大气折射率的精确信息在光波传播研究中至关重要，水汽折射率是其研究的一个重点。利用HITRAN数据库提供的线谱信息计算了波长在0.3~20 μm范围内标准条件下的水汽折射率，针对该数据库缺乏高能谱线的缺点，利用非线性拟合的方法创建了一条新的紫外伪谱，以表征水汽的紫外能谱及光致电离能谱，提高了水汽折射率的计算精度。计算结果表明，水汽在中红外波段有两个强吸收带：2.4~3.3 μm，4.8~8.8 μm。针对水汽这两个较强的吸收带，以Gross线形为原函数，拟合得到了一个波长覆盖范围比较广的标准水汽色散公式，比较实验测量数据和旧的色散公式可知，拟合公式和实验数据吻合比较好。

研究了成像信道斜程因子、大气湍流的非科尔莫戈罗夫功率谱指数、光源空间相干性（高斯谢尔束）和光源横向尺寸对隐影成像的影响。研究中运用光学相干理论、广义惠更斯菲涅耳原理和非科尔莫戈罗夫湍流模型，分析并建立了斜程湍流Z倾斜像差校正大气信道中高斯谢尔束无透镜隐影成像理论模型。通过此模型的数值计算得出了待成像物体越靠近照明光源，所成隐影像的质量越高；照明光源的尺寸过小会造成隐影像质量的下降和物体被非相干光照明时的成像质量要差于部分相干光照明时的隐影像质量。

为了提高GaN阴极的紫外探测效率，提出了一种由体内到表面、掺杂浓度由高到低的变掺杂GaN阴极材料结构，采用超高真空（Cs,O）激活工艺进行了阴极制备，对均匀掺杂和变掺杂GaN光电阴极的光谱响应特性进行了测试与比较。与传统具有均匀掺杂结构的GaN阴极相比，这种变掺杂结构的阴极在反射工作模式下具有更高的量子效率(量子效率平均提高了30％)和更好的长波紫外响应特性（长波响应提高了43％）。通过比较变掺杂与均匀掺杂阴极在能带结构、光电子体内输运效率、光电子表面发射效率等特性上的差异，对变掺杂GaN光电阴极获得更高量子效率的机理进行了分析。

红外无损检测作为一种新型的检测技术正在诸多工业领域得到广泛的应用。其具有适用面广、检测速度快、检测面积大、结果直观和方式灵活等优点。根据实际检测目的及检测过程的需要，往往需要对所采集的原始红外热图进行一定的图像变换和数据处理工作，以发掘热图中的隐藏信息。提出一种应用于红外损件检测中的数据处理方法，通过将此数据处理方法应用于某涂层可靠性检测中，能够较好地判定涂层的破损状况及趋势。本方法可以较好地提取两次热过程之间被测物体所受损伤的信息，并以此为依据判定损伤的发展趋势，为实际的无损检测和无损评估工作提供参考。

为解决可见光CCD对空中飞行器远距离高精度跟踪问题，常常需要在飞行器上安装合作信标，以使探测系统能够尽早探测到目标。以辐射度量为标准，从目标信号、背景信号差值与探测器噪声比值的角度出发，分析了探测单色LED信标与可见光CCD最小探测功率、探测到光点所占像素数以及大气透射率之间的关系，计算了在一定作用距离下满足探测要求的不同波长单色LED信标的光功率，并通过观察地面实验中CCD的成像效果，验证了计算结果的正确性。

研究了衍射光栅的闪耀特性，并对光栅衍射过程中的衍射异常现象进行了分析。采用严格的耦合波矢量理论，分析了包括矩形光栅、锯齿形光栅、三角形光栅等常用的不同槽型结构光栅的闪耀特性，并与标量衍射理论的计算结果做了对比分析。当波长约为0.5倍光栅周期时，光栅表现出明显的偏振现象。研究表明，锯齿形光栅具有优异的闪耀特性，衍射效率可达90%以上。与锯齿形光栅相比，三角形光栅加工难度低，同时由于其结构的不对称性，其+1级与-1级衍射光具有不同的闪耀波长。分析了光栅衍射异常现象产生的原因、异常波长位置以及衍射效率特性，为进一步消除衍射异常现象打下理论基础。研究结果为高效率衍射光栅的制作提供了理论指导。

在高速数字信号处理系统中，模数(A/D)转换技术被认为是制约其性能的主要因素。光电模数转换技术被认为是解决电子瓶颈问题、实现超宽带、高采样率和转换精度的A/D转换器的一种具有发展潜力的技术。提出了一种基于普通啁啾光纤光栅的时间展宽系统的结构，并将它与基于光纤色散的时间展宽系统进行了比较，还通过数值仿真分析了光纤光栅的反射谱纹波和群时延纹波对时间展宽系统的影响。普通啁啾光纤光栅的插入损耗和体积都很小，有利于研制小型化的高速A/D和光采样的高速示波器。

