阐述了激光冲击强化(LSP)技术定量调控表面残余应力的最新研究动态，重点论述了激光冲击研究中的主要问题，指出激光与材料相互作用、表面残余应力、微观组织变化多尺度表征是激光冲击强化技术研究的新热点。在此基础上,对激光冲击强化技术在表面残余应力定量调控和海洋工程重型装备制造中的应用进行了展望。

针对空间高轨目标、微纳卫星等点目标姿态信息难以获取的问题，跟踪了国内外基于光度数据反演目标特征信息的最新动态，分析了目前基于光度数据姿态反演的主要方法及特点。分析结果表明，基于非线性滤波的姿态反演方法能够高精度地反演目标姿态，近实时地解决目标稳定以及机动状态的姿态反演问题，是未来姿态反演的主要方向。在此基础上，进一步剖析了非线性滤波姿态反演需要突破的关键问题，包括形状模型反演、双向反射分布函数模型选取和参数确定以及非线性滤波算法的讨论。

针对太赫兹波探测与通信的具体应用，基于微波、毫米波定向天线的设计与应用基础，对四种0.36 THz的太赫兹波定向天线(即馈源喇叭天线、双抛物面卡塞格伦天线、天线透镜以及偏馈式单反射面天线)进行了有效的设计、分析、仿真与制作。对上述几种太赫兹波定向天线的设计及分析，为基于微波倍频技术的太赫兹波技术在定向探测和通信中的应用，提供了天线技术方面的理论和实践依据。

传统的相移阴影叠栅轮廓术在垂直于光栅面方向移动光栅实现相移，由于相移是非线性的，需要较多帧的条纹图进行相位解调。为了减少条纹图帧数，节约测量时间，并简化测量过程，提出一种基于主量分析法的三帧随机相移阴影叠栅技术。主量分析法通过时域平均去除背景，对较少帧的条纹图直接使用主量分析法会产生直流分量去除误差，因而先将条纹图正则化，再应用主量分析法求取相位。实验表明，相对于直接使用主量分析法，利用正则化主量分析法可以明显减小测量误差。分别使用正则化主量分析法和五步相移法对同一物体表面进行测量，两次测量结果之差在±5 μm内，说明了正则化主量分析法的有效性。

根据广义Huygens-Fresnel原理和修正von Karman谱模型，推导得到无线光通信系统中相互独立的部分相干高斯谢尔模型(GSM)阵列光束在大气湍流中传输时的光强分布、均方根束宽和桶中功率解析式，并对不同因素影响下的自耦合特性、光束扩展和桶中功率进行了数值分析。结果表明，部分相干GSM阵列光束在大气传输过程中，当到达某一距离时多束光能合成一个平顶光束，再演变为高斯光束，且阵列光束在大气湍流中的自耦合特性比在自由空间中好；湍流外尺度对光强分布、光束扩展影响很小，可以忽略；部分相干GSM阵列光束与部分相干单GSM光束相比，具有更强的抑制湍流特性，有利于实现远距离通信。

采用优化改进的CO2激光器制备了两种不同刻槽深度的长周期光纤光栅（LPFG），实验研究了光纤光栅刻槽区结构对应变传感特性的影响。研究结果表明:单侧周期性刻槽会在光纤光栅表面形成应力集中区，在轴向应变作用下发生微弯形成波状型结构，从而极大地提高了其应变响应灵敏度，深刻槽光纤透射谱的谐振波长线性漂移达到-10.96 nm，应变灵敏度达到－19.37 pm/με，且测量误差小。利用有限元分析软件ANSYS对刻槽型光纤光栅进行网格建模和模态仿真分析，得到其刻槽结构区的应变分布图。结果表明，深刻槽型光纤光栅随着应变增加，轴向微弯形变量增大，从而激发高阶包层模的耦合，提高了应变灵敏度响应。

