采用高分辨率X射线衍射摇摆曲线、光致发光以及霍尔测试对采用气态源分子束外延方法生长的四元系InAlGaAs材料性质进行了表征。摇摆曲线结果表明，根据计算数据所生长的InAlGaAs样品与InP衬底基本匹配.光致发光和霍尔测试结果显示随着Al组分的增加，样品的光致发光强度、电子浓度和迁移率均有所下降.样品的三族元素组分由光致发光及X射线衍射实验获得，测试结果与设计值吻合，Al组分的实验设计值与测试结果的关系提供了一种实用的精确控制组分的方法.

以Cr4+:YAG为饱和吸收体，体布拉格光栅为耦合输出窗，研究了被动调Q闪光灯泵浦Nd:YAG单纵模激光器.通过扭转模腔和体布拉格光栅相结合的方式获得单纵模输出，提高了单纵模输出能量及稳定性.对于不同初始透过率的Cr4+:YAG晶体，得到了单纵模输出能量和脉宽的曲线.单纵模激光最大线宽约为78 MHz.最大单纵模单脉冲输出能量为20.8 mJ，最小的脉宽为13.2 ns，最大峰值功率为1.18 MW.

采用fT= 214 GHz, fmax= 193 GHz 的InGaAs/InP异质结双极型晶体管工艺，设计了一款基于时钟驱动型反相器的动态二分频器.该分频器工作频段为60~100 GHz,但由于测试系统上限频率的限制,只能测出62~83 GHz的工作范围.在-4.2 V和-5.2 V的单电源直流偏置下该分频器的功耗分别为596.4 mW、1060.8 mW.此分频器的成功制作对于工作在W波段锁相环的构建有较大的意义.

测量柴油样品的太赫兹时域光谱并对其含硫量进行了定量计算.在0.2~1.5 THz范围内，柴油的吸收系数随着太赫兹频率和硫含量呈规律性递增.基于这一变化关系建立起了硫含量与太赫兹吸收系数和频率的多元非线性模型，通过测量柴油的太赫兹光谱代入此模型即可计算出柴油的硫含量.这一结果为太赫兹时域光谱技术应用于柴油含硫量的无损快速检测奠定了理论基础，显示出巨大的应用前景.

采用砷(As)掺杂HgCdTe材料研制了响应截止波长为12.5 μm，规格为256×1的长波红外光电二极管阵列.实验设计了一种新的pn结测量方法，测量发现砷掺长波HgCdTe材料离子注入形成pn结深度在3.6~5.3 μm之间，而其最大横向尺寸大约是设计尺寸的1.3倍.实验采用一种改进的表面处理工艺制备了砷掺HgCdTe长波红外光电二极管阵列，获得了良好的电学性能，该工艺与常规表面处理工艺相比可以使器件峰值阻抗提高2个量级，而-0.5 v偏压下的动态电阻可提高约30倍.研究认为，器件性能提高的原因是由于改进工艺可以有效抑制器件表面漏电流.

碲镉汞的电学性能和光学性能直接决定探测器性能.对窄禁带掺砷碲镉汞进行了11～300 K的红外光致发光光谱和变温霍尔测量.对变温光致发光光谱进行了拟合分析，结果表明经通用的两步退火, 样品不仅存在砷占碲位(AsTe)、汞空位(VHg)和TeHg-VHg对，还存在碲反位(TeHg).掺杂浓度越大，退火产生的TeHg-VHg对越多.变温霍尔分析进一步证明通用的两步退火后材料中存在TeHg， TeHg留在材料中使迁移率减小.

采用HSE杂化势计算了Cd1-xZnxTe合金的性质，并获得了较传统GGA更为准确的光学带隙和形成焓.在构建超胞计算合金体系时，采用SQS模型.计算分析得出Cd1-xZnxTe合金的光学带隙下凹参数为0.266 eV，这与已报道实验结果0.254 eV非常吻合.同时，计算得出的形成焓较高，特别是在Cd0.5Zn0.5Te合金组分时(25.60 meV/atom).对合金中键长的分析后得出Cd-Te键和Zn-Te键的局域键长与CdTe和ZnTe体材料的值非常接近，但二者之间相差较大，从而导致合金材料中各个原子存在较大的弛豫，这也是该合金具有较大形成焓的主要原因.

