神光III装置核心X射线分幅相机将用于激光装置性能验收实验和宽范围的高能量密度物理、惯性约束聚变物理及基础物理实验研究.相机系统主要为记录神光III装置靶的时间分辨X射线发射设计，利用可更换的鼻椎实现具有二维空间分辨或者一维谱分辨的靶形貌时间分辨图像.神光III装置核心X射线分幅相机将被嵌入到一个铝制空气包中，空气包具有大容量冷却平板和一个特制的环境监测传感器阵列.相机设计很多部分不同于早期X射线分幅相机，如一套全新的阻抗匹配方案，曝光时间从0.07-1.5 ns可调，先进的荧光屏，脉冲屏压电路，准确的模块定位，独特的监控系统和完全远程计算机控制.其中先进的荧光屏和脉冲屏压电路已经获得初步应用.

从惠更斯-菲涅耳衍射积分公式出发，对飞秒光脉冲在杨氏实验中的光谱移动和光谱开关做了研究和数值分析.结果表明，飞秒光脉冲在杨氏实验中也会出现光谱移动和光谱开关.一般情况下，光谱开关与脉冲宽度、载波频率、遮拦比和场点位置有关.光谱开关的数目随遮拦比的减小而减小，而发生光谱开关处的相对光谱移动随载波频率和脉冲宽度的减小而增加.因光谱开关极小值Smin=0，所以光谱开关属于奇点光学现象.可通过适当改变遮拦比来实现信息编码和信息传输.

根据全向激光告警系统的结构特点，阐明了系统中大视场接收和窄带光谱滤波技术之间的矛盾.通过建立法布里-珀罗滤光片的模型，从反射膜的反射率、位相跃变以及间隔层介质所产生的光程差等因素，分析了激光从不同入射角入射时，滤光片具有不同的透射率.给出了激光入射角与透射率之间的关系公式，通过实验验证其有效性.

以激光雷达回波信号的频谱特征为基础，提出了用信号延时叠加来提高激光雷达探测信噪比的方法.通过实验测量获取了大量激光雷达回波信号，并以此为基础，讨论了信号延时叠加提高激光雷达探测信噪比的可行性.结果表明：在系统带宽50 MHz、回波脉宽30 ns的条件下，通过信号延时叠加可提高激光雷达的探测信噪比在40%以上，且存在最佳的延时时间.

针对调谐半导体激光光谱多组分气体检测需要，提出了一种基于多激光分时扫描的激光时分多路新方法.该方法结合了波长调制光谱技术，通过对多台检测激光器输出波长的分时扫描，在一个系统周期内实现多组分气体的准同时检测.将该方法应用于天然气泄漏红外激光多组分检测系统，通过对天然气主要成份CH4和H2S的同时测量，及时发现可能的天然气气体泄漏，在满足灵敏检测的前提下，实现了系统结构的简化.

提出了一种用窄频分布反馈半导体激光器作为光源，光纤光栅作为传感元件的振动传感系统.给出了这个系统的工作原理和系统组成，设计了光纤光栅传感器的悬臂梁增敏封装形式.通过实验测量得到了频率响应曲线和加速度响应曲线，结果表明悬臂梁一端悬挂的质量块的质量越大，灵敏度越高，但共振频率也相应降低.同时讨论了不同黏度的硅油对共振的抑制效果以及系统灵敏度与分布反馈激光器输出波长的关系.

讨论了管长为189.5 mm，时间分辨率为5 ps的条纹变像管工作在多狭缝情况下对目标物体进行探测时栅极开关脉冲对其成像性能的影响.开关脉冲的上升或者下降前沿都会降低条纹管的时间分辨和空间分辨性能，特别是空间分辨能力下降得很明显,当栅极电压波动10%,条纹管空间分辨能力将下降为原来的一半.产生影响的主要原因是栅极电压的变化使得条纹变像管的最佳成像面位置也发生了变化而偏离了原来位置，偏离得越多对条纹像管性能参量影响就越大.所以在栅极开关脉冲发生电路中应该严格控制产生脉冲的前沿和后沿宽度，降低其对条纹变像管成像性能的影响.

