开展了激光二极管端面抽运Nd:YAG板条激光器的实验研究，根据板条激光介质的特点，通过选择倒像谐振腔，有效地避免了激光光束偏离板条端面和输出功率不稳定的情况。在抽运功率3330 W时，获得了平均功率超过1000 W的准连续激光输出，斜率效率达到42.2%，输出功率的稳定性优于1.5%。实验还测量了激光光束质量并进行了相应的理论分析。

推导了涡旋光束传输一段距离后观测平面上电场的解析表达式，在此基础上对观测平面上的光强分布及光斑大小进行了分析。和传统的高斯光束不同，涡旋光束传输后的光斑尺寸没有较为统一的定义。提出了均方根光斑尺寸以及等效光斑尺寸的定义，并分别采用这两种定义对涡旋光束的光斑展宽进行了分析。研究表明，涡旋光束在传输中的光斑展宽由拓扑电荷数以及传输距离决定，拓扑电荷数越大，光斑展宽越快。数值计算进一步说明，等效光斑尺寸更适合用来表征涡旋光束传输后的光斑大小。

推导出部分相干厄米高斯(H-G)列阵光束在大气湍流中等效曲率半径R的解析公式。该公式具有一般性，它可简化为几种典型特例。研究表明湍流导致光束的R减小。光强叠加时R受湍流的影响比交叉谱密度函数叠加时小。自由空间中高斯谢尔模型列阵光束和高斯列阵光束的R比部分相干H-G列阵光束的大，但受湍流的影响也更大。自由空间中单束部分相干H-G光束的R比部分相干H-G列阵光束的小，但受湍流的影响也更小。光强叠加情况下，自由空间中完全相干H-G列阵光束的R比部分相干H-G列阵光束的大，但受湍流的影响也更大。一般来说，自由空间中R越大其受湍流影响也越大。因此，当光束传输到一定距离之后，湍流使得原来在自由空间中较大的R变小，而较小的R变大。

光学元件上不可避免存在的“缺陷”会对传输光束产生调制，基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分和角谱的定义，推导出了高斯光束经有限个小尺寸振幅调制型“缺陷”之后的光强和角谱解析式。详细研究了振幅调制型“缺陷”的尺寸大小及调制幅度对受调制光束的光强分布和角谱影响。结果表明，经过“缺陷”的光束传输一定距离之后光强恢复为高斯分布。而“缺陷”的尺寸越大，光强分布恢复为高斯分布所需的传播距离越长，且随“缺陷”尺寸及调制幅度增大，低频区的角谱减小，中高频区的角谱增大。

提出了一种轴向不均匀热透镜的分段计算方案，将晶体沿着轴向等分为N段，每段均作为具有不同参数的类透镜介质，得到了晶体热透镜的正向和反向传输矩阵，以此确定谐振腔模场分布。分析了分段数目对于谐振腔基模束腰半径的影响。结果表明，束腰半径随分段数目的增加而变化，当分段数目超过某个确定值后，计算结果趋于稳定并接近实际。分别改变抽运功率、抽运半径及晶体掺杂浓度，讨论了腔模束腰半径达到稳定时所需的最小分段数目。

研究了部分相干径向偏振光束经透镜聚焦后，在聚焦区域内，对于瑞利粒子(半径小于波长)产生的辐射力的分布情况。基于Collins公式，推导了部分相干径向偏振光通过透镜聚焦后，在几何焦平面附近的光强表达式，并应用瑞利散射理论，计算了聚焦光束与瑞利粒子的相互作用力。根据数值模拟的结果，比较了部分相干径向偏振光束与部分相干线偏振光束经透镜聚焦后辐射力的分布情况。并且经过研究发现，通过改变部分相干径向偏振光的相干度，在几何焦平面内的辐射力有着明显的变化，且利用部分相干径向偏振光束经透镜聚焦后焦平面内辐射力的变化特性，能同时对高折射率粒子和低折射率粒子进行捕获。

半导体激光器光束由于其波导结构，出射光束发散角很大，属于非傍轴光束，使得用傍轴理论处理精度不高。为了精确地描述光场分布，需用更精确的非傍轴矢量理论进行分析。针对半导体激光器光束传输特性，运用光波矢量传播理论进行分析，由半导体激光器出射面光场给定边界条件，并运用瑞利矢量衍射积分公式，可以得到光场的半空间表示式，进而用稳相法进行计算，得到半导体激光器的远场矢量表示式。分析结果表明，在非傍轴区，光场传输方向分量不能忽略，矢量理论分析更为精确。

以几何光学模型为基础，应用平面波角谱理论方法，研究了在高斯光束的照射下，透明介质平板的受力分布。不同于光镊原理，光压差即可产生光学升力，根据动量守恒定理，推导了透明介质平板受力的表达式，通过数值计算，深入分析了光束的光腰半径，平板的摆放位置以及倾斜角度等参数对透明介质平板受力分布的影响。研究结果表明，在一定功率的高斯光束照射下，减小高斯光束光腰半径、使光束照射位置靠近平板的中心，以及拉近平板与高斯光束光腰之间的距离，都能有效地增大透明平板所受到的横向和轴向的光辐射压力；当透明平板与x轴倾斜成65°时，轴向力达到最大值，方向始终沿+z方向；当平板倾斜70°时，横向力在正方向和负方向同时达到最大值。适当选取光腰半径和摆放位置，平板受到的横向力可以增大到足以克服重力，在光束的照射下升起来。

研究了消逝波激励的回音壁模式光纤激光器的激光偏振特性。实验结果表明，在抽运光以偏斜光线方式沿光纤的近轴向抽运时，回音壁模式光纤激光辐射中既存在横电(TE)波又存在横磁(TM)波；对径向模式数和角模式数相同的回音壁模式，TE模式和TM模式之间的波长差随光纤直径的减少而单调地增加，随增益包层溶液折射率的增加而单调地减小。根据消逝波激励的回音壁模式光纤激光器的激励机制，结合圆柱型微腔中确定回音壁模式共振位置的解析渐近公式，成功地解释了观察到的实验结果。

