针对多方位/多波段临边紫外成像仪的结构特点及辐射定标的难点，提出了一种分割仪器视场定标再整合定标数据的方式。通过比较仪器全视场与分割视场照明条件下探测器相同像素点输出值的大小，得出各视场之间的相互影响量基本在仪器自身的测量重复性误差1%之内，从而证明了分割视场定标方式的可行性。对临边紫外成像仪分割视场定标结果显示，紫外290、310、355 nm三个波段的合成标准不确定度分别为3.93%、3.90%、3.84%，符合目前遥感仪器紫外波段辐射定标不确定度3%~5%的范围。临边紫外成像仪分割视场定标方式的成功实施为解决超大视场以及更加复杂的遥感仪器辐射定标提供了新的指导。

基于波前梯度的二阶矩和修正后的远场强度分布近似呈线性关系，设计了一种基于模型的无波前探测自适应光学系统快速闭环控制算法。使用61单元变形镜、CCD成像器件等建立了自适应光学系统仿真平台，并以不同湍流强度下的波前像差作为校正对象，分析了这种基于模型的无波前探测自适应光学系统的收敛速度、校正能力及对不同像差的适应性。结果表明，基于模型的无波前探测自适应光学系统在快速收敛的同时，能够获得接近波前校正器件的理想校正能力。N阶模式像差校正时，系统只需要进行N+1次远场光斑的测量。和现有的各种无波前探测自适应光学系统控制算法相比较，基于模型的无波前探测自适应光学系统所需的测量次数大大减少。

研究了高光谱分辨率激光雷达（HSRL）中光谱滤光器透射率参数对其反演大气气溶胶光学属性精度的影响。建立了一种基于普通三通道HSRL配置的、与光谱透射率参数有关的反演误差理论分析模型，并通过蒙特卡罗(MC)算法仿真验证了该误差分析理论模型的正确性。理论模型及MC仿真结果表明，滤光器的分子信号透射率和谱分离比（SDR）越大，HSRL系统反演精度越高，并且SDR主导低海拔区域的反演精度，而分子信号透射率对高海拔区域的反演影响更明显。此结论适用于大多数具有类似的多信号通道结构的HSRL，对HSRL滤光器的选型和设计具有一定的指导意义。

差分像移激光雷达可以测量随距离分布的大气湍流廓线。在结合测量原理和定性分析的基础上，经过严格的数学推导得到了差分像移激光雷达测量湍流的误差公式，提供了定量分析和改进系统性能的基础：在系统参数确定后，通过合理分配探测点间距以及每个探测点的探测时间可以达到最好的测量效果。根据模拟分析的结果，测量误差主要来源于光斑质心计算误差和有限样本引起的统计误差。近距离测量时，由于接收到的光子信号很强，光斑质心计算误差的影响很小，此时样本统计误差起主导作用；随着距离的增加，光斑质心计算误差的影响越来越大。

CO2作为影响气候变化最重要的温室气体，其反演精度达到1%是气候研究的基本要求。在反演中解决大气散射的影响，是提高CO2反演精度的关键问题之一。温室气体观测卫星为了实现高光谱分辨率，其光谱带宽通常较窄。高光谱分辨率对CO2浓度变化敏感，而窄带宽在采用传统差分吸收光谱(DOAS)法以快慢变分离的方式处理散射时难以保证反演精度。针对我国高光谱卫星CO2反演算法的开发需求，从光程的角度研究了散射对CO2反演的影响，并与传统DOAS方法在沙漠和草地两种区域进行了对比。结果显示相对于传统DOAS方法，该方法在沙漠和草地区域的应用均使CO2的反演精度得到提高，达到或接近1%的精度需求，反演结果的相关性和数据离散度也得到改善，这表明该方法能有效降低大气散射对CO2反演的影响。

针对大气二氧化碳高精度反演对卫星载荷测量技术的极高要求，通过与传统的色散型和干涉型光谱测量技术的比较，介绍了一种新型的超光谱测量技术即空间外差光谱技术。依据航天条件下的载荷技术需求，较详细地介绍了探测原理和仪器结构，展示了这种技术获取超光谱分辨率和高信噪比数据的能力，以及小体积、轻质量和低功率等在航天环境下的重要技术优势。在此基础上，利用本所自主研制的原理样机进行了大气二氧化碳探测实验，结果表明其观测数据精度能够良好地应用于二氧化碳反演，其探测结果与日本碳嗅卫星(GOSAT)观测结果相一致，说明空间外差技术具有应用于卫星对地探测大气二氧化碳的能力。

基于远紫外（FUV）成像光谱仪对所用光子计数成像探测器高计数率、高空间分辨率的要求，研制出使用感应电荷位置灵敏阳极的FUV波段二维光子计数成像探测器原理样机，该探测器主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板（MCP）堆、楔条形（WSA）感应位敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。感应电荷WSA阳极探测器的分辨率主要由前端模拟电路的信噪比决定，而信噪比与整形放大器的整形时间有关，整形时间越长，信噪比越高，模拟电路的输出计数率越低。测量了整形时间分别为0.25、0.5、1、2、4 μs条件下探测器的分辨率及计数率，测量结果表明探测器的分辨率为3~9 lp/mm，最高计数率为11~105 kcounts/s，只有0.5 μs整形时间放大器能满足FUV成像光谱仪对分辨率和最高计数率的要求。

