提出了一种改进的光纤光栅应变传感器结构，用有限元分析软件对其进行建模和静力仿真，得到其应力分布和光栅区域的应变情况.在整体宽度与厚度相等的情况下，此结构的灵敏度约为传统“工”字型结构的600倍.进一步分析了其关键区域的6个结构参量对应变灵敏度及量程的影响.筛选、设计并加工出不同尺寸的两种应变片，分别用UV胶与玻璃焊料对光栅进行封装,得到灵敏度分别为：249 pm/N、330 pm/N和1.1 pm/N.比较分析表明,本文提供的分析方法与数据，可为不同工程应用场合的最优结构设计提供依据.

根据外光反馈半导体激光器及光纤传输方程，构建了基于光纤信道的开环全光混沌通信系统.考虑混沌调制和混沌键控两种信息加密方法，采用先进的校正相减解调法恢复信息，并且通过解调Q因子衡量系统性能.以不同次序排列单模光纤和色散补偿光纤构成4种结构的光纤信道，通过数值仿真分析信道结构对系统通信性能的影响.结果表明，为光纤信道保留少量的负累积色散有利于改善远程传输性能；两端补偿和中间补偿这两种对称结构的性能一致，对称结构优于非对称结构即预补偿和后补偿，适用于远程高速开环全光混沌通信.另外，无论光纤信道结构怎样，在远程高速激光混沌通信中混沌调制方法总是优于混沌键控方法.

对光纤布喇格光栅反射谱的三种寻峰算法(三次样条插值数值微分法、高斯-多项式拟合法和高斯拟合法)进行了分析和比较;相同采样情况下，得出了高斯拟合法确定的峰值准确度最高的结论;采样点数为250的均匀采样中，三种算法寻峰结果对实际值的误差分别为： 3.4 pm、13.0 pm和2.6 pm.引入了非均匀数据采集的寻峰思路，分别应用三种寻峰法对实际光栅的反射谱分别进行均匀采集和非均匀采集.结果表明，对于相同寻峰方法在非均匀数据采集下获得的峰值更精确，采样点数为250时，高斯拟合法寻峰时非均匀采集对应的误差比均匀采集减少了38.46%.

波分复用无源光网络具有支路多、节点密的特征，为精确定位各支路的断点，提出了一种基于可调谐混沌Fabry-Perot激光器的检测方法.将光反馈多纵模Fabry-Perot半导体激光器作为混沌光源，在改变反馈光光波模式的条件下输出波长可调谐的混沌激光.以探测光的波长标记各被测支路，将探测信号和携带延时信息的回波信号进行互相关运算，根据相关曲线峰值的位置即可完成定位.分析了可调谐混沌源的特性，并以1×4的波分复用无源光网络为例，进行了初步的实验验证，结果表明该方法可以精确定位光网络支路中连接点及断点的位置，空间分辨率达4 cm，且与探测距离无关.

瑞利布里渊光时域分析系统能够以非破坏性方式实现单光源、单端工作，利用强度型电光调制器同时调制脉冲基底和脉冲信号是获得该系统所需连续光和脉冲光的关键技术.本文理论分析、仿真和实验研究了一种将脉冲信号输入到电光调制器偏置端、微波信号输入到电光调制器射频端同时调制脉冲基底和脉冲信号的新调制方法，探讨了电光调制器用于瑞利布里渊光时域分析系统时的最佳工作点问题.结果表明，当调制脉冲基底和脉冲时分别将电光调制器偏置在传输曲线的谷点和峰点，并根据实际系统的组成和性能指标要求选择合适的微波调制信号幅度，可获得满足瑞利布里渊光时域分析系统要求的连续光和脉冲光.本文的研究结果为瑞利布里渊光时域分析系统的最佳化设计提供了理论依据.

嵌入式镀膜光栅是将平行四边形的介质膜层，以亚波长量级的周期嵌入波导中.针对该光栅在不同偏振态、不同角度入射下的各级衍射效率问题，本文基于严格耦合波分析理论，对该光栅进行建模与数值分析.结果表明，在TE模入射时，该光栅的一级衍射效率可随膜厚在［0, 37%］内变化，其余非零级次的衍射效率低于2%.衍射特性可以满足平视器成像的效率递增要求，同时可以减少能量的损失与杂散成像光线.当入射光束的角度在纵向［45 °，70 °］、横向［－15 °，15 °］内变化时，一级衍射效率的变化平稳，可以保持平视器不同视场的成像能量均匀.针对入射光偏振态、光栅材料、嵌入膜层倾角、光栅周期对衍射特性的影响，给出了相应的数值分析，可为波导全息平视器中衍射元件的制作提供理论指导.

