利用车载差分光学吸收光谱技术(DOAS)于2013 年6 月至7 月对华北平原进行走航观测，研究了不同风场下SO₂和NO₂的柱浓度空间分布特征及其对北京地区的影响。研究发现，在石家庄、保定和济南附近同时观测到SO₂和NO₂ 高值，表明三地附近存在工业排放源，其中6 月11 日石家庄附近观测到SO₂ 和NO₂高值区域均值分别为1.29×10¹⁷ molecule·cm^-2和3.59×10¹⁶ molecule·cm^-2，为低值区域均值的3.8倍和3.6倍。在西南稳定风场下，石家庄—保定—北京方向为一条污染物输送通道，Hysplit 风场轨迹模型结果也验证了该输送通道的存在。车载DOAS 观测的NO2 柱浓度和臭氧检测仪(OMI)检测结果的对比显示，两者具有较好的一致性；同时卫星观测也验证了偏南风场下污染物输送通道的存在。实验结果表明车载DOAS 技术在污染物排放源监测、空气污染物地区分布快速获取以及卫星数据校验方面都具有重要作用。

静止轨道海洋水色成像仪(GOCI)拥有高时间分辨率(1 h)和高空间分辨率(500 m×500 m)的观测优势。为了保证GOCI应用的可靠性，对其遥感产品进行检验极为重要。利用辽东湾春季航次观测数据，对4 种二类水体大气校正算法[Korea Ocean Satellite Center(KOSC)校正算法、management unit mathematics models(MUMM)校正算法、紫外(UV)校正算法和近红外(NIR)校正算法]获得的GOCI 遥感反射率产品及GOCI 标准叶绿素浓度、悬浮物浓度遥感产品进行了真实性检验，并探讨了不同观测时相的稳定性。结果表明：KOSC 算法在辽东湾具有最高的校正精度，各波段遥感反射率平均绝对百分比误差(APD)为27.16%(412 nm)、16.03%(443 nm)、13.73%(490 nm)、15.99%(555 nm)、12.83%(660 nm)、12.35%(680 nm)、27.68%(745 nm)、42.81%(865 nm)；叶绿素浓度、悬浮物浓度产品的平均绝对百分比误差分别为29.75%和26.40%。相比于临近中午观测时的结果，GOCI早上和下午观测时反演的结果(包括遥感反射率、叶绿素浓度、悬浮物浓度)与实测值偏差显著增大。

渤海是我国的半封闭内海，受陆源影响显著，水体光学性质复杂多变，静止轨道水色卫星(GOCI)的高时间分辨率数据为研究渤海水体总吸收系数的时空变化特征，特别是逐时变化提供了可能。针对GOCI波段设置，利用实测数据建立了基于遥感反射率波段比值的412、443、555 nm 波段渤海总吸收系数遥感反演模型，经独立实测数据检验，模型反演值与实测值的相关系数大于0.8，平均相对误差(APD)小于13%，中值相对误差小于9%，优于已有典型算法(精度提高约10%)；经独立现场-卫星时空匹配数据检验，基于该模型和GOCI卫星数据的总吸收系数遥感反演平均相对误差在35%以内。基于2015 年5 月4 日1 天8 景的GOCI影像和所建立的模型，研究了渤海总吸收系数的逐时变化特征。结果表明，8:30—15:30 期间总吸收系数变幅主要分布范围是0.2~0.3 mm^-1，最大变幅可达到0.8 mm^-1，变幅极大值主要分布在辽东湾、渤海湾和莱州湾近岸海域。结合潮汐数据的分析发现，辽东湾、渤海湾北部总吸收系数与潮高的逐时变化具有较好的一致性，总吸收系数极小值出现时刻滞后于低潮时刻0~1.5 h；莱州湾西部总吸收系数与潮高逐时变化呈明显负相关性；渤海湾南部、莱州湾东部总吸收系数与潮高变化未见显著相关性。