为了拓宽软X射线平场全息凹面光栅的工作波段, 提出了并联平场全息凹面光栅的优化设计方法。利用遗传算法, 将两块工作波段不同的平场光栅设计在同一基底上。两块平场光栅的工作波段分别为2~5 nm 和5~30 nm, 两者使用结构完全相同。应用光线追迹的方法, 研究了并联平场光栅的分辨特性, 其分辨率与现有商用平场光栅的分辨率相当。基于光程函数理论, 给出了并联平场光栅的制作光路, 理论设计值和光路优化值的线密度偏差在±1 line/mm以内。 数值模拟结果显示, 并联平场光栅既拓宽了工作波段, 又保证了分辨率与现有平场光栅分辨率相当, 其设计适用于记录更宽波段的软X射线光谱。

为了研究基片位置对激光会聚铬原子沉积的影响，基于原子的粒子运动，采用数值计算对基片切割会聚激光场不同部位时高斯激光驻波场光学势阱、原子运动轨迹和沉积条纹进行了仿真。研究结果充分显示了基片位置对上述三方面的影响。虽然基片会对激光产生衍射，但是无论衍射存在与否，沉积条纹半峰全宽的最小值和中心峰值的最大值都出现在基片表面和激光中轴线重合的位置。此时，衍射将使条纹中心峰值降为非衍射时的0.96倍，同时，半峰全宽增加至非衍射时的1.03倍。另外，仿真结果显示，不管是否考虑衍射，垂直于激光中轴线方向(y方向)上沉积条纹的中心峰值随y值的增加呈现单调减小的趋势，而条纹半峰全宽随y值的增加呈现单调递增的趋势。

提出了波分复用(WDM)网络中基于优先级策略的资源预约机制，旨在解决WDM网络中多任务请求同时到达的资源预约问题。该算法不仅提出双向资源预约机制，提高资源预约效率；而且，提出基于马尔可夫预约模型来计算各个任务请求的最小使用波长概率，确定各任务请求的可用资源因子；最后，结合任务请求本身特性提出总负荷因子，采用串行与并行相结合的方式，设定多任务请求资源预约优先级与波长选择模型。通过分析与仿真验证表明，相较传统预约算法，该算法对于多任务请求的资源预约效率与资源利用率的提高有很好的效果。

提出了一种利用电光调制器的非线性效应实现光电振荡器倍频输出的方法，通过在光电振荡环路中引入微波分频器，使得利用低频率的电光调制器有可能产生高频率的微波倍频信号输出，从而降低了振荡频率对调制器工作频率的要求。理论和实验研究表明，在微波信号输入功率较低时，调制器将引入较大的附加噪声，会严重恶化光电振荡器输出的倍频微波信号的相位噪声。通过在振荡反馈环路中增加一个微波放大器，减小附加噪声，能够极大地改善倍频信号的相位噪声。当环路光纤为1 km时，产生的9 GHz倍频信号相位噪声在10 kHz频率偏移时达到-104 dBc/Hz，比典型光电振荡环路恶化了6 dB，同时，保持了较高的输出功率。实验结果与理论分析基本一致，证明了该倍频输出光电振荡器的可行性。

研究了一种基于双相位调制器（PM）结构的光电振荡器（OEO）。利用OEO提取的电时钟对外加的连续光进行相位调制，再经过光带通滤波器（OBPF）进行偏移滤波，产生了脉宽为7.6 ps的光脉冲。随后进入由相位调制器和单模光纤（SMF）组成的脉冲压缩器进行脉冲压缩，从而得到脉宽很窄的光帧时钟。实验中，成功实现了从4×25 Gbit/s信号中同时提取出25 GHz的光时钟和电时钟。光时钟的脉冲宽度为3.1 ps，占空比为7.75%，时间抖动为135 fs（100 Hz~10 MHz）。电时钟载噪比为61.7 dB，时间抖动为118 fs（100 Hz~10 MHz）。

提出了一种基于Sagnac干涉仪的保偏光子晶体光纤(PM-PCF)氢气传感器，建立了传感模型并进行了实验研究和验证。采用对靶磁控溅射技术将钯银(Pd/Ag)合金快速均匀地沉积在保偏光子晶体光纤侧面，并利用Pd吸收氢气后的形变调制保偏光子晶体光纤的双折射，通过测量Sagnac干涉仪输出光谱峰值的变化实现氢气浓度的测量。实验结果表明该传感器可检测的氢气浓度范围为0%~4%，且具有良好的重复性。室温下对低浓度氢气具有较高的灵敏度，氢气浓度由0%变化到1%时的波长偏移量达1.307 nm。采用双折射温度不敏感的保偏光子晶体光纤，可很好地抑制外界温度变化对传感器的干扰。

