利用通过金属化学气相沉积法长成的AlGaInAs饱和吸收体,对808 nm LD泵浦的Nd∶YVO4键合晶体进行被动调Q，获得了波长为1.06 μm的激光脉冲，测量了脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复率随泵浦功率的变化.当泵浦功率为10.57 W时，激光平均输出功率为3.45 W，斜效率为39%，重复频率达到最大值101 kHz.当泵浦功率为8.07 W时，脉冲宽度达到最小值1.76 ns.利用速率方程对该激光器进行理论分析，计算出输出脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度和重复频率的理论值，实验结果和理论结果基本一致.

对自行研制的主振荡功率放大结构短脉冲双包层光纤激光系统(2 W，30 ps)的偏振特性进行了研究.分别研究了种子源激光和经过包层泵浦放大后输出激光在连续工作和脉冲输出情况下的偏振特性，结果表明在不加偏振控制措施情况下，系统输出为椭圆偏振光，偏振度和偏振角都容易受到光纤扰动的影响；在激光腔内加入起偏器后，输出线偏振光，偏振态相对比较稳定，但是偏振角度仍然容易受到光纤扰动的影响.实验证明：经过高功率放大后，输出激光的偏振态稳定性有一定程度的下降，在进行激光相干合成前需进一步加以控制.

基于耦合模假设，研究了描述两太赫兹金属线波导之间耦合特性的耦合模理论.通过采用与光波导耦合模理论等价的近似，研究得到了耦合方程和耦合系数表达式.进而，研究得到了两个相同金属线波导的耦合方程解及耦合特性.所提出的理论对于描述两金属线波导之间的能量传递具有重要的意义.

采用硅基二氧化硅阵列波导光栅设计并制作了宽带低串扰单纤三向器.为使三个波长间隔相差较大的输出谱获得相同的带宽，在输出波导与罗兰圆交界采用了不同结构的多模干涉器.二维有限差分束传播法的模拟结果表明，理论上1 310 nm、1 490 nm和1 550 nm波长的3 dB带宽分别达到23 nm、23.5 nm和25 nm，插入损耗均为4 dB，1 310 nm波长的串扰小于-40 dB，1 490 nm与1 550 nm波长间串扰小于-40 dB；采用宽带光源测试结果表明，1 550 nm波长的3 dB带宽为23 nm，采用三个独立窄带光源测试结果表明，三个波长的插入损耗均为7 dB，1 310 nm波长的串扰小于-40 dB，1 490 nm与1 550 nm波长间的串扰小于-39 dB，测试与模拟结果基本一致.

采用熔融-急冷法制备了(100-x)Ge20Ga5Sb10S65-xAgCl(x=0,5,10,15,20 mol%)系列硫卤玻璃，测试了样品的密度、从可见到中远红外的透过性能以及折射率参量，根据Z-扫描测试原理用钛宝石飞秒激光器测试了样品的三阶非线性特性随波长变化的特性.结果表明：非线性折射率n2和非线性吸收系数β随着波长的增加而增加，AgCl含量为20 mol%的样品在800nm处的非线性折射率n2=1.581×10-10 esu，非线性吸收系数β=4.707 cm/GW.与传统硫系玻璃相比，三阶非线性性能明显提高.

利用G C Valley的准连续光(Quasi-cw)近似模型，研究了短脉冲激光(纳秒ns量级)在光伏光折变材料LiNbO3晶体中写入和擦除光折变光栅的过程，给出了空间电荷场随时间变化的表达式.理论研究表明，空间电荷场的形成和擦除与两个时间参量有关，在考虑或者不考虑光生伏打效应两种情况下，这两个参量随擦除光强的变化有基本相同的变化规律，光栅的写入和擦除有相同的结果.同样，擦除一个光栅所需的光能量在两种情况下也有相同的结果.因此，在短脉冲光入射光折变晶体材料情况下，考虑光生伏打效应与不考虑光伏效应，对短脉冲光在光折变LiNbO3晶体中写入和擦除光栅基本没有影响.

