为了抑制相干光正交频分复用系统中的峰值平均功率比，采用蝙蝠算法优化系统子载波的相位.同时针对蝙蝠算法存在的易陷入局部最优和收敛精度不高的问题，对蝙蝠算法进行改进.在蝙蝠的速度更新公式中加入蝙蝠的自我学习部分，并引入惯性权值和学习因子，在保证算法收敛速度的同时尽可能提高算法的收敛精度，防止算法出现早熟收敛情况.采用改进算法对正交幅度调制、100 Gb/s的相干光正交频分复用系统进行仿真实验，仿真结果表明，改进算法有较强的搜索能力和较高的搜索精度，使正交频分复用信号的峰值平均功率比降低了5.48 dB，相对于蝙蝠算法降低了0.52 dB，改进算法的峰值平均功率比抑制性能得到了进一步的提高.

在剥除涂覆层的单模光纤上熔成两个间距为25 mm的S型结构，构成双S型全光纤马赫-曾德干涉仪.入射光经过第一个S型结构时部分光被激发到包层，经过第二个S型结构时重新进入纤芯传播，S型结构中光纤的纤芯模和包层模耦合产生干涉.利用干涉光谱测量外界因素的响应并用于温度、折射率和微位移的测量.实验结果表明，温度、折射率和微位移的灵敏度分别为69 pm/℃，132.64 nm/RIU，－178 pm/μm，且具有很好的线性度.该传感结构为全光纤结构，制作简单，易于实现且成本低.

为了研究Hirota方程的二阶怪波解和它在光纤中的传输特性，数值分析了二阶怪波的形成机理，并采用分步傅里叶方法数值模拟了二阶怪波在光纤中的传输特点.结果表明：二阶怪波可以看作两个怪波逐渐靠近的结果；在光纤中传输时，随着距离的增加，二阶怪波最终分裂成两组次波，每组次波的能量值降为初值的一半，它们之间的距离越来越大且互不干扰，并随着距离的增加能量逐渐降低.数值分析了自陡峭和自频移对二阶怪波传输的影响，发现自陡峭引起二阶怪波在传播过程中左波峰能量大于右波峰能量，自频移使怪波的中心发生了非线性偏离，且参数的正负决定偏离的方向.

提出一种应用于强度调制直接检测光正交频分复用（IMDD-OFDM）传输系统的低开支、高准确度的信道估计算法.该算法充分考虑系统噪声特性，利用梳状导频插入结构，结合符号间平均与子载波间频域线性插值的思想，在低开支导频条件下实现较高的估计准确度.仿真和理论推导结果表明:与传统平均算法和直接线性插值算法相比，基于梳状导频先平均后线性插值的算法估计出来的信道特性更能接近实际信道的.实验结果表明：在误码率为3.8×10－3处，本文所提出的算法仅使用0.78%导频开支即可与使用20%导频开支的平均算法获得相同的接收灵敏度；同时，与传统估计算法相比，该算法与导频开支无关，能较好抗系统中的高斯噪声，获得与真实信道较为接近的估计性能.

针对光纤振动传感器受温度影响和灵敏度低的问题，设计了具有温度补偿功能的光纤振动测量系统.为减小温度对振动测量的影响，系统利用光纤布喇格光栅测量环境温度，对振动加速度值进行补偿；采用可调谐法布里-珀罗滤波器进行波长解调，并将其作为光纤反射镜，以提高传感器的灵敏度.分析并测试了振动和温度同时测量时的相互影响，结果表明，振动对光纤布喇格光栅中心波长的影响很小，通过数据处理的方法，可消除法布里-珀罗滤波器扫描对振动测量的影响；实验测得，温度变化25℃时，振动加速度最大相对测量误差为1.65%，振动测量的灵敏度为107.70 mV/g.