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论，提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型.该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成，在微环上施加不同方式的驱动电压，可以实现N＋1条信道的开关功能.以1×8信道结构为例，在1 550 nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和模拟分析.其结果是：微环波导芯的截面尺寸为1.7×1.7 μm2，波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm，电极厚度为0.2 μm，微环半径为13.76 μm，微环与信道间的耦合间距为0.14 μm，输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm，开关电压约为12.6 V，插入损耗约为0.67~1.26 dB，串扰小于－20 dB，开关时间约为11.35 ps.

本文基于角反射器的几何结构模型，采用矢量形式的折反射定律，推导了在不同入射条件下有效衍射区域的数学表达式.通过数值模拟的方法分析了有效衍射区域的变化规律，以及该规律对远场衍射光强空间分布的影响.结果表明，随着光束入射角的增加，有效衍射区域逐渐减小，进而导致角反射器衍射强度发散程度增加.光束方位角的引入不会改变有效衍射区域的形状和衍射强度的总能量，而只会使其各自分布旋转方位角的大小.在不考虑大气效应的情况下，根据不同入射条件对应的衍射强度分布，并结合速差补偿理论，提出了一种全新的角反射器口径设计方法.

根据光栅光阀的工作原理，在结构上对传统的光栅光阀器件进行了改进,分析了改进后光栅光阀器件的光学特性、结构特性，以及制作工艺流程.改进后的光栅光阀结构中硅基底上设有二氧化硅隔离层，隔离层上沉积无定形硅作为牺牲层，可动梁的材料是氮化硅，固定梁为蒸镀的金属铝层.通过离子刻蚀的方法刻蚀图形，用化学腐蚀方法掏空牺牲层得到所需桥梁状结构.研究表明改进后的器件黑区范围小，驱动电压较低，光学效率较高，具有潜在的应用前景.

针对基于双近贴式X射线像增强器的射线成像系统，提出了该系统的三维噪音测试及分析方法.分析了各噪音因子的含义，用三维曲线描绘出空间域和时间域噪音的分布情况，结合数字图像处理技术，测量了双近贴式X射线像增强器成像系统在微焦斑射线源四种照射条件下的三维噪音，并对其结果进行分析.分析表明,其结果与双近贴式X射线像增强器成像系统实际性能相吻合.

采用自制低压金属有机源化学气相沉积设备，在（100）面GaSb单晶衬底上生长了Ⅱ型InAs/GaSb超晶格材料.利用双晶X射线衍射、光学显微镜、原子力显微镜和光致发光谱等分析手段对材料特性进行了表征，获得了表面光亮的晶体质量较好的Ⅱ型InAs/GaSb超晶格材料，在77 K下得到光致发光谱峰值波长为3.25 μm.研究了生长温度、过渡层、界面层对其表面形貌的影响，得出生长温度在500 ℃~520 ℃，无过渡层，使用InAsSb界面层有利于改善材料的表面形貌.

为了实现整形脉冲调节的智能化，用计算机分别控制多个GaAs场效应管栅极偏压，并对场效应管产生的脉冲进行脉冲叠加，以控制整形电脉冲的形状；为提高输出整形脉冲的稳定性并减小触发晃动时间，优化设计了脉冲整形电路，结果表明：脉冲输出幅度1～5 V可调；方波脉冲输出宽度0～3 ns；脉冲前后沿分别为250 ps和350 ps；幅度稳定性：～4%（峰峰值) ；时域调整精度200 ps.

运用传输矩阵法研究了含负磁导率或双负材料的一维光子晶体结构在全方位光子禁带中波的反射相位谱.研究发现“负磁导率材料-正折射率材料”光子晶体和“双负材料-正折射率材料”光子晶体，在所述带隙中，对TE波而言，反射相位随入射角的增大而增大；对TM波而言，禁带频率范围内波的反射相位随入射角的增大而减小；TE波和TM波，两种结构的反射位相均随介质层的厚度缩放因子增大而增大，且都与周期数无关.

基于传输线方法，制备了含左手材料和右手材料的一维光子晶体.通过仿真软件ADS的模拟和矢量网络分析仪的测量，研究了光子晶体的传输特性.实验结果表明:由左手材料和右手材料构成的一维光子晶体具有零平均折射率（zero-n－）带隙，这一带隙处于左手通带和右手通带之间.zero-n－带隙分别由零平均介电常量和零平均磁导率决定，进而对晶格尺度不敏感.

