研制了一种地基傅里叶变换红外光谱遥测系统，自动记录了晴天的太阳近红外吸收光谱，从该光谱中实时获得了整层大气透射率，进而采用最优化方法从该透射率中反演出了测量站点地区大气中2011年10月17日到2013年3月6日期间的整层水汽柱浓度含量。由该地基遥感技术获得的高时间分辨率整层水汽柱浓度与太阳辐射计的测量结果相比较，两者具有较好的一致性，相关系数达92%。测量站点地区的水汽柱浓度日变化很大并且没有明显周期性，日变化的复杂特征与多种因素有关。由于大气环流、季节温度变化等因素影响，测量站点地区水汽柱浓度呈现出明显季节周期特征，夏季明显高于冬季。这些结果对于水汽探测和分析方法的研究应用具有重要意义。

对铯原子汽室中不同能级和不同温度的原子在不同光强和不同偏振光作用下的光学厚度进行了实验测量。理论上通过建立每个塞曼子能级的速率方程，利用龙格库塔算法求得了布居数随时间演化的数值解，从而得到了依赖于时间的吸收系数。考虑到原子热运动以及光束束宽对光学厚度的影响，利用数值积分得到了原子共振频率附近的平均吸收系数，进而利用比尔法对光通过铯原子汽室的透射曲线进行了精确的拟合，最终得到了实验系统中原子汽室光学厚度的精确值。理论分析和实验结果表明，随着温度的升高，光学厚度迅速增大；随着光强的增加，光学厚度略有变小。

柱状矢量偏振光可广泛应用于光刻、光学微加工、光镊和光学超分辨等技术领域。为了解决现有产生柱状矢量偏振光装置结构复杂和偏振不可调等问题，从理论和实验两方面对基于相干涡旋位相调制的柱状矢量偏振光束的产生进行了研究。理论上分析和证明了相干涡旋位相调制产生偏振可调柱状矢量偏振光方案的可行性，并模拟了径向偏振光和切向偏振光经过检偏器的光强分布。同时，实验证明了理论的正确性，并通过旋转两涡旋位相板的相对角度，将获得的径向偏振光转换为切向偏振光，实验结果与理论分析一致。

以多层介质膜或金属膜为基底的脉冲压缩光栅在利特罗角附近使用，具有衍射效率高、衍射光谱带宽等特点，需要对其衍射光谱进行高分辨率的准确测量，以便为其制作工艺的改进提供可靠依据。根据双光路测量原理，建立了衍射光栅高分辨率光谱测量技术和实验装置。重点阐述了双束光路设计消除光源波动和杂散光对衍射效率测试结果影响的原理，通过光路改进解决了衍射光斑过大，且不能被光探测器完全收集的技术难点以及衍射光与入射光共路导致的探测器挡光问题。该装置可以测量宽带脉冲压缩光栅各级次的反射衍射光谱和透射衍射光谱，也可以测量在固定波长处的衍射角谱分布。目前的衍射光谱测试分辨率为1 nm，角谱分辨率为0.2°。采用该装置测量了脉冲压缩光栅样品的光谱与角谱，在衍射效率超过90%的770~870 nm的衍射带内，多次测量的平均相对偏差小于1.0%，可能的测量误差小于2.2%。

系统地研究了带有掺氟下陷层的多芯光纤中不同下陷结构参数对串扰特性及模场面积的影响。研究表明，通过调整下陷层的结构参数，在不牺牲低串扰特性的前提下，这种多芯光纤可以实现大的有效面积。另外，详细讨论了下陷层的结构参数对光纤色散及色散斜率的影响，并针对光纤色散问题在实验上得到了验证。分析表明这种低串扰、大有效面积掺氟下陷层多芯光纤在大容量、高功率光纤通信系统中具有重要的潜在应用价值。

受多种光纤非线性因素的影响，基于正交频分复用(OFDM)技术的无源光网络(PON)会受到较为严重的载波间干扰(ICI)。为了抑制OFDM-PON系统中的上述问题，构造了一种新的伪对称序列(PST)，并提出将该问题转化为求解两个Toeplitz子系统，然后对其中一个子系统的解进行预处理，将其转化为另一子系统的输入，之后利用最小二乘准则对子系统求解，从而达到抑制载波间干扰的目的。在算法实现过程中，利用所构造序列的伪对称特性和快速傅里叶变换(FFT)，避免了高阶矩阵直接求逆，从而提升了算法实时性。仿真结果表明，该方法不仅能够有效抑制OFDM-PON系统的载波间干扰，而且能有效提升该算法的实时性能。

