非线性薛定谔方程是光脉冲在光纤中传播时所遵循的基本方程.本文利用分步傅里叶方法从数值结算的角度研究了具有线性啁啾的光脉冲在具有横向增益光纤中的自相似传播特性.研究表明:当群速度色散系数和光脉冲的啁啾系数符号相同时，由于在传播过程中自相位调制和群速度色散分别起主要作用，不论何种形式的光脉冲在传输过程中均会受到压缩，但随着传播距离的增加压缩的光脉冲会展宽;埃尔米特高斯输入和正弦输入在传播过程中的光强分布是对称的，拉盖尔高斯输入在传播过程中会发生能量交换而表现出明显的偏转;当群速度色散系数和光脉冲的啁啾系数符号不相同时，在传播过程中群速度色散始终起主要作用，脉冲一直展宽.这些研究结论可能为未来光纤压缩器、光纤放大器以及新型THz调制波源的制备提供新的理论基础和方法.

针对水体中化学需氧量在线监测的迫切需求，设计了一种基于全光谱分析的水质化学耗氧量监测系统.该系统通过测量已知化学耗氧量的水质吸收光谱，利用最小二乘法建立吸光度与化学耗氧量的传输方程；针对待测水样，通过已建立的传输方程来反演水体化学耗氧量的浓度.通过模拟复杂水样进行化学耗氧量值测量，并将测量值与实验室结果进行比较，验证了该系统的可靠性.结果表明，该全光谱法水质监测系统不需要消耗任何试剂，无二次污染，测量准确度高、速度快，可广泛应用于水质化学耗氧量的实时、现场监测分析.

利用太赫兹时域光谱技术，研究了亚波长金属块阵列的太赫兹透射光谱特性及金属阵列结构的周期、金属块尺寸等因素对太赫兹透射特性的影响.结合时域有限差分方法，对实验结果进行了数值模拟，并分析了影响太赫兹透射的因素.结果表明：亚波长金属块阵列结构中，THz波的透射极小的位置由金属块的尺寸和周期决定，其透射谷的半高宽随其周期的增大而减小；透射峰值的位置由阵列的周期结构决定，其频率随周期的增加而减小；亚波长金属块结构的透射极小来源于金属块表面局域化电场等离子体的本征频率反射，该局域化电场与金属块结构密切相关，通过改变金属块结构，可以改变其表面电场分布与局域化.研究结果为研制太赫兹波段带阻滤波器提供了有益的参考.

分析了紫外光照射下毛竹自由基的变化规律和表面化学组成及结构的变化.利用电子自旋共振波谱和X射线光电子能谱技术，分别测量紫外光辐照后毛竹颗粒的自由基波谱和X射线光电子能谱.结果表明:毛竹自由基的光谱分裂因子g=2.003 3，自由基的强度随着辐照时间按Y=1－e－biPt规律增加；紫外光照60 min后毛竹表面O/C原子比稍有增加,C-C和C-H含量增加，C-O和C=O含量减少，-O-C=O含量增加为原来的3倍左右，说明毛竹表面生成了一些含氧官能团或碳的氧化态增高.

采用FLS900荧光光谱仪对食用豆油的老鼠全血溶液与正常全血溶液进行了荧光光谱对比分析，得到了食用豆油以及正常老鼠血液的光谱特征差异.实验结果表明，当采用407 nm的激光激励全血溶液时，会发出峰值分别位于515 nm、556 nm和610 nm处的荧光.食用豆油的血液荧光强度比正常血液的荧光强度小，其荧光偏振度也小于正常血液的偏振度.分析认为长期食用豆油导致血细胞表面积变小，即发光面积变小，引起荧光强度减小；体积变小，使得分子的旋转能力增强，发射荧光记忆入射光的能力减弱，去偏效果明显增强，因而荧光偏振度变小.研究结果表明，长期食用豆油后能有效使人体血液粘度减小，改善血液循环，为食用油的营养价值分析及指导人们正确食用油脂提供参考.