采用电镀法和磁控溅射法设计了一种电镀增敏铜薄膜和耐海水腐蚀碳薄膜的微型光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器。当海水温度范围为0~50 ℃时，设计的FBG温度增敏传感器的布拉格波长与海水温度呈线性关系，线性系数高达99.99%。 温度灵敏度可由电镀时间和电流精确控制。将镀铜薄膜探头、镀铜薄膜和二氧化硅薄膜探头、镀铜薄膜和碳薄膜探头的温度特性和抗海水腐蚀特性作对比。结果表明，传感器的温度灵敏度系数随铜薄膜层厚度呈指数增长，铜薄膜层厚度随电镀时间呈线性增长，碳薄膜层的类金刚石结构可抑制增敏铜薄膜层在海水中的腐蚀。

理论研究并模拟仿真了高阶边带抑制比对基于载波抑制平行抽运结构的偏振复用信号的全光波长变换系统的影响。根据贝塞尔函数曲线性质，通过控制射频信号电压，调节马赫-曾德尔调制器的调制深度，改变了各频率成分的光边带功率，进而得到具有不同高阶边带抑制比的偏振方向相同、相位锁定的平行抽运光，分析了不同边带抑制比下转换光的接收误码率性能。结果证明：通过控制调制器的调制深度在(1.7，2.0)范围内，对应得到边带抑制比在(7 dB，18 dB)范围内的平行抽运光，经过全光波长变换系统后x和y两个偏振方向上的转换光的误码率均达到10-10，可实现偏振不敏感信号无串扰地直接接收，因此可以不使用滤波器将残留边带过滤掉，从而降低了系统的复杂度及成本。

针对耐高温准分布式光纤布拉格光栅（FBG）传感器的需求，利用飞秒激光相位掩模辐照结合光纤拉伸，研究出制备不同周期的布拉格光栅的方法。通过改变光纤两端施加应力的大小来控制FBG的周期，得到具有不同布拉格波长的FBG并构成准分布式高温传感器。标定了FBG的温度响应参数，实现了两点准分布式温度测量。准分布式传感系统由光纤光栅解调仪和串接在一起的不同布拉格波长的FBG构成。不同温度下FBG的光谱响应结果表明：FBG的布拉格波长对温度响应曲线有很好的线性拟合相关度，在800 ℃长时间退火后FBG反射率稳定在-10.2 dB，该传感系统可用于800 ℃以内的温度传感测量。

利用太赫兹（THz）时域光谱技术对碳纤维与玻璃纤维材料进行研究，辅以场扫描电镜观察样品形貌，研究结果表明，当THz波振动方向与样品纤维方向垂直时，可获得更多信号；玻璃纤维样品吸收系数斜率小于碳纤维；纤维直径与排列方式对THz波透射能力存在影响。

针对面阵探测器的靶面尺寸较小、分辨率较低，并且某些波段的面阵探测器难以制作等问题，提出基于单像素桶探测器的数字全息成像方法。该方法采用光寻址空间光调制器(OASLM)作为数字全息与计算幻影成像的中间转换器件，待成像物体的全息图作为写入光直接写入OASLM；用可以动态刷新、携带有参考矩阵编码信息的结构光作为电寻址空间光调制器的读出光读出全息图，并由单像素桶探测器探测其光强；该光强信号与参考矩阵进行关联运算，经由计算幻影成像算法得到重建全息图；再根据数字全息成像再现算法得到待成像物体的再现像。通过原理分析和模拟实验验证了该方法的可行性。

利用计算成像的方法得到不同方向、位置、景深处的图像以满足不同需求，实现先拍照后对焦的功能，克服了传统相机机械式调焦带来的缺陷，但其子光圈图像空间分辨率受微透镜数目的限制，成像质量相比传统相机有所下降。为此提出了一种高分辨率数字对焦方法，即先提取子光圈图像，然后采用小波和插值相结合的算法把每个子光圈图像的分辨率提高一倍，组成高分辨率子光圈图像阵列，再对该子光圈图像阵列做傅里叶切片变换重聚焦处理。通过对比处理结果发现，图像清晰度和分辨率均得到了提高。

