介绍了我国首次绕月探测嫦娥一号卫星的主载荷CCD立体相机与干涉成像光谱仪的原理、设计思想、技术措施与特色、设计结果以及在轨图像质量评估与检测. CCD立体相机采用一个广角物镜加一块面阵CCD的独特技术方案，从而使立体相机具有结构紧凑、小型轻量、配准精度高、航天环境适应性强等优点. 4种曝光时间与4种电子学增益共16组合，可以实现同轨不同纬度的曝光量调整. 干涉成像光谱仪采用了大比尺缩小的图像传递、2×2像元合并、矩形孔径光阑、2种曝光时间与3种电子学增益共6种组合的在轨曝光量调整等技术措施. 在轨运行表明，各项技术措施有效，达到了预期目标.

设计了一种宽谱段前置光孔远心光学系统，其孔径光阑位于透镜组的焦面上，该设计集宽谱段自动复消色差、长工作距、前置光孔及远心等特点于一体. 讨论了这样一种特殊光组的设计. 选用国产牌号的光学玻璃配对，价格低廉且在校正色差后，自动校正宽谱段二级光谱，并实现了透镜组两侧同时具有长工作距. 设计结果表明，光学系统的残余二级光谱很容易控制在千分之一焦距以内，波面平行差小于0.000 22弧度.

以嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪为例,介绍了Sagnac干涉仪的设计思想,共光路及横向剪切原理、剪切量的计算方法以及干涉仪分束面上分束区与透射区的设计.该Sagnac横向剪切干涉仪作为嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪的核心部件,经检测与在轨运行,表明设计正确,经受了包括月食低温在内的各种恶劣的航天环境的考验,获得了大量清晰的月表多光谱图像.

介绍了嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪的科学目标、总体设计思想、方案选型、工作原理、光学实施方案、光学系统设计及评价、空间环境适应性考虑、发射前光学图像质量检测、在轨运行情况及在轨性能评测.

介绍了嫦娥一号卫星有效载荷—干涉成像光谱仪现场性能检测实验，包括焦距检测实验、MTF检测实验、谱线位置和光谱分辨率定标检测实验、光谱辐射度定标检测实验.分析了检测的必要性，确定了检测判据，制订了检测方案，规定了实验条件，给出了检测结果.通过实验，保证了干涉成像光谱仪以确定的和良好的技术状态发射.

介绍了嫦娥一号卫星用于获取矿物光谱信息的干涉成像光谱仪电子学系统设计.概述了电子学系统的技术指标、系统组成、工作模式、外部接口和设计原则，详细描述了焦平面组件设计、视频处理和时序控制组件设计和EMC设计，给出部分正样产品实物照片以及地面实验和在轨飞行图像.各项地面试验和一年的在轨飞行结果表明该设计达到了预定的技术要求.

介绍了基于Actel反熔丝FPGA的嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪时序控制模块设计.概述了时序控制模块的功能要求，详细描述了时序控制模块外部时序接口和内部时序接口，给出了时序控制模块设计的参量配置、逻辑结构和简要结果.各项地面试验和一年的在轨飞行结果表明该设计合理可靠.

提出和证实了一种光纤环形激光器. 将一个带通滤波器与一个带阻滤波器级联，用一段保偏掺铒光纤作为饱和吸收体，得到了一种单纵模双波长光纤激光器. 结果表明,该激光器波长间隔为0.4 nm，边模抑制比大于49 dB.如果将两个波长进行差拍,该激光器有潜力得到49.85 GHz的微波信号.

利用掺杂浓度为5 mol%的掺氧化镁多周期极化铌酸锂晶体实现了高效单谐振的准相位匹配光参量振荡器，所使用的周期极化铌酸锂晶体有6个周期，且以1 μm为间隔，从26.5~31.5 μm. 该光参量振荡器以脉宽为150 ns，重复频率为10 kHz的声光调Q Nd∶YAG激光器为泵浦源，且泵浦光波长为1.064 μm. 通过控制晶体的温度(50~200℃)以及改变晶体的极化周期(26.5~31.5 μm)，可由该光参量振荡器获得2.83~2.89 μm,3.10~3.38 μm,3.57~3.78 μm,3.95~4.12 μm, 4.28~4.46 μm,4.65~4.79 μm的闲频光连续调谐输出. 且当泵浦功率为8.15 W时，在闲频光输出波长为3.33 μm处，获得了最大输出功率2.17 W.

