基于大气湍流中的光传输理论，并利用与实际大气湍流更为接近的间歇性湍流的She模型,得到了适用于Kolmogorov大气湍流、间歇性大气湍流的光束长期项扩展和短期项漂移的近似解析式；结合激光测距方程，利用Matlab软件计算了低轨卫星、高轨卫星和月球的测距回波光子数，分析了大气湍流的间歇性对激光测距回波光子数的影响。结果表明，大气湍流的间歇性越大，测距回波光子数越多；回波光子数在间歇性大气湍流与无湍流情况下的比值约为1/20。

基于扩散限制凝聚模型仿真生成了黑碳团簇粒子和具备核-壳结构（核为黑碳团簇，壳为包覆水层）的混合态粒子，并模拟了黑碳团簇粒子的老化过程，利用团簇T矩阵方法计算并研究了粒子形态结构和包覆水层对两种粒子在550 nm波长处的光学特性。分析表明，新生黑碳团簇粒子的光学特性参数与等体积球形黑碳粒子之间的差异最大，当分形维数Df为1.8时，散射截面和单次散射反照率的相对偏差分别达到61.58%和49.44%，随着黑碳团簇粒子的老化，差异逐渐减小。对于混合态粒子，忽略黑碳核的团簇结构会导致前向散射强度、散射截面、消光截面、单次散射反照率、不对称因子和F34/F11被低估，导致后向散射强度、吸收截面、-F12/F11、F33/F11、F44/F11被高估；包覆水层厚度的增加会加剧混合态粒子散射矩阵中元素随散射角的振荡程度，且忽略黑碳核或球形黑碳核假设所引起的光学特性参数相对偏差呈逐渐减小的趋势。该工作有助于进一步减小黑碳气溶胶辐射强迫估算误差。

研制了一套935 nm水汽探测差分吸收激光雷达（DIAL）系统。种子注入的环形腔光参量振荡器，在窄线宽脉冲激光的抽运下，通过Ramp-Hold-Fire方法锁定光参量振荡器谐振腔，产生脉冲能量为45 mJ、波长为935 nm、重复频率为10 Hz、脉冲持续时间为6 ns的窄线宽、波长稳定的脉冲激光。接收望远镜直径为305 mm，使用雪崩光电二极管作为探测器，以935.776 nm作为探测光波长（λon）、935.860 nm作为参考光波长(λoff)进行了地基垂直差分探测实验，获得了上海地区对流边界层水汽浓度廓线。数据时间分辨率为60 s，距离分辨率为30 m，在高度600 m至对流边界层顶的范围内，水汽浓度昼夜有效测量误差小于0.1 g/m3，将DIAL数据与附近气象观测站无线电探空仪数据进行对比，结果证实了DIAL数据的有效性。

消色差相位延迟器可以在较宽光谱范围内获得所需要的相位延迟量，是偏振光调制的核心元件之一。根据严格耦合波理论和遗传算法，提出了一种基于夹层式亚波长金属介质膜光栅的宽光谱消色差相位延迟器的设计方法，并设计了一种在900~1200 nm波长范围内实现消色差的相位延迟器，其相位延迟量在90°左右的最大偏差小于 2.3%，且横电波和横磁波的衍射效率均高于90%。数值分析表明，所设计的消色差相位延迟器对槽深和入射角具有较大的工艺容差。该消色差相位延迟器设计简单，性能稳定，具有重要的应用价值。

设计了一种简单而新颖的光学元件。光束经过此元件后，再利用透镜聚焦便可产生无衍射Mathieu光束，且改变衍射元件的参数，Mathieu光束的q值随之改变。利用离散傅里叶方法从理论上导出了该光学系统的Mathieu光束的表达式，采用Matlab模拟了光斑强度。数值模拟和实验结果证实了此元件产生无衍射Mathieu光束的有效性。

为了验证多层衍射光学元件的衍射效率随入射角度的理论变化关系，设计并制作了一个含有多层衍射光学元件（MLDOEs）的光学系统。当次级衍射光通过孔径光阑由探测器接收时，为保证衍射效率的测量精度，提出了一级衍射能量的修正方法。利用搭建的双光路装置，在0°~30.6°范围内对该多层衍射光学元件进行了衍射效率的测量。针对设计波长532 nm，选取7个入射角度测量衍射效率，并对测量结果进行了模拟和分析。由于存在一定的加工误差，在不同入射角度状态下实际测量得到的衍射效率比理论分析的结果低，但是实测与理论分析结果均表明，多层衍射光学元件的衍射效率随入射角的增大而下降。

