分析了2011年1月13日至17日超声气温时间序列数据，不仅采用结构函数和谱分析方法得到了Kolmogorov结构常数C2n，而且提出了非Kolmogorov湍流特征参数测量方法，获得了非Kolmogorov谱幂率α、广义折射率结构常数2n以及等效折射率结构常数2n等测量结果。结论如下：1）实验期间一维温度谱幂率在-1.9<－α1<－1.5范围内的频数为77.9%，弱湍流时谱幂率与Kolmogorov-5/3谱相比偏平；2）单点温度结构函数法和单点温度频谱法测量C2n差别不大；3) C2n和2n量级和变化趋势基本一致，差别主要体现在弱湍流时C2n比2n小，往往发生在谱幂率偏平的时段；4) 2n与2n量级和变化趋势基本一致，差别主要体现在2n有一些起伏，且与给定波长λ和传输路径长度L的选取有关。

激光束经过大数值孔径透镜聚焦后，可以得到一个亚波长大小的聚焦光斑，能够用于显微技术、光刻和数据存储。通过实验的方法，研究了强聚焦的涡旋光与非涡旋光经过散射介质的透射率，并分析聚焦透镜数值孔径和涡旋光拓扑荷数对聚焦光透过散射介质能力的影响。实验结果显示：在相同的实验条件下，涡旋光的透射能力比非涡旋光更强；拓扑荷数越大，聚焦光透射能力越强；数值孔径越大，聚焦光的透射能力越强。

通过对紫外可见光分光光度计的光源偏振性进行系统测量，并开展了光源偏振性对水体黄色物质和颗粒物光谱吸收系数测量影响的实验研究，结果表明，紫外可见光分光光度计光源具有显著的偏振性，但分光光度计光源偏振对水体黄色物质光谱吸收系数测量的影响可忽略不计，对水体颗粒物光谱吸收系数测量的影响也较小。

采用基于逐次散射法的矢量辐射传输模型，通过求解矢量辐射传输方程，分析了影响海面上空气溶胶光学参数反演的主要因素。根据海洋大气气溶胶模型，通过构建多参数的反射率和偏振反射率查找表，给出了用于海上气溶胶光学参数反演的查找表迭代查找法。利用自主研制的多角度航空偏振相机在渤海湾上空航拍的偏振辐射数据，反演获得了该海域550 nm波段的气溶胶光学厚度和ngstrm波长指数，其均值分别为0.441和1.15。通过与布置在京津塘周边的多个地基CE318太阳辐射计同步观测数据进行的对比校验发现，两者间具有很好的一致性，说明反演方法针对海天背景的实际问题的考虑和处理过程切实可行。

基于严格的耦合波分析方法（RCWA）和等效媒质理论（EMT）研究了布儒斯特角入射时TM偏振光的导模共振特性以及不同结构参数对无标记光学检测灵敏度的影响。分析了三种不同膜层结构对检测灵敏度的影响，通过RCWA计算发现单层光栅在实验入射媒质范围内，折射率每改变0.1，共振角度位置平均变化5.1°，双层膜和三层膜光栅结构对应的共振角度位置平均变化3.6°和4.2°，均表现出了较高的检测灵敏度。在单层光栅结构中，随着光栅调制率由0.4525减弱至0.1441，折射率每改变0.1，角度变化率分别为4.48°和4.95°，检测灵敏度增加。

通过电弧放电在光子晶体光纤(PCF)中产生空气孔塌缩来刻入长周期光栅(LPG)。在此基础上进一步分析其周期长度、周期个数、环境折射率和温度对该光栅传输特性的影响。研究结果表明，该方法制备的光栅的传输特性随周期长度和周期个数有规律地变化，并测得其环境折射率灵敏度系数和温度灵敏度系数分别为 420 nm/RIU(RIU表示折射率单位)和7.86 pm/℃。由此可见，这种光栅具有对环境折射率的变化敏感而对温度的变化较不敏感的特性，因而在减少交叉敏感的光纤传感器件方面有广泛的应用前景。

空间激光到单模光纤（SMF）耦合技术是自由空间激光通信中的关键技术之一。在Matlab环境下仿真分析了单项波前像差和大气湍流像差对空间光到SMF耦合效率的影响，研究了随机并行梯度下降（SPGD）算法校正大气湍流中整体倾斜像差的迭代过程及对耦合效率的影响。仿真结果表明，SMF耦合效率随单项波前像差均方根（RMS）增加而降低，校正大气湍流中整体倾斜像差后，SMF耦合效率都有提高；当D/r0较小时，大气湍流像差中影响SMF耦合效率的主要像差为倾斜像差。搭建了基于SPGD算法的闭环控制系统，利用自适应光纤耦合器（AFC）校正模拟湍流倾斜像差后，SMF平均耦合效率从30.07%提升到了61.72%；耦合效率的均方误差（MSE）从7.28%降低到2.16%。