在多通道光纤布拉格光栅（FBG）滤波器的设计中，通道数目的增加会导致最大折射率调制深度的成倍增长，从而造成物理上的不可实现。为此，提出一种基于粒子群算法(PSO)与直接设计方法相结合的多通道FBG滤波器设计方法。该方法以最小化最大折射率调制深度为优化目标，在目标反射谱中引入一组群时延参数，为每个通道分配合适的群时延参数，建立群时延参数的优化模型。通过粒子群算法计算得到各通道群时延参数的优化分配值，提升折射率调制深度的均匀化分布程度，促使最大折射率调制深度降低到物理可实现的范围内。仿真实验结果表明设计的40通道数、106通道数的两种FBG滤波器的反射谱均匀性好，最大折射率调制深度均降到0.001以下。

提出了一种基于混沌光纤激光器的准分布式布拉格光纤光栅传感系统，将波长可调谐的混沌光纤激光器作为传感光源，全同弱反射布拉格光纤光栅作为传感元件。利用混沌光源具有delta函数的自相关特性，将混沌源的参考光信号与从全同弱反射布拉格光纤光栅反射的光信号经光电探测器进行光电转换，结合相关法对参考光和反射光进行相关运算，根据相关峰的位置对传感器位置进行精确定位。利用混沌激光的可调谐性实现因应力作用而发生变化的全同弱反射光纤光栅的中心波长的解调，从而实现准分布式的传感网络。实验结果表明利用混沌激光可在单路光纤上复用全同弱反射光纤光栅实现传感，并有望实现密集型全同弱反射光纤光栅传感网络。

自动聚焦是数字全息技术中实现自动重建的关键技术之一，而自动聚焦的关键是寻找性能可靠的聚焦评价函数。通过对现有聚焦评价函数的深入研究分析，及对图像清晰度相关理论的学习，面向海洋生物全息图提出了一种新的聚焦评价函数，该聚焦评价函数的依据是局部标准差分布能够反映图像细节信息的特性及标准差自身具有较高稳健性的特征，以标准差作为离散程度度量，将全息图重建像细节的离散程度作为其清晰度指标，并将清晰度最大值对应的重建距离作为最佳重建距离，以此完成自动聚焦。实验结果表明：与其他聚焦评价函数相比，该方法具有较好的单峰性、较高的灵敏度和信噪比(SNR)及较好的无偏性等性能，且对于海洋生物全息图具有较强的实用性和通用性。因此，该方法可以满足海洋生物全息图自动重建的需求。

为对飞秒级超快过程进行可调曝光间隔的实时探测，需要获得共线传输的飞秒级脉冲间隔可调的子脉冲串。提出一种基于双折射原理的脉冲间隔连续可调的楔形晶体分束方法，该方法具有子脉冲能量均等、相似度高、分束结构简单紧凑且容易嵌入到光学系统中的优点。数学上推导了子脉冲脉冲间隔与晶体尺寸、结构角及移动距离的精确表达式。在晶体尺寸和结构角确定之后，子脉冲脉冲间隔随晶体移动距离呈线性变化关系。理论分析了误差项和色散等因素对分束结果造成的影响。模拟计算和干涉实验结果验证了基于双折射原理的脉冲间隔连续可调的晶体分束方法的可行性，为实现飞秒级脉冲间隔的多脉冲分束提供了借鉴。

针对现有光场采集方式中存在的：相机阵列采集方式的硬件成本高，体积庞大；单相机分时采集光场局限采集静态光场；积分成像光场采集得到的光场空间分辨率低等问题。研究了一种基于掩膜(mask)的光场采集与重建方法。建立了光场采集模型，分析了光场在傅里叶域的成像过程；采用了随机衰减掩膜mask对光场信号进行随机编码，得到了被编码的传感器图像；离线学习了过完备光场字典，结合压缩感知理论对编码的传感器图像进行了非线性优化，重新恢复了原始的光场。

实现有效的图像去模糊对提高基于球面光学的计算成像系统性能具有极为重要的意义。分析了球面光学系统中的成像模糊模型，并介绍了基于维纳去卷积的图像去模糊算法。针对基于维纳去卷积的图像去模糊需要准确地估计模糊图像信噪比的问题，提出了一种新的基于图像去噪的图像信噪比自适应估计算法。分别使用Zemax光学仿真软件获得的图像和研制的基于球面光学的计算成像系统原理样机获得的图像开展实验研究，结果表明提出的算法能准确地估计出模糊图像的噪声方差和信噪比，利用估计得到的信噪比，使用维纳去卷积能得到比较理想的图像去模糊结果。因此，结合提出的方法，基于球面光学的计算成像系统能得到清晰的高分辨率图像。