针对带延迟子环分布式光纤传感系统的多频率成分振动源定位的问题，提出一种只依赖于振动源任一频率成分的频域解调方法。建立了脉冲光两次经过延迟环的干涉光束输出方程，结合傅里叶变换，根据振动源任一振动频率分量及其对应的两次干涉输出幅度之间的关系计算了振动位置。在此基础上，将宽带激光超辐射发光二极管（中心波长为1550 nm）外接脉冲可调激励电源产生的脉冲光作为光源，采用普通单模光纤构建的10 km萨尼亚克环、2 km延迟子环以及光电转换器搭建了实验系统，进行了奔跑行为的侵入定位实验。结果表明当传感光纤总长度为10 km时，平均定位误差为78 m。

从理论上分析了迈克耳孙干涉仪测量保偏光纤串音的原理和对轴角度偏差对偏振光源消光比的影响，提出了基于迈克耳孙结构的白光干涉仪测量保偏光纤串音参数的新方法，通过保偏光纤跳线将待测光纤接入测量系统中，测量过程无角度旋转，测量简单，重复性好。实验结果表明，干涉法测量保偏光纤串音参数的方法可行，并且可以将光源和测量系统本身的偏振串音通过测控软件进行剔除，测量准确性高，有望在分布式传感和光纤环的测试中得到广泛应用。

对非线性单模光纤法布里珀罗腔的衰荡效应进行理论研究，导出非线性单模光纤法布里珀罗腔输出光场与光纤非线性相移之间关系的数学表达式。结果表明，非线性单模光纤法布里珀罗腔的输出特性包含振荡建立、饱和与衰荡三部分，输出信号功率随腔内信号功率的增大而减少，当腔内信号光功率超过2 W时，输出信号达到稳定的时间变长，并出现不稳定性，但对衰荡时间的影响不大，与在不考虑光纤非线性相移时的线性单模光纤法布里珀罗腔的实验结果一致，所得结果对非线性单模光纤法布里珀罗腔的实验研究具有指导意义。

基于改进的化学气相沉积(MCVD)法结合溶液掺杂技术以及侧向研磨技术，实验制作出了一种D型双包层高浓度掺铒光敏光纤。为了同时实现光纤中的大模场直径和铒离子的高浓度掺杂，其纤芯采用了双层掺铒区结构，并对该样品光纤的基本参数及光敏特性进行了测试，其截止波长为1234.03 nm，模场直径约为12 μm，在1530 nm处的吸收系数为49.658 dB/m，上面刻写的均匀布拉格光纤光栅的透射深度为10 dB，对应的反射率为90%。测试结果表明，自制的D型双包层光纤具有很高的铒离子掺杂浓度和良好的光敏特性，能够为制作全光纤型高功率单模包层抽运光纤激光器提供一个很好的选择。

非线性相位噪声即高登米勒（G-M）效应是限制相位调制系统传输距离的一个重要因素。系统地研究了G-M效应对单信道速率为40 Gb/s的相干正交频分复用（CO-OFDM）系统的影响。理论分析了在不同的链路参数（入纤功率、跨段距离和色散系数）配置下，放大自发辐射（ASE）噪声沿链路的分布是如何影响系统性能的，并通过搭建CO-OFDM系统的仿真平台，对系统性能进行了仿真研究，比较了两种不同的光纤系统（标准单模光纤系统和非零色散位移光纤系统）中G-M效应的差别。研究发现，G-M效应随着入纤功率的增大而增强。相同的传输长度，跨段距离越小，G-M效应越严重。链路中的累积色散对G-M效应有一定的抵抗作用。

副载波(SCM)光标记交换被提出以来，高速信号的SCM光标记交换一直是人们研究的热点。通过对载荷进行曼彻斯特编码，提出了一种新的带内SCM标记方案，在载荷和标记之间干扰较小的情况下，实现低频SCM标记的插入，为高速信号的SCM光标记交换提供了一个新的解决途径。使用提出的新方案，对100 Gb/s正交相移键控(QPSK)载荷的幅移键控(ASK)SCM标记分组进行了仿真分析，研究了耦合系数、标记速率、SCM频率等参数对系统性能的影响。经过80 km标准单模光纤传输，只对其进行色散补偿，相对于级联调制的带内SCM标记，载荷接收机灵敏度有近10 dBm的改善，且载荷性能几乎不受标记调制指数的影响。

加热单模光纤可以增大光纤等效纤芯半径，进而增大单模光纤的模场。根据粒子扩散方程建立了加热扩芯光纤的理论模型，并对其模场特性进行了数值分析。对两种单模光纤进行了加热扩芯技术实验研究，将模场直径增大3倍左右。监测了加热扩芯带来的损耗，实验发现掺杂浓度更高的单模光纤加热扩芯损耗更小。