介绍了一套1.06 μm脉冲式相干激光雷达测速演示系统.采用单块非平面环形激光器作为种子，注入到单纵模运转的Q开关高重复频率Nd∶YAG激光器为发射源，实现稳定的单频输出.通过外差式相干探测的方法，利用转速0~60 Hz可调、直径为10 cm的转盘为运动目标，回波信号被带宽为3.5 GHz的高速光电探测器响应后，经采样率为2.5 GS/s的A/D采样，输送到基于LabVIEW信号处理系统中，从而测量不同转速下的多普勒频移，各测速点的多普勒频移测量结果相对误差在3%以内.针对测量中存在的误差从激光器输出线宽和测速系统准确度两方面进行了误差分析，并提出了改进措施.演示系统的良好重复性证实了这种相干激光雷达系统的可行性.

为使光纤激光器在自由空间中进行有效的相干合成，提出了耦合臂上带有会聚透镜的迈克尔逊型耦合腔，并将外腔配置为f－f结构以增强内部反馈.利用高斯光束的ABCD定律分析了外腔的传输特性，详细研究了外腔偏离f－f结构对相互注入耦合效率的影响，指出输出光纤端面与透镜前焦平面的偏差是影响反馈耦合效率的关键因素.基于此特别设计的迈克尔逊型耦合腔，实验上实现了两路光纤激光的有效相干合成.当透镜被移走时，阵列输出功率下降为原始值的78.5％，且相干态变得不稳定.

研制了一种应用于直接调制半导体激光器的脉冲驱动电路.根据直接数字频率合成原理，利用现场可编程逻辑阵列产生频率可调方波去触发雪崩晶体管，以及雪崩晶体管的雪崩效应产生频率可调脉宽固定在3 ns的主体脉冲.该脉冲经过衰减器衰减得到合时的脉冲幅度.输出脉冲最高频率可到100 kHz，其输出电压幅度为9 V.

报道了激光散斑时间漂移效应.引入了散斑模型，接收面上散斑场复振幅的强度和位相的统计性质证明了模型的合理性.基于此模型和相关算法，模拟了所有可能导致激光散斑时间漂移效应的物理因素的影响.模拟结果显示两个因素起主要作用.通过巧妙地改变VCSEL和CCD的工作状态，也证明了两个因素其主要作用,即激光器对表面的加热引起的表面膨胀和CCD的热效应带来的噪声增加.相比之下，其他因素仅仅会带来散斑图像的微小变化.

研究了法拉第旋转镜用于补偿单模光纤中1 550 nm单光子传输的偏振漂移特性.比较了不同平均光子数下经由不同长度单模光纤传输后单光子偏振漂移的差异，以及使用法拉第旋转镜的偏振漂移抑制比.实验结果表明,在50 km光纤50 kcps光子计数(光强)下偏振漂移改善最优，偏振漂移抑制比达25.3.

基于电子密度演化模型，借助数值方法，研究了飞秒激光作用下光学薄膜内的电子密度演化过程，讨论了初始电子密度Ni和激光脉冲宽度τ对光学薄膜激光损伤阈值Fth的影响，分析了激光诱导薄膜损伤过程中MPI和AI的性质和作用.研究结果表明，对应于一定的脉宽，存在一个临界初始电子密度，当Ni低于这一临界密度时，Fth不受Ni影响；当Ni高于临界密度时，Fth随Ni增加而降低.临界初始电子密度随着脉宽的减小而增加。对于FS和BBS介质薄膜，Fth随脉宽的增加而升高。初始电子密度Ni对BBS中的MPI和AI基本没有影响；同样Ni对FS中的AI基本不产生影响，但当Ni>1011 cm－3时，FS中MPI电子密度随Ni增加而降低.在所研究的脉宽范围τ∈［0.01,5］ps，AI是FS介质激光诱导损伤的主要机制.而对于BBS，当脉宽τ∈［0.03,5］ps，AI是激光诱导损伤的主要机制；当脉宽τ∈［0.01,0.03］ps，MPI在激光诱导损伤中占主导地位.

