从积分球非中性的角度出发，研究了光(辐射)经过积分球后的光谱性质变化.根据积分球理论公式，推导了积分球光谱透过率的非中性与内壁涂层光谱反射比非中性的关系，证明积分球非中性通常大于内壁涂层非中性；且内壁涂层非中性一定时，涂层反射比越高，积分球非中性越大.然后分别以A光源和氙灯作为入射光源，测量了硫酸钡和聚四氟乙烯两种典型涂层的积分球出射光的光谱分布、色坐标和色温.结果表明，两种积分球的非中性对出射光谱的影响特征相同，表现在色度上是色坐标(x,y)增大，色温降低.其中聚四氟乙烯积分球非中性较小，其出射光色温在A光源、氙灯作为入射光源时分别降低约20 K和70 K；而硫酸钡积分球的出射光色温则分别降低约300 K和1 000 K，非中性影响明显.

利用高光谱散射图像技术研究了苹果的粉质化无损检测.提出了一种无信息变量消除法和局部线性嵌入相结合的苹果粉质化分类的新方法.经无信息变量消除法筛选后的波段降为全谱的23.5%.将波段选择后的原始图像数据用局部线性嵌入降维作为偏最小二乘判别分析的输入变量并建模.无信息变量消除法与局部线性嵌入相结合算法和局部线性嵌入降维方法得到的粉质化分类测试准确度分别是79.0%和79.0%;无信息变量消除法与平均反射法相结合和平均反射法特征提取得到的是77.4%和75.8%.结果表明，无信息变量消除法与局部线性嵌入想结合的方法可以大大地降低高光谱散射图像的数据量，同时保证了分类准确度，为在线检测、分类和高光谱数据的存储提供了一种实时、有效的方法.

随着阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating,AWG)型器件在光通信系统中的大规模应用，对低成本AWG芯片的需求越来越多.在各种降成本方案中，减小AWG芯片的尺寸是最有效的方法之一.本文介绍了一种新型小尺寸低折射率差硅基二氧化硅AWG的设计.在该AWG中，输入波导/输出波导与平板波导连接的部分制作成两侧为空气槽的高折射率差波导，所以在与输出平板波导连接处的相邻输出波导间距较小，这样可以在设计上缩短平板波导的长度、减少阵列波导的数量，实现较小的AWG芯片尺寸.该AWG的其它部分，如输入/输出波导与光纤耦合的部分、阵列波导光栅等均采用常规的低折射率波导工艺，所以就同时具有与常规的低折射率波导AWG相同的优点: 如低耦合损耗、较好的串扰以及光学特性等.根据这个原理，设计了一种40通道100 GHz频率间隔的低折射率差硅基二氧化硅AWG，其芯片尺寸只有23.88 mm×10.5 mm，是传统相同材料制作的AWG尺寸的1/6.

采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺，研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5 μm左右，波导截面尺寸为(350～500 nm)×220 nm不等.测试结果表明，波导宽度为450 nm时器件性能最为理想，其自由频谱宽度为16.8 nm，1.55 μm波长附近的消光比为22.1 dB.通过对微环滤波器进行热光调制，在21.4 ℃～60 ℃温度范围内实现了4.8 nm波长范围的可调谐滤波特性，热光调谐效率达到0.12 nm/℃.研究了基于单环和双环的多通道上下载滤波器，实验结果表明多通道滤波器的信号传输存在串扰，主要是不同信道之间的串扰，尤其在信号上载时，会在相邻信道产生较大串扰.

通过创建超声频率与衍射效率的动态方程，分析了声光器件在不同射频驱动频率下衍射效率的分布情况，并给出相应表达式.提出了在100 MHz射频处也存在与高于1 GHz处类似非互易现象.进一步通过比例系数δF/ΔF的引入，在此基础上分别利用波长532 nm和632.8 nm激光器，在二氧化碲晶体中进行非互易效应实验.实验得到传输带宽改变达到总衍射带宽的50%～60%，与理论计算值基本吻合.研究结果表明，实际中可将非互易效应大规模应用于包括定向耦合器(光路由器)在内的光电器件的开发.