在无线光通信中，能见度是影响链路性能的关键因素之一。建立了不考虑大气湍流影响下的误码率(BER)模型，在此基础上，结合实际的能见度数据，运用实验仿真的方法,研究了不同能见度条件下接收孔径对无线光通信系统误码率性能的影响。结果表明：不同能见度条件下，误码率性能随接收孔径的变化趋势存在一定的差异。随着能见度值的逐渐升高，误码率值越低，说明通信系统性能越好，接收孔径对误码率的改善效果越发明显。同时，还结合工程实践中通信系统误码率性能的要求，对不同的能见度条件下，选择合适的接收孔径尺寸也进行了详细的分析，为建立实际的无线光通信链路提供理论参考依据。

随着光通信系统传输速率的提高，尤其是光分组交换网络的使用，光的相关检测技术将在未来的通信领域(包括IP路由等)中发挥越来越重要的作用。从基于光纤色散的光学相关器基本原理出发，采用理论分析和数值仿真两种方法比较了不同带宽光源对光学相关器性能的影响，分析了光源随机相位噪声向幅度噪声转化的问题，得到了幅度噪声与光源带宽的关系，以及光源带宽不同时光学相关器输出的信噪比变化。根据仿真结果得到，基于非相干光源的光学相关器，能对速率为10 Gb/s的8位和16位码元数据流进行高速相关检测，而32位的码元数据流仅能采用相干光源进行检测。此外，还对非相干光源在模拟信号的相关检测中的应用进行了探讨。

基于熔融拉锥型光子晶体光纤（PCF）的马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪是在一段实芯PCF两端分别熔接单模光纤后进行熔融拉锥制作而成的，该传感器透射光谱的干涉条纹对比度可达2.23 dB。利用该传感器实现了对不同质量浓度氯化钠溶液传输光谱的检测，研究了其传输光谱与外界折射率的响应关系。实验结果表明，在折射率变化范围为1.333~1.349时，该传感器对于不同质量浓度氯化钠溶液的折射率测量灵敏度为210.075 nm/RIU；在温度测量范围为20 ℃~70 ℃时，其温度灵敏度约为0.0018 nm/℃，在测量中能够克服温度交叉敏感问题。

利用有限元法和局域耦合模理论对空芯光子带隙光纤成栅机理进行了分析。建立了空芯光子带隙光纤包层空气孔塌缩模型，分析计算了纤芯基模(LP01)和一阶包层模(LP11)在塌缩区域内有效折射率分布和耦合系数分布，得到了LP01和LP11耦合的传输谱。在此基础上研究了光纤结构参数(空气孔直径和孔间距)、光栅参数(光栅周期和周期个数)、塌缩程度和塌缩方式对谐振波长的影响。研究结果表明，随着空气孔直径的增大、孔间距的减小、光栅周期的增大和塌缩程度的减小，其谐振波长向短波方向发生漂移；随着周期个数的增大，其谐振波长未发生明显漂移；此外，与圆对称塌缩相比，非对称塌缩谐振波长向短波方向移动。

干涉图滤波是干涉光谱成像仪光谱反演过程中的一个关键环节，常用的滤波方法主要是差分法和拟合法。差分法对背景噪声不能完全去除；拟合法则需要先验知识，而且在干涉数据两端拟合误差较大。经验模态分解（EMD）方法是近年来提出的一种新的用于线性和稳态谱分析信号处理方法，该方法提出后在很多领域得到广泛应用。将EMD方法应用到干涉图的滤波过程中，使得对背景噪声的提取更为合理，而且具有自适应性，避免了常用滤波方法的不足。利用实验室实际获取的数据进行分析，可以看出：EMD滤波后空间维的光谱相对均方根误差(RQE)均值为0.0068，精度最高；其次为拟合法，RQE均值为0.0073；最后为差分法，RQE均值为0.0079。

介绍了固定条形镜面太阳能聚光集热器的工作原理，其系统设计须计算聚光装置的各个倾斜镜面太阳直射辐射。固定条形镜面反射聚光是对圆柱面聚光镜的离散化近似，聚光装置中各单元反射镜面入射角、采光面积时刻变化，使系统太阳辐射计算变得复杂。利用矢量分析方法得到了固定条形镜面任一镜元入射角计算公式、采光面积及几何聚光比，计算了镜场的实时辐射通量，最后得到整个系统在工作时间段的累积辐照量。对南向倾斜纬度角安装和年调整一次倾斜角度（春季和夏季使用）安装的两种聚光器进行了比较，其中年调整一次倾角、开口宽度为1800 mm的聚光系统单位长度年接收辐照量提高了6.53%，增量为65.78 GJ/m。