在神光II装置上,利用选通脉冲与激光脉冲在示波器上的时间关联建立了一套X射线分幅相机的时间定标方法.以激光打靶的第一分幅像为定标点,由对应的电脉冲关系得到定时的基准.采用四路260 J、1 ns、0.35 μm的激光打击镀金球靶的分幅照相,确定了X射线发射在MCP微带线上的基准点，时标准确度为50 ps.在惯性约束聚变背光照相实验中，该时标系统得到成功应用.

利用微扰理论给出“等效矩形波导法”，分析了费米型截面硅基聚合物阵列波导光栅的传输特性.模拟表明，波导的费米型截面将使阵列波导光栅的传输光谱产生漂移、并使串扰增大.为了消除光谱漂移、减小串扰、实现正常的解复用功能，对阵列波导光栅的结构参量进行了重新优化.结果表明，重新设计的费米型截面聚合物阵列波导光栅的光谱响应和串扰恢复到初始设计的聚合物矩形截面阵列波导光栅的水平.

基于飞秒激光光刻技术和氢氟酸对光学玻璃的刻蚀，在K9光学玻璃表面制作了凹面微透镜阵列，并且可以以此为模板实现凸微透镜阵列的大量复制.用相位对比显微镜和扫描电子显微镜分析了微透镜阵列的表面轮廓，测试了微透镜阵列的光学衍射特征.该方法简单、透镜参量可控，制作的微透镜阵列能够用于分光、光束匀化、并行光刻等强激光领域.

基于具有局域-非周期-类结构的活性无序介质中的复杂局域模与合适泵浦光的相互作用模型，研究活性无序介质中泵浦功率对局域模发射的影响，定性解释了泵浦功率对局域模发射的影响.结果表明,局域-非周期-类结构的无序介质的透射谱只与介质的结构有关，而与介质的损耗和增益无关，不同的激发模具有不同的泵浦功率阈值.

利用时域有限差分方法,模拟了P偏振光高斯光束入射到金属银亚波长细缝与光栅结构的透射情况.由于表面等离子激元波的影响,对称光栅结构透射光呈现对称出射,而非对称结构可以实现小角度定方向的光束集束现象.借助公式推导法及Helmholtz互易定理,可设计出平行入射P偏振光的光束集束器件.由于高斯光束本身的发散性及近场分布的需要,针对高斯光束的器件在结构参量上缩小了12%.在对其他结构参量的优化的基础上,实现了针对633 nm高斯光束的对称出射及光束集束器件的设计.

利用溶胶-凝胶法制作了平板波导.实验中，在不同的条件下采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备出TiO2平板波导，分析了影响平板波导的因素，如溶胶-凝胶溶液的浓度、pH值，滴胶速度，热处理等.并对在不同工艺条件下的波导膜特性进行了测试，分析了影响波导膜质量的各个因素.实验表明，在控制实验条件的前提下溶胶-凝胶法在制作平板波导膜的工艺上制作方法简单，容易实现.

数值模拟了在喇曼散射效应影响下，波长位于反常色散区的高阶孤子泵浦脉冲与波长在正常色散区的信号脉冲通过交叉相位调制作用产生的压缩脉冲对.结果表明，由于受喇曼效应的影响，飞秒信号脉冲产生的脉冲对不再保持对称，滞后的蓝移脉冲峰值功率随传输距离的增加而减小，产生孤子红移.同时发现喇曼系数增大，超前红移脉冲峰值功率增加，滞后蓝移脉冲峰值功率降低.分析了孤子阶数和正、负走离效应对脉冲压缩对变化规律的影响.