数值模拟分析了一种新型高双折射光子晶体光纤中的脉冲俘获现象，以及泵浦脉冲入射条件对脉冲俘获效果的影响机理.结果表明: 泵浦脉冲和信号脉冲处于零色散点附近，且分别处于光子晶体光纤的反常和正常色散区，其走离参量的数值小于10－12 s/m时，可以实现脉冲俘获；泵浦脉冲和信号脉冲的时域中心延迟对泵浦脉冲光谱红移量和信号脉冲光谱蓝移量影响很小，但时域中心延迟越大，信号脉冲的输出频谱越窄，俘获效果越差；提高泵浦脉冲峰值功率，可明显增大泵浦脉冲光谱红移量和信号脉冲光谱蓝移量，为实现不同波长范围的全光开关提供了条件；泵浦脉冲半宽度越大，泵浦脉冲频谱越宽，信号脉冲频谱越窄，俘获效果越不明显.

提出了一种通过建立双线性二次哈密顿量在量子腔中实现参量上转换和下转换的方案.通常在非线性过程中，介质本身不参与能量的净交换，但光波频率可以发生转换的作用称为参量转换作用.此方案建立在一个四能级原子同时与两经典场和两量子场相互作用的基础上，理论属于非线性光学四波混频范畴.将原子制备在合适的能级上，经典光场与相应的能级发生共振，而同时量子光场与相应的能级产生大失谐相互作用，在强相互作用区域内，原子和腔场失耦合，进而实现腔模的参量转换.根据所制备初始能级的不同以及光场激发能级的差异，分别实现了参量上转换和参量下转换.在利用参量下转换制备压缩算符后，对实验的可行性进行了讨论，并且给出了理论值.结果表明: 在级联三能原子中采用一个级联双光子过程代替了原来的两个偶极禁戒跃迁间的经典驱动，可以保证高的不同频率之间的转换效率,并且用于光的量子操控和量子信息处理.

强激光经5CB液晶传播时会产生非线性自相位调制现象，利用532 nm和1 064 nmCW激光研究了强激光条件下5CB液晶中的激光诱导衍射环现象，并对强激光在5CB液晶中产生自相位调制的现象和机理进行了讨论.当532 nm激光和1 064 nm激光功率密度分别大于10 kW/cm2和300 W/cm2时，接收白屏上有较明显的衍射环现象；当激光分别持续作用数十毫秒和数百毫秒量级时间时，接收屏上的衍射环现象消失.分别利用基尔霍夫衍射积分公式的菲涅耳近似和夫朗和费近似形式对5CB中激光自相位调制和激光诱导衍射环进行了数值模拟，数值结果与实验结果符合的较好.基于热传导理论定性分析了5CB液晶在不同波长和入射条件下的三阶非线性系数.结果表明: 在强激光入射条件下，热效应是自相位调制的主要原因，这种三阶非线性系数除了与液晶的吸收系数和作用时间相关，还与激光作用面积甚至激光诱导指向矢转动过程相关.

针对激光反馈干涉术，提出基于相位凝固技术的调制解调方法，用以提高位移测量的分辨率，并设计了利用相位调制器进行调制的位移测量系统.利用调制器进行外腔相位调制，采集调制相位相对固定的干涉光信号，通过解调重构得到被测的位移信息.进行了信号调制、采样、重构技术的研究以及误差分析，并通过仿真验证了方法的可行性.结果表明，采用5点相位凝固采样技术，测量准确度可以达到λ/20.此方法可提高激光反馈干涉术的测量分辨率，实现信号实时采集处理，可用于位移的实时测量.

