨率优于75 μm，随着计数率的提高分辨率将会下降，在保证系统分辨率优于150 μm时计数率可达到13.5 kHz。

研究了一维亚波长光栅结构彩色滤光片在可见光波段的透射光谱特性。该彩色滤光片由柔性透明基底、介质光栅和金属光栅构成。利用严格耦合波分析法(RCWA)模拟了占空比、介质光栅的厚度、金属光栅的厚度和周期等结构参数对彩色滤光片的透射光谱特性的影响，并在此基础上优化结构参数，设计出一种宽带宽、高透射效率且易于加工的彩色滤光片。该彩色滤光片带宽为85~100 nm，色纯度好；具有高达95%的偏振（TM）光透射效率；只需改变光栅的周期，就可获得针对R，G，B三色的透射光谱，降低了加工彩色滤光片的难度。与其他应用于彩色滤光片的光栅结构相比，所设计的彩色滤光片的中心光谱透射效率提高了12%，且减少了三色输出光谱之间的重叠区域，从而提高了彩色滤光片的色度性能，适合作为液晶平板显示中的滤光器件。

考虑雪崩击穿效应，以光伏电池元双二极管模型为基础，建立了适用于分析光伏电池部分被遮光问题的数学仿真模型，并利用户外实验验证了模型的正确性。运用此模型分析了单片空间太阳电池在反向偏压下的输出特性和串联组件在不同阴影遮挡情况下的I-V,P-V特性及输出能力。结果表明，空间太阳电池串联组件从无阴影遮挡到40%阴影遮挡，最大输出功率下降40%。串联组件输出功率随单片空间太阳电池遮挡比例的增大迅速下降；从遮挡1/5片,2/5片到整片被阴影遮挡，相应最大输出功率分别下降7.36%,25.81%与97.94%。

当两个光场和N型四能级原子相互作用时，形成三个电偶极跃迁，中间跃迁为探测跃迁，两个光场可称为耦合场和探测场。 分析了在耦合光场原子频率失谐量随时间作正弦调制和脉冲调制两种典型情况下介质中的电磁诱导透明(EIT)现象，正弦调制时，电磁诱导透明不会发生频移，但深度将会随时间作周期性振荡。振荡周期取决于耦合场频率失谐量调制周期,振荡幅度则与失谐量调制频率幅度和频率均有关。脉冲调制时，电磁诱导透明将发生频移，给出了频移量计算的公式，增加脉冲调制幅度时，EIT随时间周期性改变的幅度也会增加。

提出了一种菲涅耳望远镜全孔径合成成像激光雷达的概念，原理基于对目标进行同轴同心相位二次项偏振正交双光束扫描的光电数据收集以及光学和数字计算空间复相位解调的图像重构。具有两种工作模式即目标移动而光束一维扫描和目标静止而光束二维扫描，能够实现目标超光学分辨率极限的二维成像并具有三维成像能力。由于实施了空间对时间的传输信号转化并且采用了同轴光束相干探测和复数相位合成，提高了接收灵敏度和成像信噪比，大大降低了大气对于激光传输的影响，允许使用低质量的接收光学系统从而能大大增加接收光学口径而降低激光发射功率，由于使用了光桥接器使得整体光、电、机械结构更加简单。给出了详细原理叙述和数学分析。

采用生物活性炭序批式反应器（BAC-SBR）处理ABS树脂生产废水，检测分析了废水在处理过程中的三维荧光、化学需氧量（COD）及总有机碳（TOC）的变化。对比研究了ABS树脂废水的荧光指纹特征和典型城市污水的差异，并重点研究了ABS废水在处理过程中总荧光强度去除率与COD和TOC去除率的相关性。结果表明，ABS废水的荧光指纹特征（Peak A/Peak B值）为0.124，远低于典型城市污水（1.6左右）。在废水处理过程中，废水总荧光强度去除率与COD和TOC去除率均呈很好的线性关系，其相关系数分别为0.98和0.99，即通过监测废水荧光强度的变化能够快速高效地分析废水中芳香类有机污染物的降解效率。

为深入了解激光诱导击穿光谱技术应用于钢液成分的检测机制，对45#钢样品分别为高温熔融液态和冷却凝固后的固态样品的激光诱导击穿光谱特性进行了对比分析。实验表明，相比固体样品，在相同实验条件下对钢液进行直接测量的稳定性相对较差。各波段的光谱强度液态钢的要明显强于固态钢，两者的等离子体特性存在较大差别。采用Fe的五条原子谱线用于估算两种形态样品的等离子体温度，Si的一条原子谱线 390.55 nm用于计算电子密度。结果表明，高温液态钢的等离子体温度和电子密度均高于常温固态钢，样品本身温度和形态的差异是导致两种形态样品等离子体特性和光谱特性存在差异的重要原因。

散射矩阵方法是一种基于频域的研究方法。将散射矩阵方法用于亚波长周期性金属小孔结构的透射特性研究。以金属铜薄板为研究对象，薄板刻蚀方格子光子晶体空气圆孔；用洛伦兹德鲁德(Lorentz-Drude)模型来表征铜的介电常数ε；对不同的薄板厚度、周期大小和空气孔孔径的结构进行透射谱分析。并与时域有限差分方法计算所得结果相对照，二者吻合较好。仿真结果表明，如果在金属薄板上刻蚀亚波长周期性空气孔，原本不能透射光波的金属薄板将会出现异常透射现象。这是由周期性金属小孔中表面等离子波子共振导致的结果。用散射矩阵方法与时域有限差分方法分别基于频域和时域进行仿真，二者相互验证，从而可以有效地检验结果的正确性，进而减少以实验来验证时域有限有限差分仿真结果的成本，增强仿真能力。