研究了温度对串联光折变晶体回路中高斯光束传播特性的影响.假设一束暗孤子光束和一束高斯光束分别入射到回路的两块晶体上，利用数值计算方法分析了改变暗孤子所在的晶体温度对高斯光束在另外一块晶体中传播特性的影响.结果表明，调节暗孤子的晶体温度能够影响另一块晶体中高斯光束的传播特性，可以决定高斯光束在晶体中是否能够演化为稳定传播的明孤子波.

分析了含单负材料的光量子阱结构中的振荡透射模的性质.用两种单负(负介电常量或负磁导率)材料交替周期堆叠形成的两个光子晶体构造了一维光量子阱结构，该结构中仅其中一个光子晶体含有零有效位相带隙.数值计算结果发现，在零有效位相带隙内存在振荡透射模.通过改变井区域光子晶体内单负材料层的厚度及周期数，振荡透射模的数目、频率及频率间隔均可调节.振荡透射模对入射角度的依赖均很弱；随着入射角度的改变，缺陷模频率的相对改变量保持在0.02以下.该研究结果可用于设计多通道全向滤波器.

用转移矩阵方法研究了由核壳(Core-Shell)结构组成的面心立方在可见光和近红外波频域的反射特性.考虑金属介质的色散特性，计算了壳层厚度对禁带的影响及沿与ΓL方向成一定角度θ时的反射特性曲线.研究发现,当包覆层厚度d小于0.08倍的这种核壳结构的半径时，随d增大低频域第一反射峰的位置“蓝移”；并且金属厚度大于该阈值时基本无变化.而在同一包覆层厚度，随入射角度θ 增大低频域的第一反射峰逐渐“蓝移”；在θ =40°时第二反射峰突变.

采用本征模展开法(EME)结合完全匹配层(PML)边界条件,研究了由TiO2和SiO2复合膜结构组成的平面光子晶体Bragg微腔的模式特性，分析了介质厚度无序对微腔模式的调制以及入射角对局域长度的影响.结果表明,若光束正入射，带边局域长度要大于禁带局域长度，随着无序度的增加光子通带的透过率逐渐降低,而禁带的透过率逐渐上升.当无序度较小时，局域长度随随机度的变化在带边和禁带内表现出相反的规律.当无序度较大时，局域长度不仅和随机度、带隙有关，还受到材料的影响；若光束斜入射，TE模的局域长度要远小于TM模对应的值，且其最小值向短波方向移动。此外，入射角和膜层数的变化都会导致局域长度的起伏.

根据对称入射时的自映像原理，设计了一种基于光子晶体多模波导的超微滤波器，对于进入该种器件的1.31 μm和1.55 μm两种通信波长的光信号，能够在通过一种波长的同时，对另一种波长进行阻隔，整个器件的长度不超过15 μm.讨论了该滤波器的输出效率，并通过调整位于单模波导与多模波导联结处的介电柱位置对结构进行优化.优化后的结构具有高的输出效率和较宽的带宽.时域有限差分法的模拟结果表明该器件是可行的.

提出了一种通过横向压缩普通圆孔光子晶体光纤,得到双缺陷椭圆孔光子晶体光纤的方法.所提出的双缺陷光子晶体光纤具有高双折射率，采用全矢量有限元方法和各向异性介质完美匹配层方法对该光子晶体光纤的双折射特性和约束损耗特性进行了研究.理论模拟结果表明所提出的光子晶体光纤的双折射率可以达到10－2量级.

为了满足67英寸大屏幕LCOS背投电视的需要，设计了一款广角投影物镜.此广角投影镜头采用远心反远距结构，通过合理选用非球面和光学材料，设计的镜头具有视场大、投影距离短、工作距离长、相对孔径大、无渐晕、辐照度均匀等优点.在LCOS芯片奈奎斯特空间频率处的调制传递函数值高于0.5，色差仅约1/4像元，畸变低于5‰.