研究了面向海洋应用的光纤法布里-珀罗高压传感器，通过建立有限元数值模型对传感器满量程腔长变化量进行分析。数值仿真显示，有限元模型的满量程腔长变化量处于固支模型和简支模型之间，且随着法布里-珀罗腔半径的减小和硅膜片厚度的增加而偏离固支模型。引入固支边界条件偏离度β对偏离程度进行量化分析。制作了三种不同规格的传感器进行压力实验研究。实验结果显示，实际测量得到的传感器芯片满量程腔长变化量与有限元数值计算的结果基本吻合，使用该有限元模型设计传感器芯片可将满量程腔长变化量误差降低到13.4%以下。传感器最大量程达到105 MPa，满量程测量精度均优于0.100%。

以变系数五次金兹堡-朗道方程为理论模型，在考虑和忽略五阶非线性克尔效应情况下，分别得到了精确的孤子解和耗散孤子解。数值模拟结果表明，这两类孤子解脉冲在非均匀光纤中都能以光孤子的形式传输。另外，考虑五阶非线性克尔效应时，分析了有微扰时光孤子的传输稳定性和双超短光脉冲相互作用。

实验采用共振增强式非线性折射率调制技术实现了半导体可饱和吸收镜锁模全保偏掺镱光纤激光器重复频率的精确锁定。在掺镱光纤激光器的腔内加入一个980/1064 nm的波分复用器(WDM)和一段掺铒增益光纤，通过反馈控制加载在该掺铒光纤上的976 nm抽运光LD2功率调控掺铒光纤的非线性折射率，进而对激光器的光学腔长实施控制，最终实现重复频率的精确锁定。优化了不同掺铒光纤长度及抽运光初始功率对激光器重复频率控制范围和锁定精度的影响。结果表明：当掺铒光纤长度为1.75 m时，通过调整抽运光功率能够实现180 Hz的重复频率调整范围；而重复频率的锁定精度仅与抽运光的初始功率密切相关，并不受掺铒光纤长度的明显影响。当LD2抽运光强度为18 mW时，重复频率峰-峰值的波动范围小于0.5 mHz,相应的标准偏差为0.16 mHz，输出功率的标准偏差为0.009 mW。此外，通过反馈控制抽运源LD1的强度，并取掉了腔内的掺铒增益光纤及与其相连的WDM，发现由于共振增强非线性和克尔非线性对光纤折射率的叠加，在稳定的单脉冲锁模区间内，重复频率单调变化的范围增加至1 kHz，而锁定精度略有降低。

零差相干激光通信系统具有高速率及远距离传输的特性，在星间高速激光通信骨干网中占有重要地位。分析了光学锁相环的工作原理并建立了相应的数学模型，得到了光学锁相环的开环及闭环传递函数，推导了误差传递函数，分析了环路带宽的影响因素。分析了锁相环路中的相位噪声误差，建立了误差因素、探测灵敏度以及环路带宽之间的关系。分析得到锁相环的优化带宽为1.5 MHz，测试了接收机的误码率。当通信速率为5 Gbit/s、调制方式为二进制相移键控时，得到接收机的接收灵敏度为-41.4 dBm，误码率为10-7。

实际应用中球差作为一种普遍存在的像差，对光束在光学系统中的传输具有较大影响。为了研究球差对光束通过分数傅里叶变换系统后所产生的影响，基于柯林斯公式，推导出余弦高斯光束在有球差和无球差的分数傅里叶变换系统中的场分布，并以Lohmann Ⅰ型系统为例，进行数值模拟计算，研究了余弦高斯光束通过有球差和无球差的分数傅里叶变换系统后输出面的横向光强分布规律以及不同变换阶数和不同调制参数下轴上光强大小与球差系数的关系。结果表明，在分数傅里叶变换系统中，透镜球差对输出面横向光强分布有较大影响，并且正球差和负球差对横向光强的影响效果有明显区别。不同变换阶数和不同调制参数下透镜球差对轴上光强的作用效果不同。