阐述了差分光柱像运动激光雷达探测大气湍流廓线的基本原理，针对雷达现有Levenberg-Marquardt反演算法对高空湍流反演误差大的问题，提出了带不等式路径约束的反演新模型，并采用惩罚函数法处理该模型，通过增加高空湍流信息量，避免了非物理意义的反演解；同时为了减弱现有算法对初值和先验知识的依赖，进一步提出了基于遗传算法的初值寻优策略，能够将现有算法的初值定位在全局空间内。利用改进算法和现有算法数值仿真了典型的大气湍流廓线，并对合肥地区实测激光雷达数据进行了分析。结果表明，改进算法增强了迭代过程的全局搜索能力，对测量误差有较强的稳健性，能够有效提高反演精度和高空湍流的准确性，同时也加快了收敛速度。

基于脉冲激光器的水下距离选通成像雷达是水下光电探测的重要手段之一，为了在探测距离内获得有效的照明范围，在小角度散射条件下，推导了水体光束扩展函数，提出了一种水下高斯光束激光照明模型。采用532 nm调Q 倍频Nd:YAG 脉冲激光器实验测量了不同发散角激光在水下目标平面上的照度分布半径。与其他模型仿真结果进行对比表明，该激光照明模型能够较好地吻合实验结果。模型误差随着照明距离和激光发散角的增加而变大，在目标平面直径为1 m 的圆形照明区域条件下，仿真得到的照明光斑半径在8.5 个衰减长度范围内与实测值误差不超过0.1 m。

红外探测器组件作为目标探测和成像系统的核心器件，其空间分辨能力直接影响着探测系统的成像质量。评估探测器组件空间分辨能力时，常使用调制传递函数(MTF)，而探测器组件的光学串音是影响MTF 的主要因素。介绍了一套弥散斑直径为30 μm 的红外小光点测试系统，采用扫描狭缝法测试不同结构红外探测器组件的线扩展函数(LSF)并建立相应模型进行模拟分析。理论模拟与实验结果一致,可以很好地解释叠层电极结构侧面的光响应产生的LSF展宽、左右不对称和次峰等现象，该结果为红外探测器组件杂光抑制设计提供了参考。

针对目前实现光场传输的两种算法无法同时满足运算速度和精细度的问题，提出了矩阵相乘算法，阐明了其实现思想，推导了其实现过程。结合激光相干合束实例进行了仿真分析，结果表明，对于六路高斯光束的相干合束，快速傅里叶变换算法耗时短，但无法得到精确的计算结果；积分算法和矩阵相乘算法均可获得远场准确的光强分布，但积分算法需耗时15.7 h，而矩阵相乘算法仅需2 s，提高了运算效率。证明了矩阵相乘算法具有快速、准确的优点。

基于双超辐射发光二极管(SLED)光源研究了空间电扫描型低相干干涉长距离光纤传感解调系统。通过负透镜扩束搭建了紧凑解调干涉光路，分析了双SLED 光源功率比对低相干干涉条纹形态的影响并探讨了传输损耗的功率比补偿。针对双SLED 光源干涉条纹的特点，提出了双阈值的任意极值解调算法，并进行了压力解调实验。结果表明，在50~180 kPa 的压力范围内，利用不同峰值，可以实现0.24%~0.40% F.S.(F.S.为全量程)的解调精度，光纤传输距离达到1.76 km，与理论分析吻合。

实现了一种硒化铅(PbSe)量子点掺杂的光纤放大器(QDFA)。以直径为4 nm 的PbSe 量子点作为光纤增益介质，由量子点掺杂光纤、980 nm 单模激光器、波分复用器、隔离器等组成全光传输结构，在1250~1370 nm 的宽带区间实现了信号光的放大。实验表明：对于纤芯直径为50 μm 的多模量子点掺杂光纤，激励阈值为62 mW，-3 dB 宽带达120 nm，-1 dB 平坦带宽为90 nm，增益可达12 dB。与传统的掺铒光纤放大器相比，QDFA 的带宽更宽，增益更平坦，噪声也较低。该QDFA 为解决目前密集型光波复用(DWDM)系统对光纤通信放大器日益增长的带宽需求提供了一种新的途径。