为了扩大传统双波长数字全息显微技术在实时微结构表面形貌测试中的有效测量视场，提高实时响应速度并降低噪声，将传统双波长数字全息术和数字显微像面全息术相结合，提出了一种双波长数字显微像面全息方法。该方法在记录像面全息图后，无需进行衍射重构，直接在全息面提取相位和强度信息达到测量样本形貌的目的。基于该方法对微米级高度的台阶结构进行三维形貌测试，同时对比了传统双波长数字全息显微系统和机械探针轮廓仪的微台阶测试结果。从三者的对比分析中可知，双波长数字显微像面全息的这种测试技术是有效可行的，且具有单曝光、全视场,响应速度快以及噪声较低的特点，对于阶跃高度达到微米级的微器件形貌测试尤为适用。

通过对相移数字全息技术的理论分析，提出了一种适用于动态三维物体成像的全新的同步多路相移全息方法。此方法通过在自由空间连续产生90°相位延迟的参考光束，与激光衍射透过物体后的光场进行干涉，利用四台相机构成的平衡探测器系统同时拍摄多帧干涉图像，根据菲涅耳衍射和傅里叶光学原理动态实时重现物体三维信息。模拟仿真和实验结果表明，该方法实现了单次相移数字全息技术，同步多路的采集可以用于动态物体的实时测量，大量同步多帧图像的获取提升了图像的质量。

相位衬度成像及其计算层析(CT)技术不同于传统的吸收衬度成像，是一种新型的X射线成像技术，因具有高灵敏度、高衬度分辨率、能对软组织成像等特点而受到广泛关注。鉴于相位衬度CT往往导致非常长的辐射时间和巨大的辐射剂量，而稀疏角度重建在降低辐射剂量方面又有着非常明显的优势，因此，研究针对相位衬度CT的稀疏角度重建算法就变得非常有意义。近年来，针对解决稀疏重建的Bregman算法在图像处理方面被广泛应用。将Bregman分离执行(BOS)算法引入到微分相位衬度CT中，提出了一种稀疏角度相位衬度CT的交替迭代重建算法。数值模拟和实验表明，该方法可以在少量的投影数据下获得较好的重建效果。

当前荧光分子层析(FMT)技术因假设背景光学结构均匀而导致其灵敏度、定量性和空间分辨率等主要指标与实际应用要求存在一定的差距，而基于区域标识的“粗粒度”扩散光学层析成像（区域DOT）重建算法在目标体结构先验信息的支持以及光学特性分区均匀性自然假设下能够有效获取目标体的光学结构，展开了提高FMT技术成像灵敏度的稳态测量模式下区域DOT/FMT混合成像方法的研究。数值模拟中以含有区域标记的光学数字鼠模型为背景，分别在已知数字鼠精确光学结构、利用区域DOT重建算法获取的数字鼠光学结构以及假设数字鼠各区域光学参数均匀三种背景情况下基于FMT技术重建荧光产率图像，并利用简化的仿体模型进行实验验证。结果表明，该区域DOT/FMT混合成像方法使FMT技术成像灵敏度有了显著提高，荧光产率图像具有更好的定位及量化精度。

彩色数字相机的曝光准确度直接影响了图像的色彩表现及人眼视觉的感受效果。提出了一种基于人眼视觉感观特性的相机自动曝光方法。通过对图像清晰度、色彩饱和度以及亮度等因素的客观评价，建立了曝光估计函数。根据统计原理并结合经验公式，对曝光估计值与曝光步长增量之间的函数关系进行标定，确立了曝光增量函数。根据当前帧图像的不同亮度属性，结合曝光增量函数，实时计算下一帧所需要的理想曝光值。大量实验表明，该方法对于不同场景、不同光照条件下图像的曝光量都有良好的调节效果，稳健性较强并具有较高的调节效率。

为检测超光谱成像仪指向反射镜的运动特性，设计了一种非接触式指向反射镜运动特性检测系统，在系统加工、装配前，分析各误差源对系统不确定度的影响，制定系统的误差分配方案。采用齐次坐标建立含有加工、装调误差的数学模型，通过曲线拟合得到指向反射镜转角和光斑中心位置关系曲线，依据相对位置测量误差进行误差分配，降低了加工、装调的要求，确定了系统的误差分配方案，保证指向反射镜在11°转角范围内系统不确定度小于2″，分辨率为0.5″。提出的误差分配方案大大降低了系统加工、装调难度，验证了系统设计方案的可行性。