光栅是单色仪的核心器件，光栅的像差校正能力对单色仪性能有着决定性作用.本文研究了基于光线追迹点列图数值分析的遗传算法实现，建立了针对全息光栅成像质量的评价函数，并利用遗传算法实现了全息光栅的优化设计.结果表明，利用遗传算法可以简化求解过程,降低最优参量的误差,并克服局部极值的问题，明显优于阻尼最小二乘法.

设计了一种前置超光谱成像变焦系统,其工作谱段在400～1 000 nm，F数为3.5～5.6，在焦距28 mm和80 mm处的全视场分别为7.88°和2.76°.前置超光谱成像变焦系统与传统变焦系统主要有两点不同:第一、由于该超光谱系统应用声光可调滤光器元件分光，更加关心分光后各个谱段下系统的整体传函情况，所以需要进行逐一离散评价;第二、由于实际应用中前置系统与后续成像模块综合应用达到总体变焦的目的，两个系统的传函在系统整体传函中均具有一定的贡献量，所以对前置超光谱成像变焦系统的评价需要综合考虑系统对后续成像模块传函要求的合理化及整体传函受人眼视觉阈约束的影响，从而对前置超光谱变焦系统的像质评价指标进行了具体分析.根据物像交换原则对系统的初始结构进行了计算，并应用ZEMAX软件对系统进行了优化设计，设计结果表明，系统在各个焦距位置及超光谱各谱段下，像质均满足了设计指标要求.

为满足场地规格略有不同的影厅的放映需求，基于机械补偿式的变焦思想，设计了一个四组九片式的变焦电影放映镜头，给出了凸轮曲线的设计方法以及光学镜头结构参量，并通过与一款经典35 mm变焦放映镜头结构的对比分析，阐述了该镜头的特点.镜头全部采用球面玻璃透镜，焦距为26~34 mm，视场角为36.2°~28.3°，相对孔径为1/1.7.系统总长为158 mm，全口径为71 mm.畸变保持在2%以内，在44.6线对/毫米的空间频率时，轴上调制传递函数高于0.68，轴外全视场的子午方向调制传递函数高于0.38，弧矢方向调制传递函数高于0.58.结果表明，本系统具有亮度高、像面稳定、结构紧凑、工艺性好等优点.

讨论了一款用于监控侦查的鱼眼镜头设计.首先根据使用要求，选择了可以由图像直接提取出目标方位信息的等距离投影方式；又由系统对目标分辨率的要求，选择了焦距相对较长的全帧成像形式.通过合理布局系统结构及材料选择，使各种像差得到较好的校正，并通过加大光阑慧差改善系统照度均匀性.最终设计出工作波段486~900 nm，视场180°，F/2.8的宽光谱鱼眼镜头，设计结果系统全视场在乃奎斯特频率63 lp/mm处的调制传递函数大于0.3，边缘视场照度大于中心视场照度的50%，f-θ畸变小于3%，各项指标满足系统要求.

介绍了Q-type新型非球面多项式算法及其相比于传统非球面多项式在加工、制造方面的优势.引入超短焦全景镜头焦距与分辨率的关系，利用Q-type非球面技术，设计了一款焦距0.657 mm，焦距像高比≤0.184的全景镜头.该镜头由7组8片透镜组成，包含4面非球面透镜.设计结果表明：在空间频率为227 lp/mm处，调制传递函数值大于0.3，接近衍射极限；在垂直半视场角45°~90°的环景边缘区域，图像角分辨率达到了1.163 7 mm/(°)，使得环景展开后有较高分辨率，表明Q-type非球面技术在超短焦全景镜头设计中有一定优越性.

为了使月基极紫外相机反射镜组件在月球环境下具有良好的力学和热学稳定性，从而保证相机的成像质量，本文针对月基极紫外相机所处的严酷的力学和温度条件，设计了一种满足月球环境的反射镜组件结构.通过对反射镜组件有限元模型的重力分析、热载荷分析、动态刚度分析以及结构强度分析，结果表明反射镜组件的一阶谐振频率达到354 Hz，在1 g重力作用和ΔT=50℃均匀温变作用下镜面综合面形误差RMS值分别达到3.62 nm和2.46 nm，满足反射镜面形要求.最后，通过静力学面形检测、力学试验、温度适应性试验及成像分辨率测试，结果显示反射镜镜面面形精度RMS值优于14 nm，反射镜组件的设计满足总体指标，验证了该方案的合理性.