光子时间拉伸模数转换(PTS-ADC)系统利用光纤中的色散效应对被采样模拟信号进行时间拉伸和带宽压缩，可大幅提高电模数转换器(ADC)的采样率和带宽。现有的PTS-ADC系统需要很长的色散光纤作为传输介质，它所带来的损耗限制了系统信噪比(SNR)和有效比特位(ENOB)。虽可通过提高光脉冲功率来改善系统的SNR，但色散光纤中的非线性效应利用了信噪比的提升。从理论推导、数值仿真和实验验证三个方面综合分析了非线性效应对PTS-ADC系统性能的影响，包括系统功率传输函数、载波与谐波功率比（CIR）。结果表明：第一段色散光纤中的非线性效应不会使得被采样模拟信号失真，相反地会提高系统带宽和CIR；而第二段色散光纤中的非线性效应则会恶化系统性能，应予以避免。

基于保偏光纤的琼斯矩阵，建立了保偏光纤线圈的Faraday非互易相移模型，利用该模型进行计算发现：线圈保偏光纤的慢轴与快轴的Faraday非互易相移大小近似相等，但符号相反。并进一步提出了偏振环行干涉型保偏光纤陀螺(PCPM-IFOG)，它能使顺时针(CW)和逆时针(CCW)光在保偏光纤线圈中沿慢和快轴分别传输一次，因此顺时针和逆时针光总的Faraday非互易相移等于0，实现了Faraday非互易相移的完全抑制。500 m保偏光纤线圈的偏振环行干涉型保偏光纤陀螺的实验结果显示其输出与地球磁场无关，而对于相同传感线圈的干涉型保偏光纤陀螺，当磁场方角发生变化时，陀螺有约± 0.3°/h的Faraday零偏漂移。

针对菲涅耳域双随机相位编码提出的一种改进图像加密系统。该系统通过预先将原图像编码为相位信息克服了原算法对第一块相位模板和第一次衍射距离不敏感的缺陷。在双随机相位编码模块后基于复值图像振幅及相位替代的再次加密，使得加密图像像素值分布更为均匀。另外，改进算法引入三种不同的混沌系统来生成所需要的随机模板，借助于混沌系统的非线性性、初值敏感性，加密系统在减小密钥体积的同时增大了密钥空间、增加了系统的复杂性。仿真实验对算法进行了有效性分析、统计分析以及密钥敏感性测试，结果表明改进的算法有效提升了原算法的安全性。

超分辨率数字全息记录系统可以突破系统分辨极限，提高系统分辨率。设计不同形式的超分辨率记录系统用CCD记录高频物光信息是目前一个活跃的研究领域。基于取样定理及衍射的角谱理论对超分辨率离轴数字全息记录系统的设计进行研究，研究表明，无论选择何种设计方案，超分辨率系统所形成的等效CCD的面阵尺寸存在一个优化值，当实际设计尺寸大于优化值时并不能进一步提高分辨率，使用优化值设计的记录系统最紧凑。基于研究结果，导出优化设计超分辨率离轴数字全息系统的方法，以分辨率测试板为物体，使用数字全息再现光场复振幅叠加的方法，给出不同等效CCD尺寸时的重建像。实验结果证明了理论分析的正确性及可行性。

摆扫式相机在扫描成像过程中，必须保证扫描机构与像面探测器之间摆扫运动的同步性，如果二者之间出现角度偏差或速度偏差，就会引起像旋转现象，使图像模糊，造成图像质量的下降。以全景式时间延迟积分(TDI)CCD摆扫航空相机为例，利用坐标变换方法建立了像旋分析的数学模型，分析了位置同步误差与速度同步误差对成像质量的影响，提出了基于干扰观测器的同步补偿方法，保证了两个机构之间位置及速度的同步性，实现了调速控制器与同步控制器的独立设计，有利于实际应用。通过实验室静态分辨率成像实验及对外成像实验，对理论分析结果进行验证。实验结果表明基于本方法的位置及速度同步误差分别小于0.0043°、0.0695°/s，均满足补偿精度要求，在成像过程中图像的旋转及失真现象得到了明显的抑制，图像质量获得了大幅提高。

鬼成像提供了一种运用常规手段难以获得清晰图像的方法，能够解决一些常规成像技术不易解决的问题，是近些年来量子光学领域的前沿和热点之一。提出了一种基于少量数据预处理的差值筛选鬼成像恢复重建方法。该方法利用闲置光路测得的强度值和桶探测器测得的强度值的差值作为筛选门限，并且只选取少量差值进行预处理而无需对所有差值求平均得到筛选门限。将该方法应用于高阶鬼成像方案，分析高阶差值筛选鬼成像方案的可见度、峰值信噪比和阶数N的关系。研究结果表明，该方案可获得与对应鬼成像性能相当的成像质量，但重建时间明显少于对应鬼成像方案。随着阶数N的增加，成像可见度得到提高；当N足够大时理论上可见度可以接近1。同时可见度的增加将以峰值信噪比为代价，当阶数N由2阶增加到9阶时,图像的峰值信噪比下降了26.3%。