从理论和实验两方面研究了涡旋光束经菱形光阑后远场的衍射图样。结果发现，夫琅禾费衍射图样中暗条纹的数目正好等于入射涡旋光束的拓扑电荷数的数值，而每个暗条纹的中心都是一个相位奇点。基于这个衍射特性，提供了一种测量光学涡旋轨道角动量的简易方法。

采用6 kW横流CO2激光器在经正火处理的1Cr18Ni9Ti不锈钢基材表面激光熔覆了Ni60CuMoW+1.00%Ti合金粉末复合涂层，研究了涂层的物相结构、金相组织、显微硬度和耐蚀性能。X射线衍射(XRD)分析揭示出熔覆层除γ-(Fe,Ni）固溶体外，还含有NiCu、CrNiFeC、CuNiTi2、Mo9Ti金属间化合物和Ni2Si、Fe3Ni3B、WC、TiC等硬质相。光学显微观察显示，熔覆层组织均匀、致密，与基体结合良好。显微硬度测试得出涂层硬度最高出现在距表面0.5~1.0 mm范围内，其值达到649 HV。在质量分数5.0%的NaCl饱和溶液中的电化学分析结果表明，激光熔覆复合涂层的自腐蚀电位(Ecorr)比基体上升了192.8 mV，腐蚀电流密度降低了26.8%。综合比较得出，基材正火处理后的表面激光熔覆涂层耐腐蚀性能最好。

利用中心波长1064 nm、脉宽12 ns、重复频率5 Hz的NdYAG激光系统，对800 nm、0° Ta2O5/SiO2高反膜进行三种能量台阶数的激光预处理扫描改性；控制扫描速度使辐照脉冲能量重叠70%的峰值能量，辐照模式1-on-1。利用Ti：sapphire激光系统输出800 nm、135 fs超短脉冲激光进行损伤测试。结果表明，纳秒激光表面改性并未提高Ta2O5/SiO2膜飞秒激光诱导损伤阈值，三种台阶数的预处理改性均使Ta2O5/SiO2膜的阈值降低20%以上。说明缺陷(本征的或激光诱导产生的，如带间电子态)对氧化物介质膜的飞秒损伤过程有重要贡献，而这种贡献在样品经过纳秒激光改性后得以体现。

为研究不同激光喷丸(LSP)工艺参数对强化效果的影响，以ISIGHT软件为平台，结合数值模拟软件ANSYS建立了激光喷丸参数化文件。采用多岛遗传算法对激光工艺参数进行优化，获得一组最佳参数组合。探讨了不同峰值压力及光斑半径对残余应力场及塑性变形的影响，结合实验对优化后激光参数下的塑性变形结果进行了验证。结果表明：模拟结果和实验结果一致性较好，所设计的优化方法可行，对今后的研究具有指导意义。

为了研究多点激光微喷丸对表面形貌的影响，采用实验方法测试了激光微喷丸处理后纯铜材料的表面形貌，对不同工艺参数条件下的处理表面进行了分析，给出了合理的表征方式，探讨了主要工艺参数对表面形貌的影响规律。结果表明，激光微喷丸后表面粗糙度增加；激光脉冲能量和搭接率是影响表面轮廓以及轮廓支承长度率的主要因素；通过对多点激光微喷丸强化纯铜表面形貌的分析和合理表征，为工艺参数的选择和表面质量的有效控制提供理论指导。

为了保证高质量的微尺度激光喷丸强化(μLSP)，建立了恰当的数值模拟分析模型，并对模拟中的一些关键技术问题进行了研究和处理。通过对比模拟得到的残余应力场表征值与工艺参数计算所得数据，找出了影响微尺度激光喷丸诱导残余应力场的表征值的关键参数。利用基于响应面的Box-Behnken优化方法进行实验设计，提取各组激光工艺参数下的残余应力表征值进行数据处理，确定各因素以及相关因素的交互作用对残余应力表征值的影响，建立了激光工艺参数与平均表面残余应力的二次回归模型，并对模型的合理性进行了验证，在此基础上确定了最佳激光工艺参数组合。

为研究不同激光喷丸覆盖率对含预制裂纹试样疲劳裂纹扩展性能的影响，采用有限元软件Abaqus和疲劳分析软件MSC.Fatigue相结合，对6061-T6铝合金紧凑拉伸(CT)试样进行了三种不同喷丸区域即15 mm×15 mm、34.5 mm×15 mm和15 mm×60 mm的双面激光喷丸强化和疲劳裂纹扩展的数值模拟。分析不同覆盖率下激光喷丸强化诱导的残余压应力对裂纹闭合效应影响，探索不同覆盖率对疲劳寿命增益的影响。结果表明，经过激光喷丸后，三种不同覆盖率下的疲劳裂纹扩展速率较未处理试件都有一定的降低；喷丸覆盖区域的选择对激光喷丸后CT试样的疲劳寿命有显著影响，其中，对15 mm×60 mm区域进行喷丸后的疲劳裂纹扩展速率降低幅度最大，疲劳寿命增益最为明显。

光照是诱发赤潮的主要原因之一，光照的强弱对赤潮优势藻生长起到了关键作用。以甲藻类的利玛原甲藻和硅藻类的中肋骨条藻为研究对象，以单色LED为光源，固定温度和光照周期，分别研究了不同光强的绿光、红光和蓝光照射下两种藻的生长速率和光谱吸收系数。实验结果表明，利玛原甲藻和中肋骨条藻的蓝光饱和光强都是最低的，而利玛原甲藻红光饱和光强最高，中肋骨条藻绿光饱和光强最高。在饱和光强之内相同光强下，使这两种藻的生长速率最大的都是蓝光，使生长速率最小的分别为红光和绿光。进而得出了在不同单色光下两种藻的生长速率与相应的光谱吸收系数正相关，饱和光强与相应的光谱吸收系数负相关的结论。

