如何在有限的灰度级别下输出高质量全息图是人们关注的问题之一.文章从数字全息图 （计算机制全息图）的灰度直方图出发，研究灰度调整对全息图再现像质的影响.首先通过理论推导研究了压缩计算机制全息图中占比例少的灰度，展宽占比例多的灰度后全息图衍射效率的变化,发现处理后的计算机制全息图经灰度压缩的阈值越大，衍射效率越高.然后研究了灰度压缩的阈值对计算机制全息图再现像噪音的影响,发现全息图再现像的噪音随着阈值的增大，先减少再增大.实验表明,通过取合适的阈值对全息图进行灰度调整，可以在保证全息图再现像的信噪比的同时，提高全息图的衍射效率.计算机仿真和全息图光学再现实验证明了理论分析是正确的，为制作高质量的计算机制全息图提供了参考依据.

为了提高数字微镜器件的空间光调制性能，发挥其在全息显示和三维重构等方面的作用，研究了数字微镜器件的闪耀特性.结合数字微镜器件的物理结构，利用反射光栅理论分析了数字微镜器件的闪耀规律，进行了理论计算与实验修正，得出了其存在四个相对闪耀状态的结论，而通常实验所要求的24°角入射，为出现相对闪耀状态的最小入射角.据此，可在全息显示中选择恰当的入射角，改变数字微镜器件的闪耀状态，增强全息再现的视觉效果.以傅里叶变换全息为例进行了具体应用研究，通过再现光入射角的调节，可实现闪耀级次的调整，并增强了再现的视觉效果.实验表明，分析结果是正确的.

采用高温固相法制备了KBaPO4:Eu3+红色发光材料，研究了Eu3+掺杂浓度、电荷补偿剂等对材料发光性质的影响，并利用X射线衍射及光谱等技术对材料的性能进行了表征.研究结果显示:在400 nm近紫外光激发下，材料呈多峰发射，分别由Eu3+的5D0→7FJ(J=0,1,2,3,4)能级跃迁产生，主峰位于621 nm；监测621 nm发射峰，所得激发光谱由O2→Eu3+电荷迁移带(200~350 nm)和ff高能级跃迁吸收带(350~450 nm)组成，主峰位于400 nm；改变Eu3+掺杂浓度，KBaPO4∶Eu3+材料的发射强度随之改变，Eu3+浓度为5 mol%时，强度最大；依据Dexter理论，得知引起浓度猝灭的原因为电偶极电偶极相互作用；添加电荷补偿剂，可增强KBaPO4∶Eu3+材料的发射强度，其中以添加Li+，Cl时，材料发射强度提高最明显.

以钛酸丁酯为前躯体，乙醇为溶剂，冰乙酸为催化剂，用溶胶凝胶法制备了TiO2∶Ho3+/Yb3+上转换发光纳米粉体，并研究其上转换发光机制.通过X射线衍射，能谱及扫描电镜对样品进行表征，结果表明样品是金红石型结构的粉体，样品中含有所掺杂的元素Ho和Yb，样品颗粒非常细小，直径约为100 nm，呈球形，并有明显的团聚现象.在常温下选用中心波长为980 nm、最大输出功率500 mV二极管激光器作激发光源测定样品的上转换发光性能，结果显示：在TiO2∶Ho3+/Yb3+样品的上转换荧光光谱中观察到红光和绿光，且绿光的强度比红光的强，绿光的强度约是红光强度的两倍，当Yb3+离子浓度为2.5 mol%时，位于543 nm处绿光的发射强度达到最大值.并详细研究了上转换发光机制.

本文从理论和实验上分析了存在拍频噪音时时域光学相干层析系统的噪音特性，给出了拍频噪音的具体估算方法.建立了描述一般时域光学相干层析系统实际噪音的简化模型，并给出了测量和寻找平衡探测光学相干层析系统最佳工作状态的方法.理论计算表明，平衡探测光学相干层析系统的信噪比受限于拍频噪音，理想情况下，最大信噪比可达100 dB左右；同时实验表明，如果实际的系统不能完全消除冗余噪音，其信噪比可能要比理论值小10~20 dB.本文的主要结果将可直接用于时域光学相干层析系统工作状态的测试和诊断当中，对频域光学相干层析系统噪音性能的分析和优化也将有所裨益.