像平面式干涉成像光谱仪的光程差(OPD)线性度与光谱及图像重建精度直接相关。分析了光程差产生原理，通过分别对单个像面的正离焦及负离焦部分光程差进行讨论，给出了像平面式干涉结构在单侧及双侧离焦模式下的光程差表达式，并对两者在不同波长满足奈奎斯特条件时的光程差及其非线性残差进行仿真，并通过实验验证。仿真结果表明：系统在两种工作模式下的光程差非线性残差均随像面夹角增加而增大，单侧离焦模式零级点两侧光程差不对称，且负离焦部分残差较小；双侧离焦模式零级点两侧光程差对称，但非线性残差大于前者。实验结果表明，当工作波长较短时（如紫外），单侧离焦模式负离焦部分在实际应用中可认为满足光程差线性分布关系。

频谱编码成像技术是一种利用光栅在横向位置编码的新型生物组织成像技术。该技术采用一个光栅和一个聚焦透镜在样品上产生光谱编码线，无需额外扫描便可得到一条线的图像，跟频域干涉技术相结合，再加上慢速的线扫描便可获得三维图像，在内窥成像上具有很大的实用价值。在分析频谱编码成像技术基本原理的基础上，推导了主要的性能参数。通过对分辨率测试靶进行成像，验证分析影响横向分辨率的因素。结果表明，编码线方向的分辨率与入射光斑直径成反比，与焦距成正比；垂直于编码线方向分辨率要弱于编码线方向的分辨率。最后对洋葱样品进行成像，验证了频谱编码成像技术的可行性。

提出了一种基于斯托克斯(Stokes)参量测量的偏振共焦显微成像新方法。以斯托克斯参量、偏振度、相位差、方位角和椭率角等偏振参量作为成像物理量，通过系统集成方法将斯托克斯参量测量系统整合到共焦显微成像系统，通过共焦显微成像系统的显微物镜将激光聚焦到样品表面，而带有样品偏振信息的反射光进入斯托克斯参量测量系统进行偏振测量，把从斯托克斯参量测量系统中出射的4个斯托克斯光分别聚焦到4个点探测器进行光电探测，实现斯托克斯参量的共焦探测，同时获得同一物点的4个斯托克斯参量以及偏振度、相位差、方位角和椭率角等偏振参量。对样品进行二维扫描，获得不同物点的4个斯托克斯参量及其相关的偏振参量，利用计算机软件进行图像重建，从而获得样品的斯托克斯参量及其相关偏振参量的共焦显微图像。

为了对由飞船振动引起的空间相机像移随时间变化规律进行分析，在NASA对Landsat-4卫星平台振动在轨测试结果的基础之上，提出了连续谱及各级非严格整数倍频谐波线性相加的焦面干扰力功率谱模型，推导出了相应的焦面干扰力时域模型，依据刚体运动学原理，建立了连续谱分量和各级非严格整数倍频谐波的线性相加的空间相机焦面像移模型。实验证明了由飞船振动引起的像移模型的正确性。

针对非均匀复杂偏振光束难以用一种偏振状态描述的现象，提出了一种点对点的偏振光检测方法，该方法能够同时检测光束横向切面内所有点的偏振态，为非均匀偏振光描述提供足够的信息，解决了柱状矢量偏振光光束的质量检测问题。运用这种方法，对已知偏振光束进行验证检验取得了良好的效果，证明了该方法可以作为一种可靠、稳定的方法用对柱状矢量偏振光检测与评价。另外，一些描述柱状矢量偏振光均匀性的参数被重新定义，为柱状偏振光的质量描述提供了量化指标。

为了对地面目标的辐亮度系数进行测量，研制了一套包含紫外、可见光和近红外三个波段的光学成像系统，用积分球对其辐亮度响应进行标定，得到辐亮度与图像灰度值和探测器积分时间的拟合方程。提出了一种地面目标辐亮度系数测量方法，采用两块不同辐亮度系数的漫反射板作为参照物，建立辐亮度方程组，最终求解得到的目标辐亮度系数表达式中将不含气象参数项。利用研制的三波段光学成像系统，对绿草地的辐亮度系数进行测量，使用辐亮度系数分别为0.99、0.50、0.20、0.10的四块漫反射板，测得草地的紫外、可见光和近红外波段的辐亮度系数分别为0.070、0.184和0.429。