基于自准直效应，通过在二维空气柱型光子晶体非对称Mach-Zehnder干涉仪长臂上设置传感区域，设计了一种自准直传感器.平面波展开法确定了入射光的自准直频率范围，时域有限差分法分析了传感器的灵敏度达到68 nm/RIU，采用单频光入射实现了传感模拟.该传感器完全依赖自准直导光，无需引入任何缺陷波导，大大降低了制作工艺要求，其大小只有十几个微米，能够满足超紧凑、高灵敏度、廉价和无标记的要求.

提出了一种制备扫描近场光学显微镜光纤探针的自动化腐蚀方案.该方案利用静态腐蚀过程中光纤所形成的特殊结构,及动态腐蚀过程中光纤在氢氟酸中的移动所带来的新月形弯液面在光纤表面接触位置的变化，通过合理控制腐蚀时间来制备尖端锐利、大锥角或多锥体角等各种结构的探针.设计方案采用计算机控制整个装置实现了探针制备过程的自动化，保持了腐蚀光纤探针实验条件的一致性.实验结果表明，采用此方案可以制备出尖端孔径小于100 nm且锥体角高达70°的光纤探针，且重复性高.此外，该方案的装置结构简单，实现容易.

在典型环形、典型Golay-6型和典型Y型阵列结构的基础上，研究了两种不同的复合孔径阵列构造方式.利用仿真实验对系统进行模拟成像及图像重构，并运用相关系数对成像结果进行评价.结果表明:对不同类型的复合孔径阵列，构造方式对成像质量的影响是不同的，并不具有一致规律;应针对主阵列结构的特征去选择其子阵列的构造方式，做到阵列优化.

针对预放大式数字离轴显微全息技术中二次项相位误差，提出一种基于单幅全息再现的补偿方法.该方法是在显微物镜后焦平面处实现该相位误差的数学补偿，相位误差补偿过程具有调整参量单一化的优点.同时，利用显微物镜的后焦平面上物点特征实现了最佳再现距离的自动判断.该文以相位光栅为实验样本，对该方法进行了实验例证，实验结果验证了本文所提出二次项相位误差的补位误差的补偿方法的正确性和有效性.

提出了一种基于阶梯状非线性光纤的脉冲压缩方法.阶梯状非线性光纤包括普通单模光纤，色散位移光纤和高非线性光纤.数值模拟中所使用的所有元件均在现实中存在，并且与其他脉冲压缩方法相比，此方法成本低且易于控制.数值模拟表明:12.5 ps脉宽，300 mW峰值功率的双曲正割脉冲可被压缩至1.28 ps脉宽，1.3 W峰值功率的脉冲.

从非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性的分析理论和分布傅里叶的数值模拟方法,研究了噪音对飞秒脉冲在两个零色散波长光子晶体光纤中传输特性的影响和超连续谱的产生. 研究结果表明,在传输的初始阶段,无论有无噪音,频谱展宽的主要机制都是自相位调制；但噪音加快了脉冲的分裂,产生色散波所经历的传输距离比没有噪音时要短. 在传输的后续阶段,高阶孤子分裂产生基态孤子,与没有加入噪音时相比,噪音不仅减弱了孤子走离效应,而且还抑制了孤子自频移效应,使得从反常色散区转移至长波长处的能量变少.

基于等离子体表面波的物理机理，提出一种具有高限制因子的二维亚波长槽形结构.该结构能在二维上都限制在亚波长尺寸，其能量主要限制在芯区中，当芯区横截面尺寸为200 nm×800 nm，能量限制因子高达98.5%，横向模式尺寸近似于芯区宽度；当金属墙厚度大于截止厚度，横向模式尺寸能够达到深亚波长尺寸.该结构的基模分量Ex限制在芯区中，而分量Ey只在矩形介质芯区四个与金属接触的直角处被激励，并且关于x轴、y轴具有反对称性.