多普勒差分干涉光谱仪是傅里叶变换型光谱仪，在大气风速反演过程中，偶延拓的反演光谱无法直接解出目标谱线的相位，而且在实际测量中反演光谱中含有的杂散光谱线、噪声等，使得复干涉图相位发生变化，最终导致反演风速值的偏差。所以，在对实际噪声环境下测得数据的处理过程中，获取反演光谱相位信息时需要对目标谱线进行提取。针对不同信噪比的干涉图，利用蒙特卡罗方法对不同线宽的不同窗函数的优化反演结果进行分析。结果表明：对于信噪比高于26.5 dB的干涉图，线宽为4~5倍光谱分辨率的高斯窗函数是最优的窗函数优化方式；对于信噪比低于26.5 dB的干涉图，线宽为7~12倍光谱分辨率的矩形窗函数的反演风速值更精确，是最优的窗函数优化方式，可以复原相位信息，反演出大气风速的近似值。

提出了一种利用量子存储机制进行相干光学信息处理的技术，在4f成像系统的像面上可以实现信号光和读取光之间的卷积运算。实验证明了通过基于电磁感应透明（EIT）效应的光脉冲存储和读取过程实现光学信息卷积操作的可行性。该研究结果为基于量子存储机制进行相干光学信息处理提供了理论和实验依据。

基于主光线传输方程，研究了鱼眼镜头前光组负弯月形透镜物像空间的视场角压缩比与结构参数之间的关系，并根据视场角压缩比及镜头尺寸的设计限制，初步确定前光组的结构参数。针对前光组具有平面对称光学系统的成像特性，应用平面对称光学系统像差理论计算前光组波像差；然后利用鱼眼镜头前、后光组波像差的平衡条件，求解后光组各透镜的光焦度及光学间隔；并将其作为限制条件，应用Zemax软件设计了由三块透镜组成的简单后光组系统。以该简单系统作为初始结构进一步复杂化，得到满足更大视场和孔径要求的鱼眼镜头。研究表明，所述方法为设计鱼眼镜头初始结构提供了一种新的思路，且避免了以往设计者过于依赖经验和参考专利的问题。

航空相机在采用旋转扫描反射镜成像过程中存在像面旋转，会导致图像模糊，成像质量下降，必须采用像旋补偿机构进行补偿。目前，通过人眼观察图像模糊程度和电机同步控制精度评价像旋补偿精度，都不能客观准确评价系统成像质量。为建立航空相机成像质量与像旋补偿系统其他指标之间的直接关系，提出基于极坐标系的动态调制传递函数(MTF)，并提出基于倾斜刃边法与模糊路径法相结合的方法测量航空相机旋转像移动态MTF。设计扇形靶标旋转动态成像实验，利用旋转动态MTF和倾斜刃边法得到图像动态MTF计算值，并基于图像模糊路径测量转台转动时图像动态MTF测量值。实验结果表明，转台以20～300（°）/s匀速转动时，空间频率在旋转动态MTF到达第一个零点频率前，动态MTF计算值和测量值曲线近似重合，验证了旋转动态MTF的正确性；空间频率在小于0.7零点频率范围内，两动态MTF曲线相对误差最大值和均值分别小于6%,2%，进而证明了测量方法的准确性。

在前人工作的基础上，分析了干涉探测的基本工作原理；采用波动光学理论、平面波近似和非相干叠加等方法对干涉探测技术进行了理论分析和数学建模，并通过计算机仿真验证了该技术的可行性。通过与传统光电探测技术的比较发现，干涉探测技术更适用于在强天光背景下对暗弱目标的搜索。

根据漫反射激光测距回波的误差特性，提出了一种基于运动补偿和抗差估计的回波光子实时检测方法。通过运动补偿增加了光子积累数量，可提供可靠的初值。在此基础上，采用抗差估计策略剔除观测粗差，有效实现了回波光子的实时在线检测。实验结果表明，在低信噪比情况下，该方法能够有效地抑制噪声影响，并能有效解决漫反射激光测距的实时信号检测问题。

Ti6Al4V合金在毫秒激光打孔过程中，沿孔壁会形成严重影响成品性能的重铸层。考虑熔体受到的热学和力学等方面的影响，基于修改的流体力学方程和改进的水平集法，建立了激光打孔的固/液/气三相二维数值计算模型，在单脉冲能量为3 J的条件下,对不同脉宽参数的激光打孔进行数值研究。运用后处理技术提取了打孔过程中重铸层的温度场、流场和厚度分布情况。结果表明，蒸发和喷溅是熔体排除的主要方式，重铸层是在热-力耦合作用下形成的。重铸层的厚度随激光脉宽的增大而增加，并呈现从孔口到孔底逐渐变薄的特征。