以两种癌变样品为例，应用多种偏振成像方法得到各偏振参数图像，比较分析不同偏振参数区分癌变组织和正常组织的表征能力。研究表明这些偏振参数不但能够区分各向异性体系癌变，也能够对各向同性体系癌变进行表征，从而说明偏振方法可应用于癌变的检测。根据细胞的生理特征和光学特征，利用简单的球柱散射模型进行蒙特卡罗模拟，很好地解释了实验现象，显示了偏振成像方法在检测癌变方面的潜力。

测量了角膜屈光手术后人眼角膜前后表面的生理数据。在角膜数据的基础上，从理论上分析了等效折射率和曲率半径测量误差对屈光手术后角膜光焦度测量的影响。结果表明，由等效折射率和角膜曲率半径测量误差导致的角膜光焦度测量误差随着角膜前表面非球面系数的增大而增大，且有统计学意义(P<0.05)；等效折射率和角膜曲率半径测量误差均会导致测量得到的角膜光焦度偏大，这两种误差存在叠加效应，使得屈光手术后临床仪器给出偏高的角膜光焦度。另外，角膜光焦度测量误差与Q值成正比关系，且有统计学意义(P<0.05)。屈光角膜手术后人眼角膜光焦度的测量，不仅要考虑等效折射率带来的误差，也要考虑角膜曲率半径测量误差造成的角膜光焦度测量误差。

利用功能近红外光谱技术(fNIRS)监测颅脑创伤(TBI)模型的大鼠脑组织。在大鼠左头部建立急性局灶性脑挫裂伤模型，以功能近红外光谱技术监测并记录颅脑创伤后大鼠脑部组织的优化散射系数，并利用核磁共振影像学、干湿比重法、有创颅内压(ICP)监测技术监测大鼠颅脑创伤后脑水肿和ICP的变化。实验结果显示创伤后脑部组织的优化散射系数、干湿比重法测量的脑水含量(BWC)和创ICP监测仪测量的ICP，三者在颅脑创伤后随时间的变化规律一致，大鼠脑组织的优化散射系数与BWC和ICP均存在正相关，且对颅脑创伤后脑组织的变化更为敏感。这说明优化散射系数是颅脑创伤监测的良好指标参数。

硅光波导和光子器件具有大折射率差和紧凑尺寸，硅光子被认为是新一代大规模光电集成技术。基于自由载流子等离子体色散效应，采用MOS电容电极结构的马赫曾德尔调制器(MZM)，可实现10 GHz以上的高速调制。采用有限元方法，通过构建光和电结合模拟方法，对一种双硅层的MOS电容电极MZM的静态和动态性能进行了理论研究。研究结果表明，在-2 V驱动电压作用下，当掺杂粒子浓度为1×1015 cm-3时，有效折射率变化值为1.05×10-5左右，实现Vπ所需的单臂调制臂长为3.68 cm，损耗小于0.84 dB/cm，其上升时间和下降时间在40 ps左右；当掺杂粒子浓度为5×1015 cm-3时，其有效折射率变化只有0.86×10-5左右，实现Vπ所需的单臂调制臂长需4.51 cm，损耗约为1.36 dB/cm。当改变该调制器结构参数后，其上升时间和下降时间会产生明显变化。

为了提高光纤光栅传感系统的容量和解调精度，研究了多通道光纤光栅传感系统的相关解调技术，提出了一种应用于多通道光纤布拉格光栅(FBG)传感系统解调的算法。结合仿真和实验，给出了该算法对光纤光栅反射峰的解调效果，分析了算法的精度。研究发现，整个系统可实现32路光栅复用，能在1525～1585 nm的波长范围内进行解调，算法的解调精度可达2 pm，分辨率为0.1 pm。该算法有效地降低了一般寻峰算法中输入信噪比(SNR)对系统解调精度的影响，系统的测量精度、测量范围、可靠性都得到改善，能够很好地应用于实际工程。

基于硅光波导的四波混频（FWM）和交叉相位调制（XPM）效应，提出非归零码（NRZ）到归零码（RZ）的光调制格式转换。当探测光NRZ信号和抽运光时钟脉冲序列同步通过硅波导时，FWM效应产生斯托克斯光和反斯托克斯光，XPM效应使探测光频谱产生红移和蓝移，选择合适的带通滤波器（OBPF）可得到四种RZ信号。分析了斯托克斯光和反斯托克斯光的功率与探测光和抽运光功率的关系，四种RZ信号的脉宽与抽运光脉宽的关系，抽运光对探测光的波长失谐量对四种RZ信号转换效率的影响等。此外，抽运光脉宽的大小影响XPM效应产生的RZ信号的质量：当抽运光脉宽为2～15 ps时，可产生四种高质量的RZ信号；当抽运光脉宽大于15 ps时，探测光蓝移频谱中提取出的RZ信号质量很差。

利用聚焦离子束技术将金属线栅结构加工到一个工作在1550 nm波段的标准单模光纤的端面。金属线栅选用的金属是金，周期为 200 nm，尺寸远小于入射光的波长。根据有效介质理论，通过金属线栅结构的透射光为偏振光。TE模式和TM模式的反射率对比度为13.7 dB，其对比度和灵敏度可满足弹光效应和法拉第磁光效应引起的偏振性变化的检测要求。基于金属线栅结构，得到了灵敏度为0.237 rad/N的压力传感器和灵敏度为0.06022°/A的电流传感器。

主要提出了一种利用SU-8光刻胶形成高深宽比结构的新型压力传感器。为了解决传统压力传感器测量范围受限的问题，通过特定的结构设计，实现敏感膜形变量与法布里珀罗(F-P)腔长变化量的分离且相关的关系。该传感器基于F-P干涉原理和相位解调理论测量压力。通过仿真逐一确定了结构参数，在半径为1500 μm，厚度为100 μm的硅圆膜上，利用SU-8光刻胶形成一个边长100 μm，高400 μm的位移柱作为压力传感器的主要感应部件，通过敏感膜受力形变带动位移柱倾斜，以此改变F-P腔的腔长。结构模型的灵敏度通过仿真测得为2.606 μm/MPa。以此为指导进行了基本的工艺实验，明确了主要的工艺步骤。