天文探测中类地行星的探测需要进一步提高视向速度的测量精度。但圆形光纤扰模效果不佳所引起的入射信息变化时的谱线漂移，成为限制测量精度提高的一个主要因素。采用多边形光纤改善光纤传输系统的扰模特性。利用搭建的测试光纤远场和近场光斑质量的光学系统，通过对光纤出射场光斑质量进行评价，研究了圆形、长方形、正方形和八边形光纤在不同入射条件下的远场和近场分布及远场光斑的光强变化和近场光斑的质心偏移，得出了不同光纤的扰模增益系数。实验表明，在相同入射条件下，多边形光纤具有较好的扰模特性，其中八边形光纤的远场光强变化最小，近场光斑质心偏移最少，扰模特性最好。以八边形光纤代替圆形光纤，可有效减小入射偏差引起的谱线漂移，提高视向速度的测量精度。

分析了混沌光注入功率和单模光纤长度对布里渊散射斯托克斯光线宽的影响，发现随着注入混沌光功率的增大，斯托克斯光线宽逐渐减小；当注入的混沌光功率达到一定值时，斯托克斯光线宽几乎不变。分析了注入混沌光功率和单模光纤长度对后向散射功率的影响，发现当注入混沌光功率一定时，后向散射功率随着光纤长度的增加而迅速增大，当光纤长度超过15.41 km时，后向散射功率趋于饱和。讨论了混沌受激布里渊散射光阈值的影响因素，结果表明，混沌受激布里渊散射光阈值很高，比传统的连续光注入光纤产生的受激布里渊散射阈值高约19 dB。

使用离散傅里叶方法分析环缝透镜系统产生无衍射(贝塞尔)光束。将基尔霍夫衍射积分公式与菲涅耳衍射积分公式转换成傅里叶变换的形式，在环缝透镜系统中用傅里叶方法描述观察面的光强分布，对衍射面进行数据抽样，导出观察面光强分布的离散化傅里叶公式；通过设置相关参数并使用MATLAB 软件进行数值模拟，得到不同位置下的贝塞尔光强分布。设计环缝透镜系统进行实验验证，数值模拟和实验结果匹配度较高，表明离散傅里叶方法应用于环缝透镜系统是可行的。

庞大的采样次数和较低的信噪比(SNR)一直制约着鬼成像的实际应用进程，传统的鬼成像利用高斯型随机光场进行成像，而高斯矩阵的非正交性引入了散斑相关性噪声，降低了信噪比和成像效率。为此提出了利用局部的Hadamard 矩阵对目标进行测量，并以低分辨率的清晰成像作为高分辨率成像的先验知识实现去噪，可以有效避免相关性噪声。通过仿真以及实验表明，与传统的重构方法相比，本文方法可以提高信噪比和成像效率。

分析了光电测量设备图像质量评价研究过程中，图像频谱高频分量对图像质量人眼主观评价影响的途径和解决措施。对清晰图像通过Butterworth 低通滤波器在频域进行了低通滤波，然后利用滤波图像分析了图像高频频谱对人眼主观感受的影响。用斜狭缝法对离焦成像系统的调制传递函数(MTF)进行了测试，并对相应离焦状态的模糊图像进行了主观评价。对不同像元尺寸相机获取的图像进行了频谱分析和图像评价，实验结果表明，图像频谱高频分量比例增多，图像具有更丰富的细节和更高的清晰度，准确调焦及采用小像元尺寸相机是提高光电测量设备图像质量的重要因素。给出了影响光电测量设备图像质量的其他因素，并提出了改进措施。