对耦合微环谐振腔光波导中的有限尺寸效应进行了研究.在CMROW两端引入抗反射结构，采用数值方法对抗反射中的三个交叉耦合系数进行了优化，消除了透射谱和群时延谱的有限尺寸效应.数值计算得到了弱耦合和强耦合情况下抗反射结构中优化交叉耦合系数的拟合公式,可以直接计算出消除有限尺寸效应时所需的优化参量.

以像差理论为指导分析了混合望远物镜中二元光学透镜与转像棱镜之间的像差补偿问题.计算了二元光学器件的相位系数，确定了含补偿棱镜望远物镜的初始结构.用CODE V光学设计软件对望远物镜初始结构优化后的像差结果表明：系统色差在0.9相对孔径高度得到了校正，纵向球差在容限范围0.5 mm之内，最大横向误差为-0.115 mm.

研究了液晶分子排列对哈特曼波前探测器探测及闭环校正的影响.首先分析了分子排列对液晶校正器产生漏光强度的影响.详细探讨了在闭环校正过程中漏光对波前探测及校正准确度影响，当漏光比为40%时，产生的探测偏离误差为0.4；对于8%的漏光比，探测误差仅为0.08，可以忽略.最后分别做了扭曲和平行排列液晶校正器对静态畸变的闭环校正实验.对于漏光比为40%的扭曲液晶校正器，校正前后的PV和RMS值分别为：1.11 μm、0.25 μm和1.08 μm、 0.24 μm，说明漏光对闭环校正产生了严重影响.对于漏光比为8%的平行排列液晶校正器，通过闭环校正，波前的PV和RMS分别从1.58 m和0.22 m降到0.095 m和0.03 m，同时获得清晰的光纤束的像.结果表明，如果能够控制液晶波前校正器的漏光占总光强的比在8%以下，则可以获得高校正准确度.

利用等效折射率概念分析了SiO2单层膜反常色散出现的原因，并在1.1 m镀膜机上证明了理论分析的合理性.结果表明，理论分析与实验结果一致，沿薄膜厚度方向折射率的对称周期变化使薄膜的等效折射率变化在可见光波段与致密膜层的变化不一致，表现出反常色散的现象.膜厚方向折射率变化周期越大，等效折射率随波长增加的趋势就越大，薄膜表现出的反常色散特性越明显.沿膜厚方向折射率变化幅度的对色散特性影响次之.

分析了由Ag和Si3N4多层纳米薄膜组成的特异材料的模式特性，使用本征模展开法(EME)结合完全匹配层（PML）边界条件模拟了该结构的亚波长成像行为，在法布里-珀罗(Fabry-Perot)条件（结构的长度是半波长的整数倍）条件下，研究发现邻近系统的点源会在另一侧成实像，这种成像基于自准直而并不是负折射.研究结果证实了金属-电介质多层膜结构可以在光波段实现近场成像.

利用多层膜的特征矩阵关系式和有效界面法，推导出间隔层的厚度和有效折射率与两个偏振分量的中心波长差值和通带半宽差值之间的三个隐函数表达式.通过调整薄膜滤光片间隔层的厚度和有效折射率，控制两个偏振分量中心波长的相对位置.模拟计算表明：改变间隔层的有效折射率和厚度，可以调整中心波长差值和通带半宽差值，实现两个偏振分量截止偏振不分离或中心波长偏振不分离.优化算法可以实现对倾斜入射薄膜滤光片的偏振控制.

采用直流磁控溅射的方法在Al2O3陶瓷管、硅基片上溅射制备了二氧化钛（TiO2）纳米薄膜材料.将薄膜样品放入管式退火炉中分别在500℃, 700℃和1 100℃温度下退火.由于退火温度的不同，薄膜的晶体结构、晶粒尺寸、晶向以及气敏特性都有所不同.利用X射线衍射（XRD）技术和薄膜气敏特性测试，分析了退火温度对薄膜气敏特性的影响.分析结果表明退火温度在500℃时，呈现锐钛矿结构，薄膜具有很好的选择性、很短的反应（恢复）时间.对TiO2薄膜表面进行修饰，发现此TiO2薄膜的最佳工作温度为370℃左右.薄膜的气敏机理也得到了讨论.