在空气孔阵列型平板光子晶体多模波导中，探索了反对称多模干涉条件下的二重像特性，并基于此研究和设计了一种新型的2×2超微光功分器。通过调制多模干涉区内一对空气孔的有效折射率，可以获得任意的光功率分配比。作为示例，设计了一款3 dB 2×2光功分器，时域有限差分法的模拟结果表明，该器件不仅具有16 μm×8 μm的超微尺寸，而且具有97%的高输出效率。这种方法可以推广到M×N光功分器，在光集成回路中具有潜在的应用价值。

立足现有的商用接收机组件实现解码信号的判决恢复是光码分多址(OCDMA)系统往实用化发展的一个重要方向。具有高功率对比度(PCR)的编解码器有助于在窄带接收条件下形成具有较高信噪比(SNR)的判决电信号。实验中基于商用窄带接收机组件即10 G PIN+TIA和10 G时钟数据恢复(CDR)模块，利用自主设计制作的具有高功率对比度的光纤光栅(FBG)编解码器实现了双用户10 Gb/s 60 km无误码传输实验，并初步实现了三用户10 Gb/s背靠背无误码实验。实验中测试了不同用户数情况下背靠背和60 km传输时的误码率(BER)曲线，分析了引起功率代价的系统损伤原因和进一步改进系统性能的思路。

建立了一种侧边抛磨光子晶体光纤(SP-PCF)的光学模型，通过数值仿真和实验研究了这种侧边抛磨光子晶体光纤在不同抛磨厚度和不同环境介质折射率条件下的光学特性。实验结果表明，存在一个抛磨敏感区域，当抛磨深度在敏感区域内变化时，光子晶体光纤(PCF)的基模有效折射率随着环境介质折射率的改变而发生明显变化。这种侧边抛磨光子晶体光纤可以作为一种环境折射率敏感的传感器，有望在微型生物或化学传感方面得到应用。

在广泛调研相关文献的基础上，基于热弹性理论，计算了熔石英在DF激光辐照下的温升曲线和热应力场分布曲线，分析了熔石英的激光破坏机理。研究结果表明，激光辐照下的熔石英的温度场分布和应力场分布与辐照激光的光场分布、激光功率密度以及激光的辐照时间等因素有关。

采用熔盐法分别采用KCl，K2SO4，K2CO3或KNO3为熔融盐和Nb2O5反应，900 ℃下反应2 h合成了铌酸钾晶体。研究了熔融盐的种类对产物组成、形貌和光学性能的影响。X射线衍射检测结果表明分别采用KCl和K2SO4 为熔融盐时的产物为KNb3O8，而采用K2CO3和KNO3为熔融盐时得到的产物为K3NbO4。电子扫描显微镜检测结果表明采用KCl为熔融盐时产物为0.2~0.5 μm宽，1~10 μm长的棒状结构，采用K2SO4为熔融盐时，产物为0.2~1 μm宽，1~25 μm长的棒状结构。采用K2CO3为熔融盐时，产物不是棒状结构,而是不规则颗粒状结构。采用KNO3为熔融盐时，产物为0.2~1 μm宽的棒状结构，长度为0.5~4 μm，部分棒连接在一起。荧光光谱研究表明，以K2SO4，K2CO3和KNO3为熔融盐制备的样品具有非常相似的荧光光谱，以KCl，K2SO4和K2CO3为熔融盐制备的样品具有较好的荧光性。

分析了熔体提拉法生长Ho∶Tm∶YLF晶体过程中熔体表面漂浮物的产生原因，以及晶体中散射颗粒、孪晶和开裂的成因。通过精心设计对称性温场，并调整温场、优化生长工艺参数，有效消除了晶体中的散射颗粒，克服了晶体开裂。采取在生长气氛中加入一定量CF4等工艺措施有效减少了熔体表面上的氟氧化物漂浮物，克服了漂浮物对生长晶体的影响，生长出了尺寸为(25~30)mm×(100~120)mm的高品质HoTmYLF晶体。HoTmYLF晶体激光性能测试表明，在LD双端抽运条件下获得了超过10 W的2.05 μm激光输出，激光斜率效率达到41.2%，光光转换效率达到36.4%。

采用高温固相法制备了一种近紫外和蓝光激发型Ca2BO3ClEu2+黄色发光材料。以460 nm蓝色光为激发源，测得Ca2BO3ClEu2+材料的发射光谱为一单峰宽谱，主峰位于573 nm；监测573 nm发射峰，所得激发光谱覆盖300～500 nm，主峰位于413 nm和475 nm。通过改变Eu2+的掺杂量，研究了材料的晶体结构及发射强度等的变化情况。研究结果显示，Eu2+的掺杂并未影响材料的晶体结构；但发射强度却发生了很大的变化，Eu2+的摩尔分数为2%时，强度最大；利用Dexter理论对Eu2+在Ca2BO3Cl中的浓度淬灭机理进行了研究，得出其为电偶极电偶极相互作用。

通过聚焦后的1 kHz飞秒激光直接辐照玻璃衬底上的金属银膜，使得辐照区域形成了织网状的纳米花结构。通过调节入射飞秒激光脉冲的能量、脉冲数目、辐照距离和能量密度等参数来研究纳米花结构的形成条件和机理，结果表明这种银膜表面结构形成的原因可能是由于飞秒激光辐照引起的薄膜烧蚀和随后的熔体凝固等效应共同作用的结果。此外，由于飞秒入射光场与银膜表面的局域等离子波会形成干涉叠加，从而有可能在金属熔体区域造成织网状纳米结构的出现。进一步的实验发现这种制得的银纳米花结构经过若丹明染料分子溶液浸泡后，具有明显的拉曼增强散射效应。