在干涉图频域内，根据Nuttall窗能够有效抑制频谱泄露的性质，研究Nuttall窗对重构光谱的影响。根据Forman卷积法获得对称化的干涉图，采用四项三阶Nuttall窗对此干涉图加权，能够有效减小频谱泄露；截取加权后的单边干涉图，构建共轭对称复数序列，并根据共轭对称复数序列离散傅里叶变换的性质，对共轭对称复数序列进行快速傅里叶变换，可以获得虚部为0的光谱信息。研究结果表明，在共轭傅里叶变换光谱重构中，引入Nuttall窗能够有效减小频谱泄露对光谱分辨率的影响，使光谱失真得到有效抑制。与未引入Nuttall窗相比，该方法获得的复原光谱与原始光谱更加吻合。

波前功率谱密度（PSD）是反映高功率激光系统中光学元件中、高频信息的重要参数之一。介绍了利用波前位相信息计算功率谱密度的方法，提出对空域应用汉宁窗的方法抑制因波前数据的突然截断导致频域出现的吉布斯噪声。针对空域加汉宁窗后波前数据能量会因汉宁窗的权重变化而变化的情况，推导了加窗前后PSD的均方根(RMS)值间的比例关系。对高功率激光驱动器使用光学元件的PSD进行了计算，结果表明，采用汉宁窗的方法能抑制吉布斯噪声，通过数据修正的方法可修正汉宁窗的权重分布不同对PSD计算结果的影响。

为了实现对有限远物体的快速对准和精确分辨，研制了物距280～340 mm的变焦距镜头，对该变焦距镜头的工作原理、结构设计和测试实验等进行了研究。详细阐述了该镜头的整体结构、变焦补偿机构和调焦机构，研究了变倍补偿凸轮和调焦凸轮的凸轮曲线，在NX NASTRAN软件环境下建立了变倍补偿凸轮和调焦凸轮的有限元模型，并对其进行了模态分析，得到了两个凸轮的前六阶固有频率和振型，其中两凸轮的一阶固有频率分别为1050 Hz和1132 Hz，满足系统固有频率的要求。采用EIA-1956分辨率标准测试板对研制的变焦距镜头分辨率进行了测试。实验结果表明，该变焦距镜头的水平分辨率优于800 TV-Line（电视线），满足设计指标要求。

针对水下物体的三维探测和目标识别，研究了一种基于线结构光扫描的三维物体探测和三维场景重建方法。该方法使用激光线光源扫描探测区域，用标定板进行定标，建立采样数据的二维像素坐标系与三维世界坐标系的映射关系，通过坐标系变换，将二维线结构光扫描数据转变为三维物体信息。在水槽中进行了实验：采用电荷耦合器件(CCD)相机记录了线结构光扫描的图像数据，利用Matlab软件编程实现了水下场景的三维重建，通过三维重建结果可以较清晰地识别出原目标物体的形状，分析了影响探测精度的原因和改进方法。实验证明了该扫描和三维重建方法应用于水下目标探测的可行性。

应用K-menas聚类法进行灰度图像分割，计算各个分割区域像素的均值和方差，通过分析各区域像素均值和方差发现随机误差项具有异方差性，应用加权最小平方法构建新的能量函数，采用各个分割区域像素方差倒数作为权重因子，进行半色调图像的转换。所构造的半色调算法与基于模型的最小平方法(LSMB)相比，随着聚类分区的增加，图像平滑且边缘清晰度增加，尤其是在图像细节部位。与LSMB算法比较，该算法的均方误差值（MSEv）有所降低，而权重信噪比（WSNR）和峰值信噪比（PSNR）则有一定提高，模拟实验结果验证了算法的有效性。该算法四次迭代计算以后，收敛误差降到0.20以下，具有较快的收敛速度。

太赫兹波可穿透塑料、纸张、衣服等非金属、非极性物质，与X辐射相比具有较低的光子能量；计算机辅助层析成像（CT）可获得物体内部结构信息，并可重构出物体的三维图像。因此，太赫兹CT受到国际广泛关注，其中对太赫兹CT算法的研究是重点。压缩传感（CS）是利用图像具有稀疏性表示的先验知识，由投影获得的少量观测值来进行图像重建。利用基于CS的联合代数迭代算法进行了太赫兹CT图像仿真重构研究，实验结果验证了算法的重构效果以及可用于快速成像的能力。

以实拍某波段的红外图像为基础，提出了一种基于红外辐射特性的波段拓展方法；将辐射特性引入融合算法,提出了一种基于目标特征的双波段红外图像融合算法。通过Matlab编程，实现了细节信息丰富、目标清晰的融合图像，并从红外图像的均值、标准偏差和信息熵等图像的细节信息进行了可靠性验证，结果表明新算法有较好的融合效果。