本文对消除干涉型光纤传感器信号偏振衰落的偏振分集接收PDR(Polarization Diversity Receiver)技术进行了理论分析.通过三态PDR方式，对输出的最大有效幅度信号进行选取，能够避免传输光偏振态变化导致干涉信号完全衰落的现象，使干涉信号有效幅度在一定范围内变化.采用基于反正切计算的相位生成载波PGC（Phase Generated Carrier）解调技术的相位测量结果不受由于偏振衰落导致干涉信号有效幅度变化的影响.提出结合三态PDR方式和基于反正切计算的PGC解调技术消除偏振衰落问题的影响，实现干涉型光纤传感器中相位信号的理想解调.

利用PVD溅射镀以及PVD与电镀复合两种方法在光纤纤芯上制备了不同厚度的Fe-C合金膜，对其进行X-射线衍射分析，所制膜层晶体结构类型与普通碳钢基本一致.通过将镀膜光纤放入不同浓度的HNO3溶液中以及埋入混凝土结构中，进行了腐蚀实验.结果表明：在低浓度的腐蚀溶液中，不同厚度的Fe-C合金膜会从外到内被均匀地腐蚀掉，输出光功率会在腐蚀末期有一个急剧的增大现象；在高浓度的腐蚀溶液中，Fe-C合金膜会在各个局部产生裂纹，膜层被一块一块地腐蚀掉；输出光功率整体趋势增大，但并没有特别急剧的增大现象；混凝土试块中的腐蚀实验中，输出光功率的变化复杂多变，但整体趋势还是一个增大的过程.

基于最小二乘回归，差分吸收光谱技术（DOAS）可以获得痕量气体的大气浓度.鉴于在复杂大气环境下，测量结果可能出现异常值以及误差的非正态分布，导致最小二乘回归估计偏差较大.针对这一情况，本文研究了利用稳健回归M估计来反演DOAS测量光谱数据的方法，讨论了估计过程和效果，并对正常谱和异常谱进行两者回归方法比较.研究结果表明基于稳健回归M估计方法收到了良好的效果，提高了回归可靠性.

利用差分光学吸收光谱技术于2007年8月对北京市朝阳区大气污染物进行了实时监测，对大气中重要常规污染物NO2、SO2和O3的日变化特征、与天气条件之间的关系和各污染源进行了分析和探讨.通过分析污染物在“好运北京”奥运限车期间（8月17～20日 ）与限车前后（8月16、21日）的浓度变化，对机动车限行效果进行了讨论.结果表明，监测点NO2主要来源于汽车尾气，以凌晨和上午时段污染最重，并对O3的来源有着一定的贡献；SO2主要来源于西南方向的污染源，较强风速时北风有利于其浓度的降低；结果还显示机动车限行可有效降低NO2 、SO2浓度，分别达到28.34%和25.87%；但是因导致O3被消耗量降低，致使O3浓度上升.

基于经典的色散理论建立的单振子光谱分析模型，通过理论推导，借助计算机辅助处理，提出了一种比较简捷直观的只利用垂直透射光谱对薄膜光谱进行分析的方法.利用这种方法分析了直流溅射制备的ZnO薄膜的透射光谱，计算出了薄膜在透明振荡区的折射率色散关系以及厚度等参量，并对分析方法给出了验证.

采用相位掩模板扫描法，在单模光敏光纤中制备了中心波长为1 541.86 nm，菲波纳契序数为0~9的准周期超结构光栅.通过模拟引入相移过程中纤芯折射率的改变对制作参量进行了优化.传输矩阵分析与实验结果均表明，该超结构光纤光栅的透射谱呈现分形结构,在中心波长附近有六循环和自相似特性.所制备超结构光栅可作为C波段分形结构滤波器件在光通信和全光集成领域得到应用.

基于对Sagnac干涉仪在外界瞬变信号影响下响应特性的理论分析，提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪的非接触式测量技术.针对陷波波形的特性，提出了相应的解调技术.实验结果表明，基于Sagnac干涉仪的非接触式测量技术不仅能识别瞬变信号，同时能实现对信号源的良好定位，相对定位准确度达到1.5%.