提出了一种基于迭代振幅相位恢复算法和非线性双随机相位编码的图像加密方法。该方法利用两个公开密钥和一幅“假图像”在非线性双随机相位加密系统中生成密文，接着利用迭代非线性双随机相位编码生成两个私有密钥。待加密图像和密文作为迭代加密方法中的两个限定值。解密过程则可以在经典的基于4f系统的线性的光学双随机相位编码系统中完成。该加密方法具有迭代收敛速度快、安全性高的优点。迭代该图像加密方法能够抵御最近提出的基于改进的振幅相位恢复算法的攻击。理论分析和仿真实验都证明了此方法的有效性和可靠性。

分析了实际光纤布拉格光栅(FBG)反射谱的特性，建立了FBG反射峰超高斯模型。将图像处理技术用于FBG寻峰，提出了一种基于Steger图像算法的FBG寻峰技术，并给出了非对称光谱中心波长修正公式及峰值亚步长修正公式。Steger寻峰算法兼具滤波和寻峰功能，具有较强的抗噪能力，能克服步长限制，有效消除非对称光谱的干扰。通过理论仿真及实际寻峰研究，对比了该算法与不同寻峰算法在不同采样步长、噪声大小、光谱非对称性下的峰值检测精度。结果表明，该方法较质心法、高斯拟合法具有显著优势。

非均匀照明导致的热像差是光刻机投影物镜工作过程中成像性能劣化的主要因素，对其补偿是必要的。针对物镜热像差的补偿问题，提出了分区式加热补偿镜的方案，利用玻璃材料折射率随温度变化的特点，采用电薄膜加热器在镜片的周围加热，从而产生可控的波前变化以补偿物镜由照明引起的热像差。建立了补偿方案的理论模型，并以一片平板透镜为对象开展了实验验证，实验结果表明，补偿前后镜片的波前由12.52 nm[均方根(RMS)]变化至2.95 nm(RMS)，表明该补偿方案是可行、有效的。

极紫外光刻投影系统中高反膜厚度一般约300 nm，远大于13.5 nm的工作波长，光能并不能完全穿透膜层入射到基底，从而引入数倍于波长的额外光程差，降低系统成像质量。从能量调制的角度提出了一种基于能量守恒定律的多层膜等效工作界面模型，将光学薄膜中复杂的物理光学过程等效地转换为简单直观的几何光学过程，获取可被常用光学设计软件识别的数据，进而实现对有膜光学系统的分析。利用该模型对不同系统进行了分析优化，获得了一套可实现衍射受限成像的有膜系统方案，证明了基于能量守恒的等效工作界面的有效性，指导后续系统的装调，为多次反射系统的分析提供了一种方法。

针对现有点衍射三维坐标测量系统中的坐标高精度解调问题，提出了一种基于Levenbery-Marquardt (L-M)算法的点衍射干涉测量方法。基于L-M算法的点衍射测量技术是以点衍射干涉理论为基础，在实现干涉场相位分布信息解调的基础上运用基于L-M算法的二重迭代算法重构出点衍射源的三维坐标。为验证所提出测量方法的可行性，同时进行了计算机仿真和测量实验，并与三坐标测量机的测量结果进行了对比。结果表明：该测量方法可在xyz三维方向上100 mm×100 mm×300 mm空间范围内实现优于微米量级的测量精度。该测量方法具有不依赖算法迭代初值、测量精度高、运算速度快、抗噪声能力强等诸多优点，在三维坐标测量及测量系统的校准中具有较好的实用性。

为实现光电经纬仪等靶场光测姿态测量设备测量精度的室内测试和评价，介绍了光电经纬仪对空间轴对称目标的姿态交会测量的原理。利用检测架、平行光管、目标轮廓靶及光源室内模拟不同姿态角的无穷远目标。建立了利用目标特征点的方位角、俯仰角计算目标姿态角的精确数学模型。用高精度经纬仪对目标上的多个特征点进行测量，用最小二乘法按该数学模型对目标姿态进行拟合，得到模拟目标的姿态，经验证该方法的标定精度可达0.05 °。以该标定结果为模拟目标姿态的真值，光电经纬仪对同一模拟目标姿态进行动态测量，将测量结果与真值进行比较，可确定光电经纬仪的姿态测量精度。

提出了一种新型的非零位环形子孔径拼接干涉检测技术（NASSI）用以检测深度非球面面形误差。该方法结合了传统非零位干涉检测法与环形子孔径拼接法，采用部分零位镜替代了标准环形子孔径拼接干涉仪中的透射球面镜，产生非球面波前用以匹配被测面不同子孔径区域。该非球面波前比球面波前更加接近被测面的名义面形，使所需的子孔径数目大大减少。一方面增大了环带宽度和重叠区，提高了拼接精度；另一方面减少了各种误差累积次数。同时，配合基于系统建模的理论波前方法分别校正各个子孔径的回程误差，进一步提高了检测精度。对非球面度为25 μm的高次非球面的计算机仿真检测结果表明该方法具有很高的理论精度。针对口径101 mm的抛物面进行了实验检测，多次实验结果均与Zygo VerifireTMAsphere干涉仪检测结果一致，峰谷(PV)值误差优于λ/20，均方根(RMS)值误差优于λ/100，表明了NASSI方法的高精度与高重复性。