飞秒激光脉冲的产生主要依赖于激光腔内净的负群延迟色散.但是在固体激光器中，增益介质和其它光学元件却引入了正色散，因此需引入相应的色散补偿机制.布儒斯特角棱镜对曾是激光腔中色散补偿的主要办法，但是它在进行群延迟色散补偿的同时还会引入高阶色散,使激光器操作困难并影响激光器的尺寸和重复频率.Gires-Tournois镜是一种新型的色散补偿元件，可以克服这些缺点.本文介绍了Gires-Tournois镜的基本结构，分析了影响Gires-Tournois镜的群延迟时间、群延迟色散和三阶色散的量，给出了Gires-Tournois镜的设计原则并根据Cr∶LiSAF飞秒激光器中的色散补偿要求设计了性能优良的Gires-Tournois镜.该Gires-Tournois镜在750~900 nm的波长范围内具有高于99.9%的反射率和-35±8fs2的群延迟色散.用这样的Gires-Tournois镜经过4次反射后可以补偿3mm的Cr∶LiSAF晶体的绝大部分群延迟色散.

利用掺镱双包层光纤放大器对百皮秒单脉冲(重复频率1 Hz)进行了放大实验，分析了其放大过程中自相位调制对脉冲时域和频域特性的影响.采用小芯径(纤芯直径6.5 μm)掺镱双包层光纤作为增益介质，研究了放大器中从小信号增益到增益深度饱和整个变化过程中自相位调制引起的频谱展宽效应，并分析了SPM引起的脉冲波形和频谱光强分布的变化.采用布喇格光纤光栅扫描方法观察了其光谱的变化，解决了单脉冲光谱不易测量的问题.结果表明: 区别于无源光纤中的自相位调制效应，随着抽运功率的增加，百皮秒脉冲放大过程中增益饱和效应和自相位调制效应的共同作用，使脉冲频谱分裂成不对称双峰结构，且光强分布先向短波后逐渐向长波集中.

根据激光线阵CCD检测技术原理,提出一种快速、高准确度的轧辊辊型检测方法，阐述了系统组成与检测过程.针对辊型检测过程中易出现的轴线偏移现象，从垂直检测平面和平行检测平面两个方向采取补偿措施，有效地提高了系统检测准确度.同时检测系统对CCD信号进行处理时，采用浮动阈值法,有效降低噪音对CCD成像质量的影响,保证了系统的分辨率与检测准确度.实验证明,系统的检测准确度可达到实际生产过程中辊型检测的要求,为实现辊型在线检测的高速、高准确度、高自动化提供了一种新的研究方法.

在光学元件的抛光阶段，通常采用干涉仪对光学元件的面形数据进行检测，为进一步的加工工作提供指导意见.为了利用干涉仪检测数据给出被测光学元件面形上的各点空间坐标准确位置，对面形数据的原始数据做二值化处理，用Sobel算子采用基于边缘检测的方法准确提取光学元件的外形轮廓数据，采用基于半径约束的最小二乘拟合方法对被测光学元件的内、外圆边缘数据进行多次处理，求取内、外圆的圆心位置，半径大小，根据等准确度测量原则获得光学元件面形数据的准确值，为在干涉仪检测所得面形数据上准确建立坐标系提供依据.

为了准确诊断激光等离子体的电子密度，提出了一种基于极化光谱的类氦共振线与互组合线相对强度比诊断电子密度的方法.该法考虑了激光等离子体发射的X射线存在极化的特性，用极化光谱理论对测量的类氦共振线和互组合线光谱相对强度比进行精密校正，再推导等离子体的电子密度.在2×10 J激光装置上进行了实验，使用极化PET(002)晶体谱仪测量了Al类氦离子光谱，利用光谱的极化特性推出Al等离子体的电子密度约为1.5×1020 cm－3.结果表明极化X光谱推导等离子体电子密度方法适合激光高温高密等离子体诊断.

为了提高长周期光纤光栅对环境介质折射率的传感灵敏度，提出一种长周期光纤光栅的周期和包层半径的结构优化.基于长周期光纤光栅的耦合模理论，分析了长周期光纤光栅的周期和包层半径的大小分别与环境介质折射率传感灵敏度的关系，讨论了长周期光纤光栅的周期和包层半径对折射率传感的影响以及控制光栅周期与包层半径对折射率传感的重要性.为使优化的长周期光纤光栅具有实用性，谐振波长设计在1.55 μm的常规波长范围，经过多次摸拟实验，提出最佳优化参量为: Λ=380 μm，rcl=17 μm，对环境介质折射率从1.26~1.38不同值的实验测试，折射率传感灵敏度达到0.000 12，长周期光纤光栅的结构优化获得理想的预期效果.