采用中频感应提拉法生长了高光学质量掺杂原子数分数为0.8%的YAlO3Ce(YAP:Ce)晶体，研究了其热释光(TL)和光释光(OSL)性能，结果发现YAP:Ce晶体的TL和OSL灵敏度分别与目前综合性能最好的TL剂量计材料LiFMg,Cu,P和OSL剂量计材料Al2O3C相当。YAP:Ce的TL主发光峰峰温较高(701 K)，比LiFMg,Cu,P(507 K)高194 K，比Al2O3C(485 K)高216 K，表明YAP:Ce晶体电子陷阱中捕获的电子受环境影响较小，作为剂量计材料可在较高温度环境下使用，因此YAP:Ce有可能发展成为具有特殊应用的辐射剂量计材料。

在特定的气体氛围下，用一定能量密度的超短脉冲激光连续照射单晶硅片表面，或者离子注入在硅中引入硫族元素等方法，可在硅表面得到具有奇特光电性质的微米量级尖锥结构，该微锥结构被称为黑硅。这一新材料有奇特的光电性质，如对0.25~17 μm波长的光有强烈的吸收、具有良好的场致发射特性等，为硅提供许多新的功能。在四能级光吸收模型下，以硅中引入硫族杂质为特例分析微构造硅对太阳光利用的增强，详细研究了在硅的禁带中引入两个不同硫族杂质中间能级时的电离能与光损失的关系。

分析了表面散射和体散射电场偏振方向的差异，即在入射角和散射角确定的情况下，表面散射和体散射的电场矢量振动方向存在固定的夹角，控制起偏器和检偏器的偏振方向就可以消除透明基片的表面散射或体散射，独立有效地测量体散射或表面散射。从理论上给出了一种消除透明基片的表面散射和体散射的有效方法，当散射平面位于入射面内时，控制起偏器的偏振方向为45°，通过理论分析和数值模拟，得到了检偏器的检偏角度，从而实现独立有效测试透明基片表面和内部折射率起伏的目的。

研究了HfO2/SiO2高反膜中植入2 μm的SiO2小球所形成的节瘤的界面连续性对损伤特性的影响。采用离子束辅助沉积(IAD)技术制备了两种不同厚度的1064 nm高反膜。它们的电场分布和吸收相近；但是厚度大(约为2倍)的薄膜中，节瘤的界面连续性更好。对于这两种特性的节瘤，用1064 nm脉冲激光(脉宽10 ns)进行了统计性的Raster Scan扫描测量。发现厚度大的薄膜中节瘤的初始损伤阈值更高(约为2倍)，损伤过程相对缓慢。说明对于2 μm直径的SiO2种子源，在考察的厚度范围内，节瘤与周围膜层的连续性随着膜层厚度的增加明显改善，其抗激光辐照的稳定性也增强，初始损伤阈值随之提高。

采用射频反应磁控溅射系统，在K9双面抛光玻璃基底上制备氮化铝薄膜，通过实验测试并结合数值拟合计算研究了其他参数保持不变的条件下，沉积气压对其结构和光学性能的影响。薄膜的微观结构通过X射线衍射和原子力显微镜进行表征；利用光栅光谱仪测试了各薄膜样品的透射谱，在此基础上利用包络线法拟合分析得到了薄膜的折射率。结果表明，所获得的AlN薄膜样品呈晶态，其晶格属六方晶系，沉积气压增大对AlN薄膜的生长取向有一定影响。薄膜在可见光及近红外区域透明，表面平整、致密，结晶状况良好，薄膜的折射率和沉积速率均随沉积气压增大而减小。初步讨论和分析了沉积气压对结构和光学性能的影响机理。

针对目前光纤温度传感器稳定性及抗干扰性差的问题，研究设计了一种新型光纤温度传感器探头。光纤温度传感薄膜探头是以锗为传感薄膜材料，探头结构采用了双层膜层叠结构，其中低折射率材料是二氧化硅，高折射率材料为锗。其探测原理是根据锗的折射率随温度变化而改变，从而导致了反射率的变化，在实际应用中，通过测量反射功率值达到测温的目的。光纤温度传感薄膜探头具有良好的线性特性，通过实验验证可以得到在测温范围为30 ℃～130 ℃时，其线性为99.85%。结果表明，得出的结论能够满足光纤温度传感器的线性化的目的。

常用的硫化锌衬底增透膜系存在硬度低，保护效果差等问题，难以满足在恶劣环境使用的要求。在真空中用准分子激光制备了高红外透射率、高硬度的类金刚石(DLC)膜，与其他常见的红外薄膜材料共同组成DLC复合增透保护膜系。优化了纯DLC膜的工艺与性能。将锗片固定在石墨靶材表面组成复合石墨靶材，采用准分子激光聚焦烧蚀真空中的复合靶材，沉积出无氢掺锗DLC膜。发现硅、锗衬底上纯DLC膜少量掺锗后，DLC膜的SP3键含量提高，但透射率略微降低，内应力有所增加。因此，复合膜系中选用纯DLC膜，通过优化黏附层结构及DLC膜厚度等方法，得到了性能明显提高的DLC复合增透保护膜系。该膜系具有远红外波段透射率高、牢固性好和耐划伤等优点，并通过了水煮实验、军标胶带和摩擦实验。

提出一种利用高斯函数来表征基于扫描相机的时域荧光测量系统脉冲响应的方法，建立了数学模型，用以描述系统所采集到的时域荧光衰减曲线。用高斯函数对所建立的时域荧光寿命测量系统的脉冲响应函数进行拟合处理，拟合优度达到0.995以上；利用所建立的数学模型对标准荧光染料玫瑰红的测量数据进行拟合处理，拟合优度均值达到0.996以上，荧光寿命标准差仅有1.7 ps。实验表明，利用所建立的数学模型处理基于扫描相机的时域荧光寿命测量数据，具有良好的稳定性和准确性。这种方法提高了系统测量的精度，简化了解卷积运算，只要用多个高斯函数描述脉冲响应函数就可以用于其他时域荧光寿命分析及荧光寿命成像技术中。