点衍射干涉仪中小孔对准误差是影响衍射参考波面质量最主要的误差源。基于瑞利索末菲矢量衍射理论，建立了非傍轴高斯光束经小孔衍射的严格数学描述，对不同对准误差下的小孔衍射波面误差进行了分析，在分析中特别考虑了会聚光斑大小的影响。研究表明：小孔对准误差的引入使得衍射波面偏差迅速增大，且衍射波面偏差随对准误差的增大呈线性增长；相同对准误差下，衍射波面偏差随会聚光斑半径的增大而减小，要获得同等衍射波面偏差，允许的对准误差随会聚光斑的增大呈近同倍数增长。给出了0.5~3 μm小孔在不同会聚光斑直径和小孔对准误差下的衍射波面误差分布数据，研究结果可为点衍射干涉仪中会聚透镜的选取、小孔对准精度要求的确定以及小孔衍射波面误差的估计提供重要参考数据。

激光陀螺设计时均采用光强控制系统和程长控制系统。依据控制系统理论，建立了棱镜式激光陀螺光强控制系统传递函数。用实验测试的方法建立了环形激光器在光强控制系统中的等效数学模型，通过理论分析和Matlab仿真，能够准确评估激光陀螺光强控制系统的性能，为系统设计提供了理论依据，提高了陀螺性能和调试效率。

在全正色散(ANDi)系统中，报道了最高为21阶的被动谐波锁模(HML)掺Yb光纤激光器。利用级联长周期光纤光栅(C-LPFG)作为全光纤结构的光谱滤波器，以非线性偏振演化(NPE)效应作为锁模机理，得到了重复频率可调谐的被动谐波锁模掺Yb激光输出，实现输出脉冲重复频率1.544~32.42 MHz的可调谐。并进一步论证了谐波阶次的提高不仅与抽运功率有关，而且与光纤的长度有关。

提出了一种精确评估光学薄膜损伤阈值的方法。放大的自发辐射（ASE）光源由于时间相干性和空间相干性较差，所以在近场区域光场强度分布均匀，聚焦后远场也没有被非均匀调制。采用ASE光束作为光学元件损伤阈值测试的辐照光源，可以提高辐照光源的均匀度，实现对光学薄膜损伤阈值的精确评估。ASE光源由神光II高功率激光装置的一级钕玻璃棒状放大器输出，脉宽经过光电开关调制后为9 ns，能量输出在几毫焦耳到几十焦耳范围内可调节，光谱半峰全宽（FWHM）为1 nm。根据标准ISO-11254，实验获得ASE测试TiO2高反膜的损伤阈值为15.1 J/cm2，高于激光测试样品的损伤阈值7.4 J/cm2（脉宽为9 ns时），更准确地评估了样品的损伤阈值。

报道了基于空心光子晶体光纤中氢气分子振动受激拉曼散射(SRS)的单程高增益1.9 μm光纤气体激光器。用一个线偏振1064 nm 亚纳秒脉冲微芯激光器抽运一段长6.5 m、充高压氢气的低损耗负曲率空心光纤，实现了到氢气分子一级振动斯托克斯波1907 nm的有效转换。气压为2.3 MPa时最大能量转换效率大于27%，相应的量子转换效率大于48%，激光平均功率约为10 mW，峰值功率大于2000 W。为实现高功率、窄线宽、大范围调谐的紧凑型中红外光纤激光器提供了一条潜在的有效途径。

移动视觉测量中大量非编码点粘贴在被测物表面。由于图像点在不同站位图像中形状相似，因此无法提供足够多的信息来对其进行分类识别，匹配不同图像间的非编码点是移动视觉测量中的一项重要任务。大量研究证明，极线匹配方法是实现图像点匹配的有效方法。然而移动视觉测量的相机是未经过标定的，在利用极线匹配方法时，图像畸变会使基本矩阵求解精度较低，从而导致大量误匹配情况出现。为了解决该问题，提出一种基于空间交会的非编码点匹配方法。该方法通过不同图像间编码点的自动匹配，结合平差优化算法初步获取各站位的内外参数。然后利用这些参数将二维图像点重投影成对应的三维空间直线，在空间中利用直线间的交会关系确定图像匹配点。大量实验证明，该方法可以比极线匹配方法寻找更多的匹配点，更适合用于移动视觉测量。

对于实际的大口径高功率激光器而言，I/II类角度失谐三倍频系统的谐波转换规律常常偏离理想情况。为了研究其实际的谐波转换规律，以便于指导实际情况的晶体调试，研究了各种非理想条件下，比如1 ns高斯脉冲，不同波面半径和晶体损耗对三倍频谐波转换的影响。研究结果表明：高斯形脉冲的三倍频外效率绝对值比平顶脉冲降低了10%；为了追求最高三倍频外效率，由于受1 ns高斯脉冲和三倍频晶体损耗的影响，二倍频晶体的最佳内失谐角是160 μrad而非220 μrad，二倍频内部效率最佳平均值并非为67%，而是在60%~63%左右为最佳，并且晶体损耗越高，二倍频内部效率的最佳平均值越低；功率密度越高，波面半径和发散角对谐波转换的影响越大。