通过分析光纤出射端面的光强分布，研究了光纤传输过程中激光二极管出射光束进入光纤时的指向角对出射端面光场分布的影响.提出一种影响光纤输出端光场的新因素，对数值孔径和光纤芯径两个影响因素进行了补充.在光纤传输过程中，将激光二极管出射的光束等效为大量光线，在二极管输出光的位置以及空间分布确定的情况下，使用光线追迹方法依次分析了单束和多束光的指向角以及光纤长度对出射面光强分布的影响.结果显示:单束入射光指向角的偏差会引起光纤输出端面光强极值位置的偏移，多束的情况可以导致光纤输出端光强呈现明显的环状分布，得出了入射光束指向角的偏差是影响光纤出射面光强分布和峰值位置的重要因素的结论，而光纤长度的变化对上述分布状况同样存在影响.

在激光投影显示技术中，引入振动光纤的方法能够以较小的能量损失减弱激光散斑.本文利用广义范西特-泽尼克定理对激光投影显示中采用振动光纤抑制散斑做了理论分析.结果表明, 散斑衬比度的大小取决于光纤的模式数和投影系统的光瞳大小，对于相同大小的像面，收集更多的光纤模式数和增大孔径均可减弱散斑衬比度.用两种不同的多模光纤所做的对比实验定性证实了这一结论.研究结果对光纤的选择和投影系统的设计有一定的指导意义.

利用光学弱相干显微成像系统对脉冲激光消融硬生物组织后形成的凹坑二维和三维形貌进行了扫描，分析了Erbium∶YAG激光脉冲消融生物硬组织特性.结果表明: 相同激光参量条件下，消融胆结石比消融泌尿结石具有更高的消融效率；消融胆结石或消融泌尿结石时，脉冲能量越大，消融效率越高；消融效率提高主要体现在凹坑表面直径更宽、高度更深、体积更大；光学弱相干显微成像技术比光学弱相干光层析成像技术测量准确度提高约一个量级，更适合于测量脉冲激光消融生物硬组织后形成的凹坑形貌.

常用的图像型火焰探测算法是提取火焰在图像上表现出的单个特征信息或其有效组合作为识别的依据，需要大量的训练样本进行学习与参量优化，且识别率对特征选择的要求也很高.本文从火焰的整体特征考虑,提出了基于颜色模型和稀疏表示模型相结合的图像型火灾探测方法.首先在HIS空间建立颜色模型对火灾图像进行预处理提取出疑似区域，建立稀疏表示模型，并利用主成分分析方法构造火焰和疑似火焰物体的特征字典，最后利用l1-minimization计算测试样本与训练样本的最小逼近残差实现火焰和干扰物体的分类识别.实验结果表明，该方法提高了火灾图像的分类准确度和识别速度，同时具有较高的准确率.

提出了一种新的基于广义正交迭代算法的立体视觉定位.该算法通过提取CenSurE局部特征和相应的U-SURF描述符，采用SAD方法进行子像素立体匹配，并利用U-SURF描述符匹配进行前后帧图像特征跟踪.在RANSAC框架下对匹配点进行3D-3D运动估计获得了运动参量的初始值.由于3D-3D运动估计使3D点集间欧式距离误差最小，而3D特征点坐标受噪音影响很大，因此运动估计误差也较大.本文把广义正交迭代算法应用到立体视觉定位方法中，得到使立体相机目标空间共线性误差最小的运动估计参量，由于共线性误差比3D-3D运动估计算法中的共点误差受噪音影响更小，从而大大较少了运动估计误差.仿真实验和户外真实实验表明: 本文算法获得了较高的计算准确度、鲁棒性和实时性，优于传统方法.