采用离子束溅射技术，在生长了Si缓冲层的硅晶片上制备了一系列Ge量子点样品.借助原子力显微镜(AFM)和Raman光谱等测试手段研究了Ge/Si量子点生长密度、尺寸及排列均匀性的演变规律.结果表明，改变Si缓冲层厚度及其生长方式，可以有效控制量子点的尺寸、均匀性和密度.随缓冲层厚度增大，量子点密度先增大后减小，停顿生长有利于提高缓冲层结晶性，从而提高量子点的密度，可以达到1.9×1010 cm-2.还研究了Si缓冲层在Ge量子点生长过程中的作用，并提出了量子点的生长模型.

设计了红外连续变焦光学系统，该系统具有镜片少、透过率高、连续变焦倍率大、波段广、相对孔径大等突出特点.二元面和非球面的引入，使系统在不同变焦结构时14 lp/mm处的MTF均大于0.6，很好地校正了系统的色差和轴外像差.该系统在仅使用4片镜片的情况下，实现了8倍连续变焦，系统透过率高于80%.结果表明该变焦系统具有良好的成像质量.

将大脑磁共振T1加权像分割为头皮、头骨、脑脊液、灰质和白质，并生成分层体网格.利用具有大脑解剖结构信息的分层体网格建立近红外扩散光学断层成像前向光学模型和实现功能重建，可以避免目前所使用的半球头模或图谱头模空间定位不准的问题，解决图像重建过程中所解方程的欠定性和病态性.在棋盘格旋转视觉刺激及扩张视觉刺激实验中，基于磁共振图像的扩散光学断层成像重建的含氧血红蛋白图像具有更高的空间分辨率及定位精度.

采用基于红外脉冲量子级联激光器的高灵敏光腔衰荡光谱(Cavity ring-down spectroscopy)技术建立了氨气在1027 cm-1 (9.7 μm)附近的吸收光谱痕量检测实验装置.使用该装置对人体口腔呼出气体以及超净实验室环境中氨气成份进行了测量和分析，氨气的检测灵敏度达到10 ppb.模拟分析了激光器光谱线宽对测量结果和系统检测灵敏度的影响，随着激光器光谱线宽的增加，测量结果偏低，系统检测灵敏度下降.为了减小光源线宽对测量结果的影响，通过修正曲线对测量数据进行修正，得到了较好的结果.

采用一种基于三电场分量的全矢量有限元法，其中引入了完善匹配层(PML)吸收边界条件，分析由梯形截面硅基垂直多槽纳米线构成的平行定向耦合器.考虑了波导侧壁倾角、耦合波导间距、槽宽及槽折射率的变化对定向耦合器性能的影响.给出了准TE与准TM偶、奇模有效折射率、耦合长度及模场分布，揭示了其模式的混合特性及模场分布特点.分析结果表明，恰当选择结构参数及材料参数，可实现两偏振态下相同耦合长度，定向耦合器在偏振无关条件下工作.

遥感干旱指数是用遥感数据定量描述区域受旱程度以及作物产量灾损的机理性数学模型.干旱指数在农业、林业和生态环境监测方面有较高的研究价值与非常广阔的应用前景，是当前的研究前沿和热点之一.介于遥感干旱指数起步至今还未形成研究系统，开展了这方面工作的梳理和归纳.首先，对多维光谱特征空间概念作延伸，将多维光谱特征空间的多维变量由光谱值拓展为与一切干旱相关的遥感产品，将光谱特征统一归纳到多维坐标框架当中，使得干旱指数的数学建模意义更明确，构造更清晰; 其次，对30种干旱指数进行归纳，从“三要素”的角度将干旱指数分为四类，并评价其各自优势和局限性，将干旱遥感监测模型家族抽象为一个金字塔形式，从底层到顶层分析模型家族的一般构成要素和复合形式，解析干旱指数通用的数学构建规律及其物理内涵; 最后，分析大气影响、土壤、传感器差异等环境影响因素，指出干旱指数未来发展重点在数据源、监测对象、表达形式三个方面.通过对干旱指数的研究工作有助于进一步完善发展干旱指数体系，推进干旱遥感监测模型在农情遥感监测、水资源规划和环境科学管理等领域的应用.