基于近轴条件下的高斯公式，导出了电子目镜显微镜的几何和物理景深公式并分析了其适用的条件。通常情况下，电子目镜显微镜的景深值由其物理景深决定，景深值与显微物镜的有效数值孔径的平方成反比，与电子目镜的放大倍数无直接关系。用Zemax软件模拟了10×20电子目镜显微镜的景深，软件模拟值与计算值完全相符。为了验证景深公式，设计了毛细管测量系统，用其测量了有效数值孔径不同时电子目镜显微镜的景深以及有效数值孔径等于显微物镜数值孔径时不同规格电子目镜显微镜的景深。实验测量值与计算值十分吻合。

针对成像系统中图像畸变对测量精度的影响，提出了基于Zernike矢量多项式的图像畸变校正方法。将基准图与畸变图中标记点的坐标用相同的归一化方法在单位圆内进行归一化，运用Zernike矢量多项式拟合基准图与畸变图的映射关系，利用得到的映射关系对畸变图进行校正并插值，得到校正图。然后对校正效果进行了评价，并与基于Matlab的相机标定工具箱方法进行了比较。实验结果表明：对径向畸变，Zernike矢量多项式方法与后者相比，均方根(RMS)误差减少近50%；对梯形畸变，Zernike矢量多项式校正方法可使RMS误差减少至10-3量级。

提出了一种灰度图像的隐藏方法，将待隐藏图像按照直方图统计结果以及彩色宿主图像的特征分割成3幅灰度图像，再经双随机相位编码和加权运算后，将分割出来的3幅灰度图像隐藏于一幅彩色图像的红绿蓝(RGB)的3个分量中。由于双随机相位编码技术具有很高的安全性，而且加权系数也可以作为加密的密钥得以应用，因此增强了单纯双随机相位的安全性能。实验结果表明,该方法具有良好的抗剪切和抗噪声能力，并且重建的图像与原灰度图之间的相关系数达到99%以上。

利用改进的Gerchberg-Saxton(GS)算法和广义相衬(GPC)结构，用纯相位空间光调制器(SLM)实现彩色图像的重现。提取出彩色图像的红、绿、蓝三色信息，利用改进的GS算法和相应波长的GPC结构，计算出输入面的纯相位分布。将所得相位分别编码加载到三个SLM上，用相应波长的激光分别照射三个SLM，在GPC输出面上进行合成，可以得到目标图像。与常规计算全息(CGH) 相比，该方法不需要移除零级衍射光，除具有较好的像质外，还提高了光能利用率；另外，根据不同波长设计固定的相衬滤波器(PCF)参量，不会因目标图像的不同而改变，放宽了GPC应用的限制条件。

提出了一种基于正交柱透镜光栅的全视差立体成像方法。该方法采用3DMAX软件获取三维场景虚拟物体的多视角图像阵列。根据点阵合成法采用Matlab软件对视角图像的像素进行重组生成全视差像素，并对全视差像素进行拼接后获得全视差合成立体图。根据柱透镜光栅栅距的精确测量值对全视差像素的尺寸进行精确匹配，并用高分辨率激光打印机将全视差合成立体图记录在相片纸上，并将其与正交柱透镜光栅进行精确位置匹配。实验结果表明，从不同观察角度可观看到清晰、连续的具有全视差效果的三维再现像。

提出了单频激光干涉仪中偏振分光棱镜（PBS）误差的在线补偿方法。研究了入射条件对PBS偏振特性的影响，定量给出了斜入射时PBS的琼斯矩阵；研究了PBS的偏振误差对单频激光干涉仪的影响，通过对光源输入光偏振态和PBS入射角度的调制，实现了PBS误差的在线补偿，提升了干涉信号的对比度，抑制了单频激光干涉仪的非线性误差。研究表明，该方法可以有效补偿PBS的偏振误差，改善干涉信号质量，提高干涉仪的测量分辨率，可被广泛应用于纳米高精度激光干涉仪的研究与制备等领域。

针对弹丸修正中弹目间距难以测量问题，提出了一种适用于常规弹药的单目视觉测量弹目间距的方法。根据投射成像原理，推算二维目标像点坐标与目标的空间三维位置之间的映射关系。通过分析弹丸、摄像机以及大地坐标系之间的坐标转换关系，建立单目视觉测量弹目间距的数学模型。分析影响距离测量精度的因素，使用二次规划法(SQP)算法优化摄像机焦距，并基于线性变参数(LPV)方法设计非线性滤波器对测量结果进行优化。三轴转台建立弹丸视觉测量的半实物仿真试验表明利用单目视觉测量可以较为准确地提供距离信息，采用LPV方法优化后，能够将误差控制在±2%之内，精度明显提高，从而验证了测量方法的可行性和优化算法的有效性。

详细介绍了依据条纹反射术（PMD）测量镜面的原理和方法。通过实验验证了这种方法。在结果分析中给出了这种方法的弊端，远心光路结构本身含有系统误差，在相位求解过程中具有积分非闭合性误差和误差本身随积分传递等问题。另外给出了绝对面形测量系统结构，这种结构能够很好地剔除PMD测量方法的缺点。通过分析可知合理设置参数来得到方程组是测量的关键。