为充分利用高光谱成像技术提供的丰富的光谱信息和纹理信息，对光学伪装效果进行综合评价，提出了一种结合光谱曲线形状相似度、光谱欧氏距离以及纹理欧氏距离的伪装效果综合评价方法。利用绝对关联度、欧氏距离和灰度共生矩阵分别对三类特征进行量化，从形状测度和距离测度两方面综合考量光谱信息和空间纹理信息，求得综合测度。该方法在理论上更加缜密，实验表明综合测度有较好的稳健性，避免了单一测度的不确定性，对伪装器材的设计和使用具有指导作用。

利用单路计算式关联成像技术，实现了光路中存在散射介质情况下彩色目标物体的图像恢复，研究了多波长彩色成像与全光谱白光成像随散射介质浓度的变化关系。实验结果表明：在采样次数3000次情况下，当散射介质浓度增加至6%时，多波长彩色成像的图像可见度由0.21下降至0.061，衬噪比由1.21降至0.33，成像质量随散射介质浓度的增加而降低。但散射介质浓度对全光谱白光成像的质量却影响较小，相同条件下，可见度为0.20，衬噪比为1.061。讨论了散射介质浓度与彩色物体关联成像质量之间的关系，对促进关联成像技术的实用化具有重要意义。

提出了一种基于光电扫描和捷联惯性导航系统(SINS)的组合导航算法。基于实际测量结果，对车间测量定位系统(wMPS)动态测量数据进行时间序列分析，证明了wMPS动态测量误差可以通过一阶自回归过程建模。基于SINS的误差模型和wMPS动态测量误差的时间序列分析结果，建立了室内组合导航系统卡尔曼滤波模型，并进行了算法仿真实验。仿真结果表明，组合导航系统同时具有SINS的高数据率和wMPS的高精度，系统整体性能得到了极大提升。

搭建了基于光纤布拉格光栅分析仪(FBGA)解调模块的光纤光栅温度监测系统，实现了对外界环境的温度监测。 利用FBGA中的数字信号处理模块获取反射光的峰值波长，拟合获得峰值波长与温度的关系，采用LabVIEW编写相应的上位机程序。 该测量方法精确度较高，与恒温箱温度相比，该系统的温度误差在±0.5 ℃之内。系统响应时间小于0.5 s，系统监测温度灵敏度约为0.1 ℃。当置信概率为95.40%时，重复性指标在±0.0210%之内。

为了实现干涉测量平面的抗振，提出了一种同步移相干涉测量方案并搭建了实验装置。整个测量系统在菲佐移相干涉仪的基础上，利用四分之一波片作为参考镜，获得一对正交偏振光，经过棋盘相位光栅分光，利用光阑选取对于理想光栅衍射效率一致的(±1，±1)级衍射光作为测量分光路，使之先后通过相位延迟阵列和偏振片获得4幅移相量依次为π/2的干涉图。按照传统的4步移相算法，对被测波面进行了复原。分析了光强畸变和移相误差对系统测量误差的影响。与泰曼型同步移相干涉测量相比，该方案可以简化系统结构，减小系统误差，并且更易装校，更适合用于平面的测量。

利用积分球比较法测量灯具光通量时，常采用分光光谱法和光度法，这两种方法都需要引入修正系数以补偿灯具自吸收效应造成的光通量损失。研究了分光光谱法和光度法测量灯具光通量自吸收效应补偿的差异，从两种方法测量灯具光通量的基本原理出发，得到了光通量修正值的表达式。通过实验测量数据和理论分析，探讨了不同光谱分布的辅助灯对两种方法测量灯具光通量的影响。研究结果表明，分光光谱法测得的光通量修正值与辅助灯相对功率分布无关，光度法测得的光通量修正值与辅助灯相对功率分布有关，分光光谱法选择不同光谱的辅助灯测得的光通量修正值具有唯一性，而光度法选择不同光谱的辅助灯测得的光通量修正值不同。

采用半导体激光器制备了硅基AlGaInP发光二极管，研究了激光能量密度、重复频率及平台加工速度对加工效果的影响，利用电子显微镜等测试工具分析了经激光加工后的硅基LED芯片表面和侧面形貌等结构特性，获得了较优的加工参数。