通过数值方法对线偏光在Littrow装置中的理想导体闪耀光栅的偏振特性进行研究.用时域有限差分程序计算出任意偏振方向线偏光经过闪耀光栅衍射后的电磁场分布,提取衍射波的S偏振和P偏振分量,讨论了与光栅闪耀角和入射光波偏振角的关系.分析了在1 530~1 570 nm光谱范围内,入射光波为线偏振波和园偏振波时,衍射光波的偏振色散特性与光栅闪耀角的关系,并给出了存在偏振色散的光栅闪耀角范围.这些分析和结果对工程设计具有一定的指导意义.

根据轴对称光学系统中的消像散条件探讨了共形整流罩结构中消像散万向节点位置的存在性.在此基础上，对共形光学系统中消像差万向节点位置进行了理论推导.软件分析结果表明，轴对称光学系统消像差条件对于共形光学系统的设计仍有良好的指导意义，由此得到的“消像差”共形光学系统的残余像差已处于实际成像系统的像差校正能力范围之内.

为了提高测绘相机的立体测绘定位准确度，设计了一种透射式像方远心光路的光学镜头，并阐述了基于可测性设计的单镜组以及整镜头的装调理念.本文设计的光学镜头传函为0.45(@77 lp/mm)；地面分辨率为5 m；畸变为3/10 000.检测及试验结果表明，各参量能够满足用户提出的指标要求.

针对连续太赫兹光电导天线辐射功率较低的缺点，利用有限积分方法对三种常用的光电导天线，包括偶极天线、蝶形天线和螺旋天线，进行数值模拟并分析比较其辐射阻抗特性.仿真结果表明，偶极天线的辐射阻抗与偶极长度、宽度、电极间隙以及传输线宽度有关，且在其谐振频率存在峰值阻抗，适用于特定频率的太赫兹波辐射.蝶形天线和螺旋天线在所研究的太赫兹波段具有近似稳定的辐射阻抗，广泛应用于宽带领域.对带有交叉电极的电极间隙进行计算，结果表明由交叉电极引入的附加电容降低了天线的高频阻抗.

利用级联长周期光纤光栅与具有宽带反射功能的啁啾光纤光栅，构成了一种反射型的光纤光栅梳状滤波器.由于光在输出前经过两次干涉滤波作用，所以该梳状滤波器的消光比与透射输出型(即反射前)相比，增加了一倍.而且，通过调节啁啾光纤光栅的反射带宽，可以改变滤波器输出信道的数目.实验中利用弹性梁弯曲的方法，获得了两个可调的光纤光栅梳状滤波器，其信道数可分别在1~5和3~9之间的奇数间调谐(如果改变啁啾光纤光栅的初始中心波长，也可以获得偶数信道间的调谐).

提出并实验验证了一种动态匹配光栅滤波系统的优化解调方法.在压电陶瓷驱动的动态匹配(光纤)光栅滤波解调系统中，一方面采用上升高压锯齿波，以消除压电陶瓷滞回效应；另一方面将压电陶瓷电压与伸长量关系的反函数作为锯齿波上升电压，以校正压电陶瓷的非线性；进而，为实现解调系统的温度补偿，引入一根中心波长保持不变的参考(光纤)光栅.在锯齿波上升过程中，匹配光栅与参考光栅和传感(光纤)光栅在不同时刻匹配，匹配时间差仅与传感光栅有关，而与解调系统温度无关.实验结果表明，优化后系统的线性度可提高2%，灵敏度与理论值的相对误差小于0.6%；在10～60℃范围内，该解调系统温度变化引起的相对误差小于1%.