针对传统的机器人柔性坐标测量方法中，机器人模型不完善及机器人固定参数不断变化导致测量精度难以提高的问题，提出一种基于双目视觉原理的全局实时校准方法，组建由两台相机组成的高精度全局校准单元，通过测量布置在机器人末端视觉传感器上的控制点阵，实时得到机器人末端的空间位姿，实现机器人在全局空间的精确定位。提出基于空间网格控制场的相机校准方法，构建像面坐标系上的残差库，实现相机在全视场空间内的高精度校准。实验表明，采用上述方法可实现±0.1 mm的双相机校准精度，整个系统的测量精度可达±0.15 mm，从根本上摆脱了机器人运动学模型及参数误差带来的影响，有效地保证了柔性坐标测量系统的精度。

各类高速飞行器所装备的光电成像探测与侦察系统、光电跟踪瞄准系统、定向能攻击**和光通讯系统，都需要开展气动光学波前畸变场测量与校正技术研究。为此，提出大幅面气动光学波前畸变场测量与重构方法，将光束偏折位移场测量值转化为光束从摄影中心出发穿过扰流区到人工点的光程差，并研究了Zernike多项式阶数与波前畸变重构精度的关系。2 m超声速风洞中某跨大气层飞行器模型实验结果表明：该方法可以定量测量波前畸变场，测得机头与机翼的斜激波所致的波前畸变结构正确。该方法光路简单、无需使用价格昂贵的相干光源，为气动光学效应的测试及校正技术的研究提供了新途径。

S变换结合了窗口傅里叶变换和小波变换的优点，适合于解调具有非平稳特性的变形条纹图。实际应用时，S变换处理的对象为离散条纹。计算S变换系数时，利用了信号的傅里叶谱的平移形式，即将相邻频域周期内的频谱信息用于系数计算。当抽样、非线性以及物体高度变化导致频谱出现混叠时，会影响S变换的重建效果。从离散信号频域分析角度，研究了上述原因对S变换的影响；推导了在考虑数字视频投影仪和CCD非线性影响时，离散变形条纹的S变换的频谱表达式以及S变换轮廓术的测量范围。给出了S变换轮廓术的抽样条件及结构条件。计算机模拟和实验验证了该结论。

针对单边带微波光传输应用要求，提出并研究了一种基于集成光波导微环谐振器与马赫曾德尔干涉仪相结合的可调谐微波光子滤波器。分析了滤波器结构参数，包括耦合系数κr、周损耗因子γ1、附加相移Δφ1等对滤波响应特性的影响。结果表明滤波曲线的矩形度和消光比存在相互制约的关系。基于聚合物液态聚倍半硅氧烷(PSQ-L)波导，设计出矩形度为0.8、消光比为32 dB的微波光子滤波器，通过电极热光调相该滤波器可以实现8~69 GHz范围内的可调谐射频单边带滤波功能。

大截面单模脊波导器件的几何结构满足单模条件并不意味着波导工作在最佳状态。漏泄模的干扰往往不容忽视。标量有限差分波束传输法(FDBPM)被用来计算具有不同几何尺寸的单模脊波导漏泄模的衰减度。当漏泄模衰减最大时，脊波导的几何尺寸最优。经过优化之后的脊波导，仍然满足单模条件，但漏泄模的衰减很大，对主模不构成干扰。对于一个脊宽固定为2 μm、脊高比率固定为0.45的典型单模波导，将脊波导总高作为可变参数，在总高为5.4~1.3 μm的范围内，计算不同波导尺寸下的漏泄模衰减度，计算表明，总高度2.25 μm是最佳波导尺寸。

研究了激光二极管端面抽运非平面环形腔(NPRO)激光器，获得了1.254 W的1064 nm单频可调谐激光输出，斜率效率为51.5%，在1 h测试时间内的功率稳定度为±0.8%。对输出激光的光束质量进行了测量，两方向的光束质量因子分别为M2x=1.16和M2y=1.05，采用拍频法测量表明激光线宽小于2 kHz。通过对激光晶体的温度控制实现了18 GHz的频率变化，在无跳模情况下，连续调谐系数约为-2.9 GHz/℃。通过光纤延迟自拍法对激光频率的短期稳定度进行了测试，获得激光器在100 ms积分时间内的频率稳定度为4.7×10-12。

采用柯林斯公式研究了一阶时空耦合高斯脉冲光束在自由空间的传输特性。推导出了输出面上光束的解析表达式。定义了等相位面旋转角度来衡量相位耦合的严重程度。分析了关联因子和等相位面旋转角度随传输距离的变化。数值模拟了一阶时空耦合高斯脉冲光束在自由空间传输时，空间频率域中脉冲光束强度分布和相位分布的演化情况。研究结果表明，一阶时空耦合高斯脉冲光束在自由空间传输一段距离后仍然是一阶时空耦合高斯脉冲光束；但其时空耦合程度、脉冲光束强度分布和相位分布都会随着传输距离而改变。