采用激光加热基座法制备LED白光源用Pr3+,Ce3+:YAG单晶光纤荧光材料，对所制备材料的荧光光学特性进行了实验分析结果表明,在Pr3+和Ce3+共掺发光过程中，Pr3+离子的发光可以通过Ce3+敏化作用使得其610 nm谱线荧光强度得到有效增强；利用所制备Pr3+,Ce3+:YAG单晶光纤荧光材料与蓝色LED合成产生高效LED光纤白光源，光源的色坐标为(x＝0.322，y＝0.335)，显色指数84.3，表明光源品质良好，有望用于未来高效大功率光纤白光源.

提出用具有特定折射率调制包络的线性啁啾长周期光纤光栅作为掺铒光纤放大器(EDFA)的增益平坦滤波器.采用龙格库塔迭代法数值求解该类型光栅耦合模方程，就特定的掺铒光纤放大器增益谱，用Nelder-Mead优化算法对光栅结构参量(光栅长度、周期、线性啁啾系数、折射率调制包络的形状等)进行优化，设计出能在C波段35 nm带宽范围内对掺铒光纤放大器进行平坦化(增益起伏在±0.5 dB之内)的平坦滤波器.

基于速率方程和光传输方程，对级联双包层铒镱共掺光纤放大器（Er3+/Yb3+ co-Doped Fiber Amplifier,EYDFA）进行了研究.数值模拟计算得到级联双包层EYDFA的最佳光纤长度，以及前后向泵浦功率之比和光隔离器位置对于增益以及噪音系数的影响.通过选择合适的前后向泵浦功率之比和隔离器的位置优化级联放大器结构，其增益提高了4 dB，噪音系数降低了近3 dB.

针对自动交换光网络光路建立过程中存在的安全威胁，提出了一种高效的安全光路建立协议.该协议使用综合的波长预留策略，通过数字签名和消息反馈等安全机制，对GMPLS RSVP-TE消息中的重要对象进行完整性保护，并可防止内部节点的恶意或自私行为.另外，考虑到自动交换光网络中路由模块和信令模块强耦合的特点，采用OSPF-TE的PKLSA消息分发光路建立协议中所需的节点公钥证书.经仿真实验及分析表明，该协议在保证光通路安全建立的同时，在连接阻塞率、光通路建立时间和消息负载方面都优于原有的RSVP-TE信令协议.

为了了解光束在尾流气泡中的传输特性，为前向光尾流的探测提供理论依据，研究了光束在尾流中传输时传播方向上和横截面方向上的辐射强度分布特性.基于辐射传输方程的小角度近似解，得到了探测截面上的约化强度和漫射强度的表达式，其中漫射强度表征了复散射的强弱；针对典型的尾流气泡分布，通过数值计算分析了光束传输方向上的约化强度和漫射强度与接收视场角、光学厚度和光束大小的关系，也计算分析了光束横截面方向上的辐射强度随光束大小和横向距离的变化关系.结果表明，光束在尾流气泡中传输时复散射效应明显，且复散射的强弱与接收视场角、光束直径、光学厚度和横向距离密切相关.

通过PZT水听器对不同粘度粘性液体中激光空泡脉动辐射的声波特性进行了实验,获得了粘性液体中激光泡声波并进行分析.分析结果表明：激光空泡在脉动过程中辐射的声波将受液体粘性影响,粘性系数越大，辐射声波强度越弱，峰值频率呈现增大的趋势.

基于惠更斯-菲涅耳衍射原理以及部分相干光的相干与偏振的统一理论，研究了衍射效应诱导部分相干涡旋光束的偏振度变化.通过理论分析与数值计算表明，部分相干涡旋光束经圆孔衍射后偏振度将发生变化，在衍射场中光束的偏振度分布情况与入射光束的相干度、入射光束的拓扑电荷数、衍射孔径的大小等因素有关.

基于光谱交叉偏振度新理论，研究了部分相干光束在传输过程中光谱交叉偏振度的变化情况.采用相干偏振统一理论和广义惠更斯-菲涅耳原理，推导部分相干电磁高斯-谢尔模型光束在自由空间传输时任意空间两点的交叉谱密度矩阵的解析式.研究表明，光谱交叉偏振度的值不再仅仅局限在0～1之间，而是可为任意的非负值.传输场中的光谱交叉偏振度与光源相关参量，初始偏振度和传输距离紧密相关.当光束经过足够长的传输距离后，轴上光谱交叉偏振度不再发生变化，而是趋向一个稳定值.保持光谱交叉偏振度不变的条件与一般偏振度相同.