针对脉冲型半导体激光测距系统，提出了一种卡尔曼滤波与最小均方差滤波相结合的非线性滤波算法，对测距系统的回波信号进行滤波分析。结果表明，采用所提出的非线性滤波算法对实验数据进行处理，可将精度最高提高2.1 m，同时使误差降低65.63%。

激光二极管阵列(LDA)的出射光束空间分布不均匀，发散角大，难以直接用于端面抽运的固体激光器中，需要对LDA输出光束进行整形耦合。用Zemax光学设计软件设计出一款适合端面抽运全固态激光器的耦合系统,该耦合系统由快轴准直镜与透镜导管组成。着重研究了透镜导管的耦合效率与透镜导管特征参数之间的关系，并通过光线追迹得出最佳耦合系统参数。设计的透镜导管长22 mm，输入面尺寸为12 mm(快轴)×9 mm(慢轴)，输出面尺寸为3.5 mm×3.5 mm，输入端球面曲率半径为14 mm。该系统耦合效率可达90.7%，距输出端1 mm处的光束发散角为0.38 mrad(快轴)与0.02 mrad(慢轴)，可使抽运光和固体激光器振荡光达到良好的光束匹配效果。

离轴激光对相机的干扰主要由激光衍射效应和散斑干涉效应引起。为此，分别建立了视场外激光衍射模型和激光散斑干涉模型，分析了不同参数条件下面阵空间相机接收的激光衍射图像和激光散斑图像，其中参数包括光束入射角、透镜口径、焦距以及F数。分析和比较了不同参数下两种干扰机制对空间相机的干扰影响。当激光垂直入射到空间相机时，激光衍射效应对相机的干扰占主导地位；当激光倾斜入射时，激光散斑干涉效应占主导地位。

利用Nd:YAG脉冲激光器对ZK60镁合金进行了激光冲击强化处理，分析了激光能量密度、单双面冲击和有无保护层等工艺参数对ZK60镁合金力学性能的影响，测试了ZK60镁合金在激光冲击强化处理前后的耐磨性能。实验结果表明，激光冲击强化可以提高ZK60镁合金的力学性能和耐磨性；高功率密度的处理效果比低功率密度的好；单双面冲击处理效果没有明显差别；有保护层时可以避免材料表面产生蜂窝状烧蚀层。

搭建了一套基于Photo-CELIV测量载流子迁移率的实验系统。采用Nd3+YAG脉冲激光器作为诱导光源，在1~20 Hz的工作频率下，实验系统可输出波长为532 nm、脉宽为10 ns的激光脉冲，其能量在0.1~1 mJ范围内可调，光斑直径小于2 mm，激光器持续工作5 h后的能量不稳定度为±8%。该研究为半导体材料载流子迁移率的测量提供了一定的参考。

使用皮秒激光制备了铝基超疏水表面，研究了激光脉冲数对试样表面形貌及浸润性的影响。随着脉冲数增加，试样表面微观结构由规则的纳米条纹结构逐渐转变为微纳复合结构，表面粗糙度呈现先增大后减小的趋势。当脉冲数为177时，粗糙度Ra达到最大值(3.855 μm)。激光加工后，试样表面先是超亲水状态，经过100 ℃保温24 h处理后转变为疏水甚至超疏水状态。试样表面浸润性的转变是其微观形貌和化学成分共同作用的结果。

将选择性激光烧结成型技术应用于酚醛树脂/鳞片石墨混合粉末的成型中，以酚醛树脂粉末作为粘接剂，制作出具有高导电、高导热等优良性能的功能器件。揭示了此类混合粉末激光烧结成型的机理，利用有限元法分析了激光烧结成型过程中热影响区的变化规律，并确定了一组合理的烧结成型工艺参数。基于该参数组合，实现了多孔石墨骨架的快速制备，验证了工艺的可行性。