在带宽受限情况下建立了相干光侦听接收机模型并给出了带宽受限的等效滤波器模型. 给出了带宽受限下的接收信号数学模型，利用星座图详细阐述并总结了其它符号对当前符号的干扰规律. 重新定义了符号信噪比，推导了基于辅助判决式最大似然式相位估计的带宽受限的侦听接收机的误码率性能，并分析了接收机的最佳采样判决时刻和最佳带宽. 仿真结果表明，不同带宽下定义的最大信噪比对应系统的最小误码率；不同滤波器类型对应的最佳采样判决时刻和最佳带宽是不同的，但都可以找到一个最佳点；随着信噪比的增加，带宽受限会降低辅助判决式最大似然式相位估计算法的性能.

针对高时空分辨的设计要求，分析影响条纹相机中条纹变像管的物理时间弥散、技术时间弥散和扫描电路触发晃动的因素，优化设计了行波偏转前置磁透镜聚焦的条纹变像管系统.利用CST仿真软件研究了行波偏转器内部的时变电磁场分布，计算了行波偏转器内电磁波的传播速度.结果表明，行波偏转器的指长为8 mm、指宽为1 mm、指间距为0.24 mm、管脚长为2.5 mm、板厚为1 mm及总长度为17.12 mm时，实现了电子团的飞行速度与扫描电脉冲沿行波偏转器的传输速度的匹配.采用电子追迹法和瑞利判据分析了条纹变像管的动态时间和空间特性，得到单次扫描动态时间分辨率为200 fs、同步扫描时间分辨率为208 fs、动态空间分辨率优于20 lp/mm.

为了提高地基光电望远镜观测空间碎片的运行效率，建立了地基光电望远镜探测能力评估仿真模型.综合考虑碎片几何过境、碎片信号辐射量、背景源信号辐射量、光信号在传感器平面的投影等影响，获得碎片信号的探测信噪比，并作为过境碎片能否被探测到的依据.采用1m望远镜进行地球同步轨道碎片观测实验,并对模型进行验证.结果表明：仿真观测的第谷2星表中4颗背景亮星与观测实验结果一致；由于碎片形状等光学特性不同，碎片辐射量星等值的实验值与仿真值最大相差1.58倍，误差值在合理范围内.基于信噪比探测原理的地基光电望远镜探测能力评估仿真模型合理有效，可为观测设备建设、观测策略制定等提供参考.

以无人机感知与避障为背景，提出了基于运动的单目视觉测距方法.选择摄像机运动过程中在不同位置对同一目标获取的两幅图像，然后利用尺度不变特征变换算法对所选图像进行特征检测和匹配，通过分析同一目标特征点在两幅图像中不同成像位置的变化，结合无人飞行器自身的运动参数，求解出无人飞行器与障碍目标之间的位置信息.采用该方法对不同位置的目标进行定位实验，结果表明该算法的测量精度和时效性可以满足实际避障的要求.

以光纤光栅对为激光腔、双包层掺镱光纤为增益介质、976 nm半导体激光器为泵浦源，研制全光纤化的1 150 nm波段长波光纤激光振荡器.在室温下实现了最大平均输出功率为12.7 W的1 150 nm波段单模光纤激光输出，激光振荡器的光光转换效率为42.33%.最大功率输出时，激光中心波长为1 150.48 nm，光谱的3 dB线宽为0.45 nm，边模抑制比达38 dB.该研究对研制1 150 nm波段高功率光纤激光振荡器具有一定的参考价值.

设计了一种没有隔离器的单壁碳纳米管双向被动锁模光纤孤子激光器.该光纤激光器由波分复用器、掺铒光纤、光耦合器、碳纳米管、单模光纤和偏振控制器组成.在环形腔的两个相反方向上，同时实现基于碳纳米管饱和吸收体的被动锁模，得到两个反向稳定脉冲序列.调节激光腔中的偏振控制器以及泵浦激光源，分析该实验装置在不同泵浦功率下的输出特性.结果表明，中心波长变化范围为1 558~1 560 nm, 顺时针脉冲宽度变化范围为854~959 ps，逆时针脉冲宽度变化范围为247~624 ps.此外，泵浦功率较大时，逆时针方向上脉冲序列分裂.