提出了一种通过测量瞳孔直径来判断自由立体显示器观看视疲劳程度的方法，并且建立了一种瞳孔直径的测量装置.该装置可在连续播放立体视频时记录观看者的瞳孔直径.通过观看者的主观评价得出视疲劳程度随着观看时间的增加而加剧，同时实验表明观看者瞳孔直径也随着观看时间的增加而变大，由此可得出将瞳孔直径作为一种新的视疲劳度量指标.当观看者的视疲劳处于中等水平时，观看者的瞳孔直径变化量为0.4 mm，可将该值确定为观看舒适度的临界值.

石英晶体在切片过程中由于加工误差会引起两表面的不平行，从而影响对其晶向的判断.为了弥补这种缺陷，需要对上下两表面的倾角进行测量.本文对全自动X射线分选仪的晶体倾角测量问题进行了研究，用位置灵敏探测器探测被晶体反射的激光光斑，推导出了位置灵敏探测器探测到的坐标点随上下晶面夹角的关系式，并进一步分析了不同入射角，不同晶体厚度情况下位置灵敏探测器上的光斑形状.最后得出位置灵敏探测器纵坐标轴上的高度差和上下晶面夹角的近似线性的关系，发现当入射角为20°时误差最小，为5.306 2×10-6 mm，选用这一入射角时的系统分辨率和测量范围分别为1.033″和15′.

研究了光子晶体作为陀螺谐振腔空间微镜的应用，基于平面波展开法计算了光子晶体能带结构和带隙分布图，利用时域有限差分方法对三角晶格介质柱结构微反射镜的传输特性进行了研究，讨论介质柱半径和晶格周期对反射率的影响，并给出优化结果和参量.对输入输出镜进行了初步探索设计，初步给出优化结构.基于介质柱光子晶体微镜的环形谐振腔不仅能实现单片集成还能实现光在空气中传输来大幅度减小克尔和法拉第效应，以及背向散射等影响，这对于研究高准确度谐振陀螺提供了新思路.

基于动量守恒原理，结合麦克斯韦应力张量和三维时域有限差分方法,建立了近场空间内激光光镊对纳米微粒的光阱力计算模型.分析了光纤探针型近场光镊的近场分布以及操作纳米微粒时各轴向光阱力的分布情况，并探讨了光纤探针尖端的捕获尺寸、捕获位置和操作稳定性.结果表明:微粒应处于光纤探针针尖的近场空间内才可实现稳定可靠的纳米操作，不同尺寸的微粒具有不同的捕获效果，且随初始位置的不同微粒的捕获位置亦不同.计算结果为激光近场光镊纳米操作装置的设计和制造提供了理论基础.

采用测量侧光谱相对强度的方法研究激光陀螺的增益特性.通过实验得到了陀螺增益随着工作电流的增加而增加，随着总气压的升高会出现饱和增益现象，在总气压大约为4P0时增益取极大值.通过比较铝阴极和另一种阴极材料B的激光陀螺在启动阶段增益随时间变化的特性曲线和对测量数据进行误差分析，发现陀螺的增益稳定性和抗外界环境干扰能力是与阴极材料密切相关的.激光介质的增益和由朗缪尔流效应引起的拍频频移都和产生激光的上下能级粒子数密度差有关，实验结果说明用增益的稳定性可以评价激光陀螺零点漂移稳定性.

基于包括子午和弧矢方向完整的4×4旁轴光线传输矩阵，建立了非共面谐振腔激光陀螺整体环绕传输矩阵.根据该矩阵，计算q参量矩阵，代入实际参量，分析并仿真计算了某型非共面谐振腔环形激光陀螺的复杂象散，得到了光路上任意位置光斑尺寸.实验采用CCD测量了该型激光陀螺输出光不同位置的光斑尺寸，通过多点测量值双曲线拟合的方法得出束腰宽度，仿真计算和实验结果一致.采用高斯光束理论，根据光场分布、光阑尺寸和位置确定衍射损耗，设计出合适的光阑方案，即将光阑设置在束腰位置，其形状为圆形，尺寸与束腰比值为2左右.实验证明该方案保证了该型非共面谐振腔环形激光陀螺单横模工作.

宽带极紫外连续谱是获得阿秒脉冲的重要途径，在此过程中传播效应是影响宽带极紫外连续谱产生的重要因素，本文针对传播效应对宽带极紫外连续谱的影响，采用慢变波近似的一阶传播方程, 研究了传播过程对双色场周期量级激光脉冲产生宽带连续谱及其对应的单个阿秒脉冲的影响.通过分析不同聚焦位置和介质长度的传播过程，发现介质位于焦点之后有利于产生连续谱，同时随着介质长度的变长，虽然单个阿秒脉冲峰值强度有所提高，但是产生的阿秒脉冲宽度也会增加.进一步的分析表明，在特定的双色场延迟优化下，传播效应不仅使得阿秒脉冲强度增强，还可以获得与单原子模型下具有同样脉宽的单个阿秒脉冲，而不会因为传播效应导致阿秒脉冲宽度变宽.