面向背光照相技术是诊断惯性约束聚变（ICF）中瑞利-泰勒（RT）不稳定性的重要方法，讨论了利用该技术对球形靶丸扰动幅度测量时由于收缩几何效应带来的影响。通过计算，分析了一个简化模型下扰动振幅的实际值和测量值，讨论了偏移距离、靶丸外半径、扰动波长和扰动振幅等因素对实验结果相对误差的影响。计算表明，合理选择这些参数能使诊断的系统误差小于3%，而且可通过计算模型对测量结果进行修正。研究结果可为即将开展的神光III激光装置上的收缩几何烧蚀RT不稳定性实验参数设计和结果分析提供依据。

家庭日常工具的部件功用性主动认知是家庭服务机器人智能提升的重要方面。为满足服务机器人实时自主作业的需要，提出了一种基于结构随机森林(SRF)的工具部件功用性快速检测算法。在离线训练阶段，利用SRF训练功用性边缘检测器与功用性检测器，并通过评估功用性检测结果的Fβ值确定工具各部件功用性对应的先粗糙后逐步精细化(coarse-to-fine)阈值。在线检测阶段，首先使用功用性边缘检测器计算功用性区域边缘的初步概率图，继而加以coarse-to-fine阈值滤波得到包含工具部件功用性的外接矩形区域，最后对该区域使用功用性检测器进行检测。实验结果表明，在普通非图形处理器系统下，相较于现有的全局搜索检测方法，本文方法对各功用性部件的检测效率均明显提升，且召回率和精度都有提高。

为了实现人工复眼系统的三维探测，针对人工复眼视场大、成像过程复杂等问题，提出一种基于双柱面法和反向传播(BP)神经网络的整体几何标定方法。该方法利用BP神经网络对任意复杂非线性关系的强大映射能力，分别在前后两个柱面上对复眼上的每个子眼进行隐式标定，建立图像像素坐标与柱面上二维坐标的映射关系。三维测量时一个图像上的点映射为前后柱面上的两个点，连接这两个点得到一条空间直线，通过最小二乘法求解多条空间直线的交点即可求得三维目标点的坐标。实验结果表明：在人工复眼60°×30°的视场范围的横向测量误差在1 mrad以内，纵向相对误差在0.6%左右。与传统的基于小孔模型的标定方法相比，该方法无须考虑复眼子眼的成像模型及其参数求解，而且由于整体标定过程是在同一世界坐标系下进行的，也不必精确知道各个子眼间的位置和朝向关系。此方法完全适用于人工复眼系统的几何标定，能够满足其大视场、高精度的标定要求。

为了解决复杂环境下红外人体目标分割应用中当前脉冲耦合神经网络（PCNN）方法常出现的噪声适应性差、目标边缘细节模糊等问题，提出了改进的PCNN方法。根据红外噪声特点，利用加权均值滤波和各向异性高斯滤波设计了模型反馈输入域的权值矩阵；采用改进的拉普拉斯分量绝对和表示PCNN的连接强度参数，从而实现了该参数的自适应设置；用点火区域平均灰度值构建动态阈值的方法，实现了PCNN模型的迭代控制。对IEEE OTCBVS和自拍数据库中的250余幅红外人体图像进行对比实验，结果表明，提出的方法能够有效抑制红外噪声，分割出带有较多边缘细节的人体目标，与其他PCNN分割方法相比，该方法还具有较优的平均概率兰德指数和较低的平均全局一致性误差。

结合SiO2纳米球掩模和反应离子刻蚀技术制备了结构呈周期性排列的多晶黑硅，利用低浓度的NaOH溶液去除由荷能离子撞击所带来的损伤层，优化了多晶黑硅结构。在多晶黑硅上用原子层沉积技术沉积一层Al2O3薄膜，并对样品进行快速热退火处理。结果表明，采用低浓度的NaOH溶液可以完全去除损伤层，在保持原有黑硅结构的基础上使表面结构更加光滑；经450℃快速热退火后少子寿命达到29.34 μs，表面复合速率为306 cm·s-1，在可见光范围内平均反射率降至7.12%。

对未掺杂的In0.22Ga0.78As/GaAs量子阱材料开展了能量为1 MeV、电子注量达1×1016 /cm2的电子束辐照实验。实验结果显示，电子束轰击量子阱材料，通过能量传递在材料中引入缺陷，导致光致发光减弱；电子束辐照后的量子阱中同时存在应力释放和原子互混现象，导致量子阱的发光峰先红移后蓝移；辐照后的量子阱发光波长取决于应变弛豫和扩散的共同作用。