光谱信息是遥感识别地物的依据，而目前已发展的典型地类的光谱指数模型有限，波谱库中的标准地物类型及其普适性也是有限的.鉴于此，提出一种端元匹配的地物自适应光谱表征方法，通过选取贴合影像本身的端元，并综合光谱角和距离度量对影像和端元光谱进行综合匹配.通过ETM+(Enhanced Thematic Mapper)影像上对植被、水体与美国地质调查局(United States Geological Survey,USGS)波谱库及归一化植被/水体指数的对比实验，及阴影、裸地等的验证实验，证实了该方法的有效性和普适性.

近红外通道观测大气CO2含量是利用其对太阳辐射的吸收作用，温度是影响吸收气体吸收的一个重要因子，文中讨论了CO2观测的温度敏感性.首先阐述了温度对气体吸收谱线的强度、增宽的影响; 然后根据CO2反演过程中使用的大气温度产品的精度水平，利用逐线积分辐射传输模型模拟计算了1 K的随机温度误差对垂直大气观测的影响，以及由此导致的CO2反演误差，并与模拟的1 ppm和2 ppm的CO2浓度变化所造成的观测与反演变化量进行了比较.通过对比分析六种大气模式下的模拟计算结果，得出1 K大气随机温度误差是影响高精度大气CO2观测反演的重要因子.

混合像元组分温度相对来说更有应用价值，而多角度热红外遥感的发展推动了混合像元组分温度反演基础和方法的发展.根据前期数值模拟得到Terra和Aqua卫星上的MODIS测量可以认为是同一卫星在两个不同观测时间和观测角度上的测量，综合利用Terra和Aqua卫星上的MODIS数据反演混合像元内土壤和植被组分温度.根据混合像元热红外辐射模型，利用遗传算法，分别模拟Terra卫星MODIS的32和33通道，以及Terra和Aqua卫星上MODIS的32通道辐射反演了河北怀来试验区范围内植被覆盖率、土壤组分温度和比辐射率、植被组分温度和比辐射率等表面参数.通过与实测数据进行比较，综合利用上午Terra和下午Aqua卫星32通道数据反演的上午植被组分温度与地面同步测量温度偏差在1℃内，而利用上午Terra卫星32和33通道数据反演的上午植被组分温度与地面同步测量值偏差在1.4℃内.尽管利用双星数据反演的组分温度精度相对较高，但针对同一个像元，两个方案反演的结果有一定偏差.

高分辨率遥感图像具有高度细节化的多尺度表达能力，在有效表达地物边缘信息的同时，目标内部几何细节常以噪声的形式出现.提出将光谱相异性和小波变换相结合的边缘特征检测算法，克服了小波变换导致的边缘变形，并能够有效抑制噪声.根据光谱角原理定义归一化光谱相异性模型，并与二进小波变换结合，同时利用梯度方向余弦值对各个波段的梯度幅值加权，最后根据向量场模型计算多光谱图像的梯度幅值和梯度方向，细化后获取由细到粗的多层次边缘特征.实验结果与小波变换和传统检测算子的检测结果相比，表明该算法利用光谱相异性信息增强边缘响应强度，保证了所有尺度下获取的边缘轮廓不失真，边缘点定位准确; 加权处理突出了多波段梯度主方向信息，也有效抑制了高分辨率图像上目标内部精细几何细节形成的噪声.

基于概率假设密度滤波(Probability Hypothesis Density，PHD)的检测前跟踪(Track before detect, TBD)技术可以有效解决未知目标数的弱小点目标检测前跟踪问题.文章针对现有PHD-TBD算法存在目标数估计不准、目标发现延时较久的问题进行研究.从标准PHD滤波出发，更为合理地推导出PHD-TBD算法的粒子权重更新计算表达式，实现对目标数的准确估计; 同时利用贝叶斯滤波理论，推导出基于量测的新生粒子概率密度采样函数，完成对目标的快速发现.仿真实验表明，与现有的PHD-TBD相比，改进算法能够适应目标扩散情况，准确估计目标数目，并实现对目标的快速发现和位置准确估计.