以水平圆编队构型为例，利用卫星防真工具包(STK)工具构建两种三颗星绕主星伴飞的编队飞行模型。在Matlab软件中读取从STK编队模型导出的轨道数据，包括光照时间、太阳相位角、伴飞星之间的位置关系以及太阳、月亮分别与观测相机之间的位置关系等，并建立伴飞星对主星、伴飞星之间进行天基光学观测的可见性分析模型，推导出伴飞星对主星、伴飞星之间可见性时段。综合考虑实际空间环境中的各个影响因素，提出了编队卫星在轨运行时做可见性分析的方法，得出了对在轨目标进行天基光学观测的可见性分析结果，为编队星座技术应用于天基光学观测提供了技术支撑。

基于结构光投影的光学三维测量与全息干涉计量都用光作为测量载体，且都要完成相位解包裹运算，所以希望将用于全息干涉计量，且在抗噪声和抗欠采样方面有优势的基于横向剪切原理的最小二乘相位解包裹算法(LSBLS)，推广到基于结构光投影的光学三维测量中。注意到前者用的是非相干光，而后者用的是相干光，以及通常实数在二象限计算相位，而复数在四象限计算相角，用合适的方法可以将基于结构光投影的光学三维测量得到的信号用一个复振幅光场表示，继而直接使用LSBLS算法解包裹相位。给出了具体的推广方法，并通过实验证明利用LSBLS算法可以得到更好的三维形貌。

针对共光路高重频激光测距中存在主波与回波时刻重叠的现象，对旋转快门的特性进行了分析和研究，得出二者重叠的条件和旋转快门的计算机控制算法，并通过实际目标跟踪实验对其进行验证。结果表明，不加计算机控制时，重叠概率大于5.0%，有的甚至高于10%；加计算机控制后，重叠概率降低至0.5%以下，有效提高了共光路激光测距系统的测距效率。

大截面绝缘硅(SOI)单模脊波导在通信系统中应用广泛，有必要验证文献中给出的单模条件。对于两个满足单模条件的脊波导例子，用标量有限差分波束传输法求解脊波导的导模。如果对波导横向截面上的两个方向细分，模拟实验表明水平方向的单模条件比较精确，垂直方向的单模条件很容易举出反例。更加精确的单模条件公式需要进一步研究。

采用两个对称相位发生器(PGC)同时取代两个传统3 dB耦合器，设计了一种新型宽光谱马赫曾德尔干涉仪(MZI)电光开关。利用给出的多元非线性最小均方优化算法，对PGC结构参数做了优化，补偿了由波长漂移造成的MZI电光区的模式相移漂移。在1550 nm中心波长下，所设计器件的电光区长度为5 mm，on和off状态下的驱动电压分别为0和±0.925 V。优化后器件的输出光谱可达250 nm (1430~1680 nm)，且在此光谱范围内，on状态的插入损耗小于5.91 dB，on和off状态间的消光比大于30 dB。在同等消光比水平要求下，该输出光谱范围约为传统MZI电光开关光谱范围(约为50 nm)的5倍，并近似为已报道的基于单个PGC非对称MZI电光开关光谱范围(约为85 nm)的3倍。所给出的宽光谱器件在光波分复用系统中任意波长信道的切换与路由方面具有较好的应用价值。

将基于石墨烯材料的锁模器件视作特殊光纤，对光纤激光器内各个部分建立了统一的数值模型，采用“脉冲追踪”方法对光纤腔内超短脉冲的传播过程进行模拟，得到的结果与已报道实验现象相符，并利用程序研究了石墨烯锁模器件主要参数对脉冲特性的影响规律，对搭建和优化锁模装置有一定的指导意义。

高功率固体激光装置主放大级钕玻璃片的波前畸变对最终输出光束的能量集中度有着重要影响。通过选择恰当的钕玻璃片姿态，能够使它们的部分波前畸变相互抵消，从而减小最终输出光束波前的均方根梯度(GRMS)值，提高输出光束的能量集中度。研究了通过调制钕玻璃片姿态来减小输出光束GRMS值并提高能量集中度的方法。结果表明，通过随机配置钕玻璃片的姿态，选取输出波前GRMS最小的那种姿态组合，能够有效提高输出光束的能量集中度。选取两组钕玻璃片进行数值模拟，统计得到的GRMS最小值比最大值减小了30%~40%。

在高功率固体激光装置中，大口径光学元件的波前引入的低频相位畸变对激光的焦斑尺寸有很大的影响。光学元件的波前梯度均方根(GRMS)是衡量波前低频相位畸变的重要指标。过去的研究主要通过数值模拟的手段，获得GRMS值与焦斑尺寸的对应关系。通过理论分析，对GRMS值的求法提出了修正，并推导了修正后GRMS值与焦斑尺寸的解析式。