基于光谱的光量子学照明系统评价方法，能使现代农业发光二极管（LED）植物照明系统具有可重复性，具有实用意义。基于光量子理论，采用高出光效率、高均匀度的自由曲面底板设计方法，并使用脉冲宽度调制驱动方法，设计了一款应用自由曲面底板的红蓝光LED植物照明用灯具，并对其参数进行测量。将仿真结果与实验结果进行对比详细分析了传统照明设计方法在LED植物照明中的意义。实验结果表明，所设计的灯具光量子通量密度均匀度约为80%，灯具最高温度约为50 ℃。由于没有使用扩散板等二次配光手段，灯具出光效率可视为100%，比使用扩散板的情况提高了34.5%以上，大大减少了植物照明的能耗。扩散板的引入会降低所设计灯具的光量子通量密度均匀度，而对混光均匀度影响不大。因此，在植物照明使用的红蓝光LED组合中，使用自由曲面底板的一次配光方法比使用扩散板的二次配光方法更为简便有效，更符合植物照明的设计需求。

开展了动态气体锁抑制率的实验研究，设计了一套极紫外真空动态气体锁实验验证系统；进行了真空抽气系统的详细设计，形成了具有实际可操作性的真空系统的最终布局；指出了该实验验证系统的验证方法；进行了动态气体锁实验，并对实验结果进行了分析，验证了动态气体锁理论模型和仿真结果的正确性。实验研究结果表明，当污染气体放气率恒定时，增加清洁气体总流量将使动态气体锁抑制率逐步增加；同等条件下动态气体锁抑制率不随污染气体放气率的改变而改变；当清洁气体总流量和污染气体放气率都恒定时，动态气体锁抑制率随清洁气体相对分子质量的增加而缓慢增加。该动态气体锁抑制率实验研究结果，能够为极紫外光刻机动态气体锁的研制提供实验依据。

设计并制作了一种全集成的基于波长路由的光真延时（OTTD）模块。该模块由两个相同的通道间隔为1.6 nm的16×16阵列波导光栅路由器（AWGR）与一组波导延时线阵级联而成。测试结果表明该模块性能优异，工作波长通道间串扰小于-27 dB，光纤端到端峰值波长的插入损耗约为12 dB。采用矢量网络分析仪测试得到延时线阵提供的光延时步长为(6.24±0.4) ps。该模块中两个阵列波导光栅路由器及延时线阵均被集成在一块硅基片之上，并且都由二氧化硅(SiO2)波导制作而成，整个器件尺寸为3.5 cm×3.5 cm。

介绍了GaAs基太阳能电池的原理、等效电路及性能参数，基于集成电路工艺与器件计算机辅助工艺设计（TCAD）仿真工具，设计了背场分别为InAlGaP和InAlP的两种GaAs基太阳能电池，并对其结构和性能进行仿真。同时，通过分子束外延（MBE）设备制备了这两种太阳能电池，并测试了其伏安（IV）特性。在考虑并联电阻和串联电阻对太阳能电池伏安特性的实际影响后，仿真结果与实验结果基本一致。重掺杂（原子浓度为2×1018 cm-3）的InAlGaP作为GaAs太阳能电池背场时，伏安特性曲线是典型的太阳能电池的伏安特性。重掺杂（原子浓度为2×1018 cm-3）的InAlP作为GaAs太阳能电池背场时，伏安特性曲线呈现“S”形变化。分析结果表明，背场与基层形成漂移场，加速了光生少子在电池中的输运，提高了光生电流，同时，背场将光生少子反射回有源区，降低了背表面的复合概率。当InAlP作为背场时，由于异质结的存在，影响了载流子的运输，在较小的偏压下，载流子主要通过隧道效应越过势垒，在较大的偏压下，载流子主要通过热电子发射越过势垒，因此伏安特性曲线呈现“S”形变化。