亚表面缺陷的检测和去除对于提高光学元件的激光损伤阈值至关重要。结合全内反射显微技术和数字图像处理技术获得光学元件亚表面缺陷信息的新方法，利用显微镜系统的有限焦深，对亚表面缺陷沿深度方向扫描，可以获得不同离焦量下的散射图像，通过数字图像处理技术，建立缺陷散射图像清晰度评价值与离焦量的关系，通过清晰度曲线得到亚表面缺陷的深度位置及深度尺寸。模拟全内反射显微平台的成像过程，讨论微调焦过程中全内反射显微成像的特点。缺陷深度位置及深度尺寸的测量精度主要由载物台精密调焦机构的精度以及显微镜的焦深决定，一般可达微米量级。利用飞秒激光加工技术制备尺寸和位置已知的微结构，使用该方法准确获得了微结构信息，验证了该方法的有效性。

结合李萨如图像扫描和微机电系统(MEMS)二维谐振式扫描镜，提出一种新颖的投影显示方法。相比于传统的投影显示技术，该技术具有控制简单、能耗低、体积小及重量轻等优点。首先阐述了该投影显示技术中像素的定义与划分，然后从理论上分析了刷新率、分辨率和谐振频率之间的关系，以及选择谐振频率的约束条件，最后通过Matlab软件进行仿真验证，并使用研制出的扫描镜样件搭建了投影显示样机，成功投影出分辨率为260×180的图像，从而验证谐振频率选择约束的有效性以及该投影显示方法的可行性，为实际工程应用奠定基础。

叠栅条纹相位差测量是光栅位移测量中的关键技术，在两块光栅相对运动过程中，叠栅条纹信号的频率会因光栅夹角误差的存在而发生偏移，采用传统多相位快速傅里叶变换(MPFFT)算法计算任意时刻叠栅条纹相位值会产生测量误差，导致相位差测量不准确。为了减少频偏所产生的相位测量误差，提出了一种校正MPFFT相位测量算法，推导出了基于相位差校正法的MPFFT谱校正模型。仿真结果表明，在无噪声情况下，当光栅夹角误差为0.1°时，信号的最大频率偏移量约为4.19 kHz，传统MPFFT相位测量误差大于100°，经相位校正后，相位测量误差小于0.2°，相位差测量误差小于0.004°；在高斯噪声和谐波干扰情况下，相位差测量误差小于0.2°，当取栅距为20 μm时，相位差测量误差所产生的位移测量误差小于0.0111 μm，为光栅位移纳米级测量提供了参考。

非球面的非零位检测较其零位检测而言具有更强的通用性，但非零位检测偏离了零位条件，所产生的回程误差给被测非球面的面形重构带来一定困难。针对非球面非零位检测中回程误差的校正与面形重构问题，提出了基于检测系统理论建模的非球面面形逆向求解技术。该方法对实际检测系统进行理论建模，设置被测面面形为变量，以实际检测到的波前作为目标函数，通过拟合优化得到的结果进而重构出被测面面形。对逆向优化重构技术进行了仿真验证、实际检测和误差分析，实际测量口径为101.0 mm的凹抛物面反射镜，检测结果与标准零位法测得结果一致，峰谷值和均方根值误差分别优于λ/20和λ/50。

滤波是干涉图像处理中的关键问题之一。为解决加窗傅里叶滤波在干涉条纹处理中运行时间长的问题，采用了快速傅里叶变换算法用以减少计算时间。通过加窗傅里叶变换，克服了傅里叶变换在干涉图相位局部信息不能提取的缺点，提出了一种快速加窗傅里叶滤波方法，实现了干涉条纹的快速滤波。在保证滤波效果的同时，缩短了计算时间，大大提高了干涉条纹处理速度，从根本上解决了加窗傅里叶滤波耗时长的问题，使得加窗傅里叶滤波方法应用于散斑在线检测成为了可能。实验验证了本方法的快速性、有效性和可靠性。

根据朗伯比尔定律，利用吸收光谱法，测量了CdSe/ZnS（核/壳）量子点紫外固化胶溶液在0.073~0.367 mg·mL-1掺杂浓度、450~850 nm波长范围内的吸收系数，得到了吸收系数关于浓度、波长的经验公式。测量了在不同掺杂浓度下量子点溶液的折射率随波长的变化，得到了折射率关于浓度、波长的经验公式。估算了纯量子点的折射率，并与CdSe和ZnS块材料折射率作对比。由实验结果得到吸收系数直接关联于折射率的变化，给出了相应的物理解释。对比经典散射理论谐振子模型的吸收系数和实验结果，得到了CdSe/ZnS量子点的谐振频率和阻尼系数等参量。

为准确估计捷联导引头视线角速率，建立了捷联式光学图像导引头数学模型，根据弹目运动相对关系进行视线角速率估计算法研究。定义了估计算法所需坐标系并建立了导引头与陀螺数学模型；根据弹目相对运动学及姿态关系建立视线角速率估计非线性状态方程；针对滤波精度与实时性应用的问题，提出无迹Kalman滤波(UKF)方法估计视线角速率，并建立半物理实验系统进行算法验证，实验结果表明：视线角及视线角速率的最大估计误差分别为0.37°与0.68°/s，估计精度分别为0.1008°与0.2116°/s；数字信号处理器(DSP)中算法运行时间约为3.8 ms，视线角速率估计算法同时能满足制导系统对精度与实时性的要求。基于UKF的视线角速率估计算法为捷联式光学图像导引头的工程应用提供理论依据。