对双能计算机断层扫描(CT)图像进行三维图像配准是准确获取样品内部元素分布信息的前提。针对同步辐射双能CT 成像存在的图像空间失准问题，提出了一种以互信息作为衡量双能CT 图像相似度的图像配准方法。采用部分体积(PV)插值算法计算互信息，采用遗传算法进行较优参数的搜索，并以该参数作为Powell算法搜索的起始点，结合基于Hanning 窗的部分体积插值(HPV)算法搜索得到最佳配准参数。数值模拟验证了HPV 算法的优越性，同时配准精度达到亚像素级。实验结果表明，该方法能够有效配准双能CT图像并获得三维元素分布信息。

为解决折反射全向成像分辨率低的问题，设计了一种基于编码孔径的折反射全向压缩成像原型系统。在分析点扩展函数和测量矩阵关系的基础上，提出了基于随机点扩展函数的编码孔径设计方式，并通过中继透镜和空间光调制器实现编码孔径的可编程控制。结合折反射成像特点，基于全向全变分算法实现全向图像稀疏重构，得到高分辨率的全向图像。研究搭建了光学成像硬件平台，通过仿真实验和实际装置实验两个方面验证了折反射全向压缩成像技术的有效性和可行性，有效地解决了折反射全向成像分辨率低的问题，对促进其在相关领域的广泛应用具有重要意义。

铸坯表面发射率是影响铸坯表面温度测量的一项重要的物理参数。利用辐射能比较测量发射率的方法，研制了一套高温铸坯发射率测量装置，其主要由加热系统、角度旋转系统、温度检测系统、真空控制系统以及背景辐射屏蔽系统等5 部分组成。利用该装置测量了GCr15 钢在不同角度、不同温度及不同氧化程度下的表面发射率。研究表明：角度增加对发射率的影响具有先增大后减小的变化规律；发射率会随着氧化程度的加深而变大，并且发射率极值点所对应的角度逐渐减小；随着温度的增加，发射率会随之增大，但是当温度超过1000 ℃后，其对发射率的影响较小。当温度为1000 ℃以上时，深度氧化的GCr15钢发射率的最大不确定度为0.0205。

利用光纤飞秒激光器与光纤耦合型太赫兹光电导天线，构建了一套全光纤太赫兹频率梳系统。基于锁相技术实现了对频率梳重复频率信号的高稳定度锁定，在取样时间为100 s时锁定精度达到3.3×10^-13，并获得了信噪比优于50 dB的太赫兹拍频信号。基于频率梳测试方法实现了太赫兹频率的高精度测量，测量不确定度为5×10^-11。

传统的阴影叠栅轮廓术的测量深度十分有限。根据点光源照明下Talbot自成像的空间分布规律，提出将点光源下的Talbot效应应用于阴影叠栅三维轮廓测量的方法。推导点光源模型下阴影叠栅测量系统中相机接收到的光强随物体到光栅距离变化的数学表达式。数值模拟和实验表明，相对于传统的阴影叠栅轮廓术，利用Talbot效应会大大增加阴影叠栅轮廓术的测量深度。分别使用文中所提出的方法和传统的阴影叠栅轮廓术对同一物体表面进行测量，两次测量结果之差在±5 μm 内。说明将点光源下的Talbot效应应用于阴影叠栅轮廓测量能够准确地反映物体表面的三维形貌。

为了消除现有多频外差原理相位解包裹后存在的相位跳跃性误差，对多频外差原理相位解包裹方法进行了改进。利用双频外差原理进行部分条纹解包裹，然后利用相位与条纹节距之间的关系将解包裹后的相位转换为其他条纹的相位，使用转换后的相位对其包裹相位进行校正，得到展开相位。为了使展开相位不存在跳跃性误差，提出了解包裹过程中所需满足的一系列约束条件。模拟和实验结果均表明该方法简单有效，展开后的相位光滑无跳跃性误差，无需再次进行误差校正，相比现有方法时间效率提升30%以上。

针对标准Hough 变换直线检测存在的问题，提出了一种基于Hough 一维空间变换的直线检测算法。对图像进行边缘检测，将互不连通的边缘进行分组；利用Hough 一维空间变换对边缘组进行直线检测并编组，降低了算法和空间复杂度；通过对直线组进行精确处理，解决了过连接、端点确定和检测精度存在的问题。实验结果表明：该算法有效地解决了标准Hough 变换算法中存在的问题，降低了误检率和漏检率，提高了直线检测精度，能够实现对不同类型影像数据的直线检测处理。