结合光子晶体的缺陷模式和表面模式特性，提出了一种含吸收介质的光子晶体法布里-珀罗异质结构。该结构由周期性光子晶体、待测样本和外部空气层共同组成，将待测样本直接作为表面缺陷腔。基于光学谐振原理和表面波理论，分析了所提结构的折射率传感机理。讨论了不同吸收介质对所提结构光谱特性的影响。将石墨烯作为吸收介质时，传感结构的品质因子(Q值)明显高于将硫化锌、氧化铝和金属银作为吸收介质的情况；将样本层作为表面缺陷腔，通过光学Tamm态谐振，可实现多次全反射衰荡，使谐振光信号和待测样本充分作用，从而提高了该结构的传感灵敏度。所提结构的Q值为2097.18，灵敏度为1017.98 nm/RIU。研究结果对实现待测物的高Q值和高灵敏度检测具有一定的理论参考价值。

设计了衍射光学元件，利用该元件对入射的角向偏振拉盖尔-高斯矢量光束进行调制，在高数值孔径聚焦透镜的焦平面附近获得了沿光轴方向成对的三维多点光俘获结构--双光链。分析了入射光束的参数（缔合拉盖尔多项式的拓扑荷数和径向模数以及光束的拦截比）、衍射光学元件的内外环结构和聚焦透镜的数值孔径对双光链的影响。结果表明，改变拓扑荷数和径向模数会破坏双光链结构，通过调节拦截比和衍射光学元件的结构可重新获得双光链，从而实现对双光链结构的高自由度控制。

从理论和实验角度，系统研究了基于动力学相位和几何相位来实现对光自旋霍尔效应中的自旋分裂的操控，利用推广的费马原理，理论上分析了这两类相位对光束传输行为的影响。结果表明，几何相位可以操控光束的自旋分裂，分裂的大小与超表面的空间旋转率有关，分裂的方向与几何相位的梯度方向一致。动力学相位能操控光束的整体平移，平移大小与动力学相位梯度相关，平移方向与动力学相位梯度的方向一致。基于空间光调制器和超表面搭建了一套实验系统，该系统证明了基于动力学相位和几何相位操控光自旋霍尔效应中自旋分裂方法的可行性。

在非旋波近似下，对二项式光场与Λ型三能级原子相互作用的量子特性进行了精确求解。讨论了二项式光场系数以及初始时刻原子能级的叠加对二阶相干度和光场压缩特性的影响。数值计算的结果表明，随着光场系数的增大，反聚束效应持续时间逐渐增大，初始时刻原子能级的叠加导致光场聚束效应持续时间增大。无论初始时刻原子能级是否叠加，随着光场系数的增大，光场压缩效应持续时间均先增大后减小。由于非旋波项产生的虚光子效应，二阶相干度和光场压缩效应演化曲线出现小锯齿状振荡。

针对目前保密放大方案存在的随机种子使用量大的问题，提出了一种基于模块化广义Trevisan随机提取器结构的量子密钥分配（QKD）保密放大的设计方案，并借助量子边信息分析理论，给出了该方案的安全性证明。结果表明，该方案不仅能够抵抗量子攻击，而且能有效节约随机种子，实现可扩展的高效保密放大。

介绍了多光谱分孔径同时探测系统的偏振定标方法。根据探测系统的特点，分析引起探测系统偏振效应的主要因素，包括偏振片消光比、装配误差导致的检偏器透过轴角度偏差和绝对光谱响应度；推导带有偏振片消光比、角度偏差和绝对光谱响应度的系统探测矩阵；设计具体实验，并求解系统探测矩阵中的未知定标数据；利用偏振度可调的光源对偏振定标方法及定标数据进行验证。结果表明，使用490，670，870，1610 nm波段，在输入偏振光的偏振度为20%时，测得偏振度的偏差分别为0.74%，0.01%，0.80%，0.59%，满足探测系统对实际偏振测量精度指标的要求。所提出的偏振定标方法有效可行，为该探测系统的实际应用提供了基础。

电泳光散射法测量Zeta电位时，散射光频移只有几百赫兹，在全频段求取散射光功率谱会降低频率分辨率。为此，提出先用傅里叶变换在全频段对散射光信号进行频谱估计，获取需要细化分析的频谱范围，然后用线性调频变换频谱细化算法在窄带范围内进行高分辨率的频谱细化分析，从而获得准确的散射光频移。设计了基于激光多普勒技术的散射光频移测量装置，使用该方法分别测量了3种标准聚苯乙烯乳胶微球的Zeta电位。实验结果表明，线性调频变换频谱细化算法可以有效地提高Zeta电位的测量精度，测量重复性小于5%。