采用正弦相位调制技术与时域解调相位方法相结合，提高激光自混合干涉仪在大量程位移测量中实时测量的准确度和速度。通过在激光器外腔中放置的电光晶体调制器对光束进行正弦相位调制，采用时域解调相位方法解调干涉信号相位。同时满足了大量程位移测量过程中的速度要求以及实现干涉仪位移测量的实时性。实验上，用PI公司高分辨率的商用电动位移平台标定的结果验证了该正弦相位调制激光自混合干涉仪在百毫米级大尺度位移测量中可达到小于0.5 μm的位移测量误差。对干涉仪在实时位移测量中的影响测量速度的因素进行了分析，得出了本干涉仪的测速上限。

针对水下双目图像匹配时不再满足空气中极线约束条件以及归一化互相关(NCC)算法处理水下图像计算量大等问题，提出了一种基于最佳搜索域的水下图像区域匹配算法。对双目摄像机进行标定得到相关参数，并获取参考图和待匹配图；运用曲线极线约束计算出与空气中极线的最大偏离值，确定最佳搜索域；用NCC进行匹配，将原来的线性搜索改为在最佳搜索域中进行多行搜索，提高匹配精度；并应用盒滤波技术加速，提高匹配速度。实验结果表明，该算法达到了尺度不变特征变换(SIFT)算法的匹配精度，可以应用在整幅图中进行稠密匹配，且运算速度比原有NCC匹配算法大大提高，成功将区域匹配算法应用于水下环境中。

红外光学玻璃是很多重要军、民用系统的关键窗口材料之一，但其高性能化、大尺寸化制备面临重要挑战。针对氟化物玻璃易挥发、抗析晶性能较差等特点，通过向含TeO2的氟铝酸盐玻璃中引入碱土金属氧化物BaO，显著降低了玻璃在熔制中的挥发，同时提高了玻璃的热稳定性。通过Raman光谱的分析，发现BaO的增加抑制了富TeO2玻璃分相，有利于碲酸盐玻璃与氟铝酸盐玻璃之间的融合，促进了玻璃网络结构的稳定。所得的氧氟化物红外光学玻璃有优异的红外透射性能，和氟化钙晶体性能对比，显示出低成本优势和更强的环境适应性。

生物发光断层成像(BLT)是一种非常有效的光学分子成像方式，在医学预临床研究中的有着广泛的研究。然而，BLT的核心问题即光源重建仍然存在着巨大的挑战：光在生物组织中的传输模型是否精确与重建问题不适定性都使得光源位置与密度的重建变得十分困难。为了准确高效地实现光源重建，在光传输模型的选择上，通过将扩散近似模型和高阶简化球谐近似模型（SPN）的结果与蒙特卡罗金标准进行比较，结果表明阶次（N）为3时的SP3模型描述光子在生物体的传输时能够最佳地兼顾精度和速度。基于SP3传输模型，结合光源在生物体内稀疏分布的特征，采用变量分离近似稀疏重构（SpaRSA）的方法来解决BLT的重建问题。为了验证提出方法的有效性，通过将数字鼠仿真和真实小鼠实验与典型的l1_ls方法对比表明在SP3模型下SpaRSA算法可行。

针对投影光刻物镜苛刻的像质要求，将计算机辅助装调(CAA)技术引入投影光刻物镜的装调过程中，建立了相应的数学模型。选取33个视场Fringe Zernike多项式的4~37项，以及畸变作为校正对象，并选取19个结构参量作为补偿器。通过将CODE V的宏功能和Matlab结合，采集灵敏度矩阵和像质数据。提出用奇异值分解求加权最小二乘解的方法计算补偿量，通过权重因子实现对不同视场上不同Zernike项系数或畸变的改进。将补偿后光刻物镜的性能和理想光刻物镜对比，发现相比于设计镜头，装调后镜头的平均波前均方根(RMS)大约差0.004λ，平均畸变大约差1 nm，该方法可以将系统波像差和畸变恢复到接近设计水平。

针对目前低成本、小型化、长焦距非制冷热成像系统要求光学系统具有成像质量高、相对孔径大、结构尺寸小、温度适应性广的特点，在对多种实现超紧凑型光学系统结构的分析比较基础上，选用折反式结构，设计了一种大相对孔径超紧凑型红外光学系统。该光学系统的相对孔径达到了1/0.89，远射比达到了0.67。结合该光学系统的结构特点，仅使用Ge材料即实现了-40 ℃～60 ℃温度范围内的被动无热化设计。采用杂散光分析软件对系统进行了杂散光分析，提出了合理的杂散光抑制措施。设计分析结果表明：该光学系统在工作温度范围内像质优良（其在不同环境温度下的调制传递函数均接近衍射限）、体积结构紧凑，杂散光可控，可满足小型化、长焦距非制冷热成像系统的使用需求。