用电化学法制备了高度有序的多孔阳极氧化铝模板,选用CoSO4溶液为电解液,用交流电化学沉积法在多孔阳极氧化铝的柱形微孔内制备含钴纳米线有序阵列。分别用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪对多孔阳极氧化铝模板和纳米线阵列的微观形貌和结构进行分析，结果显示阳极氧化铝膜内确有钴生成，且钴纳米线中的晶粒在生长过程中有(100)晶面的择优取向。搭建了磁致偏振特性测试系统，对样品在大范围磁场下的退偏现象进行了测试。 结果表明，含钴阳极氧化铝膜具有磁致偏光效应，达到磁饱和或接近磁饱和时，样品的的偏振性能最优，随着磁场的增强，出现了磁致退偏效应，并根据实验结果分析了磁致退偏效应的产生机理。

薄膜表面形貌定量研究有助于薄膜生长机理的认识。研究的薄膜是用激光脉冲沉积法(PLD)制备的ZnO:Ga(GZO)透明导电薄膜。由于GZO薄膜的生长是在远离平衡态情况下实现的，具备自仿射分形特征，可以用高度高度相关函数进行描述。通过对用原子力显微镜(AFM)获得的表面高度数据进行相关运算，定量地分析了PLD制备的GZO薄膜的生长界面特征，求出了描述粗糙表面的高度高度相关函数的三个重要参量W，ξ和α，发现制备的GZO薄膜生长符合Kuromoto-Sivashinsky生长模型。

以甲基丙烯酸四氟丙酯-co-γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷[P(TFPMA-co-TMSPMA)]共聚物和聚苯乙烯(PS)二元混合乳液旋涂成膜，再采用环己烷选择性溶解除去PS纳米粒子的方法制备了多孔有机/无机杂化纳米基光学增透膜。研究了二元混合乳液固含量、旋涂速度及纳米粒子粒径等参数对增透膜性能的影响。通过选用不同固含量的混合乳液以及改变成膜转速，可制得膜厚在109~208 nm之间，折射率nf在1.22~1.25之间，在400~1100 nm波段均获得最大透射率高于99.1%的增透膜；此外，研究发现膜的粗糙度及透射率对纳米粒子粒径有较强的依赖性，减小成膜乳液粒子粒径可有效降低膜的粗糙度。

通过Friedel-Crafts烷基化反应合成了一种含三氰基二氢呋喃结构单元的新型非线性光学聚合物（P1），并采用旋涂法和电晕极化方式制备了极化聚合物膜。利用原子力显微镜和紫外可见分光光度计研究了极化前、后聚合物膜的表面形貌和吸光度的变化，并根据极化前后薄膜吸光度的变化计算了发色团分子的有序度，Φ=0.20。采用二次谐波法测试了极化聚合物膜的二阶非线性光学特性及其稳定性。结果表明，经过电晕极化后，聚合物膜的倍频系数d33=9.4 pm/V。在室温下放置2天后，d33值稳定在初始值的70%以上。与掺杂型聚合物膜相比，二阶非线性光学稳定性有了明显提高。

报道了一种聚合物分散液晶（PDLC）膜在压力作用下从散射膜变为透明膜的实验现象，建议称之为PDLC膜的压光效应。介绍了与压光效应相关的PDLC的应变液晶、剪切液晶和拉伸液晶等概念；给出PDLC压光效应膜样品照片，偏光显微镜照片，电光特性光谱分析和压光效应光谱分析。提出PDLC膜压光效应的原理猜想，给出对PDLC膜光学性质的重新认识，认为只要每个液晶微滴中液晶分子取向一致了，无论不同微滴间液晶分子取向一致与否，PDLC膜都将透明。PDLC膜压光效应将对液晶基础科学提出新课题，将在许多不用加电的新型压光器件（按压窗、功能玻璃和光纤压力传感器等）领域有应用前景。

为了研究不同颜色背景对人眼辨色阈值特性的影响，在CIE1976L*a*b*平面上，基于心理物理学的交叉阶梯法测得国际照明委员会(CIE)推荐的5个基本颜色中心分别在该五个颜色背景下的辨色阈值。通过对辨色阈值椭圆的详细分析表明，同一颜色中心的辨色阈值在不同颜色背景下的局部视觉均匀性总体上保持相对稳定，而不同颜色中心的色度椭圆其长短半轴之比与背景颜色的色调角之间存在着一致的趋势。当背景颜色与中心颜色相同时，视觉辨色灵敏度最高，存在明显的Crispening效应。对于红色和蓝色中心以及黄色和蓝色背景，人眼的视觉辨色特性在红绿方向受到的影响均小于黄蓝方向。

为了研究不同空间频率和颜色方向的彩色对比灵敏度特性，在0.5～11.7 cycle /(°)的空间频率范围内分别在6°和10°视场下以灰色或红色为颜色中心，在CIELAB颜色空间的等亮度面上选取6个颜色方向，采用交叉阶梯法通过心理物理视觉实验测得以色差阈值倒数定义的彩色对比灵敏度。基于实验数据比较了不同颜色方向上低通形式的彩色对比灵敏度函数(CSF)曲线，并拟合得到不同空间频率下的彩色对比度阈值椭圆。随空间频率增大，阈值椭圆的面积变大，长短半轴比变化，同时发生旋转，导致彩色对比灵敏度随空间频率和颜色方向而改变，即色貌随空间频率的变化；视场增大使椭圆方位角的峰值以及长短半轴比的波动区间向低频方向移动，且红色中心的变化趋势与相应视场的灰色中心相似，只是总体数值偏低。