小波脊提取是小波变换轮廓术的关键步骤,在抑噪能力和速度方面，前者直接影响后者。提出了基于评价函数的二维小波变换的一种新的小波脊提取方法，利用二维小波变换系数模信息、条纹瞬时频率信息以及局部条纹结构方向信息建立评价函数指导小波脊提取；并设计了快速动态优化算法。计算机模拟和实验验证了所提方法的有效性。

为了提升多投影显示系统的亮度融合速度，提出了一种基于结构光条纹调制度测量的多投影显示融合方法。该方法利用相机拍摄投影机投影在显示墙上的结构光条纹，计算出每个投影通道的调制度信息。同时，利用结构光条纹的相位信息构建投影机与相机间的亚像素级映射关系，并由此得出投影机上每个像素点在显示墙上的调制度数据。将该调制度数据与边缘融合结果相结合可得出每个投影通道的亚像素级融合模板。该方法具有操作简便、测量速度快、测量结果不受环境光干扰等优点，应用领域非常广泛。理论分析和真实场景实验都证明该方法的有效性和可行性。

提出了一种基于单X 射线源成像获取运动目标三维轨迹的方法。通过对采集的直接数字化摄影图像序列进行目标检测、立体匹配和三维重建，实现运动目标三维轨迹测量。与多视角成像方法相比，设备简单且测量精度相当。通过仿真验证了算法的有效性和稳定性。经对轨迹测量结果误差分析表明，测量误差与探测器分辨率和目标尺寸有关。

Slot结构在提高集成波导光学传感器灵敏度和降低探测极限值方面具有极大的优势。对基于Slot结构的聚合物PSQ-Ls 波导微环光学生物传感器进行了研究。分析了850 nm 波段Slot波导的单波导高度、狭缝宽度及单波导宽度对传感器灵敏度的影响，在满足单模传输的条件下，得到了优化的微环传感器横截面尺寸参数。对Slot结构波导微环的弯曲损耗、自由光谱范围等进行了仿真分析，得到微环传感器的消光比、品质因子等随结构参数的变化，确定了优化的微环弯曲半径、耦合效率。与正脊形结构波导微环传感器相比，Slot结构波导微环传感器的灵敏度是前者的两倍，探测极限值是其一半。

外腔谐振倍频是获得397.5 nm 紫外激光的重要方法。搭建了基于周期极化的磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体的半整体谐振腔，对经半导体锥型放大器放大的795 nm 单频连续激光进行谐振倍频。在203 mW 的795 nm 基频光输入条件下，实现了60.4 mW 的397.5 nm 连续单频紫外激光输出，倍频转化效率为30%；在基频光功率约87.5 mW 时，得到最大的倍频效率约为34.6%。倍频紫外光光束质量因子M2优于1.21，光束质量良好，30 min内典型的倍频光功率均方根起伏小于1.9%。该倍频器结构紧凑，具有很好的机械稳定性，可实现紫外激光的稳定输出，可用于产生对应铷原子跃迁线的压缩、纠缠态光场，在量子光学和精密测量等领域发挥重要作用。

采用内包层直径为125 μm 的双包层掺镱光纤，搭建了谐振腔结构全光纤激光器系统，获得了1018 nm 的高功率激光输出。通过优化光纤长度和控制抽运源波长，单模激光输出功率为254 W，光光转换效率达到81%，光谱中无自发辐射光和剩余抽运光，信噪比大于35 dB。由于抽运半导体激光器的输出波长随着输出功率变化，光纤激光器的转换效率也将改变，为了提高转换效率，抽运半导体激光器的输出波长需要精确控制；光纤激光器长期稳定性测试结果表明，4 h 连续工作的不稳定度小于0.5%。本光纤激光器系统是同带抽运高功率光纤激光器的理想抽运源。