针对电气设备接触不良或质量缺陷引起的电弧放电现象对用电设备安全运行的影响，本文分析了电弧的产生机理及检测方法.依据紫外光强辐射特点，设计了基于通道型光电倍增管的检测系统.通过实验，对放电弧光进行捕获，作为判断电弧放电程度依据，实现对电气设备的有效保护和控制.实验表明, 该系统灵敏度高，线性度好，能实现微弱紫外光探测在线监测.

针对成像型天基激光告警系统中的太阳背景辐射问题，通过理论分析和数值计算研究了太阳与系统探测器不同空间位置关系时直射太阳光和地球反射太阳光对系统成像信噪比、威胁激光检测、探测器自身安全的影响.结果表明：太阳光是天基激光告警系统的主要背景辐射，地球反射太阳光是系统红外探测器成像的主要背景光；反射太阳光辐照在探测器像面上的最大能量密度为0.97 mJ/cm2，反射太阳光背景下，攻击激光成像信噪比在103以上，信标激光信噪比小于1，反射太阳光对攻击激光检测没有影响，对信标激光成像是强背景干扰；直射太阳光辐照探测器是系统不可避免的情况，太阳成像光斑功率密度最大时约20 W/cm2，将导致探测器像元饱和甚至损坏；太阳成像光斑特征与入射激光相似，会造成系统严重虚警.

在剪切电子散斑干涉中,由于错位的二物光束同向传播，很难将二物光分开引入附加相位的方法来实现相移.平移棱镜相移法可以在二束物光不分开的情况下实现相移.本文对平移棱镜相移法进行了理论分析，证明平移棱镜可以引入稳定、线性的附加相位，给出了附加位移与附加相位之间的关系式.利用周边固定、中心加载的圆盘进行实验，给出了实验结果，证明平移棱镜相移法可以有效地从干涉条纹中定量提取位移导数信息.

棉纤维成熟度及细度参量是影响纺织加工质量的一个重要指标，目前采用的间接测量方法不能准确评价棉纤维的品质质量.本文利用夫琅和费衍射光学方法，线阵CCD探测棉纤维衍射光信号，经小波分析去噪，根据明暗条纹分布计算获得待测棉纤维细度.在实验室恒温（23℃）、恒湿（45%）环境下，对8个品种不同成熟度等级的棉花进行了测量，同显微镜测量结果相比较，结果表明两种方法有很好的相关性，相关系数为0.956，均方差为0.332.因此基于光电检测技术方法能够实现实验室中棉纤维成熟度快速检测，为实际生产中棉花成熟度直接、快速的光电检测提供了理论研究基础.

提出并研究了一种使用单光源的光纤无线双向传输系统.该系统只需在中心站配置一个可调谐激光器，以产生频率恒定的激光光源，通过综合光学调制（频率调制、强度调制）技术将基带信号调制到光载波上，最终形成60 GHz毫米波下行信号；同时，相同的光载波在基站被重用，作为上行链路传输光源.系统结合光载波重用技术和综合调制技术特点，合理利用资源，基站结构更为简化.仿真结果表明，该系统可以将速率达2.5 Gbit/s的数据在单模光纤中双向传输20 km，功率代价小于0.5 dB，相对已有的技术方案，该传输系统在传输功率、传输距离、传输性能方面具有明显优势.

提出了一种基于FPGA的光栅位移传感器信号细分处理技术，采用CORDIC（坐标旋转数字计算机）解算相位，同时结合单准确度浮点运算，将辩向、粗码计数、相位解算、粗码精码浮点运算集成于单片FPGA实现，保证了细分的准确度、细分数据的有效计算准确度及信号处理的速度.设计中采用Altera公司的Cyclone II_EP2C20F484C8型芯片进行验证，对20 μm栅距的光栅尺信号进行细分处理，实验结果证实了该方法的正确性和可行性.

帧转移型CCD传感器在拍摄星空背景图像时，视场中高亮度恒星会产生Smear现象，从而对目标检测有严重影响.为了消除Smear现象，提出了一种星图中基于小波变换的Smear消除方法.首先根据Smear产生机理及星空图像特性，建立星图Smear问题的模型；然后使用多层二维Haar小波分解，把Smear亮线分离到低频分量及高频垂直分量中分别进行Smear消除处理；最后重构出消除Smear的图像.实验结果表明：该方法能有效去除Smear，最大限度保留图像原有信息，并可增强Smear区域弱小目标信噪比.