采用烟火燃烧反应的方法将富碳化合物碳化得到碳黑。测试了碳黑的粒径分布、微观形貌及红外光谱透射率，并采用Mie散射理论计算了所制备碳黑的红外消光系数。结果表明，在4种不同结构的富碳化合物中，苯酐的成碳性能最好，形成的碳黑的粒径分布均匀，形貌一致，红外消光性能最佳。通过对实验中结果进行分析最终确定在新型抗红外干扰剂的配方设计中选用廉价且成碳性能优异的苯酐作为碳粒子产生剂。这为新型抗红外干扰剂的设计提供了重要理论依据。

使用AlN插入层方法由金属有机化学气相沉积(MOCVD)在GaN上生长的不同Al组分的AlxGa1-xN以及掺Mg Al0.54Ga0.46N。使用阴极荧光的测试方法先后对未掺杂AlxGa1-xN和掺杂Mg的Al0.54Ga0.46N的光学性质进行了研究。研究表明，随着Al组分增大，横向组分分凝对AlGaN发光强度的影响逐渐减小；掺Mg后AlGaN薄膜质量下降，并且Al0.54Ga0.46N中的Mg相关光激发过程主要取决于导带受主对复合发射和施主受主对复合发射。

近年来，惯性约束聚变点火工程将Ca4YO(BO3)3（简称YCOB）晶体视作快点火核聚变装置中频率转换器件中非线性材料的重要候选，大尺寸YCOB晶体的生长成为其获得重大应用的关键。结合最近几年的研究工作以及国内外YCOB晶体的生长情况，介绍了YCOB晶体的生长情况特别是大尺寸晶体生长的研究进展，并对将来的生长研究的前景进行了展望。

高硅氧发光玻璃是一种极具发展潜力的新型发光材料，制备过程中分相是影响其发光性能的重要因素。为了研究分相过程的影响因素和内部变化的基本原理，借助红外吸收光谱和紫外可见吸收光谱研究了高硅氧发光玻璃制备中分相前后钠硼硅酸盐玻璃样品的微结构变化与相应的光谱特性，理论上分析了变化产生的原因。结果表明，分相后玻璃原有的网络结构遭到破坏，非桥氧含量增加，同时三配位硼含量降低，四配位硼含量增加。四配位硼由于钠离子的作用会对三配位硼有吸引作用，使硼氧网络无法形成架状结构，与硅氧网络结构差异很大，最终形成分相。

利用高温固相法，以稀土氧化物为原料，按照化学配比研制了YAG:Ce3+（Ga，Pr）新型荧光粉。利用荧光分光光度计研究不同掺杂浓度下荧光粉发射光谱的发射峰位置和强度的变化。实验结果表明，在荧光粉中Ga元素取代Al元素会引起发射峰的蓝移，发射峰蓝移约8 nm；而Ga元素取代Y元素时，发射峰却出现红移11 nm；掺入Ga、Pr两种元素会有两个发射峰，分别为532 nm和610 nm；当掺杂浓度增加到一定程度，可能达到饱和，发射峰的位置虽保持不变，但是强度减小。

利用十字型金属线和改造的开口谐振环设计了一种新型左手材料，通过S参数反演法进行参数提取表明，这种结构的左手材料可以在千兆赫兹波段出现两个负折射频带。数值分析了结构参数对负折射率频带的影响，结果表明，该结构能否出现双频带的负折射特性与谐振环对的开口大小直接有关；相对于其他参数，谐振环的宽度和开口大小对负折射率频带产生影响较大。研究结果表明,通过选择合适的结构参数，该左手材料可以实现双频带的负折射特性。

为进一步提高反射率差分型生物传感器的检测灵敏度，简化光学系统结构，降低传感单元制作难度，在现有理论的基础上，采用双偏振检测方法来实现反射率差分传感。其思路是用不同偏振态的光照射传感单元，测量接收端的反射率差分量，从而获得生物分子层的厚度。仿真结果表明，当二氧化硅的厚度增加1 nm时，双偏振检测方法获得的反射率差分量为0.7988%；改变偏振光的入射角度，得到反射率差分量的最大值为0.9143%；当入射波长增加1 nm时，反射率差分量减少了0.23%。该方法比周期性结构的传感单元具有更高的检测灵敏度，而且受光源波长漂移和加工误差的影响较小。

绿色荧光蛋白(GFP)荧光图像提供蛋白质功能定位信息，相衬图像提供高分辨率的结构信息，二者的融合对于细胞蛋白质的功能分析和亚细胞的精细结构定位具有重要价值。基于轮廓波变换对细节信息优异的表达能力，提出一种HIS空间下基于轮廓波变换的多尺度混合分层图像融合算法，该算法利用轮廓波变换分别对GFP荧光图像和相衬图像的亮度分量进行分解，对不同子带系数采用不同的融合策略以力求融合图像在保留GFP荧光图像定位信息的同时融入相衬图像的高频细节，并引入视觉保真度(VIF)作为图像融合的评价指标。对来自约翰英纳中心的117组拟南芥细胞图像进行的融合实验表明，该算法能够有效保留源图像中的细节信息，提高了融合图像的可视性，相比传统算法更为优越。