相比于传统的时域移相干涉术(TPSI)，同步移相干涉术(SPSI)能够抵抗振动等时变干扰因素的影响，但其普遍采用的分光和偏振移相结构给测试系统引入了新的误差。提出一种系统误差校正方法，在同步移相测试系统中将球面被测件离焦得到圆载频干涉图，使用圆载频处理技术获得每步移相干涉图的能量和相位信息，为引导对系统中的分光不一致、移相量不准确、干涉图空间位置不匹配三项重要的系统误差进行独立校正，各项误差之间不会相互干扰。该方法的可行性通过数值仿真和实验进行了验证，可用于所有采用分光结构的同步移相干涉系统。

通过计算被测非球面反射波与参考球面波在干涉图记录平面CCD上的干涉条纹密度，分析参考球面波波源在不同位置时CCD上干涉条纹密度的分布，比较参考球面波波源在不同位置的最大干涉条纹密度，使得在CCD上的最大干涉条纹密度最小的参考球面波的波源位置，便是非球面干涉检测时最佳的参考球面波波源的位置，由此位置发出的球面波便是非球面检测中所需要的最佳参考球面波。此时计算所得到的最大干涉条纹密度又是数字全息非球面检测系统中CCD选型的重要依据，同时也是对一个非球面测试系统的精度进行评价的重要技术指标。本方法可以用于任意非球面检测中最佳参考球面波波源位置的确定，且不需要对非球面面型函数进行任何解析计算。

彩虹纹影定量测量技术作为一种光学非侵流场定量测量技术在诸多典型流场的定量测量中有着广阔的应用前景，可用于定量测量流场的密度梯度和密度场。以轴对称自由射流为研究对象，采用典型的“Z”字形纹影光路布局，使用氙灯连续光源，并用一维渐变彩虹滤光片代替普通刀口，进行了彩虹纹影定量测量实验；给出了彩虹纹影定量测量中的滤光片制作、标定及图像数据处理过程。使用数值计算对实验的设定情况进行了仿真，结果比较一致。

以表面阳极化处理后的铝和玻璃钢材料为例，在其背面加工6个不同深度的平底楔形槽。采用脉冲红外热波技术作为实验方案，提取所获得的热图序列楔形槽内不同缺陷宽深比(RDSD)的热波降温数据，来近似模拟相同深度缺陷受到不同程度的三维热扩散的影响。基于一维热传导模型分析了几种方法的测厚原理，并对所提取热波数据进行计算，比较了相同缺陷深度不同缺陷尺寸对缺陷深度测量的影响规律。结果表明各方法所对应特征时间随RDSD系数增大而近似线性增大，且深度更大或被测件热扩散系数更小时其斜率更大。

借助条形光波导输出模式场研究条形光波导芯区的折射率变化。通过采集条形光波导基模的输出光强度分布曲线，对比同条件下的条形光波导理论模式场强度分布，计算紫外写入条形光波导芯区的折射率及其变化。给出平面光波导掺锗摩尔分数约为20%时经紫外光照射后形成的条形波导，其芯区掺锗玻璃的折射率增大可达1%～3%。

采用主动式脉冲红外热波技术检测瓷绝缘子内部缺陷，两个高能脉冲闪光灯用于瞬时加热被测瓷绝缘子表面，绝缘子表面吸热而升温，热量由表面向内部传导，从而引起表面温度的降低，计算机控制红外热像仪采集和记录绝缘子表面降温过程。通过研究热波一维热传导理论模型，建立了针对内部气孔缺陷的一阶相对热对比度理论公式并模拟其理论曲线，结合对实验热波降温数据序列进行处理和分析，实现了瓷绝缘子夹杂和内部气孔的检测。并分析和讨论了瓷绝缘子内部气孔和夹杂缺陷的一阶微分热图在时序上的区别。结果表明脉冲红外热波技术能用于瓷绝缘子内部缺陷检测。

传统光学非均匀性测量方法无法避免样品表面平行度、表面面形和系统误差所造成的影响。基于洛伦兹洛伦茨色散公式，对材料的光学非均匀性与光波长的关系进行了分析，发现不同光波长下的光学非均匀性之差远小于实际应用中对光学元件光学非均匀性的精度要求。根据这一分析结果及材料的色散特性，提出了采用双波长相移干涉实现光学非均匀性绝对测量的方法，给出了测量原理与实现方法，并通过计算机模拟实验和光学实验验证了该方法的正确性与可行性。

数字全息作为一种相干成像方法，散斑噪声严重影响其成像质量。针对这一问题，提出了一种基于微位移的数字全息散斑噪声抑制方法。在全息记录过程中，通过连续微小平移物体，记录多帧数字全息图。对多帧全息图分别进行数字再现。在再现计算中，利用像差校正算法和图像配准算法，正确校正由于物体微位移造成的复振幅分布差异，以获得多帧具有相同物光场分布，但散斑噪声不相关的再现像复振幅。通过平均叠加多帧再现物光复振幅，有效抑制散斑噪声对再现振幅像和相位像的影响。理论分析与实验结果均表明，该方法是有效和可行的。

针对集成成像三维显示技术的特点，利用相邻元素图像中的同名点间距，计算了集成成像三维显示过程中再现场景的立体深度，通过深入分析系统所能够再现场景的最大和最小立体深度，对集成成像三维显示系统立体深度的再现能力进行了表征。结果表明透镜阵列间距和同名点间距对集成成像三维显示系统再现场景的立体深度有重要的影响，而显示器件的分辨率和透镜间距则决定了系统最终的立体深度再现能力。在理论分析的基础上，通过改变元素图像中的同名点间距，在光学实验上实现了对系统再现场景立体深度的调制。