对光纤紫外传输特性进行了研究和分析.利用下陷内包层结构设计，对芯层采用不同含量的锗元素和氟元素掺杂，用等离子体化学汽相沉积工艺进行光纤研制，用相同光纤拉丝工艺制备了样品光纤.通过对所制备样品光纤的光学特性、传输损耗谱、紫外传输效率和稳定性等性能的对比分析测试，得到了光纤芯层不同掺杂含量对光纤紫外性能的影响，并使用光纤芯层中的缺陷对这些测试结果进行了分析，结果表明：光纤的紫外传输效率直接受芯层掺锗的影响，但紫外传输稳定性还受到光纤芯层中其他掺杂元素的影响，有新的缺陷产生作用.

设计并采用棒管法结合毛细管堆积技术制备了一种全玻璃材料的实心保偏光子晶体光纤，光纤端面测试结果表明，这种结构设计有效克服了传统光子晶体光纤制造过程中空气孔易于塌陷的困难，光纤微结构保持良好.采用剪断法测得在1 550 nm波长下光纤的传输损耗为6.84 dB/m.测试了输出光的偏振度，结果表明该光纤具有较好的保偏特性，说明采用此方法研制具有高保偏性能且制作工艺简单的光子晶体光纤是可行的.

研究了基于一维电介质-磁光子晶体的全方向全反射镜(简称全反镜).利用传输矩阵法分析了全反镜的传输特性.为了获得宽频带全反镜，利用十进制遗传算法优化全反镜的结构参量，即层厚度系数与周期数.设计过程逐步详细阐述.计算结果表明，随着参加优化的变量(厚度系数和周期数)数增多，全反带更宽，薄膜层数更少、结构总厚度更薄.最后得到了一个宽带全反镜(0.255A0.255B)5(0.169A0.066B)8，其带宽可达1.34ω0，而薄膜层数大幅降为26层，总厚度仅为1.8634λ0，结构也非常简单.

介绍了即时/准即时u-v覆盖的光学综合孔径成像技术实时/准实时观测的优点，并以LBT为实例进行了成像分析.对LBT采用快速傅里叶变换、卷积与反卷积算法获得系统的点扩展函数(PSF)与光学传递函数(OTF);探讨了全局传递函数及其对成像效果的影响，说明了即时/准即时u-v覆盖成像特性;用实验仿真的方法验证了全局传递函数在满足准即时u-v覆盖成像的要求情况下能够对天体目标进行较好的图像恢复.

利用连续波激光器和高速CCD，采用数字同轴全息系统，记录了乙醇喷雾粒子场全息图.对粒子场再现像进行聚焦像合成，自适应滤波、二值化、Roberts边缘提取，Hough变换和亚像素精度计算，得到粒子的直径和位置信息.利用两次曝光记录的两个序列全息图得到粒子位移，进而求得粒子的运动速度，给出了实验结果.研究结果表明，该实验系统可用于内燃机喷雾场测量，且具有光路系统简单、成本低等特点.

讨论了相息图白光再现的可行性，得到采用在相息图和观察者之间加入狭缝的方法可实现相息图的白光再现的结论.提出了一种通过对彩虹全息图进行复数滤波来制作相息图的方法.根据彩虹全息图中物光的频谱宽度设计有限脉冲响应数字滤波器.对该滤波器进行移频，得到与通带位置物光的频谱位置一致的复系数带通滤波器.对全息图进行空域滤波，去除共轭像和零级,求出调制后物光的位相分布，制作场景相息图.实验观察到了经过此方法制作的相息图在白光下的再现像，表明本文的理论分析正确，所提出的方法可行.

提出两种稀疏孔径光学系统成像的图像恢复模型.分析维纳滤波、最小二乘方滤波和极大似然法盲去卷积三种图像恢复算法的适用条件.针对存在噪声干扰的稀疏孔径光学系统，通过实验对比，指出维纳滤波和最小二乘方滤波把相机光学传函当作系统传函，其理论推导能够达到最优.盲去卷积把大气传输函数和相机光学传函作为系统传函进行恢复，其恢复结果优于维纳滤波带入常数K和最小二乘方滤波调整参量结果.