为降低双目立体匹配算法在视差不连续区域和噪声干扰情况下的误匹配率，提出了一种基于改进Census变换和动态规划的立体匹配算法。采用支持区域为十字交叉形状窗口且设有噪声容限的改进Census 变换进行代价计算，提高了单像素匹配代价的可靠性；利用引导图滤波器快速有效地完成代价聚合；在视差选择阶段，设计了一种改进的动态规划算法，消除了扫描线效应，提高了匹配速度和正确率；经过视差后处理得到最终视差图。实验结果表明，该算法在Middlebury测试平台上的平均误匹配率为5.31%，在低纹理区域和视差不连续区域均能得到准确的视差，运算复杂度低且具有较好的稳健性。

应用拉曼光谱学结合奇异值分解方法在单细胞尺度上对杀虫贪铜菌(C. necator) H16 菌株在不同的氮源下合成聚β-羟基丁酸(PHB)的代谢动态进行分析。结果显示，硫酸铵是PHB 发酵的理想氮源，对应PHB 发酵速度、效率和产量在测试氮源中表现最好。奇异值分解结果显示，源自RNA、DNA、蛋白质和PHB 的拉曼峰是发酵的主要特征，随着发酵进程的延伸，菌体细胞差异、产物含量差别逐渐增大。分析PHB 产物快速合成过程，可见表征核酸、蛋白质和PHB 的782、1574、1660、1732 cm^-1 等峰的强度变化活跃；不同氮源下，782 cm-1 峰与1660 cm^-1 峰的强度呈正相关，而1660 cm^-1 峰与1732 cm^-1 峰的强度呈负相关。因此，不同氮源可能影响细胞的RNA 代谢和蛋白质代谢，从而间接影响PHB 的合成。拉曼光谱结合数据挖掘技术可以分析微生物发酵过程中的代谢信息，从分子光谱的角度为寻找最佳的发酵条件提供新的信息。

为克服分立式便携拉曼光谱仪光通量低的缺点，设计了一种集拉曼探头光路与分光系统于一体的光学系统。探头光路采用大数值孔径的非球面透镜实现样品的有效激发和信号的高效收集，通过胶合透镜组缩小会聚光路尺寸、消除轴向色差。分光系统基于交叉非对称Czerny-Turner结构，为获得期望的光谱分辨率和光谱范围，建立了分光系统光谱分辨率及光谱范围与交叉非对称Czerny-Turner结构参数的关系。由测得的汞灯谱图可知，分光系统的光谱分辨率优于6 cm-1 (0.37 nm)，光谱范围为790~950 nm (200~2000 cm-1)。将设计的光学系统对CCL4 进行测试，实验结果表明在相同积分时间内由这种整体式的光学系统检测到的CCL4光谱谱峰强度是用商业探头通过光纤连接分光系统检测到的近3倍，验证了光学系统设计的合理性。

提出了一种新型多平面镜线性组合太阳能聚光器的聚光光伏系统，应用几何分析法计算影响聚光器光学效率的几何参数因子。采用最小设计间距和余弦效率的概念，得出了不同子镜面尺寸和不同子镜面数量与焦距长短的相互影响规律，得到了最小设计间距值和最优的余弦效率。利用TracePro软件建立了聚光器的仿真模型，并对不同几何参数下焦平面上的能流分布特性进行了模拟研究。制作了一套450倍聚光的多平面镜线性组合太阳能聚光器，并进行初步测试，证实聚光焦平面上的能流分布均匀性可达到预期设计效果，为点聚光式太阳能聚光系统的设计和优化提供了参考。

为改进现有弧光灯热流标定系统的光源装置，有必要对其进行仿真研究。以等亮度曲线分布为依据设计了氙灯模型，计算了氙灯发光功率的分布，借助角度切趾文件模拟了氙灯发光角度分布，然后建立了整个标定光源装置的仿真模型，计算了积分器出口处的辐照度。与实验数据比较，4种积分器出口平均辐照度实验值相对仿真值损失了约49%，且这种损失随着积分器口径增大而增大。经分析验证，仿真值损失的主要原因是实验所用椭球镜聚焦率比设计值衰减了约40%，损失会随着积分器口径增大的主要原因是所建氙灯模型较好地模拟了氙灯发光功率密度由阴极到阳极递减这一特征。