对液滴表面的光学衍射效应进行实验研究.当用一准直、扩束的激光束自下而上,垂直照射水平放置的平板上的静态液滴表面时,得到了清晰、稳定的衍射图样.衍射图样的强度分布随着入射光束半径的变化而变化.当激光束半径改变到某一特定大小时,衍射图样中心条纹消失.通过对衍射条纹的分布与液体表面形态的理论分析,并根据物理光学原理,得到了条纹强度分布与激光束半径和入射面液面最大高度之间比值是相关的.基于这一发现,提出了一种液滴表面研究的非接触、有效实验方法.

为使激光工作者可以方便地进行谐振腔诸如热透镜、容差等参量的优化分析与设计，研究了激光谐振腔设计软件的算法并在计算机上得到实现.使用ABCD矩阵方法分析激光光束的传输与变换.为使分析和设计更具有一般性和通用性便于计算机编程，考虑矩阵元素均为复数的情况，同时将光束质量因子M2和介质中的光束传输考虑在激光谐振腔模的传输变换当中，这样当矩阵元素虚部都为零，而M2=1和介质折射率为1时，就可以过渡到通常的基模高斯光束在空气中经实元件矩阵传输变换.并以此为基础使用VB在国内成功开发出具有稳定驻波腔、稳定行波腔、非稳驻波腔、非稳行波腔、相位共轭腔、光束传输变换等多种功能的可视化谐振腔软件.

分析了随机振动对调制传递函数的影响,指出角位移是影响航空成像质量的主要因素.研究了特定条件下可容许的MTF下降,并转变为稳定系统的设计参量,用来指导稳像系统的设计.利用空间机构学及平行四边形平动原理,研制了一种新的无角位移减振稳像平台,满足既无角位移又达到减振要求.根据设计理论给出了设计实例,对频率高于100 HZ的振动,衰减达34 dB,并利用动力学软件进行测试仿真,仿真曲线验证无角位移减振的正确性,同时对无角位移机构进行光学测试,结果耦合角度小于8″,可以满足航空成像要求.

介绍了一种针对爆炸时刻的测量而设计的爆炸波形实时采集与存储系统.该系统通过可编程逻辑阵列控制模数转换器的时序来完成数据实时采集,同时将采集到的数据实时存储到闪速存储器中.数据采集存储结束后,后系统通过PC/104总线传至PC/104计算机以便进行数据的后续处理获得完整的爆炸波形来判断爆炸时刻.

对高超音速飞行器在大气中飞行时所产生的湍流脉动气动光学效应进行了理论分析与计算.根据CFD计算流场时所使用的湍流模型及其控制方程，推导出流场的折射率脉动方差控制方程.用统计方法，求出该脉动流场的系综平均光学传递函数及相位均方差，从不同角度描述了湍流脉动的气动光学效应.计算结果表明，气动光学传输函数的幅度响应函数具有低通特征，使所获得的图像发生像模糊，而相位响应函数则导致红外成像相位非线性偏移.此外，在相同飞行高度下，马赫数越高，图像模糊越严重.电弧风洞实验结果验证了本文理论分析的正确性.

运用广义惠更斯-菲涅耳原理和相位结构函数的平方近似，研究了聚焦高斯空心涡旋光束通过湍流大气传输后在焦平面内的光强分布的理论模型，同时分析了不同大气折射率结构常数C2n、聚焦距离、光束拓扑荷和湍流外尺度对焦面光强分布特性的影响.结果表明：随着聚焦距离的增加，焦面光强分布由中央凹陷状向高斯分布转变.弱湍流对焦面光强分布的影响可以忽略；高拓扑荷光束在湍流大气中传输时光波奇异性的保持较低拓扑荷奇异光束要强；随着湍流外尺度增加，焦面光强分布的中央凹陷状变浅，光强分布变平滑.

通过理论推导，提出了一种可以对被任意形式的运动所模糊的图像进行恢复的方法,并据此给出了一套实现系统.在成像器件曝光的同时，利用低分辨率的黑白快速CCD获得多帧图像，根据这些图像序列来计算运动的位移信息，进而计算出模糊过程的点扩散函数，并用来恢复模糊图像，获得了较好的效果.