以自行研制的双波长三通道拉曼激光雷达、振荡天平(PM10、PM2.5)、碳黑(BC)气溶胶分析仪及能见度仪相结合对“好运北京”2008年奥运会前期典型天气状况进行了测量与分析，给出了北京奥运主场馆上空气溶胶消光系数的垂直分布及其时空变化关系，计算了气溶胶的消光散射比，并分析了灰霾天气条件下大气能见度、气溶胶颗粒物PM10、PM2.5、BC及气溶胶消光系数垂直分布之间的相互关系.研究结果表明，灰霾天气条件下，大气能见度、颗粒物质量浓度与气溶胶颗粒物消光系数之间具有直接的相关性.

介绍了一台自行研制的用于大气气溶胶光学特性和水平能见度测量的小型米散射激光雷达系统，并进行了一系列观测实验和分析.系统选用532 nm波长激光作为光源，采用Fernald反演算法对接收到的大气回波信号进行反演得到气溶胶消光系数.通过对西安城区上空的气溶胶光学特性进行连续观测，测得了西安城区不同时刻消光系数的高度分布廓线、以及24小时内大气边界层高度的时空变化特性，并对大气水平能见度进行了连续观测，其结果与当地气象部门提供的水平能见度数据的变化趋势基本一致.观测结果表明，利用该米散射激光雷达可以对大气气溶胶光学特性和水平能见度进行有效测量.

用高温熔融法制备了Tm3+和Ho3+离子双掺的65GeO2-12AlF3-10BaF2-8Li2O-5La2O3氟锗酸盐玻璃.应用Judd-Ofelt理论，获得了Ho3+离子的强度参量(Ω2，Ω4，Ω6)，自发辐射跃迁几率Ar，辐射寿命τ等光谱参量.根据McCumber理论，计算了玻璃中Tm3+和Ho3+离子的吸收截面σa、受激发射截面σe和增益光谱G(λ).在808 nm激光二极管激发下，研究分析了Tm3+离子的交叉弛豫过程和Tm3+敏化Ho3+离子的2.0 μm的红外发射光谱.结果表明，一定浓度Ho3+的共掺提高了Tm3+(3F4)→Ho3+(5I7)之间的能量转移效率，增强了~2.0 μm的红外发光.

利用GCR-170型脉冲激光器 Nd：YAG的三次谐波(355 nm)，以蓝宝石Al2O3 (0001)为衬底，在不同温度下采用脉冲激光沉积法制备了ZnO薄膜.通过原子力显微镜、Raman谱、光致发光谱、红外透射谱、霍尔效应和表面粗糙度分析仪对制备的ZnO薄膜进行了测试.分析了在不同衬底温度下薄膜的表面形貌、光学特性，同时进行了薄膜结构和厚度的测试.研究表明：衬底温度对ZnO薄膜的表面形貌、光学特性、结构特性都是重要的工艺参量，尤其在500 ℃时沉积的ZnO薄膜致密均匀，并表现出较强的紫外发射峰.

分析了横电磁波作用下开口谐振环双各向异性Meta材料，揭示了虚波数引起Meta材料谐振行为的事实.利用Floquet模将开口谐振环周期性结构的场分布展开,从电磁波传播角度得出了凋落模是引起Meta材料谐振行为的原因.对于来自主平面上的入射波,具有相同极化方式的Floquet透射模将发生谐振,并且电谐振和磁谐振将随着入射角的不同而改变.

提出了一种采用主动控制相移量的改进型Stoilov算法，按主动设定的相移量事先设计好五幅完全等相移正弦光栅图，由计算机编程控制数字投影仪依次投影该五幅光栅至待测物体表面，并对应采集五帧变形条纹，用所设定的相移量直接替代Stoilov算法中由变形条纹图解算的相移量，提高了相位提取和三维重构准确度.实验结果表明，平均绝对误差优于0.07，均方差优于0.07.