为了挖掘有利于光谱分类的有效特征信息，选取园艺作物黄瓜的霜霉病害为研究对象，利用窄带滤光片型多光谱成像系统，获取患病黄瓜叶面的14个可见光通道、近红外通道和全色通道的多光谱图像。在此基础上，实验采用多光谱图像的平均灰度值和标准差，通过图像可识别度模型，对6个霜霉病害样本的16通道多光谱数据可识别度排序，目的是探讨能有效识别黄瓜植株霜霉病害的特征波段。实验结果表明，用亮度信息提取霜霉病害的多光谱图像特征波段，能快速提取病害的特征波段信息。其中700，600，589和546 nm的窄带多光谱图像具有较丰富的黑白强度分布和较好的明暗对比度，可以作为黄瓜霜霉病害光谱分类的有效特征信息通道。

研究基于不同光源照射的体全息光栅成像系统的成像特性。采用波长532 nm的相干光，在2 mm厚的掺铁铜铌酸锂晶体中记录体全息光栅，作为成像系统中的体全息透镜。研究比较成像系统在波长为532 nm和640 nm的相干光照射下衍射读出的成像特性，结果表明，不同波长光照射成像时，体全息成像系统深度分辨率不同，红光读出时具有更灵敏的轴向选择性。实验研究对比了单色光源与宽频光源成像特性，结果表明，当采用宽频光源读出时将得到更多的关于成像物体的横向信息。

提出了利用双波长数字全息实现对微光学元件刻划凹槽的三维成像。由两个不同波长的激光记录所得到的两幅数字全息图分别通过数值再现得到其对应波长的包裹相位图，再通过双波长解包裹得到等效波长的相位图，由该相位图重构出被测物体的三维形貌。通过数值模拟验证了双波长数字全息方法的可行性，并通过搭建双波长数字全息实验系统，利用632.8 nm和671 nm两个波长的激光对微光学元件刻划凹槽进行了三维成像，得到的刻划凹槽平均深度为7.1 μm，其结果与表面轮廓测量仪获得的三维形貌和凹槽深度都具有较好的一致性，证明了双波长数字全息三维成像结果的有效性。

由于亚波长人工材料具有许多特殊的光学性质，目前，利用这些性质在微波波段设计出了多种功能器件。但是，太赫兹波段亚波长材料的尺寸较小以及太赫兹源和探测器的限制，太赫兹功能器件的制作与应用受到了一定制约。为了实现太赫兹滤波，利用时域有限差分（FDTD）方法研究了太赫兹亚波长金属条阵列结构的太赫兹透射性质，结果发现，一个单胞内包含多个金属条的周期结构其太赫兹透射谱中可以出现多个吸收峰，从而可以实现多频段太赫兹滤波。另外，通过改变金属条的结构可以使吸收峰加宽，从而加大了太赫兹滤波范围，最终设计出了宽吸收带的太赫兹滤波器件。

采用氮化铌和铝作为制备微悬臂梁的双材料，其中氮化铌用来吸收太赫兹波辐射，铝作为形变材料。利用氮化铌和铝的热膨胀系数相差较大的特性以及在吸热后产生形变的特点，与双材料微悬臂梁阵列探测红外波技术相结合，实现对太赫兹波的探测。采用微细加工技术制作出无基底的双材料微悬臂梁阵列结构。为了防止微悬臂梁的热散失，将微悬臂梁阵列放置在一个具有防振功能的真空腔中，利用机械泵和分子泵保持其高真空以提高探测系统的信噪比。采用反射式可见光光学读出方式间接获取太赫兹波的信息，并利用双图像做差的方法进行图像处理，提高了系统的分辨率。

描述了一种成像方式基于压缩传感(CS)理论的太赫兹(THz)成像系统，其核心思想是将压缩与采样合并进行，采集图像的非自适应线性投影(测量值)，根据相应重构算法由测量值重构原始图像。此系统通过测量图像和单一掩模板的内积来得到单一THz强度值，最后得到一系列与掩模板数目相同的测量值。CS理论可以从比N2少得多的测量值中来重建一幅N pixel×N pixel的图像，从而缩短成像时间。这种单点成像系统消除了对物体或THz波束进行光栅扫描的必要，不但提高了成像速度，而且保持了单像素探测的高灵敏度。利用连续THz波源返波振荡器(BWO)来进行实验，并得到了初步实验结果。

理论分析了不依赖参考信号的太赫兹（THz）透射式和反射式光谱分析方法，并对弱极性材料2,4-二硝基甲苯(DNT）和黑索今（RDX）的特征光谱进行实验研究。对于透射式光谱测量，利用单脉冲THz波的相位谱呈线性分布的特点，样品信号的相位与频率的比值对频率的一阶导数包含材料的共振吸收频率特征；对于反射式光谱测量，在不考虑大气吸收的理想条件下，对样品信号的相位对频率求二阶导数可以提取弱极性材料的光谱特性。此方法不需要测量参考光，完全消除了反射谱分析中的“位移误差”，提高了反射式光谱测量的精确度。

基于时域有限差分（FDTD）法对金属井字形栅网、互补的方块阵列和二者叠加而成的十字叉丝孔阵列3种类型的二维金属线网格结构在太赫兹波段的滤波特性进行了数值分析。研究发现，金属井字形栅网结构实现了高通滤波的功能，方块阵列结构实现了低通滤波的功能，十字叉丝孔阵列结构则实现了带通滤波的功能。模拟结果表明，随着周期的增大，井字形栅网以及其互补方块阵列的截止频率向低频扩展，叠加而成的十字叉丝孔阵列允许透过的中心频率也随着周期的增大向低频移动。另外，以十字叉丝孔阵列结构为例的多层金属网格结构仿真结果显示，当层与层之间的间隔为20 μm，层数多于5层之后，其上升沿和下降沿都变得十分陡峭，层数的增加可以大大提高结构的滤波性能。

提出了一种实时太赫兹(THz)主动成像系统。系统的关键元件是一种基于微电子机械系统(MEMS)技术的双悬臂梁焦平面阵列(FPA)。由于THz能量小，为了提高器件探测的灵敏度，针对THz波段对器件提出了使用基于表面等离子体共振原理的光读出方案；对微梁结构做了设计，使微梁可以沿垂直方向移动。对设计的结构进行了有限元分析，表明该方案是一种探测精度很高的解决方案。