将两个法布里-珀罗干涉仪作为双外腔构成双滤波反馈半导体激光器，获取低延时特征混沌信号，理论研究了反馈时间、反馈强度、滤波器带宽以及滤波器中心频率与激光器中心频率之间的频率失谐对双滤波反馈半导体激光器混沌输出延时特征的影响.研究结果表明：当两个腔的反馈延迟时间之差约等于激光器弛豫振荡周期的一半时，输出混沌信号的延时特征抑制效果相对较好.在此基础上，通过合理选择反馈强度、滤波器带宽、滤波器中心频率与激光器中心频率之间的频率失谐，双滤波反馈半导体激光器输出混沌信号的延时特征被进一步抑制.最后，绘制混沌延时特征在滤波器带宽和频率失谐构成的参量空间的分布图，确定获取低延时特征的混沌信号所需的反馈参量范围.

设计了一种基于纳米线/间隔层/金属层的纳米激光器结构.该结构中,金属界面的表面等离子体模式与高增益介质纳米线波导模式耦合,提高了场增强效应.采用有限元法,分析了该结构的模式特性和增益阈值随几何尺寸的变化规律.结果表明:该结构具有较低的传播损耗和较强的光场限制能力,有效传播损耗最小值仅为0.013 3,归一化模式面积最小值仅为0.007.该纳米激光器结构可为发展新一代高效纳米激光器件提供理论和技术支持.

提出一种四振子对称局域共振声子晶体单元结构，通过改变振子的材料组份，使其在不同频率范围内存在完全带隙以及隔声峰；为拓宽结构隔声的频率范围，通过将不同结构复合的方式，使各结构在不同频率段发挥较好的隔声效果，从而实现隔声范围拓宽；采用有限元法研究了影响复合结构隔声效果的关键因素.结果表明，采用不同结构复合的方法能够有效地拓宽结构的隔声范围.该研究为声子晶体的宽频隔声提供了理论参考.

利用传统熔融-淬冷工艺制备了65GeS2-15Ga2S3-(20-x)CsCl-xCsI(x=0, 5, 10, 15, 20)系列硫卤玻璃；通过测试该系列玻璃样品的密度、显微硬度、可见/近红外吸收光谱、红外透射光谱、喇曼谱、XRD衍射谱、玻璃转变温度等，对其进行了系统研究.结果表明：该系列玻璃具有较宽的成玻范围，在0.42～12 μm范围内具有良好的透过率;随着CsI含量（mol%）的增加，玻璃的密度逐渐增大；随着CsCl含量（mol%）的增加，光学带隙以及硬度逐渐增大；玻璃样品的玻璃转变温度随Cl－、I－的共掺比例发生明显变化, 当Cl－（mol%）：I－（mol%）=1时，玻璃转变温度最低.

设计了一款采用波前编码技术的虹膜采集光学系统，以实现大景深、自然非约束状态下的成像.以传统的光学系统评价指标斯特利尔比和能量集中度作为波前编码系统的成像特征，利用ZEMAX软件对波前编码系统进行设计，权衡了离焦不敏感性和图像可恢复性.比较了带有立方相位编码板和带有修正项的立方相位编码板的虹膜采集系统以及传统系统的焦深延拓效果.发现采用立方相位编码板的虹膜采集光学系统的焦深延拓效果最佳，其焦深是传统系统的8倍.该系统增大了虹膜采集的距离，对于自然状态虹膜成像系统设计有一定的参考价值.

根据航空相机调焦准确度要求及CCD相机成像特点，提出了一种基于图像处理技术的航空相机自动调焦系统.该系统基于自制分辨率靶标，图像清晰度函数及优化的爬山算法，利用自准直离焦补偿法实现由温度、大气压力引起航空相机离焦量的校正；通过引入飞机高度数据进行离焦量计算，并通过自准直调焦技术实现离焦校正.对本系统进行了自动调焦测试实验，结果表明，该系统对相机的离焦校正误差小于相机的1/2焦深,能够满足航空相机快速、高准确度调焦要求.