分析了常规透射镜组检测方法的缺点，在添加简单的辅助元件情况下，提出了一种新的检测透射镜组装调完成后整体组件的方法，从而解决了大口径光学系统应用中透射镜组的光学质量检测问题.分别以两个实际光学系统为例，给出了透射镜组的设计和准确度要求.随后利用该方法对实际系统中装调完成后的透射镜组进行检测，并将分析结果和实际检测结果进行比较，得出该方法的检测准确度优于0.01λ,证明了该检测方法的可靠性和正确性.最后用检测结果指导装调，使得透射镜组的最终装调完成后的质量满足了要求.

在相机研制中，杂光系数是评价杂散光的主要指标.为了快速、便捷、准确地计算杂光系数，本文通过分析透射式光学系统的杂散光路，根据能量传输原理，推导了无中心遮拦无渐晕的透射式光学系统的杂光系数的理论计算方法，并编制了相关的程序.仿真结果表明：该方法简单易行，能够快速给出杂光系数的初步评价，将杂散光抑制设计及分析提前，为后续设计提供参考.

提出了一种无信息变量消除和偏最小二乘投影分析相结合的苹果高光谱散射图像最优波段选择方法.经该算法提取后的波段降为全谱的26%，将选择后的波段作为输入变量建立了苹果硬度的偏最小二乘预测模型.预测均方根误差由6.00N降为5.73N，相关系数也有所提高，并与遗传算法作了比较.结果表明，该算法能有效消除原光谱矩阵中冗余的信息，且不存在遗传算法中的参量选择随机性等缺点.该算法为高光谱散射图像最优波段选择提供了一个理想的方法.

为了实现红外与可见光图像的自动配准，提出了基于似然函数最速下降迭代的图像配准算法.该算法以图像边缘作为配准点特征，将异源图像配准转化为边缘点集配准.基于点集的高斯混合模型建立了边缘点集配准似然函数，以该函数作为目标函数，仿射变换参量作为优化变量，利用最速下降方法进行最优变换参量求解，从而实现边缘点集配准.同时，将多分辨率金字塔引入迭代配准框架下，实现了高分辨率图像配准的加速.实验结果表明：该算法精度高，运算速度快，可以很好地完成可见光与红外图像的自动配准.

通过对外场观测的红外图像进行反演,获取了目标的临界尺寸和目标与背景的平均温差.以热成像系统的测试最小可分辨温差曲线为基础,确定了反演目标表观温度对应的空间频率,并结合Johnson准则和目标传递概率函数建立了实测目标图像与热成像系统探测识别性能的数学模型.该应用技术在外场识别性能评估中避免了人员对红外靶标图像的主观判读,可建立起客观的外场红外系统性能评估模型.对外场实测热图像及数据进行了实验,计算结果表明该模型可以有效地对红外成像系统的探测识别性能进行评估.

利用HeNe激光(波长632.8 nm，功率12 mW)与氯化锂复合诱变一株番茄灰霉病菌拮抗菌WB3，获得14株拮抗效果突出的菌株，其最大抑菌带宽为15.7 mm.综合单一诱变组里菌株致死率以及拮抗能力的大小，其中辐照时间为30 min，氯化锂浓度为1.2%时为复合诱变最佳条件.经过复合诱变，L8拮抗菌最高抑菌带宽可提高14%以上，而单一HeNe激光诱变后抑菌带宽提高8.8%，单一氯化锂诱变后抑菌带宽提高9%.L8菌株生长迅速，经传代培养证明其抑菌性能具有稳定遗传性.该实验研究HeNe激光与氯化锂复合诱变枯草芽孢杆菌WB3的方法可应用于番茄灰霉病的生物防治领域.

利用量子理论,研究了真空场与耦合全同Λ型三能级原子相互作用过程中场熵的演化特性.讨论了系统初始状态、失谐量、原子间偶极相互作用和Kerr系数对场熵演化特性的影响.数值计算结果表明:场熵呈现出周期性振荡,其振荡频率和幅度强烈地依赖于系统的初始状态；失谐量、原子间耦合强度、Kerr系数的增大,都会使场熵振荡的幅度减小.