基于成熟的相函数近似方法Delta-M和Delta-fit，解释了结合相函数矩不变要求和特定角度范围误差最小化要求这一组合方案Delta-combine的物理含义，并分析了不同要求衔接点位置对散射强度的影响。在此基础上，以Cloud和Haze散射相函数为例，对Delta-M、Delta-fit和Delta-combine近似方法计算辐射强度和辐照度的效果进行对比，进而统计分析了三种相函数近似方法在不同光学厚度情况下的适用性。结果表明，随着组合衔接点的后移，Delta-combine方法强度绝对误差均方根(RMS)减小，相对误差RMS先减小后增大；Delta-M、Delta-fit和Delta-combine，三种方案均能够保证能量平衡；对不同光学厚度，Delta-M和Delta-combine方法计算的强度绝对误差RMS比Delta-fit小；对于相对误差，当光学厚度较小时，Delta-fit效果较好，随着光学厚度增大，Delta-combine方法最优。

天基红外预警卫星远距离探测时获取的弹道目标特征信息匮乏，代表物质固有属性差异的光谱信息可作为目标识别的主要依据。将尾焰特征光谱信息作为识别的重要手段，综合考虑尾焰光谱吸收特性和特征光谱提取原则，采用改进的向前和向后间隔偏最小二乘法建立特征波段提取模型，以新型自适应变权重光谱相似性测度（SAVM）实现目标与特征光谱数据库的匹配，提出了基于尾焰特征光谱的主动段弹道目标识别方法。仿真实验进行了特征波段提取与SAVM优越性的验证，相较于全波段光谱匹配识别法，提出的方法所需数据量更小、识别精度更高。研究内容可为红外预警卫星系统优化探测识别能力提供有意义的参考。

针对逐像元处理的高光谱图像实时线性约束最小方差（LCMV）检测与分类算法计算量大、运行速度慢的问题，在LCMV检测与分类算法的基础上，提出了两种逐行的实时LCMV目标检测与分类算法。首先对LCMV算法进行了因果化，提出了逐行处理的实时因果LCMV（CR-LCMV）检测与分类算法，再利用Woodbury引理，推导出了逐行处理的实时递归因果LCMV（RCR-LCMV）检测与分类算法。实验结果表明：与LCMV检测与分类算法相比，两种新型实时算法均能在不影响检测精度的情况下实时地检测目标与对目标进行分类，且所需的数据存储空间大大降低；与逐像元处理的实时LCMV算法相比，两种新型实时算法可获得几乎与之相同的检测精度，计算复杂度大大降低，实时处理能力更强，算法在运行时间上具有明显的优越性。

共振型光声光谱系统容易受到外界环境的影响，其中相对湿度对光声信号的影响会直接降低光声光谱技术在进行痕量气体检测或气溶胶光吸收系数测量时的准确性。利用自制的U形光声池，搭建了一套相对湿度可精确调节的光声光谱测量系统，通过测量不同相对湿度下光声系统的性能参数，分析了相对湿度对光声信号的影响，获得了不同相对湿度下光声信号的修正参数。利用该参数，测量了7172.699 cm-1波长处水分子的吸收，并定量分析了相对湿度的影响。该研究结果为光声光谱技术在不同相对湿度环境条件下的应用提供了重要参考。

通过对绿色植被近红外区反射光谱的系统分析，充分证明O-H决定植被在1450 nm和1940 nm附近的光谱特征，在此基础上，设计并制备了4种层间含O-H的新型光谱模拟材料Mg-Al-X-LDH (X为NO3-、Cl-、CO32-、SO42-)，并对其进行了X射线衍射、红外光谱、热重分析及拉曼光谱表征。依据光谱相关系数和光谱角度匹配模型计算，4种层状双金属氢氧化物（LDH）与植物叶片近红外反射光谱两种计算模型的相似度分别超过0.9600和0.9700；以Mg-Al-Cl-LDH为模拟材料，初步与聚氨酯复合，制备了与植被在近红外区光谱高度相似的涂层，两种计算模型的相似度分别达到0.9702和0.9924；Mg-Al-Cl-LDH在紫外可见光区的高度透明性，有利于各个波段光谱材料的复合；经180 ℃高温处理前后的Mg-Al-Cl-LDH，两种计算模型的相似度依然能达到0.9888和0.9959，说明Mg-Al-LDH有良好的热稳定性，不易失水。