为了提高变焦光学系统在复杂环境下的高分辨率探测能力，解决现有多波段光学系统中光路转换和波段切换耗时长、系统反应慢、不同波段目标信息存在差异的问题，设计了一种可见光（0.38～0.76 μm）、中红外（3～5 μm）共口径连续共变焦光学系统，系统工作焦距为7.52～98.35 mm，变焦比为13×.基于正组补偿变焦理论分析了任意变焦位置处可见光、中红外变焦比的差异及其变化规律，推导了三片薄透镜消色差理论和双波段焦距补偿表达式.对变倍组和补偿组的光焦度进行合理匹配，使系统在任意变焦位置处的焦距及变焦比都相同，提高了双波段目标信息的一致性.根据使用要求，采用光学被动式完成双波段光学系统在－40~+60℃温度范围内的消热差设计.设计结果表明，系统结构紧凑，反应速度快，整体成像质量良好，可实现昼夜全天候工作.

以单脉冲能量更高的孤子激光器为种子源，通过主振荡放大技术，获得了2 μm波段的高功率、皮秒脉冲激光器.该种子源是一个被动锁模的光纤激光器，通过优化、管理激光器谐振腔内的色散，获得了脉冲宽度为50 ps、重复频率为55.6 MHz、谱宽约为21 nm的高能量孤子脉冲输出.利用单模光纤在2 μm波段的负啁啾色散特性，在进行功率放大之前将作为种子源的激光脉冲宽度展宽至600 ps.最后，经过两级放大之后，获得平均功率约23 W、脉宽为660 ps的激光输出.利用光栅对，对放大后的激光脉冲进行压缩，经测试压缩后的脉冲宽度约为0.9 ps.

设计分析了一种基于碲酸盐玻璃的全固态三芯光子晶体光纤偏振分束器.利用三芯光纤中存在的谐振耦合现象，调整光纤结构参量，使某一偏振光无限接近谐振耦合条件产生强耦合，而另一偏振光因远离谐振耦合而耦合程度较弱，实现不同偏振光的分离.该偏振分束器长度短、超宽带、消光比高.在波长1 550 nm处，偏振分束器长度仅为1.14 mm，消光比高达－101.27 dB；消光比小于－20 dB的带宽达到100 nm；消光比小于－10 dB的带宽覆盖了E+S+C+L+U波段，高达350 nm.此全固光子晶体光纤偏振分束器不仅性能优越，结构简单，且全固态的设计结构可有效避免光纤拉制过程中的空气孔坍塌，为设计更优性能的偏振分束器提供了思路.

基于表面等离激元受激辐射放大（SPASER）机制，提出了一种硅-金-硅三层核壳偏心纳米天线，并利用有限元法分析了其多波长散射特性.结果表明：在SPASER机制下，该纳米天线产生极大的散射光强度，且工作波长的数目随着硅核偏心率的增加而增加；当硅核的偏心率为9 nm 时，该纳米天线有4个共振峰，分别位于615 nm、 656 nm、724 nm 、847 nm，其对应的散射强度比非SPASER机制的纳米天线的散射强度高104倍；该纳米天线的散射波长还可以通过改变入射光的偏振角调节.基于SPASER机制的纳米天线对于设计多波长纳米激光器具有指导意义.

针对传统光伏电池能量收集易受环境与光照时间限制的问题，本文设计了一种用于太阳能收集的缝隙八木纳米天线单元及阵列.采用时域有限差分法分析缝隙间距对纳米天线远场方向性和近场分布的影响,并研究缝隙八木纳米天线阵列的吸收特性及不同缝隙间距对阵列天线吸收率的影响.研究远场方向性发现,当缝隙间距增加到一定距离时，天线方向图出现多个副瓣并产生新的辐射模式；通过对近场分析表明，新辐射模式的产生来源于高阶模式的局域表面等离激元.天线阵列吸收率的仿真结果表明：在400～1 500 nm波段，随着缝隙间距的增加，缝隙八木纳米天线阵列吸收率呈上升趋势，当缝隙间距等于80 nm时，在400～660 nm、760～1 300 nm两个波段内吸收率较高，吸收峰值最大可以达到98%；以吸收率大于50%为基准，当缝隙间距等于80 nm时，其吸收波段最宽.