提出一种基于反馈光纤环（FFL）的窄线宽单纵模布里渊激光器（BFL），主腔是由光环形器构成的单通谐振腔，长度从传统单纵模BFL的10 m扩展并优化至50 m，FFL的光纤作为激光器主要增益介质，为了获得单模运行，则将其长度选为传统单纵模BFL的光纤长度10 m。通过理论分析，相对于传统的单纵模窄线宽BFL，基于FFL的BFL阈值和线宽都可以得到改善。实验中，与两组不同长度单模光纤进行对比分析，优化了基于FFL的BFL环长，同时将系统置于保温盒中，消除外界对系统的干扰，最终获得的阈值为99 mW，边模抑制比提高了45 dB，1 h内输出功率波动为0.8 dB的单纵模布里渊激光，利用延时干涉的方法，测得线宽约为3.23 kHz，与理论分析值相符。

利用数据空间中的奇异点可有效提升判别的准确性，关注于如何有效检测并选择奇异点，在独立子空间分析(ISA)中进行近邻传播(AP)聚类分析，形成一种无参密度估计下的新的奇异点检测方法，与支持向量机(SVM)的支持向量类似，得到新的核分类器用于分类任务。该方法可有效检测原始数据空间分布下的奇异点，实现样本选择，并可用于图像分类，图像检索等具体视觉任务。实验表明，图像奇异性检测的核方法，优于当前主流特征表示与学习方法，同时，也验证了奇异性图像检测过程可有效提升分类准确率的结论。

提出将高斯平滑后的数据项和非局部中值滤波相结合的光流算法，以实现降噪并提高光流估计的稳健性和精度。该方法的数据项使用稳健的L1范数，通过高斯滤波对数据项平滑处理，抑制噪声干扰，并借助原始-对偶算法改善变分光流的求解效率；为进一步提高光流场的估计精度，引入了非局部中值滤波的全局优化策略；为提高算法对较大位移量估计的适应性，运用了由粗到精的金字塔方法。采用Middlebury光流数据库图像和真实场景图像对改进的TV-L1光流估计算法进行了实验验证。结果表明，提出的改进变分光流算法具有较强的稳健性，其光流估计精度优于传统的TV-L1模型算法。

为了解决缺乏明显特征点给基础矩阵计算带来的难题，针对水平直线与垂直直线所特有的极几何关系，提出了一种可以联合这两种直线特征的基础矩阵计算方法。首先以相机方位元素、相对姿态为基础矩阵的参数化要素，构建基于水平直线与垂直直线的等量方程式，然后以特征直线作为RANSAC算法的内点筛选出特征点的最优子集，再结合M-estimators算法确定各个要素的权值，最后构建统一的平差模型进行计算。模拟数据与真实图像的对比实验结果表明，该方法切实可行，能够减少传统基础矩阵计算方法对特征点的依赖，特征直线的引入也能在一定程度上提高计算结果的精确度与稳定性。

为使掌脉识别系统在识别性能和识别时间上有一个较好的平衡，提出了一种基于灰度曲面匹配的快速手掌静脉识别算法。对手掌静脉图像提取感兴趣区域，将感兴趣区域等分为若干个子区域，计算每个子区域像素灰度平均值作为该子区域灰度值，以各子区域灰度值构建待匹配图像。匹配时对两个待匹配灰度曲面中的像素灰度做差，得到灰度差曲面，求出该灰度差曲面的方差，将此方差作为衡量两个掌脉特征曲面之间距离的依据，并据此判定两幅掌脉图像是否来自同一只手。应用自建掌脉图库进行实验分析，该算法选择子区域大小为8 pixel×8 pixel时的正确识别率达到97.94%，识别时间仅用0.163 ms。实验结果表明，与传统掌脉识别算法相比，该算法在识别性能和识别时间上有一个较好的平衡。

合成了一种新型有机无机接枝改性聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料，基于材料良好的热稳定性以及光学特性，研制出一种工作于可见光650 nm波段的全聚合物热光开关芯片。芯片设计采用倒脊型波导结构，可有效地实现红光信号的单模传输。在650 nm波长下应用塑料光纤对热光开关进行测试，得到平均开关时间约为600 μs，消光比为8.2 dB，驱动功率为22.6 mW。该器件可广泛用于高密度光集成系统，可见光通信及生化传感等领域。