从描述强非局域介质中光束传输的非线性薛定谔方程出发，研究了(2+1)维双曲余弦高斯光束在强非局域介质中的传输性质及其相互作用，给出了双曲余弦高斯光束在强非局域非线性介质中传输的解析表达式和二阶矩束宽的解析表达式，同时对两束双曲余弦高斯光束之间的相互作用进行了解析和数值分析。结果表明单光束入射强非局域介质时，存在一个临界功率，当入射功率等于临界功率时，光束在传输过程中的二阶矩束宽可以保持不变；当入射功率不等于临界功率时，光束的二阶矩束宽呈周期性变化。两束双曲余弦高斯光束共同传输时会相互吸引，并且横向强度分布变的较为复杂，给出了两束光传输时相互作用后的强度分布和轴上光强演化等结果。

光刻投影物镜小比例模型光学系统镜片数量较多，用每个补偿量去补偿对应失调量的传统装调方法对其不适用。利用灵敏度矩阵，并对其进行奇异值分解，对分解后的失调量向量的数值与符号进行分析，确定各失调量之间的相关性，提出了系统补偿量的选择方法，该方法仅需要分析少量向量即能选择补偿量的最佳组合。编写宏模块进行大量仿真计算，验证了补偿量敏感度与相关性分析的正确性。物镜系统初装完成后，对系统进行了仿真预装调，以确保补偿方案的可行性。实验结果表明，补偿后系统波像差均方根(RMS)值由70 nm降低到29.6 nm，优于技术指标要求，证明了提出的补偿量选择方法的正确性和有效性。

为满足天文望远系统大F数、长焦距、轻小型化、高成像质量、高消杂光比等要求，采用库克离轴三反消像散（TMA）光学结构形式，设计了参数为焦距f′=24 m，F数16，视场1.6°×1°的离轴望远系统。设计了系统的外遮光罩及其挡光环，并对系统内部的杂光陷阱结构进行优化。利用杂光分析软件对系统的点源透射率（PST）进行仿真计算，结合正向追迹和反向追迹两种方法寻找关键面与关键路径，反复迭代优化改进相应光机结构。设计及仿真结果表明，系统各视场光学传递函数均接近衍射极限，视场外规避角40°时，PST小于10-11，满足空间天文望远系统对成像质量和杂光抑制的要求。

对于梯度变化较大的光学自由曲面，采用模式化方法对光学面整体重构，其重构精度受到限制，无法满足要求，而且曲面局部特性无法精确表征。针对以上问题提出了基于Zernike多项式和径向基函数的自由曲面重构方法，提高自由曲面的重构精度。将整个自由曲面分解为多个圆形子区域，在各个圆形子域中采用Zernike多项式作为基函数进行曲面局部拟合，然后利用径向基函数形成整个自由曲面。通过数值实验对5种不同类型的曲面进行重构分析，实验结果表明，自由曲面重构精度优于纳米量级，验证了所提重构方法的适应性和高精度，在现代光学系统制造和检测中具有一定的应用前景,同时对自由曲面重构中的一些关键问题进行了讨论分析。

为解决光学消热差技术镜片多且结构复杂的问题，提出了一种两片式远距结构消热差光学设计方法。该光学系统由前折衍混合正透镜和后负透镜组成，衍射面补偿系统的大部分色差和小部分热差，剩余色差和热差由负透镜平衡。设计了用于非制冷红外探测器的长波红外物镜，焦距为120 mm，F数为1.2，远距比为0.9。调制传递函数（MTF）的设计值接近衍射极限，轴上30 lp/mm处MTF的实测结果优于0.45，成像质量优良。环境温度实验测试结果表明，-40 ℃~60 ℃温度范围内，靶标边缘锐利，无温度离焦。两片式远距结构消热差红外物镜适用于机载或弹载的轻量化光电系统。

多模式高光谱成像仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求，根据多模式空间大气遥感的研究目标，采用扫描系统、离轴抛物面望远系统和双光谱仪级联色散光谱成像系统匹配的结构型式，设计了一个瞬时视场1.8°×0.045°、相对孔径1/2、工作波段250~500 nm的星载天底-临边多模式高光谱成像仪光学系统，分成250～330 nm和320~500 nm两个波段同时探测，利用光学设计软件ZEMAX-EE中进行了光线追迹和优化设计，色散方向不同波长的点列图半径的均方根(RMS)值均小于9.5 μm，在250~330 nm波段，光谱分辨率为0.17 nm，在320~500 nm波段，光谱分辨率为0.37 nm，均满足小于等于0.6 nm的指标要求，高光谱成像仪全系统在空间方向各波长在特征频率处的光学传递函数均达到0.9以上，完全满足成像质量要求，适合空间大气遥感应用。