在采用近红外漫反射光谱对浑浊介质中的物质浓度做定量分析时，物质浓度测量的灵敏度与所选的光源-检测器位置有较大的关联。解析了物质浓度测量的灵敏度随光源-检测器距离变化的曲线特点，给出了三个特殊位置：灵敏度全局极大位置、灵敏度为零的位置和灵敏度局部极大的位置。以葡萄糖在某浑浊介质溶液（含血红蛋白、白蛋白的Intralipid溶液）中的测量为例，从扩散方程、蒙特卡罗模拟、漫反射光谱测量实验三方面，均验证了灵敏度曲线中存在的这三个特殊位置。另一方面，考虑到近红外光源的稳定性、铟镓砷检测器的量子效率与系统噪声等因素的限制，采用仪器的信噪比作为另一个客观指标，对实际测量可得到的灵敏度进行了评价。综合灵敏度曲线的特点和仪器的实际测量水平，给出了测量葡萄糖的最佳位置，可实现最优的测量灵敏度与测量精度。采用优化后的测量位置，葡萄糖的测量灵敏度可提高10倍以上。测量葡萄糖灵敏度的研究对人体组织中的无创血糖检测有较好的参考价值，同时，对漫射光谱灵敏度的解析方法可被借鉴于其他物质的近红外漫反射光谱测量位置的优选。

提出了一种基于随机森林预测模型的太赫兹时域光谱的木材鉴别方法。对4种木材(2种红木、2种非红木)在0.2～1.2 THz频率范围的吸收光谱的差异进行分析；对得到的光谱吸光度数据进行主成分分析的数据降维处理,并提取方差贡献率最高的五种主成分(总贡献率高达99.65%)；将其代入随机森林预测模型预测鉴别红木的真伪，得出相应训练集和测试集的识别率。实验结果表明，与传统的支持向量机预测模型和单一决策树模型比较，使用时域光谱技术结合随机森林预测模型能够得到更高的识别率,识别率可达91.25%，能够准确对红木和非红木进行检测。

紫外-可见光谱法水质检测中，检测设备面对多样性的地表水体容易受到悬浮颗粒物引起的浊度干扰，导致谱线整体非线性抬升，测量精度显著下降。研究了一种基于Mie散射理论的紫外-可见水质光谱浊度干扰补偿算法，借以提高可溶有机物含量的检测精度。通过截取水样本紫外-可见光谱中主要由颗粒物散射引起的450~1100 nm段光谱，采用基于Mie散射理论的光全散射颗粒物粒径分析法，重建了水样本所含颗粒物的粒径分布。利用粒径分布的二次反演，估计了220~450 nm可溶有机污染特征光谱段中由颗粒物引起的消光值，实现了对浊度干扰的精确补偿。实验结果表明，该算法对不同地表水样本均表现出了良好的浊度补偿效果，化学需氧量解算精度得到较大提高。且补偿算法无需大量实验获取先验数据，可提高紫外-可见光谱法水体可溶有机物检测的准确性和检测部署的灵活性与适应性，具备实用价值。

氧化铪是高激光损伤阈值薄膜领域内一种重要的高折射率材料，其禁带宽度和Urbach带尾宽度直接影响到薄膜的吸收和激光损伤阈值。针对离子束溅射沉积法制备的氧化铪薄膜，以基板温度、离子束电压、离子束电流和氧气流量为主要制备参数，提出了基于正交实验的光学带隙调整方法，并采用Cody-Lorentz介电常数模型表征了薄膜的禁带宽度和带尾宽度。研究结果表明，当置信概率为90%时，在影响氧化铪薄膜禁带宽度的制备因素中，影响权重从大到小依次为基板温度、离子束电流和氧气流量，采用低基板温度、中等离子束电流和低氧气流量制备参数组合，可以获得高禁带宽度的氧化铪薄膜；对带尾宽度影响最大的制备参数是基板温度，其他参数影响不显著，在高基板温度下可以获得较低的带尾宽度，这表明氧化铪薄膜的无序度较低。

为了准确、稳定地测量分析光柱镭射纸张及其印刷品的颜色，在分析了纸张微观结构的基础上，选用积分球式分光光度计，在纸张(或印刷品)的不同光柱周期内进行采样，同时在纸张（或印刷品）固定位置处旋转不同角度采样。将采集到的数据进行数学统计分析，建立了两种光柱镭射纸和印刷品的颜色色度值测量和色差计算方法。与现有方法相比，该测量方法在提高了工作效率的同时，也较大地提高了测量精度。该方法可为包装印刷企业的纸张、印刷品质量检测提供高效且客观的评价手段。