研究了具有高发光量子效率的(Ba, Sr)3MgSi2O8:Eu2+, Mn2+同步发射红蓝双光的荧光材料的光强随温度的变化关系。该荧光材料的同步红蓝光发射光谱由峰值为430 nm的Eu2+的蓝光和660 nm的Mn2+的红光两部分构成，且与植物光合吸收光谱和光合有效光谱相匹配。在293 K~473 K温度范围内，红蓝光均出现了热猝灭，红光峰位随着温度的升高出现蓝移而蓝光的峰位保持不变，反映了Mn2+在基质中多格位占据和Eu2+-Mn2+之间的能量传递过程中电子与声子的相互作用本质。结果有助于加深对 (Ba, Sr)3MgSi2O8荧光材料Eu2+-Mn2+间能量传递机制和热稳定性的理解，对完善和发展生态照明荧光材料和器件具有参考价值。

采用渐变圆弓形散射元构建线性缺陷波导，并将其应用于光子晶体的慢光效应。在工作波长λ=1550 nm时，通过圆弓形散射元单列纵向渐变，获得群折射率在31.4~95.0，低色散(Δng<10%)带宽在3.7~11.8 nm，无量纲标量积ng×(Δλ)/λ在0.2268~0.2390，超低色散带宽(Δng<1%)在2.2~4.8 nm之间的慢光；通过三列圆弓形散射元纵向周期性渐变，获得群折射率在31.6~108.2，低色散(Δng<10%)带宽在4.0~13.0 nm，无量纲标量积ng×(Δλ)/λ在0.2650~0.2792，超低色散带宽(Δng<1%)在2.6~6.8 nm之间的慢光；通过圆弓形散射元横向渐变，获得群折射率在32.1~89.3，低色散带宽在2.9~9.3 nm，无量纲标量积ng×(Δλ)/λ在0.1670~0.1926，超低色散带宽在1.6~3.5 nm之间的慢光。可见，采用散射元纵向渐变和横向渐变，特别是纵向渐变，可以实现慢光效应，从而为慢光结构设计和应用提供了新的方向。

随着电荷耦合器件(CCD)的不断发展，时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)已成为高分辨率、大F数、轻小型空间相机器件的首选。但受到光学系统畸变的影响，在TDI-CCD积分成像过程中，将不可避免地存在像移，并最终导致成像模糊，使图像调制传递函数（MTF）下降。分析了光学系统畸变引起像移的原因，并给出受畸变影响产生的MTF下降系数fMT,D关于光学系统畸变的表达式。从光学系统设计角度研究了限制fMT,D的方法，给出了光学系统设计结果。设计了焦距f′=9000 mm，F数为13.33，成像谱段为400~700 nm的偏视场同轴四反射低畸变、大视场光学系统。设计结果表明，在使用视场角2ω=2°范围内，波像差优于λ/21，受畸变影响产生的fMT,D为0.969，证明该系统很好地抑制了光学系统畸变对积分成像的影响。研究可为高分辨率、宽视场、大F数的轻小型空间相机的设计提供参考。

从三级像差理论出发，推导了光阑设于次镜镜框的共轴四反射镜光学系统的单色像差系数的表达式，并给出了四反射镜光学系统的基本设计流程图。在此基础上，对光学系统进行视场离轴，设计出了视场角为20°×0.6°，焦距为1343 mm的视场离轴四反射镜光学系统。该光学系统无中心遮拦，结构紧凑，成像质量接近衍射极限，适用于空间遥感。

针对空间相机像差特点设计了校正低阶像差的9点促动变形反射镜，变形镜能够产生离焦、像散和彗差。对变形镜进行测试，结果表明变形镜在0.5 h间隔中的静态特性达到0.02λ（λ=632.8 nm），促动器控制面形的重复性精度达到0.01λ。采用4D干涉仪的Burst检测功能检测了变形镜的动态响应特性，其响应频率高于28Hz。应用变形镜为折叠镜，以空间相机为平台实验变形镜对离轴三反系统像差的校正。采用干涉仪和平面反射镜测量系统的波像差，采用系统像差响应构建变形镜响应函数，校正后系统波像差由0.122λ降低至0.0896λ，57.2 lp/mm空间频率处的系统传递函数由0.364提升至0.428。实验结果证明了变形镜能够有效地校正系统像差。

研究了平行取向向列相液晶缺陷多层介质膜一维光子晶体的透射谱特性。自然光垂直入射，光子禁带范围为518.5~582.0 nm，并且禁带中观察到成对出现的透射峰。偏振光垂直入射，当偏振方向分别与液晶盒摩擦方向垂直、平行时，成对透射峰中的一个消失。而当入射光偏振方向与摩擦方向成45°时，光子禁带中仍出现了成对透射峰。由于液晶层具有折射率各向异性，光波存在两种本征模式（e模式和o模式）。入射光偏振方向与摩擦方向平行时为e模式，与摩擦方向垂直时为o模式，与摩擦方向成45°时两种模式共存。