高精度光刻投影物镜在工作过程中吸收激光能量产生热像差，在离轴照明模式(如偶极照明)下，热像散显著且随时间变化，传统的被动光学方法无法补偿此类像差。提出在折射式光刻投影物镜系统中使用主动光学的方法，通过力促动器作用在透镜上使镜片变形以补偿初阶热像散。采用有限元分析方法，分析了简化的折射平板在促动力作用下的变形特点和像差特性；用几何光学理论近似论证了该补偿方案的可行性，并且分析了促动器分布、促动力大小、促动器与平板接触区域尺寸以及支撑结构对平板变形的影响。结果表明，在优化的支撑结构下，主动平板可以较好地补偿系统初阶热像散和初阶四叶像差，为光刻系统热像差的补偿提供了一个思路。

为校正共形光学窗口引入的随扫描视角变化而变化的动态瞄视误差，提出基于倾斜光学元件的瞄视误差校正。建立共形光学窗口的瞄视误差模型，并分析计算共形光学窗口引入的动态瞄视误差。阐明利用倾斜光学元件校正共形光学窗口瞄视误差的原理，并通过在共形光学窗口后加入倾斜的球面透镜予以证明。给出一个设计实例，通过将校正共形光学窗口像差的校正元件倾斜，实现共形光学窗口的瞄视误差校正，且并未影响共形光学窗口像差的校正。

针对精密反射镜的重力变形，提出了一种基于径向预紧力的变形补偿方法。以高数值孔径(NA)投影光刻物镜中的反射镜为研究对象，建立了反射镜的受力模型，定性分析了径向预紧力对反射镜重力变形的影响规律。利用有限元分析方法得到了在不同径向预紧力作用下反射镜的面形变化，通过数据拟合分析了径向预紧力与面形误差及其泽尼克系数之间的关系。分析结果表明：径向预紧力主要影响反射镜面形的球差项和三叶像差项；随着径向预紧力的增大，补偿后的面形误差呈现先减小后增大的趋势，当径向预紧力约为25 N 时，由于重力导致的面形误差由2.009 nm 减小为0.462 nm，补偿结果最优。通过实验测量了重力和预紧力作用下反射镜的面形误差，当径向预紧力为25 N 时重力导致的反射镜面形误差减小了0.988 nm，从而验证了分析过程和补偿方法的正确性。

基于矢量德拜理论，研究了贝塞尔-高斯径向偏振光束经过衍射光学元件(DOE)和高数值孔径(NA)透镜组成的光学系统后经介质分界面的强聚焦特性。设计DOE 的参数对入射的贝塞尔-高斯径向偏振光束进行调制，在聚焦场中能得到沿光轴方向的三维多点光俘获结构-光链。研究结果表明，入射光束的拦截比(即透镜孔径半径与入射光束束腰半径比)、数值孔径和聚焦场介质折射率都会影响光束的强聚焦特性。当光束的拦截比增大到一个值时，聚焦场的光链会转变成暗通道，并且在不改变暗通道宽度的情况下，暗通道的长度会随着介质折射率的增大而增长。

从一个压缩真空态中减去一个光子是制备光学薛定谔猫态的一种有效方法。研究表明,通过这种方法制备的薛定谔猫态的保真度依赖于压缩态光场的纯度。利用一个抽运光部分共振的非简并光学参量放大器实验制备了纯度为0.993 的双模压缩态。由于热效应的存在，非简并光学参量放大器在较宽的抽运功率范围内能够获得纯度较高的双模压缩态。