使用一种导热性能好、粘度小、电绝缘性强、无腐蚀性的透明液体封装LED，研究其封装后的光学特性，以获得一种光效高、散热好、体积小的新型汽车光源.按照汽车用LED前照灯GB 25991-2010配光要求，选用1 300 Lm的大功率白光LED光源，采用椭球面玻璃作为灯具基本外壳.用光学设计软件TracePro进行设计，通过调节光源在灯具内的位置，修改玻璃外壳形状，设计出了一款自投射式LED汽车远光灯.设计结果表明：以目前大功率白光LED光源技术，椭球面玻璃外壳直径在40~50 mm范围内的远光灯完全能满足国标要求，光能收集效率在86.5%以上.最后对制作灯具进行测试，照度值分布与仿真结果基本吻合.

运用有限时域差分方法，研究了两椭圆柱银纳米线之间的光力及其物理机制,并且分析了椭圆柱银纳米线的尺寸以及相对位置对光力的影响.结果表明：椭圆柱银纳米线的尺寸以及相对位置等结构参量的变化导致两椭圆柱银纳米线之间光力的明显变化.由于局域耦合共振，Ag纳米颗粒间的内壁上存在电子的振荡行为，将微腔中光子的能量转化成电子集体振荡的动能，这使得微腔中的电磁场能量减小到负能态，从而产生收缩的负光力.因此，Ag纳米颗粒间相互吸引.

借助时域有限差分法，对几种常见金属纳米颗粒影响有机太阳能电池光吸收效率的因素及其内部物理机制进行了研究.首先对金属纳米颗粒激发局域表面等离子共振的场分布特点进行分析，对比其在电池不同功能层中对光吸收率的影响;其次基于米氏理论与电共振效应，得出金属纳米颗粒的结构参量对局域表面等离子共振位置及强度的影响规律，并以此进行优化设计.结果表明，具有高对称性形貌的金属纳米颗粒以小尺寸密堆积结构引入电池活性层，能够促进电池光吸收增强三倍以上.

分析了增光子二模纠缠相干态的纠缠特性，得到共生纠缠度的解析表示式.结果表明：增光子二模纠缠相干态的共生纠缠度与叠加态的相位有非常灵敏的关系.提出了一种制备增光子相干态和增光子二模纠缠相干态的方法，其制备过程为首先把增光子相干态转化为相干态与真空态一种特殊的叠加态(叠加系数与相干态振幅有关)，再通过位于高Q腔内的原子与经典激光场的相互作用，从而实现增光子相干态的制备.通过一个飞行原子先后与两个光腔中光场相互作用可以实现增光子二模纠缠相干态的制备.

本文将Tavis-Cummings(T-C)模型推广到同时考虑原子运动及与光场依赖强度耦合的情况 .运用全量子理论，研究了与光场依赖强度耦合下运动纠缠双原子量子态保真度演化.采用数值计算的方法，探讨了双原子初始纠缠因子、光场平均光子数n－以及场模结构参量p对双原子量子态保真度演化的影响，解析分析了双原子周期量子回声的形成规律，揭示了其物理实质.结果表明， 在场模结构参量p=1的情况下，无论光强和双原子初始纠缠因子如何取值，双原子均产生周期2π的量子回声；在强相干场n－=30条件下，改变p从1到小于800时，Bell态双原子产生2π/p周期量子回声.当p≥800时，无论光场是真空场、弱相干场或强相干场，双原子量子态保真度恒为1，即第一类Bell态原子持续处于保真态；而当双原子初始纠缠因子为3π/4时，无论n－、p取何值，双原子量子态保真度保持为1，双原子持续处于第二类Bell态的保真态.其结论表明, 该推广模型具有很好的双原子周期量子回声性质，为纠缠双原子信息高保真输出及噪音环境下量子信息处理的实验实现提供了理论参量和物理载体.

提出了一种以现场可编程门阵列为硬件处理器实现基于细胞神经网络的红外图像边缘检测方法.首先利用simulink的算法行为特性搭建红外图像输入模块，获得相关的红外图像头信息并对红外图像像素值范围进行相应变化，然后根据细胞神经网络模板所创建的查找表设计单个细胞元软核，再利用细胞神经网络阵列的规则性和互联的局域性，将单个细胞元软核扩展成细胞神经网络阵列.最后采用modelsim将细胞神经网络阵列与红外图像输入、输出模块相关联，从而达到实时处理的效果.实验结果表明：基于现场可编程门阵列为硬件处理器平台实现的细胞神经网络对红外图像进行边缘检测取得了较好的效果，且与MATLAB软件仿真的结果进行对比得出两者只有极其微小的差别.在Xilinx公司Virtex-6系列的现场可编程门阵列平台上，综合后占用极少资源的情况下得到142.693 MHz的最高频率，并且达到了2.378 Mpixels/sec处理速度.