分析了离轴三反射望远镜的杂散光特性，给出了遮光罩设计的基本原则并进行了初步的设计.根据系统所要探测到的极限星等，通过计算得到了望远镜光学系统的点源透射比所必需满足的条件；在Tracepro杂光分析软件中建模，在方位角为0°、45°、90°、135°和180°时分别对0.1°～80°之间共15个离轴角度进行了光线追迹,通过计算得到了系统的PST曲线.结果表明，系统PST整体上是下降的且在离轴角30°以后接近指标要求，但在方位角0°和180°时，PST曲线在个别角度有突增的现象，通过光线追迹数据，得到了主要的杂光传输路径，提出了对遮光罩的修改方案并对其进行了修改.最后对改进后的系统重新进行了仿真分析.仿真结果表明，系统的杂光抑制能力达到了指标要求.

描述了无光焦度校正板放在主反射镜后的无光焦度校正板-牛顿光学系统的设计.光栏放在主镜上，改变相对孔径A，选择校正板光焦度φ21、φ22和遮拦比α，进行光学系统的光线追迹，求解出光学系统的最佳选择，并给出各种设计曲线和设计结果，对光学系统进行合理的评价.

对6-(4-((4-(十八烷氧基-)苯基)二氮烯基)苯氧基)-1-己醇(E-1-ol)的光致变色、双折射和全息光存储特性进行了研究.以488 nm的氩离子(Ar+)激光为抽运光，632.8 nm 的氦氖(He-Ne)激光为探测光，研究了透射信号强度随时间的变化关系；在10 mW~160 mW的范围内，研究了透射信号强度的最大值随抽运光功率的变化；经计算，在各抽运光功率下，获得的光致双折射值(δn)达10－2量级，最大激光功率下，获得的δn为2.8×10－2.对透射信号强度随时间的变化曲线进行了理论拟合，得出曲线的上升和下降符合双指数增长和衰减，时间响应常量分别是：上升阶段：t1=4.8 s,t2=85.8 s；下降阶段：t1=1.9 s,t2=27.6 s.用等强度s偏振的两束Ar+激光为写入光， He-Ne光为读出光，研究了衍射信号强度随时间的变化及写入光功率改变时，衍射信号强度最大值与写入光功率的变化关系；对衍射信号强度随时间变化的动力学过程进行了理论拟合，得出光栅生长和衰减也有快和慢两个过程，光栅生长时间响应常量为：t1=3.9 s,t2=33.9 s，光栅衰减时间响应常量为 t1=1.8 s,t2=60.1 s.

制备了一种吖啶橙敏化的光致聚合物材料,并研究了材料的全息特性.用Ar+激光器三种波长的光对材料进行记录.结果表明,该材料具有较高的衍射效率、较高的曝光灵敏度和较大的折射率调制度,最大衍射效率均大于40%.将计算机二进制文件经过编码生成的二值图像存入样品,其再现图像较为清晰,译码后能够准确地还原出原文,表明该光致聚合物适合数字全息存储.

基于二次曝光全息干涉测量原理，采用四倍相位倍增光路对声悬浮声压场分布进行了可视化研究.拍摄了给定模式的超声悬浮场在不同超声换能器激励电流时的光学全息图并进行光学再现，由再现光波的全息干涉条纹图样得到了反映声压场分布的光波波前相位变化，并进行了对比分析.结果表明，与无相位倍增光路相比，采用四倍相位倍增光路可使同一声压场的全息干涉条纹数目大大增加，测量灵敏度明显提高，为进一步研究声悬浮场声压分布提供了一种有效方法.

制备了一种对紫光至红光波段敏感的光致聚合物全息存储材料，用476 nm、488 nm、496 nm、514.5 nm及632.8 nm五种波长曝光对其进行光全息性能的研究.研究表明,该材料在各种波长下的最大衍射效率均不低于45%，曝光灵敏度大于4.22×10－3 cm2·mJ－1，折射率调制度高于1.62×10－4，光栅频率接近3 000 lp/mm等.

鉴于全息三维成像的独特优点,提出了一种新的尾流测量方法---全息成像测量.在对影响水下全息成像各种因素进行详细理论分析的基础上,自行设计了激光在尾流场的衰减实验和尾流全息成像试验.衰减实验表明,在气泡幕数密度一定的情况下,激光衰减率基本保持恒定；尾流全息成像利用双脉冲激光配合使用4F放大系统首次记录下了气泡幕的全息图像.实验表明,气泡幕全息成像效果良好,证明尾流参量的全息测量方法是可行的.