以空间非合作目标探测为背景，提出了一种折衍射混合中波红外双视场光学系统的设计。与连续变焦光学系统相比，红外双视场光学系统具有结构简单、装调容易、能够实现快速视场切换等特点。设计了一款轻量化、结构紧凑的折衍射混合红外双视场光学系统，系统采用二次成像结构，通过变焦组的轴向移动实现双视场，工作波段为3.7～4.8 μm，由7片透镜组成，可实现160 mm/40 mm两档变焦，满足100%冷光阑效率，具有结构紧凑、像质高和成本低等优点。

为了使光学元件轴向调整机构满足调整行程大、调整精度高、结构紧凑和装调容易等要求，设计了一种一体化结构的光学元件轴向调整机构。结合有限元分析技术，建立了该型机构的参数化模型，并分析了主要设计参数对调整机构的调整行程、一阶固有频率和最大应力值等主要技术指标的影响。分结果表明，调整机构可以实现光学元件的精密轴向调整；柔性转轴片厚度和宽度分别为1 mm和0.8 mm，柔性导向片的厚度和长度分别为0.6 mm和20 mm，调整机构的调整量为67.45 μm，一阶固有频率为119.1 Hz，且机构的最大应力值小于材料的屈服极限。满足光学元件轴向调整机构的设计要求。

举例说明了一种基于牛顿系统的可见光长焦分档变倍系统的设计方法，并推导、计算了各个光学组元光焦度的分配以及光学初始参数。系统采用了二次成像光学结构形式，引入场镜解决长、短焦系统瞳匹配问题，设置调焦镜组用来补偿因物体距离变化引起的像面移动，通过在长焦系统和探测器焦平面之间切进、切出短焦物镜组实现变倍，在短焦物镜组中设计平行光路以便长焦系统和短焦系统共像面的调整。对光学系统像差进行了优化设计，分别给出了长焦系统和短焦系统不同视场的成像质量优化结果， 0.8视场内光学传递函数在空间频率36 lp/mm时都大于0.4，分析表明设计结果能够很好地满足实际工程需要。

光波导光学相控阵具有扫描角度大、驱动电压低及响应速度快等突出优点，是光学相控阵技术发展的主要方向之一。针对均匀光波导阵列的衍射场存在较强栅瓣的问题，研究了光波导相控阵阵列结构参数的设计与优化。根据对称型薄膜介质耦合理论，分析了GaAs光波导阵列单元芯层和包层参数范围。设计了3种不同稀布非均匀阵列结构，并基于最小阵元间距约束条件，利用遗传算法对非均匀阵列结构进行优化，分析了不同层数下单元间距按照随机递增分布、随机分布和子阵分布的栅瓣压缩效果。结果表明非均匀稀布型光波导阵列可有效地抑制栅瓣,其栅瓣主瓣峰值强度比可达到-10.29 dB。

基于二维正方晶格光子晶体，利用时域有限差分方法理论研究了长方形缺陷体的谐振频率随其自身大小和排列方向变化的规律。在其他参数不变的条件下，通过改变长方形缺陷体的排列方向以及输入输出波导与缺陷之间的耦合，获得了高效率的双通道二维光子晶体滤波器，以及同时具有滤波和分束两种特性的三通道光学器件，其中中间的一个波导可以对两个谐振频率实现通过，两侧的两个输出波导分别对不同的频率实现选择性透过。该种器件综合考虑了光子晶体波导的分束特性和缺陷对不同频率的选择特性，有望在未来复杂全光集成回路中得到实际应用。

基于光学相控阵理论，与液晶材料的电光特性相结合，提出了一种可变焦液晶透镜的实现方法以及控制过程。在理论分析相控阵液晶透镜可实现性的基础上，设计制作了电极数为1920，孔径宽度9.6 mm，电极占空比为0.8的液晶透镜，其驱动电压为5 V，每根电极独立可控，且能实现201级交流电压控制。通过计算机仿真了该液晶透镜产生的相位延迟分布，分析比较了其在焦点处形成的光斑形状大小与普通透镜的光斑形状大小之间的误差，证明了该液晶透镜能控制焦距在0.4~10 m的范围内连读变化。实验观测了液晶透镜对激光束发散度的控制，验证了其可以实现焦距可调变化。