分析了激光干涉测长原理，建立了测长光路中角锥棱镜的光线偏移模型及内部光程模型，推导了忽略直线度误差及角度误差的未对准误差对定位误差测量结果影响关系的简洁表达式，进行了定位误差的测定实验,给出了未对准误差的一种定量评估方法.

为了对图像畸变进行测量和校正，利用纵向朗奇(Ronchi)载频条纹作为测量模板，通过成像系统获取畸变光栅条纹.运用傅里叶变换对畸变条纹图像进行频谱分析、滤波提取基频信息，直接从畸变图像的中心无畸变区域提取理想条纹像信息.通过相位分析提取包裹相位并解包，获得畸变光栅条纹的径向畸变相位分布规律.将该分布规律转化为径向位置畸变分布规律，并结合双线性插值灰度重建对畸变图像进行校正.实验结果证明该方法是有效的.

基于目标特征点间线段倾角信息,提出了一种适合于目标远距离成像和相机内参未知条件下解算目标姿态的目标3维姿态测量方法.采用仿真图像对该方法的正确性进行了验证.实验结果：姿态测量误差绝对值均值小于0.6°,且目标成像尺寸为350 pixel时,姿态测量误差绝对值小于0.5°.实验表明该算法具有较高解算准确度和较强的收敛性.

对处于相干态光场的非线性Tavis-Cummings模型中Pancharatnam相进行了理论上和数值上的研究，并获得了这个量子系统中Pancharatnam相的精确表达式.分析表明:两原子之间的偶极相互作用强度能改变Pancharatnam相演化的周期，并证明了Pancharatnam相包含原子和场的信息，同时，非线性的出现会导致Pancharatnam相的演化出现混沌行为.

利用Jaynes-Cummings模型，考虑场频率受微扰的情况，在旋波近似下研究了二能级原子与单模辐射场相互作用系统中量子态保真度的演化.利用数值计算方法给出量子态保真度随时间的演化曲线.研究了场频率随时间正弦函数形式变化对系统、光场和原子的量子态保真度演化的影响.结果表明：场频率随时间正弦函数形式变化对系统和光场的量子态保真度的演化的影响很小，但对原子的量子态保真度的演化有显著影响.

为了快速准确地识别出某型航空发动机篦齿盘均压孔的边界，提出一种新的模糊快速Hough变换.利用局部梯度信息将检测圆所需的3D Hough变换转化为一个2D Hough变换检测圆心位置和一个1D Hough变换检测圆的半径.在检测圆心位置时，对2D参量空间进行多分辨率分级，通过迭代计算由粗到精逐步细化参量空间.采用模糊投票的方法来处理边缘像素位置和梯度方向的不确定性.通过实验对比了模糊快速Hough变换与标准Hough变换、随机Hough变换进行盘孔边界识别的效果，结果表明模糊快速Hough变换可以快速准确地识别出盘孔的边界，性能优于另外两种算法.

提出了一种基于二进制小波变换和改进SPIHT算法的图像编码方法.二进制小波变换将图像从实数域变换到实数域，消除像素之间的空间冗余性，得到了具有整数准确度的紧致描述.针对传统SPIHT 算法解码图像视觉效果差的缺点，提出了改进方法.根据图像分析结果，将二进制小波变换变换系数按视觉重要性重新排序，通过对视觉重要系数优先编码，把量化误差集中在视觉不敏感区域，从而在不影响编码率失真性能的同时，有效地提高了解码图像的视觉效果.实验结果表明，和其它流行的编码算法相比，本文算法对不同性质的图像具有最优的编码性能和视觉效果.

为了解决在目标跟踪系统中，传统相关算法在目标发生目标局部遮挡或旋转等姿态变化较大的情况时容易跟踪丢失的问题,提出一种改进的基于卡尔曼预测器的环形模板匹配相关跟踪的算法.利用卡尔曼预测器来预测下一帧目标可能出现的区域，然后在较小的预测区域中进行环形相关匹配运算，找到最佳相关匹配点，使跟踪更具主动性。环形匹配还可以克服由于姿态变化而引起的横向匹配点丢失，从而可以跟踪各种姿态运动的机动目标.实验中,利用改进算法对出现局部遮挡情况的姿态变化大的运动目标进行跟踪，传统算法处理此类情况容易跑飞，而本文算法不受这两种跟踪局限性的干扰，始终稳定跟踪机动目标且耗时大幅减少.