为了解决在联合变换相关器上无法识别复杂背景下畸变目标(目标的平面内旋转或尺寸改变)的问题，对其应用最大平均相关高度滤波算法进行畸变目标识别.首先在频域内优化最大平均相关高度滤波器的三个性能控制参量；然后将优化好的最大平均相关高度频域滤波器映射到物空间，得到最大平均相关高度参考模板.作为实例，本文对复杂背景下的军舰和汽车目标进行了光学识别实验，结果表明，当滤波器的控制参量为γ=1，α=0，β=0.1时，得到的MACH参考模板最为清晰，目标产生的相关峰最为尖锐明亮.通过这种方法，在联合变换相关器上能够得到的比例畸变容差为28%，旋转畸变容差为20°，对于超出上述畸变容差范围的目标，相关峰强度逐步减弱，但部分仍然可以识别.改进后的MACH滤波器在畸变目标的探测领域具有很强的优势和良好的应用前景.

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、航向偏差的要求，提出了一种基于二进制比特串描述符的高速景象匹配算法，尤其适合于计算资源有限的景象匹配场合.算法首先提取环绕中心极值局部特征，然后计算特征点的二进制比特串描述符，接着利用描述符之间的汉明距离进行快速特征匹配.最后，利用分组采样一致算法和最小二乘算法获取高准确度的航向和位置偏差信息.景象匹配性能评价实验表明: 在匹配适应性、匹配速度、准确度和鲁棒性方面，算法都很优越，在参考图为250×250 pixels，实测图为160×160 pixels情况下，整个算法的计算约为40 ms，可以满足景象匹配导航系统高速匹配修正的要求，优于传统的景象匹配算法.

利用线性光学元器件对光场量子态进行操纵，可以实现远程的量子纠缠调控和量子通讯.通过分析光学分束器对相干态光场的作用，发现当初始光场态是两个两部分纠缠态的直乘时，让其中的两模通过光学分束器作用后再对其进行光子计数，另外两模将会塌缩到新的纠缠态.基于这个特点，提出了一个实现部分纠缠相干态纠缠浓缩的方案.在这个方案中，两个部分纠缠相干态被用来作为量子信道，通过光学分束器作用后对光场进行光子数探测时，如果测量到光场的两模分别处于奇光子数态和零光子数态，则光场另外的两模将塌缩到最大纠缠态，从而完成纠缠浓缩的过程.计算结果表明，对于纠缠相干态，无论其初始的纠缠是多么微弱，利用这种方法总有一定的几率可以从中提纯出最大纠缠态.

提出了一种基于N个有序纠缠光子对量子机密共享方案.用纠缠光子作为信息的载体，密钥管理者Alice将纠缠光子对分成两个序列，其中一个序列直接发送给合作者之一Bob，在确保第一个序列发送安全后，再对第二个序列进行编码，发送给另一个合作者Charlie.Bob和Charlie分别对他们所接收到的光子序列进行Bell基联合测量，从而得到Alice所发布的密钥，完整密钥的获得需要管理者和所有合作者共同实现.本方案采用两体纠缠态，相对三体纠缠态来说，在实验上更容易实现，仅需要线性光学元件和简单的纠缠源.

利用微波等离子体化学气相沉积法，在覆盖金属钛层的陶瓷衬底上，通过改变沉积时间制备出不同结构的类球状微米金刚石聚晶碳膜.通过扫描电子显微镜、喇曼光谱、X射线衍射谱对碳膜进行了分析测试，并研究了不同沉积时间下沉积的类球状微米金刚石聚晶薄膜的场致电子发射特性.结果显示:不同的沉积时间所制备的碳膜形貌有很大变化，场致电子发射的效果也有很大不同，从而得出了场增强因子的降低和导电通道的增长是场发射效果变差的主要原因.

为研究表面形貌对微纳结构氧化锌晶体光学特性的影响,利用气相传输法制备了一种具有特殊表面结构的纳米氧化锌颗粒状样品.应用X射线衍射谱、电子能量散射谱和扫描电镜等对样品结构和形貌进行了分析,结果表明样品具有三种层次结构组成的网络状表面形貌;室温下以波长355 nm激光激发样品,观察到紫外峰明显被抑制的发光谱.基于样品表面周期性微结构,用时域有限差分法和严格耦合波分析法对样品发光谱特性及成因进行仿真研究.结果表明,发光谱中紫外峰的被削弱与材料能级结构无关,其形成机理缘于样品表面类蝴蝶翅膀表面微结构,类似于光子晶体表面结构颜色.