针对同轴三反式空间光学遥感器对大口径主反射镜组件的高刚度、高强度、高热稳定性等特殊要求，提出一种基于Cartwheel型双轴柔铰的三点柔性支撑结构。首先利用无量纲方法研究了单个柔性支撑的柔度特性，然后利用有限元方法对反射镜组件的静力学、动力学与热特性进行灵敏度分析，确定了支撑结构中柔性环节的几何尺寸参数，并进行了有限元数值仿真。最后，利用面形值为λ/40均方根(RMS)的非球面镜进行了反射镜组件面形检测实验并利用等效球面镜组件进行了动力学实验。仿真与实验结果表明：当柔性环节尺寸为：壁厚t=8 mm，直梁高度h=4 mm，直梁长度L=8 mm时，在正交三向自重与15 ℃稳态温升作用下，反射镜面形精度RMS小于12 nm；反射镜组件一阶固有频率实验值为296 Hz，与仿真结果相差6%，能够满足使用要求。

无光焦度校正板在光学像差校正中具有重要的作用。为校正大口径离轴抛物面的轴外像差，根据离轴抛物面式平行光管的设计特点，提出了一种用偏置于离轴抛物面镜之后的无光焦度校正板以校正其轴外像差的新结构。根据三级像差理论，分析并进一步推导了大口径离轴抛物面的单色像差分布系数，推导出偏置无光焦度校正板与离轴抛物面的空间几何关系，得出了计算偏置无光焦度校正板初始结构的方法。经过实例验证，由此方法计算出的初始结构参数正确，可有效提高优化设计的效率，同时，此结构能够以相对较小的口径校正离轴抛物面的轴外像差。

研究了一种适用于无导光板侧入掠射式发光二极管(LED)平板灯的双面三棱柱阵列微结构扩散板。通过菲涅耳公式理论分析了双面三棱柱阵列增透原理，利用光线追迹软件TracePro模拟仿真了三棱柱阵列深宽比和三棱柱底边宽度对扩散板透射率的影响。模拟结果表明，入射面的透射率随深宽比的增大而增大，对于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)光学材料，当深宽比为0.5左右时透射率达到最大，并不再随深宽比增大而改变。出射面三棱柱阵列微结构深宽比在0.5附近由于两次全内反射导致透射率出现一个下降区域，而三棱柱阵列间距对扩散板的透射率影响很小，结果表明优化后的三棱柱微结构阵列扩散板对掠射光线的透射率可达93%。

叠层结构是提高硅基薄膜电池效率和稳定性的有效方法，然而子电池电流不匹配使其效率的提升受到限制。为了提高叠层电池的子电池电流匹配度，需选择合适的中间层材料。通过硅基薄膜叠层电池的中间层的光学设计和理论计算，获得了材料折射率与厚度的匹配关系：中间层材料折射率n选取范围为1.59~3.1，中间层厚度d的制备范围为125/n~175/n nm，最佳厚度d为150/n nm。最优中间层材料的折射率和厚度应为：n约为1.59，d约为94.3 nm，采用这一条件可最大限度地提高硅基薄膜叠层电池的子电池电流匹配度。从叠层电池中间层的光学特性方面入手为实验研究提供了设计指导。

提出了一种基于多级微反射镜的静态化新型红外傅里叶变换成像光谱仪结构。系统不含狭缝和可动部件，因此光通量大、结构稳定。介绍了该成像光谱仪的工作原理和光程差的产生方式。根据系统原理对后置成像光学系统进行了分析与设计。结果表明:在-20 ℃~60 ℃的温度范围内,系统成像质量良好。全视场传递函数在CCD奈奎斯特频率17 lp/mm处大于0.6。系统的均方根(RMS)最大光斑直径小于12 μm，系统单个像元能量集中度大于80%，冷光阑匹配效率接近100%。以RMS光斑直径变化为标准，计算了系统的公差灵敏度矩阵，计算结果表明,后置成像系统0视场光斑尺寸小于16 μm的可能性为97.7%。

相位型液晶空间光调制技术已经广泛应用于自适应光学、信息光学等领域，然而一直存在着响应速度较低的问题。为了提高相位型液晶空间光调制器的响应速度，采用聚合物网络液晶制备近红外波段亚毫秒响应相位调制器，并对其光散射特性和瞬态响应特性进行了研究。通过降低聚合反应温度并提高紫外(UV)固化照度，可以降低器件的光散射强度，实现较好的相位调制。在此基础上，初步研究了聚合物网络形貌对最大光散射强度的影响。在高电压加载下，聚合物网络的电致伸缩效应会极大降低聚合物网络液晶的响应速度，使其达到秒级，经分析认为通过采用高介电各向异性的液晶材料可以降低阈值电压，提高器件的响应速度。