将经球磨处理的鳞片石墨作为前驱体采用氧化还原法制备石墨烯纳米片（GNs），考察晶体结构变化。将GNs作为催化材料应用于染料敏化太阳电池（DSCs），探讨GNs对电极经热处理对器件光电性能的影响。结果表明，采用球磨对鳞片石墨进行预处理，能改进GNs的晶体结构，即厚度减薄、晶面间距d(002)增大。晶体结构改进后的GNs具有更高的催化活性和更强的氧化还原对扩散能力，相应地，DSCs的转换效率得到大幅度的提升。GNs对电极经热处理，能进一步提高对电极的催化活性以及氧化还原对扩散能力，最终促使器件的转换效率从1.17%增加到1.54%，增幅达到31.3%。

为了验证相位恢复波前传感器的性能，搭建了相位恢复传感器和Zygo干涉仪对不同波前畸变进行比较测量的实验平台。采用液晶空间光调制器产生的单项像差来验证相位恢复传感器对各种像差的检测能力，把相位恢复测量结果与高精度的Zygo干涉仪测量结果进行比较分析，结果表明在面形误差分布及误差的峰谷(PV)值和均方根(RMS)值上，两者具有一致性，对于波前RMS的测量精度达到3λ/1000左右，这说明相位恢复测量方法的可行性和准确性。

合成孔径激光成像雷达（SAIL）中的散斑效应严重影响成像质量。建立了远距离SAIL系统下激光散斑理论模型，分析了产生时空散斑效应的原因并推导了时空散斑效应的数学表达式。给出了由单个目标分辨单元粗糙表面引起的光学天线接收面上的散斑花样，通过具体实例分析了散斑的统计性质。模拟结果表明，散斑平均宽度与合成孔径中的光学足趾尺度相当；一次脉冲啁啾时间内散斑花样在距离向移动的距离等于散斑的平均宽度。通过大口径SAIL演示样机实验，验证了时空散斑效应的距离向波长特性，从而直接认识了SAIL中的散斑效应。模拟结果为实际SAIL系统中利用多口径接收装置抑制散斑效应提供了一定的参考。

因散射体运动而随时间变化的散斑现象称为动态散斑。研究了激光入射光束与圆锥体旋转中心线垂直情况下的动态散斑空间时间相关函数，并简化出归一化时间相关函数，表明动态散斑的统计特性与旋转速度、曲率半径、表面微观结构和光学几何结构有关。测量了圆锥体在不同旋转速度下的动态散斑统计特性图像。数值计算聚四氟乙烯和硬铝两种材料的圆锥体在不同速度下的归一化时间相关函数，表明速度越快，其归一化时间相关函数下降得越快，在相同速度下硬铝材料的归一化时间相关函数比聚四氟乙烯材料下降得要快。实验结果与理论推导比较相符。

由于中阶梯光栅光谱仪采用交叉色散的结构，在像面上呈现二维重叠光谱，光谱信息难以直接获取，所以使得光学系统设计与光谱信息处理较为繁琐。建立了一种基于边界限制的中阶梯光栅光谱仪快速设计与二维谱图的分析算法。讨论了中阶梯光栅光谱仪各性能参数的相互制约关系，建立了系统指标、结构参数与二维谱图的计算模型。该算法能够根据给定的系统指标快速计算出系统参数，根据系统参数构建二维谱图模型，并根据谱图模型评估结果对参数进行修正，提供中阶梯光栅光谱仪的快速设计与谱图分析方法。利用该数学模型设计了一台波段范围为200~900 nm，在200 nm处的分辨率为25000的中阶梯光栅光谱仪，经初步测试，仪器满足系统指标要求。

为了系统地研究Eu原子的自电离光谱并讨论其多种不同的光谱特性，采用三步孤立实激发技术，分步将Eu原子从基态经中间态（4f76s6p6P5/2或 4f76s6p8P5/2）共振激发到4f76sns(n=7和8)或4f76s7d Rydberg态，然后将其进一步激发至4f76p1/2ns及4f76p1/27d自电离态。不仅观察到了4f76p1/2ns（n=7和8）和 4f76p1/2nd自电离Rydberg系列间的组态相互作用，而且还识别出了混合于4f76p1/2ns自电离光谱中的属于其他系列的复杂结构，并对其光谱特征进行了详细分析和讨论。另外，报道了相关自电离态的能级位置、线宽和线形等重要信息，讨论了孤立实激发技术的适用条件。