采用X型谐振腔，实验研究了二极管抽运Nd:CGA激光器的连续和被动锁模激光特性。当Nd:CGA激光器实现连续运转时，采用不同透过率的输出镜优化激光器的连续输出功率。采用透射率为20%的输出镜时，获得了1.8 W的最高连续输出功率，斜率效率达到30.8%，中心波长为1079 nm；采用半导体可饱和吸收反射镜作为锁模元件、透射率为1.6%的平面镜作为输出镜，获得了脉冲宽度为2.7 ps、重复频率为177 MHz的被动锁模脉冲输出。当抽运功率为6.9 W时，获得锁模脉冲的最大平均输出功率为524 mW，相应的光光转换效率和斜率效率分别为7.6%和8.0%。

视觉目标跟踪在视频智能监控和机器人视觉导航等领域有着广泛的应用。针对传统的核相关滤波器（KCF）跟踪方法缺乏目标尺度估计，对目标尺度显著变化的视频序列表现效果很差的问题，提出了一种多尺度估计的改进方法。该方法借鉴了分类尺度空间跟踪器（DSST）采用尺度金字塔相关滤波器做尺度估计的手段，将灰度图像金字塔映射到一维特征向量，然后用该向量作为尺度相关滤波器的输入，得到最高响应值后估计出目标尺度。使用benchmark数据集对改进的算法做了测试实验，并和其他已有的若干视觉跟踪方法进行了对比实验，验证了本算法的高效性。本算法在目标尺度变化、光照变化、姿态变化、部分遮挡、旋转及快速运动等复杂情况下均有较强的适应性。

提出融合局部二值模式(LBP)和Hu矩特征的车型识别算法。LBP特征能够很好地对车辆局部纹理进行描述，Hu矩属于全局特征，反映了车辆的形状轮廓信息，将这两种互补特征结合能更好地表达车型特征。设计了融合特征的提取方法，并结合支持向量机分类器构建了车型识别系统。实验结果表明，融合算法比单一的特征算法性能更优，提高了车型识别率。

分析了立体测量中的相机微小晃动，包括相机平移、旋转晃动及其复合形式对测量误差的影响，并提出一种基于摄像测量原理的相机晃动修正方法，利用场景中的控制点，通过位姿估计解算相机的位置姿态，进而修正测量误差。仿真结果表明，在微小晃动下，相机平移、旋转晃动幅度的增加分别使测量误差呈线性、二次曲线增长；近距离测量时，合理布置4个控制点，物方重投影误差小于1 mm，并且随着控制点数的增加，误差逐渐降到0.55 mm以下。仿真实验验证了该方法的可靠性，其可应用于不稳定平台立体测量中，并降低相机晃动对测量精度的影响。

传统的光学式单指指纹采集仪存在采集窗口尺寸小、提取特征点有限以及指纹原始图像梯形畸变严重的问题，直接影响指纹识别的精度。为了获得高分辨率、高识别精度的指纹采集系统，从提高采集窗口尺寸以及校正梯形畸变的角度出发，设计了一种基于双指的物方远心指纹采集光学系统。利用Zemax光学设计软件，建立了物方远心光学系统模型，通过合理调整优化函数，平衡各种像差，获得了高成像质量，有效采集窗口尺寸达40.64 mm×38.10 mm，图像中心视场和边缘视场的调制传递函数值在对应特征频率167 lp/mm处均大于0.4，光学畸变率低于1%，系统分辨率为500 dpi。

针对掺钛蓝宝石固体激光器腔内脉冲压缩的问题，利用光学设计软件设计棱镜对超短脉冲压缩器，对脉冲群延迟色散进行补偿，以此压缩超短脉冲。利用光学设计软件建立棱镜对脉冲压缩器模型，利用计算群延迟色散的宏得出棱镜对群延迟色散与棱镜对间距之间存在线性关系，结合蓝宝石晶体的群延迟色散，优化获得与之匹配的压缩器结构参数。对脉冲中心波长群延迟色散进行补偿的同时，使用色散小的熔融石英玻璃使100 fs脉冲边带波长的群延迟色散减小至10 fs2。运用光学设计软件计算光学系统的群延迟色散具有直观、简单、计算量小的优点。