在子孔径拼接系统中, 各子孔径之间的倾斜与位移对整个系统的成像质量有直接影响. 本文应用动态光学理论中等效节点概念, 根据各个子孔径倾斜及轴向与垂轴位移位移时等效节点也将发生相应移动的原理, 利用拼接元件形成像点的位移引起的各个子镜形成像点叠加误差形成的弥散圆尺寸变化之间的关系, 简化了子孔径倾斜与位移对拼接系统像质影响的分析与计算.通过在子孔径拼接原理样机结构设计与公差分析中的应用，得出原理样机的倾斜公差为4 μrad，位移公差为6 μm，使原理样机的子孔径装配调整得到了有效控制.

为实现数字投影机的小型化和轻量化，设计了一款适用于0.55 inch数字微反射镜芯片的小型广角投影物镜.该投影物镜总长69 mm，全口径25 mm，由5片玻璃透镜，2片塑料透镜(4个非球面)组成.系统采用像方远心的反远距结构形式，用Zemax软件实现优化设计.F数为F/2.4,投射比为0.73∶1，即60 cm处可投射出40 inch的画面，全视场畸变低于1%，在极限空间频率66 lp/mm处，中心视场光学传函达到0.75，边缘视场光学传函达到0.42.该镜头具有小口径、大视场、低成本、结构简单和易加工等优点.

为了提高聚光系统的聚光效率，设计了一种户外聚光测试系统.选二阶菲涅耳聚光系统为测试对象，采用局部测量法测试其性能.利用软件模拟聚光系统的透过率、聚光效率和聚光光斑照度分布，并利用户外聚光测试系统对二阶菲涅耳聚光系统进行实验测试.将模拟结果与实验结果对比发现:二者的光斑分布均匀性比较接近，透过率相差1.800%；聚光效率相差4.346%，主要差异来源于加工误差和测量误差.据此可以为设计和加工提供信息反馈，从而改进加工工艺，提高聚光效率.

在同成分LiNbO3中，掺入ZnO的摩尔分数分别为1%、3%、5%、7%和9%，掺入(质量分数)0.03% MnCO3和0.08%Fe2O3，采用提拉法生长了优质Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体.测试Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体的OH-红外吸收光谱，抗光损伤能力和位相共轭性能.Zn离子浓度在7%和9%时，OH-吸收峰移到3 528 cm－1,讨论OH-吸收峰移动机理.随着Zn离子浓度增加，抗光损伤能力增加.Zn离子浓度增加到7%,达到阈值.Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体抗光损伤能力比LiNbO3晶体高二个数量级，研究高掺锌Mn∶Fe∶LiNbO3晶体抗光损伤增强机理.随着Zn离子浓度增加，Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体位相共轭反射率降低，位相共轭响应速度增加.Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体位相共轭镜消除了光波的位相畸变.以Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体作存储介质进行全息关联存储实验.讨论全息关联存储的工作原理.以原图象的25%和50%进行寻址，在输出平面上接收到较完整的存储图象.

相移数字全息中的相移准确性决定了重建结果的质量，本文提出了在二步相移数字全息中实现准确相移的方法.该方法使用数字电压源开环控制普通的压电陶瓷微位移器，通过连续以微小的间隔来改变施加在压电陶瓷微位移器上的电压，可以获得一系列对应于不同相移角的全息图像，进而可以利用这些全息图像重建出来物光波在全息面上的强度分布.实验中采用已被CCD直接记录的物光波在全息面上的强度分布作为标准来评价前面重建结果的质量，计算了这些重建结果和评价标准之间的相关系数，结果表明相关系数达到最大时对应的全息图具有准确的相移角π/2.实验中比较了使用所确定准确相移角和理论相移角分别重建出来物光波的质量，计算机模拟和实验的结果证实了该方法的有效性.