研究了与处于相干态的量子谐振腔相耦合的，具有相互作用的两个量子比特的动力学问题。量子比特与量子谐振腔之间处于超强耦合并且它们之间的失谐量很大。利用绝热近似的方法，可以通过选择量子谐振腔相干态的平均粒子数、量子谐振腔与量子比特的耦合强度、量子谐振腔以及量子比特各自的频率和量子比特之间的相互作用强度这4个参数，来保持量子比特的纠缠。如果量子比特之间的相互作用强度为负数，可以使它们之间的纠缠保持很长时间。这些结果不同于之前的研究，并做出了对应的解释。保持纠缠使得上述结果可能会应用到量子信息处理中。

针对高空间分辨率遥感影像的分类问题，提出了基于深度学习的分类方法。该方法通过非下采样轮廓波变换计算影像的纹理特征，利用深度学习的常用模型—深度信念网络(DBN)对高分辨率遥感影像进行了基于光谱-纹理特征的分类，并与基于单源光谱信息的DBN 分类方法、支持向量机(SVM)分类方法、传统神经网络(NN)分类方法进行了比较分析。研究结果表明：相对于单源光谱信息，利用影像的光谱-纹理特征能够有效提高高分辨率遥感影像的分类精度；相对于SVM、NN 等分类方法，DBN 能够更加准确地挖掘高分辨率遥感影像的空间分布规律，提高分类的准确度。

为了测算中分辨率光谱成像仪在轨调制传递函数(MTF)，提出了一种基于图像中非理想阶跃目标的处理方法。利用仅一侧具有较好均匀性的目标，在线扩散函数(LSF)的对称性假设下，实施基于阶跃响应思想的测算方法。与传统的阶跃边缘法相比，该方法得到的结果与中分辨率光谱成像仪获得的结果一致。将其应用在中分辨率光谱成像仪的指标考核中，得到的半峰全宽(FWHM)与传统处理方法仅相差0.03 pixel，奈奎斯特频率处的MTF值也仅相差0.02，验证了本文方法的有效性。该方法所利用的目标在中分辨率光谱成像仪遥感图像中极为常见，因而普适性更好。

利用复源点方法将厄米-高斯光束展开为球矢量波函数的形式。基于广义洛伦兹米氏理论，应用手征介质球与自由空间分界面处电磁场切向连续的边界条件以及球矢量波函数的正交性，得到手征介质球远区散射场展开系数。研究了厄米-高斯光束对手征介质球的散射特性。数值计算了厄米-高斯光束对手征介质球的远区散射场分布，分析了波束模式、手征参数和手征球尺寸等对散射特性的影响。

利用射频磁控溅射方法，在红外石英、蓝宝石和光学单晶金刚石上制备了氧化钒薄膜，然后对其结构与厚度、表面形貌、电学及光学性能进行了表征。实验结果表明，制备出的薄膜均为单一组分的V2O5薄膜，在(001)面有明显的择优取向，单晶金刚石衬底的薄膜结晶度和表面形貌最好；电学性能方面，金刚石衬底的薄膜相变温度最低经历的温度范围也最小，电学突变性能最为优异；光学性能方面，蓝宝石和金刚石衬底的薄膜光关闭时间均非常短，低于2.5 ms，回复时间在30 ms左右；单晶金刚石衬底的薄膜相变前后透射率比值为10.3，表现出了非常显著的光学突变性能。

针对新型高效叠层砷化镓太阳电池[反向外延生长3 结晶格失配太阳电池(IMM-3J)、反向外延生长4 结晶格失配太阳电池(IMM-4J)]，提出与其相匹配的四层宽带减反射膜的设计方案。利用电子束热蒸发的减反射膜沉积方式，在太阳电池表面制备宽带减反射膜。测量蒸镀减反射膜前后电池反射率的变化，结合外量子效率计算出宽带减反射膜对电池各结短路电流的增益效果。与原有双层减反射膜进行对比，四层宽带减反射膜具有更宽的减反射区域，适用于IMM-3J、IMM-4J电池。利用Essential Macleod 软件模拟分析了宽带减反射膜制备过程中的工艺稳定性，对于膜层的设计作出了进一步的优化。