用微扰的方法计算了一个外加周期驱动激光场所组成的,两离子系统质心量子态跃迁几率的解析表达式.以两Ca+作为囚禁离子，模拟出了在弱场的作用下声子态跃迁几率随激光束频偏和相互作用时间变化的分布图形.结果表明:随着外加周期驱动激光场的频率和相互作用时间的调节，系统质心量子态随时间周期性的坍塌与复原；在频偏范围0.85×107~1.2×107 Hz内，质心量子态跃迁几率最高能达到0.97，操控周期最长为0.6×10-6 s，从理论上质心量子态操控周期有很大的缩短；若频偏值大于1.2×107 Hz时，质心量子态跃迁几率约为0.49，激光不能有效控制质心量子态的跃迁.所得结论对实现两比特量子逻辑门等实验研究有一定的参考意义.

在旋波近似下，同时考虑原子运动和光场频率随时间作正弦函数变化，研究了二能级原子与单模辐射场相互作用系统中场的量子约化熵的演化规律.运用数值计算的方法分别给出了在不考虑原子的运动和考虑原子的运动的情况下场熵随时间的演化曲线，讨论了原子运动、场模结构、场频率的幅值和角频率变化对场熵的影响.根据Schmidt分解定理，解析制备了光场与原子的纠缠态、光场偶数态及原子相干叠加态，获得了调控和制备上述量子态的系统参量.研究结果表明：场熵的演化受场频率变化的调制，场频率变化的幅值增大会削弱场与原子的相互作用，场熵演化的周期性与场频率变化一致；原子的运动导致了场熵演化周期加倍；在场频率变化的角频率一定的情形下，场熵演化规律与场模结构参量的奇偶性有关；无论原子运动与否，都可周期性制备场原子的近似EPR态.

基于腔量子电动力学技术，提出了利用三能级超导量子干涉仪实现Toffoli门的理论方案.利用超导量子干涉仪与腔场发生耦合,以及与外加经典脉冲发生共振跃迁来实现量子态的演化控制.该方案可以拓展到N比特Toffoli门的实现.最后，讨论了逻辑门的实验可行性，四比特Toffoli门的作用时间约为30 nm，它远小于腔衰减时间和较高能级的能量驰豫时间，从而足以实现量子态的操控.并且随着比特数的增多，Toffoli门作用时间的增幅较慢.

针对景象匹配辅助惯性组合导航系统需要快速准确获取飞行器位置和航向偏差的要求，提出了一种基于区域协方差的实时图像匹配算法.算法采用区域协方差矩阵的距离作为图像匹配时的相似性度量.首先，对图像进行高斯平滑滤波，提取图像的多种特征计算区域协方差矩阵，利用金字塔多级匹配技术进行全局搜索，获得测试图在参考图中像素级匹配位置.然后，利用全局匹配的结果，在实测图上选取多个局部区域，分别进行局部搜索匹配，获取参考图和实测图中一一对应的局部匹配集.最后，利用RANSAC算法和最小二乘算法计算出两幅图像间的最优相似变换参量.仿真分析表明，该算法能满足景象匹配辅助惯性组合导航系统实时性、精确性和鲁棒性的要求.

针对复杂云背景下的弱小目标探测，提出了一种基于光流估计和自适应背景抑制相结合的弱小目标检测算法.首先根据红外图像中云的移动规律，对云背景下的红外图像进行光流分析，提取运动云区.在光流场的计算中结合了云运动的特点以及光流方程的两个约束条件，对传统的基于梯度的光流法予以改进.同时发现移动云区对目标探测的影响较大，为了抑制移动云区对弱小目标的干扰，提出了自适应抑制复杂背景的算法，在光流场分析提取的移动云区中，利用代表背景复杂程度的背景因子，自适应调整分割阈值，抑制复杂背景的干扰.这样只在容易引起虚警的移动云区进行背景抑制处理，简化了计算量，降低了云区对弱小目标的干扰，减少了虚警和误判.实验结果表明该算法可以显著减少云区造成的虚警，并且能够探测出弱小目标.

研究了基于螺旋相位频谱滤波器滤波的径向希尔伯特变换对不同边缘分布图像的增强特性.给出了拓扑荷n=1的有限孔径螺旋相位滤波器点扩散函数的解析表达式,并利用圆孔、汉字和人像等三幅不同边缘分布密度的图像进行了边缘增强的模拟计算.结果表明,基于螺旋相位频谱滤波的径向希尔伯特变换会使边缘增强图像具有立体浮雕效果,并且随着输入图像的边缘分布密度变大,立体浮雕效果会越显著.通过理论分析得出,这一现象是由螺旋相位滤波器点扩散函数中的次极大分布与输入图像边缘卷积引起的.这一结论为图像的信息处理提供了一些有利的手段.