与传统的二维艾里光束相比，超艾里光束具有无衍射性、自弯曲性、自愈性等传输特性，主瓣尺寸更小、能量更集中，因此超艾里光束在光学微粒子操控等领域具有广阔的应用前景。为了得到产生超艾里光束的紧凑装置，提出了一种直接输出超艾里光束的激光器设计方案。该激光器使用激光二极管作为抽运源，采用端泵的方式抽运掺杂浓度为1%（原子分数）的掺钕钇铝石榴石（NdYAG）棒，以加载了超艾里光束立方相位信息的衍射光栅作为耦合输出镜，在一级衍射方向直接输出超艾里光束。计算结果表明，该激光器的阈值功率为1.4 W,当抽运功率为2 W时，输出功率达到678 mW。

运用统计学理论，通过高斯回归过程建立了一种用于矿用红外甲烷传感器温度补偿的算法模型，研究了模型中各参数对数据拟合度和拟合误差的控制效果，在Matlab软件平台上验证了模型的合理性，并利用基于贝叶斯定理的训练算法对模型进行训练，构建了该温度补偿模型的数值仿真效果图。仿真结果表明，该模型误差小、精度高，能对不同温度下传感器的非线性波动进行良好的补偿。

基于螺旋相位板(SPP)的调制特性以及光束的近轴传输理论，获得了椭圆高斯光束通过SPP后的复振幅分布函数,对不同拓扑荷数的椭圆奇点光束在不同传输距离处的光强分布和相位分布进行了研究。结果表明：椭圆高斯光束通过SPP后随着传输距离的增大，光斑形状与初始形状相比发生改变；高阶椭圆奇点光束的光斑在传输过程中会发生一定程度的偏转，偏转方向与拓扑荷数的符号有关；高阶椭圆奇点光束在传输过程中，暗核区域发生分裂，分裂出的奇点数等于SPP所产生的椭圆奇点光束的拓扑荷数，而这种分裂情况在一阶椭圆奇点光束中不可能发生。

大气点扩展函数(PSF)是开展光学遥感邻近效应研究和校正的有效方法。基于蒙特卡罗模拟获得的大气PSF，设计足够多带有Sigmoid函数的隐藏神经元和线性输出神经元的两层前馈神经网络，采用Levenberg-Marquardt反向传播算法，获得了大气、光谱和观测几何等输入参数与大气PSF之间的关系。模拟结果证明该方法能够在相对较短的时间内，以95%的计算精度产生预期的大气PSF的近似值。

基于野外与实验室多角度偏振测量信息与偏振反射物理机理，分析了不同植被冠层的偏振反射特性，同时得到了两个地表偏振反射模型的参数。结果发现，植被冠层的偏振反射比值与入射、探测几何相关；植被冠层的偏振反射具有明显的各向异性特征，且与植被冠层的结构形态相关；地表测量的植被冠层偏振反射比可达0.095，远大于以往结果；偏振反射模型可以有效地计算出一般植被冠层的偏振反射信息，但是对于完全平展型且有光滑叶片的冠层却会出现较大误差。

拥有介质/金属/介质结构的透明导电多层膜的光学与电学性能优于单层透明导电氧化物膜或金属膜，且能够在低温下制备。采用磁控溅射室温制备ZnO/Ag/SiN透明导电多层膜，并进行变角度椭圆偏振光谱测量。对单层膜建立物理模型并进行拟合，获得每层膜的折射率与消光系数。由单层膜模型组建多层膜模型，使多层膜的椭圆偏振光谱拟合值与实测值相吻合。拟合结果表明，不同O2和Ar流量比条件下制备衬底层ZnO时，功能层Ag的Drude模型中载流子浓度几乎不变，而迁移率不同。当O2和Ar流量比使ZnO处于氧化态时，Ag层的迁移率最高，由X射线衍射分析发现，此时Ag层具有最强的结晶强度与择优取向。