利用相位掩模法，对闪耀光纤光栅的写制技术进行了研究.在载氢光敏光纤中写制了不同倾斜角度的闪耀光纤光栅，给出了相应的结果谱图.利用闪耀光纤光栅的包层耦合模，通过侧面光检测技术，实现了一种以闪耀光纤光栅为分光器件的光纤光栅波长解调系统.对C波段的波长进行了解调，给出了实验系统及相应结果分析.

针对近地面、准水平红外激光大气通信系统的应用，利用微脉冲激光雷达、大口径激光闪烁仪在济南市区进行了为期一周的昼夜连续观测，获得了影响红外激光通信系统性能的关键大气参量的信息.着重分析了大气衰减信道、大气湍流信道对一公里通信链路系统性能的影响，考查了通信设备在复杂大气条件下应用的可行性及可靠性.最后就减弱大气信道对通信性能影响的方法进行了总结和探讨.

研究了光子晶体光纤中的四波混频效应及其波长转换.采用长度为25 m的高非线性色散平坦光子晶体光纤,当泵浦功率为19.8 dBm时,得到100 nm的转换带宽和－20 dB的最大转换效率.实验结果表明,当信号功率低于四波混频阈值时,两路不同波长的信号同时输入产生的四波混频效应互不影响.

以光纤光栅为敏感元件,设计并实现了一种基于圆柱结构的三维应力传感器.该传感器由三个光纤布喇格光栅等角度粘贴在圆柱体探头而实现.对这种三维传感器应用材料力学理论进行了传感原理的推导与分析,并进行了任意方向上应力大小的传感测量实验.实验表明:这种传感器可以准确测量三维空间任意方向的应力大小及方向,测量线性度高;在0-5N的测量范围内,误差不超过±1.58%,分辨率为9.2×10－3N.

研究了40Gb/s非归零或归零格式下,差分相移键控和开关键控信号对一阶偏振模色散的影响.比较分析了不同偏振模色散影响下的各种调制格式的眼开度.结果表明:使用非归零和归零格式，在一阶偏振模色散情况下，差分相移键控信号均比开关键控信号有更高的眼开度；与归零差分相移键控格式相比，非归零差分相移键控格式受偏振模色散影响眼开度要小；对于给定的比特率，载波抑制归零差分相移键控格式比归零差分相移键控格式有更好的抗偏振模色散能力.

研究了1 550 nm长距离光纤CATV系统中由自相位调制和色散引起的组合二阶互调劣化及其补偿问题.得出了在自相位调制和色散情况下，多级掺铒光纤放大器级联的光纤CATV系统组合二阶互调指标的计算公式.在采用啁啾光栅进行色散补偿时，对该组合二阶互调计算公式进行了修正.分析结果表明，色散补偿器的位置对补偿效果具有很大影响，理论模型计算可以得出色散补偿器的最佳位置，计算结果得到了系统仿真的验证.

研制了一种基于DWDM角度调谐薄膜滤光片的新型三端口可调带通光学滤波器，它由三个单芯光纤准直器和一片特别设计的角度调谐窄带多腔薄膜滤光片组成.通过一台步进电机控制滤光片的入射角度实现了可调谐滤波，同时对于剩余波长信号没有影响继续传输.对该三端口可调滤波器进行了理论计算和实验研究，并对该器件的串扰特性进行了详细分析与计算.实验中得到的相邻信道隔离度接近30 dB，可调谐范围大于26 nm，与理论设计较为一致.

为了优化大型望远镜次镜支撑结构的静力学和动力学性能,采用有限元分析的方法,计算了次镜支座最大变形与次镜支座的偏置角、四翼梁叶片厚度的关系；分析了四翼梁结构的频率与叶片偏置角的关系.分析证明当次镜支座偏置一定角度时能改善结构的静力学性能；当相对的两片叶片从直径线上错开一定的距离,对提高望远镜的谐振频率是十分有利的,在两者之间综合取舍确定了四翼梁的优化形式.分析结果表明,优化后的四翼梁结构的静力学和动力学性能均有提高.