使用同步移相干涉仪重建波前相位时，需要对移相干涉图进行准确的位置配准和目标区域确定以保证重建精度和相位解缠绕算法的成功实施。提出一种基于统计分析方法的圆形域同步移相干涉图位置配准技术，对一组包含不同相位分布的干涉图按照对应像素位置进行方差分布函数计算；利用最大组间方差法完成阈值分割，从而分离出干涉图像的背景与目标区域，通过梯度运算检测出目标区域的轮廓；利用改进Hough变换算法估计出各个轮廓的绝对位置和半径参数。数值仿真结果表明，当轮廓半径大于64 pixel时，该方法的配准精度可以达到0.5 pixel。通过建立自参考同步移相干涉仪对该方法的可靠性与实用性进行实验验证。

在理论上研究了电磁感应透明（EIT）介质的高阶非线性特性。引入一种区别于迭代法的新方法，该方法基于暗共振的分布情况，得到跃迁密度矩阵元的全解，在此基础上得到原子体系对探针光的各阶响应。研究结果表明，线性（一阶）极化率表现破坏性相干，非线性(三阶)极化率表现建设性相干；在各向同性介质中偶数阶次的非线性响应消失。进一步研究发现，五阶极化率和线性极化率一样呈现破坏性相干。研究结果为探索光波在EIT介质传输过程中高阶非线性对光波演化的影响提供了理论依据。该方法为研究高阶非线性效应提供了一种新的理论途径。

主要介绍了量子光源，尤其是指示单光子源在量子密钥分配(QKD)中的应用，提出了一种新的基于指示单光子源的不依赖于测量装置的量子密钥分配(MDI-QKD)方案。与现有的其他方案，如弱相干态方案相比，该方案具有安全性好，密钥提取率与安全传输距离都显著提高等优点。因而，该方案在未来的量子密钥分配实用化进程中具有广阔的发展前景。

基于一次谐波腔长锁定技术，设计了一种基于法布里珀罗(F-P)腔干涉的强度解调型微位移传感器。系统对F-P腔的初始腔长进行动态锁定，通过将F-P腔腔长的微小变化转化为强度信号，实现直接快速地对待测目标的微位移进行测量。详细地阐述了位移传感器的理论模型及一次谐波锁定F-P腔腔长的技术方案，实验中采用商用的高精度压电陶瓷平移台(PZT)模拟了实际物体的运动状态，实验结果表明，该系统对峰峰值在λ/4(λ为光波波长)以内、频率不高于400 Hz的微位移有很好的测量结果，频率误差小于0.5 Hz，测量精度小于1 nm。

多光谱遥感器在轨运行期间，受化学分子污染、发射振动、宇宙辐射等因素的影响，其光谱响应特性会发生变化，使目标物理量的测量值产生偏差，且不能用辐射定标进行校正，影响数据产品序列的一致性。提出了一种基于光谱靶标的光谱响应退化特性在轨评估方法，通过建立响应函数退化模型，并利用光谱靶标反射率在检测波段内呈非线性变化的特性来实现对光谱响应函数退化情况的定量化评估。模拟仿真与外场实验结果初步验证了本文方法的有效性，该方法在提高辐射定标精度和优化遥感器设计等方面有重要意义。

为检测SJ-9A卫星PMS相机在轨辐射特性，获取准确的PMS相机绝对辐射定标系数，提出了基于均匀目标的GF-1 WFV与SJ-9A PMS交叉定标方法。介绍交叉定标原理和均匀目标样区的概况，并对比两个遥感器的波段设置和光谱响应差异。基于敦煌辐射校正场均匀目标历史数据和2013年8月2日GF-1WFV与SJ-9A PMS同时观测图像，实现了WFV与PMS的交叉定标。讨论了GF-1WFV与PMS相机交叉定标的影响因素及其不确定度。结果表明：利用GF-1WFV相机对SJ-9A PMS相机进行交叉定标是可行的；以敦煌场区GF-1 WFV观测数据为参考，获取的SJ-9A PMS相机交叉定标结果不确定度小于5.24%。该成果可用于SJ-9A卫星在轨性能评估和后续数据定量化应用，并为我国自主卫星遥感器间的交叉定标提供借鉴。

提出了一种合成孔径激光成像雷达（SAIL）光学成像处理器的原理方案，基于侧视/直视SAIL单点目标回波收集方程，对此光学处理器的数据加载时空坐标转换、成像分辨率、成像处理能力等方面进行了理论分析，并进行了实验验证，给出了SAIL大口径验证样机获得的目标回波数据的成像结果。此SAIL光学处理器结构简单、紧凑、功耗低，且具有实时、实地处理SAIL回波信号的能力，在未来机载、星载SAIL系统中有广泛的应用前景。