在分析了尺度不变特征转换算法特点的基础上提出了一种近似尺度不变特征转换算法，该算法改变了传统尺度不变特征转换算法的框架，将尺度不变特征转换描述符看作是一种特殊的Harris算子，该算法既保留了尺度不变特征转换描述符的优点又降低了计算量.另外，为了提高特征匹配的精度，给出了一种新的特征点对提纯算法.实验结果表明，近似尺度不变特征转换算法在不影响匹配性能的前提下大大缩短了处理时间，经过提纯后的特征点对匹配性能显著提高，最终得到的全景图像过渡平稳，重叠区域没有显著的痕迹.

为模拟空间碎片超高速撞击航天器防护结构表面材料喷射/溅射粒子场演化过程，并获取粒子场相关物理信息，基于粒子场同轴激光全息图像开展了碎片撞击过程的三维重构技术研究.首先对全息图像进行边缘剪切和缩放，将其划分为分辨率300×300左右的子图像以便于进行网格剖分；对于粒子堆叠区域子图像，采用基于三角化的网格剖分算法；剖分后形成的单一粒子采用Sobel算子提取其二维轮廓，然后将其投影到特定的三维空间形成三维形体；基于MAXScript语言实现了粒子场演化过程模拟.重构结果表明，无论是粒子场静态三维重构结果还是其演化过程均与撞击试验全息图像吻合较好，从而验证了该重构技术的有效性，为研究空间碎片对航天器防护结构的损伤效应提供了一种新的思路.

针对H.264压缩域内运动目标分割算法所存在的弱自适应性和抗噪能力差等问题，本文提出了一种基于脉冲耦合神经网络的压缩域运动目标分割方法.该方法采用时空域矢量均值滤波对运动矢量进行预处理，减少运动目标丢失率，并设计了前后向矢量累积方法，增强运动矢量的可靠性.基于脉冲耦合神经网络设计的融合模型可以将累积后的运动矢量和宏块模式进行融合处理，增强分割算法的抗噪能力，保证加快分割速度的同时兼顾运动区域的分割准确度.另外，采用最小交叉熵作为点火终止判断条件，实现了最佳分割模板的自适应获取.仿真实验表明，本文算法在自适应性和抗噪能力方面均有较好表现，可以准确分割出监控视频中的运动目标.

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5 nm～114 nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32 nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32 nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.

以SiH4与H2作为前驱气体，采用射频等离子增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅薄膜.利用Raman散射和红外吸收光谱等技术,对不同氢稀释比条件下薄膜的微观结构和键合特性进行了研究.结果表明，随着氢稀释比增加，薄膜的晶化率明显提高，而氢稀释比过高时，薄膜晶化率呈现减少趋势.红外吸收光谱分析表明，纳米晶硅薄膜中氢的键合模式与薄膜的晶化特性密切相关.随着氢稀释比增加，薄膜中整体氢含量和SiH2键合密度明显减少，而在高氢稀释比条件下，氢稀释比增加导致薄膜中SiH2键合密度和整体氢含量增加.

以N2为掺杂源，通过改变O2∶N2比，利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了具有［002］择优取向的N掺杂ZnO薄膜，研究了ZnO薄膜的光致发光谱随着N掺入量的不同而变化的规律.结果表明，薄膜主衍射峰为402 nm处的发光峰;由于N掺杂量的不同，有的薄膜在445 nm和524 nm处也有发光发存在，但随着薄膜N含量的不同，其发光峰强度明显不同，其峰位也发生了相应的红移或者蓝移.当O2∶N2为10∶15时，制备的薄膜N掺杂量最大，光学性能最好，此工艺为研究ZnO薄膜的缺陷类型及导电类型提供了重要的研究参考.

推导出了平顶涡旋光束通过有光阑ABCD光学系统的传输解析式，并以光阑透镜和矩形光阑系统为例，与平顶光束比较研究了截断参量、相对离轴距离和光束阶数对衍射场中位相奇点演化特性的影响.数值计算表明，平顶涡旋光束通过上述光学系统均存在位相奇点，即使源处涡旋被光阑阻拦时，衍射场中也会出现位相奇点；而平顶光束通过光阑透镜系统存在刃型位错，随着截断参量增大，会发生刃型位错的演化和湮灭现象，且平顶光束通过矩形光阑系统没有发现位相奇点.