系统分析了迈克尔逊干涉光谱仪中平面动镜在运动过程中发生倾斜致使反射光束偏转时对干涉图的影响.结果表明,光束偏转带来的误差分为三部分：光束偏转导致整体增加的恒定光程差,垂直光轴方向因不同光线而引入的偏移光程差以及偏转光束中心相对于光轴的偏移量.从调制度和相位误差角度给出了平面动镜倾斜误差容限,并讨论了减小干涉图受光束偏转影响的方法.

针对评价CCD相机成像质量MTF方法的缺点,引入了最小可分辨对比度MRC这个评价指标,并研制了相应测量MRC的系统.在这个系统中采用两个重叠积分球分别对靶标的正反两面照明,通过改变这两个积分球的亮度就可以获得可变的对比度.实验结果表明：测量MRC系统测量亮度的误差可控制在±0.3cd/m2以内； CCD相机的MRC随着空间频率的增加而增加；测量CCD相机的MRC是评价CCD相机成像质量的一种快速有效的方法.

介绍了一种用于玻璃疵病在线检测的近摄工作距成像光学系统，其光组结构形式采用了光阑后置的准远心结构形式，主要光学参量为f′=14 mm；在物像距为250 mm约束条件下，物方视场达到90 mm(对角线)；F/number=3.56；光谱适应范围为400~800 nm,对应的空间分辨率为100 lp/mm时，调制传递函数大于0.29.

根据空间调制干涉成像光谱仪对视场的要求和小型化目标,通过对分体型Sagnac干涉仪的结构与光路进行分析,研究了Sagnac干涉仪的几何参量与入射光线视场角和孔径之间的关系.推导出满足视场要求的最优化几何参量以及满足横向剪切要求的几何参量修正量,并将其推广到实体型Sagnac干涉仪中,用于指导干涉成像光谱仪的结构设计与优化.

讨论了多层衍射光学元件的光学成像性质.给出了优化设计多层衍射光学元件最大光栅厚度的方法,分析了构成多层结构的每块单层衍射元件的衍射效率对整体衍射效率的贡献作用.在0.436～0.656 μm的可见光波段,多层衍射光学元件最低衍射效率可达到98%以上,克服了单层衍射元件偏离设计波长后衍射效率显著下降的缺点,改善了宽波段衍射效率.将多层衍射光学元件应用在折、衍射混合光学系统中能够明显提高系统的成像质量,同时使得光学系统体积减小,重量减轻,并且在某些系统中可以避免使用昂贵的特殊材料,从而可以降低光学系统的成本价格.

LFI方法曾被用来测量大直径光纤的折射率.用一半盛油一半为空气的毛细管代替光纤,并用聚焦的条形光束照射毛细管,空气与油的干涉条纹同时产生.根据空气的条纹可以确定参数b,根据一组已知折射率的标准样品可确定另一参数c,同时可以建立标准液体最外条纹的偏折角与折射率的标准曲线.对于未知折射率的样品,一旦测量出其最外条纹的偏折角,从标准曲线上就可以读出其折射率.实测了一组半透明油的折射率,其结果与阿贝折射仪测量结果接近.

将散射法与显微成像法有机结合,提出了基于成像法设计气溶胶粒形和散射分析仪的新方案,实现了仪器测量的自身完善.利用自编的无限长圆柱理论的仿真程序,分析了线偏振光入射下,已知形状的单个棉絮纤维粒子的散射强度和偏振.实验数据和程序运算结果的比较表明,用该方法设计的分析仪检测是可靠的.

用有限时域差分 FDTD 法研究了光在二维无序介质中的动态传播过程.数值模拟了某一高斯脉冲光束入射到无序介质中光场的空间分布随时间的演化，结果表明：在光束入射的初期，能量从光源区向外传播并出现了清晰的波前传播的特点；经过一定的时间后，有部分能量从光源区向外扩散，而大部分能量逐渐聚集在介质中的一些小区域内，这与整体散射模型关于无序介质中光子局域化的研究相吻合,而且更清晰地呈现了形成光子局域化过程中的物理现象及整体散射干涉效应的重要机理作用.