提出了把液晶波片作为电控补偿器，使用偏光显微镜的白光照射条件下测试液晶器件光程差二维分布的方法，建立了液晶器件在正交偏光下测试二维光程差分布的验证系统。使用该系统测试了液晶电控波片的光程差分布，将测试数据与传统的1/4波片法的测试结果进行了标定，误差在3%以内。在此基础上，使用上述系统完成了液晶光楔、紫外光寻址的透过式液晶空间光调制器二维光程差分布的测试，得到了二者的电控二维光程差分布规律。该方法的进一步优化，还可以用于液晶光学相控阵列的测试。研究意义在于，可以用偏光显微镜自带的白光照明系统来测试电控液晶器件在多个波长，包括近红外波段下光程差二维分布的显微结构，用于液晶光学相控阵列的驱动电压非线性校正、相位凹陷与回程区检测，还可用于液晶空间光调制器的光学寻址伽马校正等方面。

从荧光磷光复合结构的有机电致发光器件的研究入手，采用OXD-7作为蓝色荧光发光层，Ir(MDQ)2acac掺杂在母体材料作为红橙磷光发光层，设计制备了双波段白光有机电致发光器件。研究中发现，OXD-7，Alq3 和NPB的三组分协同作用可以导致电致激基复合物的产生，以及由此导致的光谱红移，并使得器件发光效率降低。通过插入TDAF中间层可以有效地抑制激基复合物的产生，同时，通过控制载流子传输的平衡，以及磷光材料的掺杂浓度，可以获得器件发光亮度、效率的提升。

为了给制导系统半实物仿真器设计过程中像元映射比选取提供准确的依据，根据探测器与仿真器空间光调制器的工作原理，研究了像元映射比对半实物仿真实验的影响。将随机靶标特有的频谱分布特性引入到仿真实验模型中，进行频谱计算，分析了不同像元映射比、不同相位变化对调制传递函数的影响，获得了映射比与调制传递函数之间的变化曲线。分析结果表明：当映射比为0.31和0.71时，相位变化对调制传递函数的影响可以忽略不计，而且系统的调制传递函数下降最小，稳定性好。分析结果为像元映射比的选择提供了定量依据。

时间延迟积分(TDI)CCD焦平面组件是空间相机的重要组成部分，主要完成光电转换，输出模拟CCD视频信号，是影响相机成像质量高低的关键部件之一。现有TDI CCD的像素数量有限，不能满足大视场、宽覆盖的要求，需要对CCD进行拼接。从结构和热控两方面入手针对空间相机高速TDI CCD焦平面组件开展了设计工作，分析了影响拼接精度的因素，针对相机恶劣的发射条件和苛刻的在轨工作温度，设计了特殊的拼接结构来保证TDI CCD拼接精度。开展了动力学环境实验和热真空环境实验来验证拼接结构的可靠性，结果表明：焦平面组件完全能够克服相机力学环境，保证TDI CCD的拼接精度；在热真空实验中，TDI CCD器件在1.5 min工作时间内最高温度为30 ℃，CCD能够正常工作。动力学环境实验和热真空实验后对TDI CCD的拼接精度进行了检测，得到TDI CCD拼接的直线性精度3.5 μm，搭接精度4 μm，两行 TDI CCD平行精度3.5 μm，4片TDI CCD共面精度5 μm，拼接精度完全满足光学设计要求。外场成像实验得到的清晰图像进一步验证了焦平面组件设计的合理性和可行性，实现了TDI CCD的高精度拼接。

将三模压缩算符作用在三模真空态上构建三模压缩真空态。对三模中的两个模进行测量，讨论这种选择性测量对第三模的压缩效应、反聚束效应和光子统计分布的影响。研究结果表明：若测得第一和第二模场处于双模压缩态，那么第三个模场塌缩为单模压缩态，且其压缩效应得到增强；量子态测量可增强光子统计分布的非经典特性，但对第三模场的反聚束效应没有影响。

数据协调是量子密钥分发的重要组成部分，特别是连续变量量子密钥分发远程化的关键环节。在Leverrier等关于多维协调安全性证明的基础上，给出了面向多维协调的低密度奇偶校验码(LDPC)错误校正算法，考查了该算法的最小收敛信噪比阈值，并估算出基于这种多维数据协调方案的量子密钥分发的最大密钥传输距离，经过协调效率的计算以及噪声分析估算出最大安全密钥量。算法仿真结果表明：Alice和Bob之间的传输距离与分层错误校正协议(SEC)相比，从30 km增加到47 km左右，译码速度是SEC的4倍左右，密钥传输速率可以达到8.61 kb/s。

多光谱对地观测激光雷达是一种新型植被监测手段，其应用越来越广泛。现有多光谱对地观测激光雷达系统大多采用光栅分光、多通道光敏阵列探测的数据接收模式。单纯地增加接收通道以提高光谱分辨率、增加接收光谱范围会带来数据冗余、系统集成难度大以及成本过高等问题。讨论了如何确定通道数目并通过闪耀光栅以及中心闪耀波长的选取将特征波长调节至合适通道的中心位置；同时，利用基于主成分分析的特征权重波长修正方法，对落在通道外或不在通道中心位置的特征波长进行修正。在不减少植被光谱信息的前提下，此过程可提高信息接收的有效性，还在一定程度上对波长选择理论进行了补充，提高了多光谱对地观测激光雷达系统在实际应用中的适应性。