拉曼谱峰识别是拉曼光谱定性分析中的关键技术之一。针对现有方法的自动化程度不高、识别率低的问题，提出了一种新的基于多尺度局部信噪比(MLSNR)的拉曼谱峰识别算法。算法通过多尺度二阶差分运算，得到光谱的差分系数，再将差分系数除以估计出的噪声标准差，获得光谱的MLSNR矩阵，通过寻找MLSNR矩阵中的局部极大值形成的脊线来识别拉曼谱峰。算法采用自动阈值估计法去除噪声引起的局部极大值的干扰，可实现谱峰的自动化识别，不需设置任何参数。仿真实验结果表明：无论对单峰还是重叠峰，当拉曼谱峰信噪比大于等于6时MLSNR的谱峰识别准确率均高达100%，即使对处于检测限的单峰，仍有95%以上的识别准确率。MLSNR是一种切实可行的拉曼谱峰识别方法。

采用1064 nm的激光对炉渣样品进行烧蚀，分析了影响炉渣中信号稳定性的一些因素。激光能量在小范围波动（±2%）对信号的稳定性影响很小，参考激光能量和光谱信号强度无明显关系。当激光频率降低至4 Hz以下时，信号的相对标准偏差下降至10%左右。当激光聚焦位置位于样品表面下3 mm时信号强度和稳定性最优。熔渣样品信号的稳定性高于粉渣样品，不同渣系的炉渣的稳定性也不相同。对于原子线，不同点烧蚀的稳定性远远优于单点烧蚀稳定性，而对于离子谱线，两种不同的烧蚀稳定性差别不大。

纳米球刻蚀技术和磁控溅射方法在普通玻璃衬底上制备有序氧化锌(ZnO) 纳米阵列。利用扫描电子显微镜对样品表面形貌进行了观测，并对样品进行荧光(PL)光谱测试。结果表明，相比于普通ZnO薄膜，ZnO纳米阵列的有序结构可以提高在紫外区域的发光性能，减少蓝绿光的发射缺陷。研究了不同ZnO纳米阵列粒径大小和不同ZnO纳米阵列的厚度对其光学性质的影响。溅射时间30 min的有序ZnO纳米阵列样品的质量和结晶状态较好，随着聚苯乙烯(PS)纳米球粒径的减小，样品吸收峰和荧光光谱均发生“蓝移”。

以CdS、CdCl2混合物为薄膜材料运用电子束蒸发法，制备了不同比例的CdS掺Cl-薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）、四探针测试仪和紫外可见光光谱仪，对所制备薄膜的结构、光学及光电导性能进行了测试。结果表明：采用此方法制备的CdS薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜，且具有垂直于基底c轴的（002）晶面优势取向。Cl-掺杂摩尔分数为0.1%时可提高薄膜的结晶性且掺杂浓度变化对光能隙的影响很小，仅变化0.07 eV；其中亮方块电阻最小值为100 Ω/□，光敏性达到了2.9×105。说明经过Cl-的掺杂处理可以明显改善CdS薄膜结晶质量和光学及光电导性能。

对印刷清晰度视觉感知质量的检测算法及其评价模型进行了研究。通过对印刷清晰度影响因素的分析，设计了一个含倾斜刃边的印刷清晰度测试靶标，提出了一种优化的基于截断频带的印刷清晰度质量指标检测算法；对26个具有不同清晰度效果的数字印刷品开展了清晰度的客观测量和主观评价，基于主客观数据耦合构建了一种新的印刷清晰度感知质量评价模型。另抽取20个数字印刷品进行验证，对印刷清晰度感知质量的预测得分与主观评价得分的相关性进行了分析，结果显示两者间具有很好的一致性,相关系数达到0.9916,说明印刷清晰度感知质量的定量测评方法可行、有效，可解决印刷业长期以来只能依靠人眼进行主观目测评价印刷清晰度的问题。

为了分析不同分光光度计测量光柱镭射纸颜色的精度，选用X-Rite 7000A积分球式、X-Rite MA68Ⅱ多角度、X-Rite Spectro Eye45/0三种不同测量条件的仪器分别对光柱镭射纸的光柱方向和垂直光柱方向进行测量，比较不同仪器测量结果的稳定性和可靠性。数据分析表明，在X-Rite 7000A的大孔径和包含镜面反射光的测量模式下，光柱镭射纸不同位置的光谱均方差较小，沿着光柱方向的色度值变化不大，而垂直于光柱方向的色度值满足线性变化的关系，并且在同一位置测试纸张旋转 180°测量所得的色度值基本相同。通过分析垂直于光柱方向不同位置的色度值，提出了一种推算光栅条纹相对刻划方向的方法。