考虑3个单模腔处于等边三角形的3个顶点，腔与腔之间通过光纤耦合，并且每个腔囚禁一个二能级原子的情况，研究了该系统中3个原子间和3个腔模间的三体纠缠特性.考虑系统激发数等于1的情况下，给出了系统态矢的演化规律；采用三体负本征值Negativity度量三体纠缠，通过数值计算给出了3个原子间和3个腔模间的三体纠缠演化曲线；讨论了腔模与光纤模间的耦合强度变化对纠缠特性的影响.研究结果表明：原子间和腔模间的三体纠缠量均呈现不规则振荡；随着腔模与光纤模间耦合系数增大，振荡频率增大，而原子间和腔模间的三体纠缠均减弱.

高光谱影像中波段数过多易导致“维数灾难”，而传统高光谱影像维数约简算法仅利用光谱特征而忽略了空间信息.针对上述问题，提出一种融合加权均值滤波与流形重构保持嵌入的维数约简算法.该方法利用影像中地物分布的空间一致性特点，对所有像素进行加权均值滤波，消除同类光谱差异性较大的像素影响，并在流形重构过程中增大空间近邻点的权重,提取出更为有效的鉴别特征，实现维数约简.在PaviaU和Urban高光谱数据集上的实验结果表明：相比于其它相关方法，该方法能获得更高的分类准确度，在分别随机选取5%和1%的训练样本情况下，其总体分类准确度分别提高到98.76%和80.21%.该方法在发现内在低维流形结构的同时，有效融入了影像中的空间信息，改善了分类性能.

基于改进的二维光电流模型，研究了双色激光偏振夹角对太赫兹辐射产生的影响.通过改变基频光以及其对应的倍频光的偏振夹角发现，在激光等离子体中辐射的太赫兹波的强度与双色激光的偏振夹角呈周期性变化，并且最佳偏振夹角和不同激光强度也有关系.在相对较低的激光强度下（≤2×1014W/cm2），当两束激光具备相同的偏振方向，即偏振夹角为0°时，太赫兹幅值达到最大；然而，当激光强度足够高(>2×1014W/cm2)时，最佳的偏振夹角会随着激光强度的增加而变大.从电子密度的角度来分析产生这种现象的原因，并用剩余漂移电流来揭示其潜在的物理机制.研究表明，剩余漂移电流是激光诱导等离子体产生太赫兹波的本质根源，对太赫兹波的产量起着决定性作用.

选用同时含苯环和C-N结构的有机物苯甲酰胺样品为实验对象，制备不同含氮量的样品并进行激光诱导击穿光谱实验；在不同气体环境（空气、氩气）和激光能量条件下，研究了有机物中N元素的激发特性，建立了N元素光谱信息与N元素含量之间的关联性.结果表明：在氩气环境中，含N元素样品的N原子谱线较难被探测到N，该结果说明在大气环境中探测到的N原子谱线主要源于空气中N的激发（空气中有79%的N2）；在空气或氩气条件下，均能探测到较强的CN分子光谱，且与样品中N元素含量有一定的关联性，这种关联性不仅与气体环境有关还与激光能量有关；在氩气条件下，由于CN分子光谱的形成完全来源于样品，不管在低能量还是高能量条件下，均与N元素含量具有较高的相关性；在大气环境中，在低能量条件下，关联性较好（R2高于0.9），而高能量条件下，关联性较差，说明在低能量条件下，空气环境中探测到的CN主要来源于样品本身，而在高能量条件下CN分子光谱的形成受环境中氮气的影响较大.

为满足关联成像系统抑制背景的需求，选用Al、Cr和SiO2作为镀膜材料，依据薄膜吸收理论，结合膜系设计软件设计了宽光谱吸收膜，并采用真空沉积技术获得了该薄膜样品.通过真空阶梯式退火，减小了膜层内应力，解决了薄膜牢固度问题；采用交互式分析对测试结果逆向反演，通过优化工艺参量，使膜系中敏感薄层厚度得以精准控制，并减小了膜厚控制误差.制备的吸收膜在400～1 100 nm波段平均吸收率达到99.1%，满足系统使用要求.