基于广义惠更斯－菲涅耳原理，并采用光束的非相干合成方法，推导出了M×N双曲余弦高斯列阵光束在湍流中的三维光强传输方程.采用桶中功率、β参量和Strehl比作为光束质量的评价参量，研究了湍流大气对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.研究表明:在湍流大气中，双曲余弦高斯列阵光束的传输将经历三个阶段的变化，并且湍流使得光束传输经历三阶段的进程加快;湍流导致双曲余弦高斯列阵光束扩展、最大峰值光强下降,但是，β参量随光束数目M(N)、相邻子光束间距xd(yd)和光束参量δ的增加而减少，即光束扩展受湍流的影响减小;并且，存在最佳xd(yd)和δ值使得Strehl比取得极大值.因此，适当选取M(N)、xd(yd)和δ可以降低湍流对双曲余弦高斯列阵光束远场光束质量的影响.

由于在成像制导过程中需要实时处理大量的信息,为了在尽可能保留有效信息情况下降低计算量,采用了一种人眼视觉非均匀采样模型——对数极坐标模型,来压缩信息量以提高计算速度；另外,由于对数极坐标变换对目标形状具有旋转和缩放不变性,在跟踪非刚性变形目标时该模型能表现出很好的稳健性；考虑到在成像跟踪末段,质心、角点之类的跟踪方法会产生匹配点漂移,为了抑制匹配点漂移,采用基于目标强度特征的Mean Shift跟踪方法,并对采用Gauss核函数的Mean Shift方法进行了优化来加快计算速度；实验结果表明,该方法能够有效抑制匹配点漂移,是一个稳健的目标跟踪方法.

针对海空背景下红外小目标图像信噪比低、难以检测的情况以及传统检测方法需要图像帧数多、实时性差等缺点,基于Donoho的小波变换阈值化方法,提出了一种更加适合海空背景下红外小目标检测的新算法.该算法采用一种新的阈值求取方法以及更加简单的硬阈值化函数对图像进行处理.通过仿真实验将新算法与传统检测算法进行比较,实验结果表明,无论在处理效果还是实时性上,新算法都优于传统算法.

基于人类视觉系统对运动目标比较敏感的特性,提出了一种新的幅型比变换方法.综合时空信息提取视频序列中的运动目标,利用图像修复技术对被提取运动目标后的视频图像进行背景修补.采用插值算法以不同的方式分别缩放运动目标和修复后的背景,并将变换后的运动目标与背景相叠加合成相应幅型比的视频图像.实验结果表明：此方法避免了已有幅型比变换方法的缺陷,保证了变换后运动目标的无失真性,与人类的视觉感知有较好的一致性.

提出了一种基于最小一乘估计和混沌遗传算法进行背景预测检测红外小目标的方法.在建立最小一乘准则背景预测模型的基础上,根据最小一乘估计的性质,利用混沌序列内在的伪随机性,将混沌引入到遗传算法得到混沌遗传优化算法,以此解决最小一乘估计中极值的选取问题.将原始图像与预测图像相减得到预测残差图像后,利用基于二维指数熵的图像阈值选取快速算法进行分割.给出了实验结果与分析,并与基于遗传算法的最小一乘预测、最小二乘背景预测的检测算法作了比较.实验结果表明,提出的算法具有更高的检测概率和更好的检测结果.

提出人耳掩蔽效应与阶STSA- MMSE(Short Time Spectral Amplitude-Minimum Mean Square Error)算法动态结合的语音增强算法.该算法通过引入参量提高了STSA-MMSE 算法的实时性,同时结合人耳掩蔽效应,动态的确定增强滤波器的传递函数以适应语音信号的变化,来提高语音质量.实验结果表明,和STSA-MMSE 算法相比,该算法在实时性方面有很大改善,并使降噪后的语音信号有较小的失真,同时很好地抑制了音乐噪音.