提出了一种用于纹理分类的旋转不变性特征提取的新算法.该算法是将一定大小的图像进行二维傅里叶变换；其次在变换后的图像中央选择一个圆盘区域，并在方向［0°，180°］内进行等间隔角度频率抽样，实现方向分解，使用一组复Morlet小波对每个方向上的映射切片进行小波变换，从而实现多通道频率分解；在各个频率通道中计算均值和方差作为特征，并利用线性回归模型计算频率通道之间的关系特征；将特征沿方向进行一维傅里叶变换并取其幅值，从而得到旋转不变性特征.实验结果表明所提取的特征具有较好的旋转不变性，与其它算法相比具有更好的分类性能，并且对无旋转纹理分类也能产生较好的分类结果.

为提高目标亮度突变时的跟踪性能，在每一帧进行目标跟踪时，首先提取可见光图像的颜色特征，红外图像的垂直投影图像和水平投影图像特征，然后利用可见光/红外各自通道的Bhattacharyya系数计算该通道的权值，并对加权mean-shift双通道跟踪方法进行了推导，提出了基于加权mean-shift可见光/红外双通道目标跟踪算法.该方法使前后两帧目标相似度大的通道取大的权值，从而达到有效利用各通道有利信息﹑提高跟踪性能的目的.实验表明，用本文提出的算法进行可见光/红外双通道目标跟踪时，与基于mean-shift单通道(可见光或红外)目标跟踪算法相比，可提高目标跟踪的准确度，特别是当目标进入树荫区域，引起目标亮度发生显著变化时，跟踪性能基本不受影响.

提出一种基于稳定Harris角点置信度的三步搜索法数字稳像方法.采用三步搜索法策略进行运动参量的计算，对三步搜索法结果使用稳定Harris角点置信度进行约束，提升运动参量计算准确度.针对分辨率为320×240存在±40个像素范围内抖动的车载运动视频进行稳像处理，实验结果验证此方法有效可行.

在虹膜检测方法中易受到部分眼睑和睫毛的遮挡，从而降低虹膜识别的准确性,针对该问题，提出了一种基于2D-Gabor滤波器的虹膜噪音检测方法.该方法首先利用2D-Gabor检测归一化后虹膜图像中的眼睑和睫毛等噪音，然后记录噪音干扰区域，最后在匹配时去除虹膜代码中的干扰位来尽量避免噪音对于虹膜识别的影响.在CASIA(3.0)图库上进行实验的结果表明，采用噪音检测操作时正确识别率为99.02%，不采用噪音检测时正确识别率仅为98.46%.

针对目前机动目标跟踪所面临的机箭分离、机弹分离、级间分离等一转多的目标跟踪问题，提出了一种复合目标识别技术.针对目标的面积，外接矩形长度、宽度、长宽比，紧凑度，转动惯量和航迹对多种目标进行准确的认定和匹配，并在目标的切换过程中引入一种新型切换技巧.此算法大大提高了一转多目标的跟踪可靠性，实际应用表明：目标识别准确，跟踪切换平稳，应用价值高.

设计了具有45°和135°方向的二维棋盘形滤波器对.通过棋盘形滤波器对，输入图像被分解为两幅子图像,且二维余弦调制滤波器组被分别应用到每幅子图像.这种结构等效于一个冗余比为2的新的方向滤波器组.新的方向滤波器组具有良好的方向和频率选择性.将双重局部维纳滤波算法和新的方向滤波器组相结合，提出了一种新的图像去噪算法.实验结果表明：对于含有丰富纹理的图像，本文提出的算法获得了明显的去噪性能改善.