从等离子体中自由电子密度速率方程出发，考虑到脉冲激光在聚焦区域的特征以及液体中光击穿的实验情况，提出了等离子体椭球模型.通过该模型的建立，对自由电子密度速率方程中电子扩散速率进行了修正，在理论上得到了光击穿的阈值.结果表明，等离子体椭球模型计算出水的击穿阈值更符合实验情况.

一束偏振光经过Schmidt棱镜的两个不同路径，成为两个不同的偏振状态，使得出射光束的偏振态呈现非均匀分布.为了探索偏振态非均匀分布对Schmidt棱镜传光质量的影响机理，将两个路径对应的光波函数引入屋脊衍射积分方程，得到了偏振效应影响的屋脊衍射场强分布.场强分布的数字计算表明：在偏振效应和衍射效应的双重影响下，经Schmidt棱镜出射的光场分布出现了严重变形；对应同一入射线偏振光出现的P、S两分量位相差的差异，使得P、S分量的屋脊衍射光强分布IP、IS有很大差异，这种差异在入射线偏振光方位角为0°和90°时达到最大；而合光波的衍射光强IP+IS是分裂为有一定空间间距的多峰分布，但多峰分布随入射线偏振光方位角的变化比较小.实验拍摄了He-Ne激光经Schmidt棱镜衍射后出射光强分布图.实验结果和理论分析一致性表明：Schmidt棱镜中的偏振效应和屋脊衍射效应导致了一束入射线偏振光分裂为有一定空间间距的多峰光束，严重破坏了Schmidt棱镜的传光特性.

为了改善三角棱镜系统产生近似无衍射线结构光的能量均匀分布在若干条光斑上，不适合直接应用于三维表面测量且中心光斑对能量利用率较低的问题，提出了一种新型光学元件.该元件在三角棱镜的基础上，通过在其底部胶合一个与原三角棱镜底面大小相等，横截面为等腰梯形的凸台制成.采用几何光学的理论对新型光学元件的光束变换特性进行分析，结果表明其可以等效为两个不同底角三角棱镜的组合，平面光束通过新型光学元件后将产生中心光斑较强的近似无衍射线结构光.由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的空间光强分布特性.仿真的结果表明，衍射积分分析的结果与几何光学分析的结果是一致的：新型光学元件可以产生一种性能更好的近似无衍射线结构光.并且通过改变棱镜的结构参量，能够方便地调节光束的中心光斑尺寸、近似无衍射范围等参量.

电子清刷是微通道板生产流程中常用的除气方法,会引起微通道板其他性能参量的变化.为研究电子清刷对微通道板输出信噪比及增益的影响，根据信噪比及增益的定义讨论了微通道板性能参量的测试方法，研制了微通道板参量测试系统.应用微通道板参量测试系统对微通道板进行了电子清刷处理，测试清刷过程中不同阶段微通道板的信噪比及增益变化.实验表明：微通道板增益随清刷时间增加而降低，同时增益稳定性提高;电子清刷过程中微通道板的输出信号及噪音的变化率与微通道板增益的变化率基本相同，输出信噪比基本不变.增益变化是影响清刷过程中信号及噪音变化的主要因素，并且电子清刷对微通道板输出信噪比影响较小.

为了对激光雷达的回波信号进行采集，设计了一款基于FPGA的高速数据采集、预处理系统.该系统以FPGA内嵌DRAM作为存储器，以同步有限状态机作为控制方式，可在1 kHz的外触发信号激励下，以20 MHz的采集频率采集数据，并可在不丢失脉冲的情况下，对采集到的4 096个数据点进行5 000次以上的对应点累加平均(滤除背景噪音).设计完成的数据采集系统已应用于一台米散射激光雷达系统中，达到了30 km探测距离、7.5 m时空分辨率的设计要求.