研制了直视式合成孔径激光成像雷达(SAIL)电控抛物波面扫描器，该扫描器由线性相位调制的电光晶体和柱面镜构成，其中电光晶体采用4个三角形电极施加电场实现线性相位调制，具有体积小、响应速度快等优点。实验测试表明该直视式SAIL电控抛物波面扫描器获得了与理论吻合的抛物波面相位，扫描准确可控，很好地验证了该扫描器在直视式合成孔径激光成像雷达应用的有效性。

光束通过生物组织白色涂料等散射介质后将发生散射，实现对散射光束进行整形和控制具有重要的意义。使用振幅调制实时反馈的方法，对入射到散射样品的相干光的振幅进行预调整，探测器实时读取散射光斑数据作为反馈依据，以此调制空间光调制器上的对应区域，进一步补偿由散射介质引起的振幅失调。实验结果表明，目标位置光强得到显著增加，其能量平均值是调制前散射区域能量平均值的11倍。

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术开展了检测空气中乙醇蒸气浓度的方法研究，并采用乙醇分子在7180 cm-1（1393 nm）附近的吸收峰作为鉴别乙醇的特征信息。建立多元线性回归方程来拟合求解多分子吸收共存的问题，以消除共存水蒸气对空气中乙醇蒸气含量检测的干扰。针对谱线处理中存在的光谱误差问题，提出了修正方程，与实验的结果一致。开放光路测量实验结果表明，系统的积分浓度检测限达到30×10-6 m。

针对现有光栅光谱解调方式所需数据量较大不利于数据传输及处理的现状，应用压缩感知算法通过少量光谱数据采集实现高精度光栅光谱的重构。选取可调谐法布里珀罗(F-P)滤波器解调方式（TFPDA）作为参照并以布拉格光栅(FBG)及线性啁啾布拉格光栅(LCFBG)作为研究对象，构建实验平台验证压缩感知算法光谱重构的可行性。通过TFPDA采集及压缩感知算法重构不同温度下的光纤光栅光谱并通过高斯非线性算法拟合得FBG中心波长。实验数据表明通过压缩感知采集得FBG温度敏感系数为20.3 pm/℃，与TFPDA的相对误差为0.5%。对比此两种方法所得LCFBG光谱，其3 dB带宽内的最大相对误差为1.03%，中心波长处为0.69%。上述实验结果证实压缩感知算法在光栅光谱采集重构方面具有一定的应用价值。

短波通滤色片是光学系统,尤其是激光系统中普遍使用的一种薄膜，它的基本结构为（0.5LH0.5L）N。但薄膜的非均质性会产生半波孔现象，从而影响滤色片的光学特性。利用导纳技术分析了折射率非均质性产生半波孔现象的原因：非均质性使常规膜系基本周期内导纳轨迹的终点偏离起点；这种偏离越大，半波孔现象就越严重。优化了常规膜系的基本周期结构，通过在高低折射率膜层之间引入导纳匹配层，使得改良后的基本周期导纳轨迹的终点与起点偏差大大减小，提高了半波处的透射率，从而提出了一种可以抑制由非均质性引起的半波孔现象的短波通设计方法,并依据实际制备工艺进行了误差分析。最终成功制备出了具有超宽透射带的短波通滤色片,实验和理论曲线具有很好的一致性。

介绍了一种1530 nm透射、1560 nm反射和45°工作列近红外分色片的设计与制备方法。选择Ta2O5和SiO2两种光学薄膜材料，采用多谐振腔法布里珀罗（F-P）窄带滤光片结构作为初始膜系，并选择4H作为谐振腔的间隔层进行消偏振设计，实现分色片透、反射过渡区域的压缩。采用电子束蒸发加离子辅助沉积技术，并应用光学极值法监控各膜层厚度，实现分色片多层膜的制备。利用分光光度计对分色片的光谱进行了分析测试，结果表明研制出的分色片在工作波长的光学能量传递效率高于92%，适用于空间激光通信系统中不同波长信号的分离与高效传递。

基于金属氧化物薄膜材料在中波红外波段应用的需求，研究了含水状态的TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O34种金属氧化物薄膜在中波红外波段内（2.5~5 μm）光学常数的色散特性。利用电子束蒸发沉积技术，在超光滑的硅表面制备了4种氧化物薄膜，基于洛仑兹振子介电常数色散模型，通过透射率光谱反演计算了4种氧化物薄膜的光学常数。研究结果表明：4种氧化物均有少量的水分子、羟基，水含量从少到多的薄膜依次为TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O3，在远离水吸收的位置，消光系数从小到大的薄膜分别为TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O3；在电子束蒸发沉积工艺条件下，为了降低水的影响，TiO2和HfO2是中红外波段较为理想的金属氧化物薄膜材料。