相较于低轨卫星线阵扫描成像模式，地球静止轨道面阵成像的曝光时间相对更长，更容易受到平台颤振的影响而造成图像模糊.为了消除由平台颤振引起的像质退化，本文提出了基于分时积分亚像元融合的方法.由于地球静止轨道的凝视成像特性，相机观察区域在长时间内保持不变，因此分时短曝光可以获得多帧目标内容相同，但模糊尺度更低的短曝光图像.然后对多帧短曝光图像采用基于能量区域质心法的相位相关算法进行亚像元图像配准，计算相对偏移量并进行补偿，位移探测准确度可达0.1像元以内，满足卫星平台应用需求.再按亚像元偏移量对多帧图像进行融合，融合的过程可以提升由于曝光时间缩短而降低的单帧图像信噪比，最终可以获得图像清晰度更高、信噪比与原长曝光图像相当、信息辨识度更好的遥感图像.

提出了一种能够使双随机相位图像加密方法的密文图像保持为非负整数值的变换——重构变换.重构变换包括预处理和频谱搬移两个过程，其主要特点为，在图像进行频域变换之前，通过叠加的方式将整数图像压缩成一半大小的复数图像，从而能缩小后续运算的计算空间；基于重构变换的双随机相位图像加密方法可以实现联合图像压缩和加密的效果.与基于混沌系统的数字图像加密方法相比，本文方法的密文图像具有更低的信息熵.实验结果表明，该方法具有较强的安全性，解密图像基本无失真，并且密文图像对加性噪音攻击具有一定的鲁棒性.

针对特征匹配的电子稳像算法存在特征点提取耗时多、准确度不高以及特征点误匹配等问题，从特征点提取及特征点匹配两个方面采取了优化措施，采用基于快速分割特征点提取算法更快地提取特征点，并把特征点定位准确度提高到亚像素级；引入随机采样一致性算法消除误匹配的特征点对，减少场景中局部运动的影响，提高了全局运动参量的估计准确性.实验结果表明，经优化技术处理后，视频稳像准确度高、速度快，能够在存在平移、缩放、旋转及局部有相对运动等情况时保持良好的视频稳像效果.

介绍了多碱光电阴极的光学性能和光谱反射率特性，测量了多碱阴极的光谱反射率曲线.该曲线与普通光学膜层光谱反射率曲线相比，形状较不规则，原因是多碱阴极膜层存在光吸收.光谱反射率曲线上的干涉峰是入射光在玻璃与阴极膜层界面反射和在阴极膜层与真空的界面反射的两束光发生干涉的结果.根据干涉的原理，如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的偶倍数时，光谱反射将出现干涉加强峰；如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的奇倍数时，光谱反射将出现干涉减弱峰.根据超二代像增强器光谱反射干涉峰对应的波长，可以计算出其阴极膜层的厚度约为191 nm，比二代像增强器阴极膜层的厚度增加了38%.多碱阴极膜层厚度是影响多碱阴极灵敏度的一个关键参量，仅仅靠人眼观察阴极膜层颜色的方法不准确.实践证明，利用光谱反射的方法来计算阴极膜层厚度的方法简单有效.如果在多碱阴极的制作过程中进行光谱反射率的监控，那么将可以精确控制阴极膜层的厚度，对多碱阴极的研究将会更加深入，多碱阴极的灵敏度也将会得到进一步的提升.

为了探索阴极的氧化程度对环形He-Ne激光器引燃特性的影响，利用光电减速场法研究阴极材料的逸出功随阴极氧化的变化情况.在高真空条件下，用自制的卢基尔斯基球形光电测试平台和平行电极光电-放电器件，通过实验测出了铝作为放电器件的冷阴极在氧化工艺处理前后的逸出功及逸出功的值随氧化程度的变化情况.实验测得铝阴极在自然氧化后的逸出功为2.60±0.2 eV，此时被测铝阴极表面氧的质量百分比为3.2%.经不同时间氧化工艺处理的铝阴极，其逸出功随氧化时间的增长而降低.解释了铝阴极逸出功测量值可能处于2.5～4.3 eV之间的原因.由实验结果得到在一定范围内，氧化时间越长，材料的逸出功越小，越有利于环形He-Ne激光器的点燃.但阴极氧化也会影响气体放电过程的着火点压和阴极位降，因此对最佳氧化时间的选择要综合考虑这两方面的因素.