制备了结构为CuPc/缓冲层/C60异质结的有机光伏器件，分别选用三氧化钼和红荧烯为缓冲层，研究了增加缓冲层对器件性能的影响.结果表明，增加三氧化钼和红荧烯缓冲层后器件的开路电压和光电转换效率都得到提高，器件的短路电流密度和填充因子都有所降低.开路电压从没有缓冲层时的0.39 V分别提高到0.58 V、0.55 V，转换效率从0.36%提高到0.44%，短路电流从1.92 mA/cm2分别降低到1.77 mA/cm2、1.81 mA/cm2，填充因子从0.48分别减少到0.43、0.44.进一步研究表明器件的短路电流密度受缓冲层厚度的影响很大，当缓冲层厚度很小时，器件短路电流密度还有所增加，但随着缓冲层厚度的增加，短路电流密度逐渐减小，当缓冲层厚度为10 nm时，器件短路电流密度减少到0.35 mA/cm2.开路电压随着厚度的增加逐渐增加，从1 nm时的0.43 V增加10 nm时0.63 V.根据整数电荷转移模型和界面能级理论解释有机光伏器件开路电压提高以及短路电流密度减少的原因，为有机太阳能电池性能的改善提供了研究方法.

采用时域有限差分方法计算了银纳米圆盘光天线模型的场分布，研究了光偶极天线的远场辐射特性随距离和厚度、半径变化的规律以及影响其远场方向性的因素. 研究发现，偶极子垂直放置在银纳米圆盘下方一定距离时，银盘厚度和半径的改变均可使方向性图中出现新的辐射模式，同时方向性增益得到增强.通过对其近场的观察和分析可以得知，新的辐射模式的产生来源于高阶模式的局域表面等离激元. 结果表明，背景材料为GaN时，产生高阶模式局域表面等离激元的合适条件为电偶极子距银盘底部40 nm. 另外，为了有效地支持高阶模式局域表面等离激元的形成，银盘厚度与半径最小分别为30 nm和100 nm. 本文的研究对掌握纳米银盘结构的光天线特性及其在光器件中的运用有重要意义.

提出一种基于二维正方晶格光子晶体空气孔型高下路效率的环形谐振腔，通过压缩线缺陷波导的宽度实现单模有效控制，同时讨论内围光子晶体列数对传输场的影响，然后运用二维时域有限差分方法数值分析了耦合强度及环区局部折射率调制对下路效率、品质因子以及下路波长等参量的影响.结果表明：当波导宽度为0.7个晶格常量，耦合强度为0个晶格常量，在信道波长为1 528.1 nm时，下路效率为99%，品质因子Q为379；当耦合强度提高到1个晶格常量，下路波长稍微漂移为1 524.3 nm，品质因子显著提高到1 397，而下路效率下降为89%.同时，下路波长会随着环区折射率的增加呈线性红移.

建立了一维半无限周期光子晶体的谐振腔模型.利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带波长满足的解析公式，从理论上解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应产生的物理机理.利用波长的解析公式对全反射隧穿导带的波长随导带级数、腔光学厚度以及入射角的变化规律进行了研究，解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.将共振理论的结果与色散法的结果进行比较，其结果吻合.

为了得到光折变晶体中非相干耦合空间孤子对统一理论的结果，基于单光子光折变空间光孤子的基本理论模型，建立了稳态条件下有分压电阻和e偏振非相干均匀背景光辐照的单光子光伏光折变晶体中非相干耦合空间孤子对理论. 研究表明：这种孤子对是由两束偏振方向和波长都相同的互不相干光束耦合形成的， 孤子对两光束都能在晶体中稳定传播;当分压电阻、e偏振背景光、外加电场和光伏场取不同值时, 可获得14种光折变非相干耦合空间孤子对. 本文的结果对完善和充实光折变空间孤子理论体系有重要意义.

用小波变换代替傅里叶变换解高阶非线性薛定谔方程，为高阶薛定谔方程的数值解提供了一种工具，提高了运算速度.本文分析了高阶非线性薛定谔方程分步解法的一般形式,选用Db10小波，得到了小波微分算子和色散算子对应的矩阵，得出了分步小波方法的算法公式.推导了色散算子和时域信号在小波域相乘的近似运算公式，说明了分步傅里叶方法比分步小波方法的复数乘法次数更多，同时说明了提高运算速度必须舍弃一定的运算准确度.最后以分步傅里叶方法为准，分析了分步小波方法的误差,结果表明:对于一阶孤子，分步小波方法与分步傅里叶方法间的相对误差在1.2%左右波动.