合成孔径雷达(SAR)图像的分割是SAR图像理解的基础。结合Nystrm采样技术和图谱理论，提出了一种改进的SAR图像高效快速谱聚类新算法。该算法引入矩阵扰动分析理论，构造适用于SAR图像的自动确定类数准则；在分析比例参数对谱聚类算法影响的基础上，依据SAR图像的整体结构特征，构造了比例参数的自适应邻域估计方法；根据SAR图像中每个像素的灰度值和空间位置，构造出更能描述SAR图像本质结构的相似函数，进而给出改进的谱聚类算法；将这种新的谱聚类算法应用于仿真实验和实际SAR图像分割中,并与传统谱聚类方法进行了比较。

调频连续波（FM/CW）激光雷达是一种新体制光学非相干雷达，能成高分辨率的距离像和强度像，因此受到关注。距离像提取和噪声抑制是激光雷达的关键技术。分别对目标模型进行无噪声和含噪声激光雷达的距离像提取仿真研究，分析噪声对距离像提取结果的影响。同时，对像元数为64×64的距离像噪声分别使用均值滤波、中值滤波和顺序均值滤波等算法进行噪声抑制。仿真结果表明，顺序均值滤波对高斯和椒盐噪声的抑制都取得了较好的结果。

针对微流体检测对高灵敏度和较大动态测量范围的要求，设计了一种由SU-8光刻胶一体合成的微型法布里珀罗(F-P)干涉剪应力传感器。结构兼具SU-8胶微尺寸材料优越的力学性能和法布里珀罗传感测量高精度和抗干扰性的优点，采用新型组合型浮动块设计，利用圆柱状底座提高对敏感膜形变的感知，提高传感器的结构响应。探讨了提高剪应力灵敏度和线性度的方法，通过CoventorWare软件数值模拟，确定模型的最优参数， 仿真计算得出在0~10 Pa范围内其灵敏度可以达到0.252 nm/Pa(光谱偏移/剪应力)；相比较于传统的设计，在相同的作用下，组合型浮动块的机械位移量增加了约40.85%，提高了敏感元件的灵敏度。仿真结果表明，该模型由于采用一体化材料可以降低工作环境温度对传感器的影响，同时具备可靠的性能，为剪应力传感器设计的改进提出了可行的方案。

利用时域有限差分方法，在理论上研究了直角三角孔空气孔阵列结构金属膜的异常光学透射特性。结果表明，直角三角形孔阵列金属膜出现了多峰透射现象。通过研究直角三角孔阵列两直角边的变化对透射的影响，发现两直角边的大小及其比例影响着透射峰的位置和数量。这些结果可为设计多波长共振器件提供一定的参考。

碲锗铅（Pb1-xGexTe）是IV-VI族窄禁带半导体材料PbTe与GeTe的赝二元合金固溶体，是一种具有优势且机械强度高的高折射率光学薄膜材料。采用电子束蒸发和电阻蒸发两种方法在硅基片沉积了Pb1-xGexTe薄膜，使用扫描电镜和能量散射X射线分析仪表征薄膜表面形貌和化学组分，测量了薄膜在2.5~12 μm 的透射谱。相对于电阻蒸发，分析表明电子束蒸发的膜层中Ge含量更接近于源材料中的Ge含量，薄膜具有较大的晶粒尺寸，同时也具有较高的折射率和消光系数。因此，电子束蒸发具有保持复杂半导体材料化学配比一致性的优势。这种化学配比一致性和大晶粒尺寸使电子束蒸发的薄膜具有较高的折射率，而大晶粒造成的散射影响了薄膜的光学透明度。

光学薄膜的激光损伤阈值是衡量光学薄膜抗激光损伤能力的重要参数，而测量损伤阈值的关键是准确地判定损伤是否发生。为解决常见损伤判别方法的不足，尤其是误判问题，提出了一种新的判别方法闪光光谱峰值位法。激光辐照薄膜时薄膜表面发生闪光，利用光谱仪接收闪光光谱，然后提取光谱的峰值位。由于薄膜元素与大气中的元素种类存在本质差异，而且这些元素的光谱峰值位是确定的，不会因测试条件的变化而改变。以光谱峰值位存在的差异作为判断薄膜损伤的依据，可以消除大气闪光造成的误判，判别准确度高、作用时间短、材料范围宽、易于实现。

研究了宝石(γ-Al2O3)衬底上用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)系统生长的不同厚度的c面氮化镓(GaN)薄膜的光学性质。研究发现不同厚度GaN薄膜的吸收截止边均在3.38 eV附近，在它们的光致发光(PL)光谱中也观察到了相同位置带边峰。利用透射谱和光致发光光谱中的干涉条纹估算了薄膜的厚度，一致地反映了它们产生的机制相似。正面照射下光致发光光谱中未能观察到明显的黄光带，却观察到了明显的蓝光带，并且随着厚度的增加蓝光带的峰位发生蓝移，发光强度增加，认为这一现象产生的原因是厚度增加的同时杂质能级ON的不断引入和镓空位VGa结合而成VGa-ON复合体越来越多，由于ON成分的增多，VGa-ON复合体所在能级被渐渐拉低。对其中一个样品进行的光致发光反照的测试结果也证明了这一点。