为了获得高信噪比的电磁感应透明(EIT)谱线，对铯原子6S1/2-6P1/2-8S1/2阶梯型能级系统的EIT谱进行了研究。探测光的频率锁定于基态到中间态的超精细跃迁线上，控制光在中间态到激发态超精细跃迁线之间扫描，得到的EIT谱具有平坦的背景，提高了光谱的信噪比。阶梯型能级系统中光谱信号强度不仅与控制光束和探测光束的传播方向有关，而且与控制光功率有关。最终，获得了高信噪比的EIT谱线。

氢化非晶硅 (a-SiH) 薄膜在微电子和光电子工业中有着重要的应用，而椭偏分析技术是一种重要的薄膜表征手段。利用椭偏测量技术并采用Tauc-Lorentz(TL)模型和Forouhi-Bloomer(FB)模型，从不同角度对比研究了a-SiH薄膜的结构和光学特性。分析结果表明，用两种不同模型得到的a-SiH薄膜厚度、粗糙层厚度以及光学常数并不一致，由TL模型得到的薄膜厚度更接近扫描电镜 (SEM) 测量的结果，粗糙层厚度更接近原子力显微镜(AFM)测量结果对应的经验值。结合已发表的文献，分析发现膜厚差异主要来自于模型对薄膜光学参数的不同描述，而光学参数的差异是由于模型推导过程中的不同假设和数学处理产生的。

离子束溅射（IBS）与电子束蒸发（EBE）是常用的SiO2薄膜制备方法。基于椭圆偏振法和全光谱拟合法，研究了离子束溅射和电子束蒸发两种工艺方法制备的SiO2薄膜的可见光与红外波段光学常数色散特性。在可见光波段的色散，SiO2薄膜的折射率均高于块体材料；在红外波段的色散，通过对特征吸收峰分析确定了SiO2薄膜的化学缺陷。研究结果表明：IBS SiO2薄膜的化学缺陷少于EBE SiO2薄膜，仅存在少量的H2O分子和Si-OH化学键，在EBE SiO2薄膜中，除这两种缺陷外还包含大量的Si-H化学键缺陷，说明EBE SiO2薄膜中的化学反应缺陷多于IBS SiO2薄膜，从而证明采用IBS工艺可有效控制SiO2薄膜的化学缺陷。

利用飞秒抽运探测透射技术，研究了室温下 CdSeS半导体量子点激发态载流子的弛豫过程与抽运光能量密度和光子能量的关系。实验结果表明，CdSeS量子点激发态载流子的弛豫有3个过程：1) 约为10 ps的一个快速弛豫过程，此过程随着抽运光能量密度的不断增加而逐渐变慢，与光子能量没有明显的依赖关系，认为此过程是由载流子和光学声子的散射引起的；2) 约为100 ps的一个弛豫过程，此过程与抽运光能量密度及光子能量都没有明显的依赖关系，认为此过程是光激发载流子被缺陷态捕获而形成的限域载流子的弛豫过程；3) 一个纳秒量级的带带跃迁的弛豫过程。零延迟时间下的透射变化量随着抽运光能量密度的增大而增大，当抽运光能量密度增大到一定程度时，零延迟下的透射变化量逐渐趋于饱和。

第三代同步辐射为X射线成像提供了一个单色、能量可调谐的高亮度光源。对于由低Z材料组成的样品来说，相比于传统成像方法，X射线光栅微分相位成像可以实现更高的相位衬度灵敏度，与计算机层析(CT)技术相结合还可以实现三维高密度分辨成像和折射率的测量。在上海光源X射线成像及生物医学应用线站，成功搭建了一套X射线光栅成像系统。基于此成像系统，利用同一套扫描数据可重构出吸收、相位和散射三种衬度信息；对于标准聚合物样品，系统可以高精度定量测量样品的折射率信息。测试结果表明，建成的X射线光栅成像系统可以实现低Z材料和生物医学样品的多衬度成像，有望在生物医学、聚合物材料等领域的无损、高衬度及定量成像研究中发挥重要作用。

报道了国内首块用于极紫外投影光刻系统的6 inch(1 inch=2.54 cm)标准极紫外光刻掩模。论述了32 nm节点6 inch标准极紫外光刻掩模的设计方案，及掩模衬底、反射层、吸收层材料的工艺特性研究，对缺陷控制及提高掩模效率的方法进行了分析。运用时域有限差分法对掩模的光学特性进行了仿真，根据仿真结果确定合适的Cr吸收层厚度。运用电子束光刻技术进行了掩模的图形生成，针对其中的电子束光刻临近效应进行了蒙特卡罗理论分析，用高密度等离子体刻蚀进行了图形转移，所制造的掩模图形特征尺寸小于100 nm，特征尺寸控制精度优于20 nm，满足技术设计要求。