针对目前各种校正算法对条状伪影校正效果不显著，分析了条状伪影的产生原因.由此考虑射线穿过不同骨厚度对软组织投影贡献的影响，对基于H-L一致性条件的双多项式校正算法的软组织校正多项式改进.Forbild头部模体的仿真结果表明，该改进方法对杯状伪影和条状伪影都有良好的校正效果.

在分析固定图案噪音频率分布的基础上，提出了一种利用平稳小波进行非均匀性校正的方法.选择合适的小波函数对红外图像序列进行分解，从而估计出非均匀性校正的增益和偏置系数，最终实现红外焦平面阵列的非均匀性校正.利用小波的多分辨性质，提高了低频部分的频率分辨率，有效的抑制了一般基于场景统计校正算法中易于出现的“人工鬼影”现象.用真实的红外图像序列进行了处理，实验证明了算法的优越性.

提出了一种新的图像拼接方法，首先利用相位一致性(phase congruency)算法进行特征点检测，利用本文提出的匹配点优选策略进行特征点对自动选取，然后用LM（Levenberg-Marquardt）算法进一步优化变换矩阵，最后对拼接结果进行融合处理，获得无缝拼接的图像.该方法把基于特征点和基于优化理论的拼接方法有效相结合，且能充分利用图像重叠部分的信息，在一定程度上克服了噪声及光照不均的影响，较传统方法具有更强的鲁棒性和更高的拼接精确度.试验结果证明了该方法的有效性.

针对红外弱小目标检测问题，提出了一种基于图像复杂度的自适应门限目标检测方法.讨论了天空中四类不同区域的图像信息熵.图像信息熵虽然较好地表达了图像的平均信息量，但对图像的突变点不敏感.将它改进得到图像方差加权信息熵，其较好地反映了图像的复杂度特征.将图像方差加权信息熵作为图像复杂度的定量描述，用两种特定的分析模板对图像复杂度进行分析.在目标区域中，两种分析模板得到的复杂度差异较大，而非目标区域的两种复杂度则基本没有差异.算法获取两种分析模板下的复杂度图像，再对两种复杂度图像做差，得到复杂度差值图像.对差值图像建立指数模型得到自适应分割门限完成目标检测.实验结果表明，该方法对低信杂比的红外云层背景弱小目标图像具有良好的检测效果.

针对利用颜色直方图检索时存在的问题，提出了一种基于位平面空间分布特征的图像检索算法.首先结合光照、锐化、模糊等噪声的攻击特点，将图像分解为8个位平面，然后提取对表征图像结构特征有意义的4个位平面的空间分布信息组成特征矢量来多层次地对图像特征进行描述.为了避免图像中像素灰度值的微小变化对位平面的影响，又提出了采用位平面的格林码表示方法.考虑到位平面之间的相关性，最后设计了权值矩阵，采用马氏距离进行相似性度量.实验结果表明，该算法利用位平面分解的方法来提取颜色的空间分布特征，又避免了颜色量化引起的误检问题，而且提取的特征矢量维数较低，因而具有较高的检索率.

针对存在不可控微位移的序列低分辨力图像，提出了一种基于2×2不可控微扫描的高分辨力图像重构方法，采用投影法估算出低分辨力图像LR的微位移量，采用基于泰勒级数展开的重构算法由4帧图像重构高分辨力图像.模拟表明：该算法能精确地估计序列图像的帧间位移量并取得较好的重构效果，且算法简单有效可行，处理量小，有利于实现快速处理，在一定程度可满足同步轨道卫星、公安监视等领域对高分辨力成像处理的需求.

提出了一种基于Krawtchouk矩和Contourlet变换的多目的水印算法.首先对图像进行两级Contourlet分解，通过计算其低频分量的Krawtchouk低阶矩不变量来构建鲁棒水印，然后在剩下的带通分量中选择一个作为水印嵌入域并在其中嵌入半脆弱水印,给出了实验结果，并从水印的不可见性、抗攻击能力及篡改的定位能力三个方面进行了定量评测.实验结果表明，该算法具有很强的鲁棒性和较好的脆弱性，能同时有效地保护版权和认证图像.