基于时域有限差分方法对非对称十字形周期金属结构在太赫兹波段的透射特性进行了数值模拟研究。研究结果表明，对称十字形周期金属结构，其太赫兹透射谱出现陷波效应。保持十字形金属的长、宽、周期不变，研究偏移量对太赫兹透射特性的影响，得到随着偏移量的增加，透射凹陷所在的频率位置向低频方向移动；通过旋转样品，研究非对称十字形结构在太赫兹波段的偏振特性，即改变太赫兹电场偏振方向相对于金属的角度，发现非对称十字形周期金属结构对偏振比较敏感；而对称十字形周期金属结构无偏振依赖性。

利用空气电离相干探测系统通过实验测量了氨基酸的太赫兹光谱。通过双色激光脉冲诱导空气等离子体可以产生较强的超带宽(0.1~10 THz)太赫兹信号并通过外差式相干探测进行探测。通过实验测量了赖氨酸(C6H14N2O2)和精氨酸(C6H14N4O2)的太赫兹反射式宽带谱。为了解决反射式太赫兹时域光谱技术在相位匹配上的问题，采用相对反射率对频率的一阶导数提取材料的吸收参数。由于大于6 THz频率样品对信号的吸收较大，因此将频率窗口定在0.5~6 THz下，实验中可以发现两种氨基酸均在1.10 THz处有吸收峰。

为提高被动式人体太赫兹成像系统所获取图像的目标分辨力，采用反卷积方法处理图像，提出了一种被动式太赫兹图像重构算法。从系统的基本成像原理出发，分析了导致图像退化的主要原因；在对原始太赫兹图像进行去噪预处理后，采用高斯型点扩展函数进行图像反卷积重构，提高图像的分辨率,用灰度变换方法提高图像的对比度。应用本算法重构原始人体太赫兹图像，获得了清晰度和目标分辨力明显改善的处理效果。实验结果表明，本算法能有效提高被动式人体太赫兹成像系统的图像质量，有利于观察者快速准确地发现被检测者隐藏在衣服内的违禁品，增强了系统的实用性。

提出了一种基于非局部均值(NLM)滤波的相干激光雷达距离像去噪方法，结合滤波后的强度像和原始距离像、背景抑制(B-S)后的中值滤波和NLM滤波等图像融合方法，实现B-S和距离反常抑制。对不同载噪比的相干激光雷达多目标仿真图像进行了去噪处理。比较了Lee滤波等方法处理结果。实验结果表明，采用该方法，能够满足距离像背景噪声抑制、目标上距离值正常和边缘保持三方面要求。

选择合适的滤波函数是瞳面相位差波前传感器成功实现的关键。以建立的瞳面相位差波前传感器模型为基础，采用模式法进行波前相位的恢复，考察不同类型、不同大小滤波函数对波前恢复效果的影响。结果表明，滤波函数种类的选择对传感器相位恢复效果的影响不大，在合适的大小范围内，都可以得到令人满意的恢复精度，如离焦作为滤波函数时，其峰谷(PV)值在(2π±π)rad范围内；球差作为滤波函数时，PV值在小于等于π rad范围内。同一种滤波函数，当其大小超过一定范围时，如离焦大于3π rad、球差大于π rad时，随着其大小的增加，相位恢复精度逐步降低。具体应用时，可根据实现的成本和制作难易程度在滤波函数大小合适的范围内确定滤波函数的种类。

弹道导弹自身没有探测设备，无法获取拦截器的状态信息，不利于规避拦截。为解决导弹对拦截器的定位问题，提出基于天基跟踪与监视系统单星红外探测，辅助导弹自身导航信息对拦截器的定位算法。红外探测器探测到拦截器时，拦截器在测量视线上，拦截器采用逆轨拦截方法，也在导弹的弹道平面内，探测视线与弹道平面的交点就是大气层外动能拦截器(EKV)的位置。论证了星载红外探测器对拦截器的可探测性，阐述了定位算法的实现步骤，对导弹对抗时运用该算法对拦截器定位进行数值仿真，分析了定位误差及其成因。仿真结果表明，该算法可实现导弹对拦截器的定位。

表面等离子体共振(SPR)传感技术具有很高的折射率分辨率。但是其折射率分辨率对金属膜厚度非常敏感，影响了SPR传感器的适用性。使用一种叫做“偏振干涉”的技术，来减小光谱型SPR传感器的折射率对金膜厚度的敏感性。实验结果表面，偏振干涉能够降低SPR光谱的最小值，提高使用非最佳金属膜的SPR传感器的折射率分辨率。金膜厚度在28.16~54.38 nm范围内变化时，系统的折射率分辨率达到3.9×10-7~8.1×10-7RIU(折射率单位)。

大气探测激光雷达为保证观测到有效数据，在每次观测前必须进行收发光路的对准。为了保证激光光束有较小的移动时不会影响回波信号的接收，需将激光光束调节到望远镜视场的中心位置。采用螺旋式光束扫描方法以实现光斑进入视场，达到初步准直；提出了一种十字形光束扫描方法将激光光束调节到望远镜视场的中心位置。编制了相应的计算机软件，实现了一键控制激光光束自动准直调节。

介绍了双通道偏振激光雷达的特征及主要参数和数据处理方法，并利用该系统对上海世博会开幕式前后的沙尘暴污染过程展开研究，对测量结果进行了分析。结果表明，沙尘暴污染是由西北方向输送，由后向轨迹分析其来源是蒙古地区，并有间歇期，形成了二次沙尘输入过程；沙尘暴后5月份主要风向转为东北风，有利于沙尘污染颗粒物消除。此外将偏振激光雷达测量颗粒物消光系数与地面PM10空气污染指数（API） 对比分析，结果显示两者有很好的一致性。

为使星载激光高度计实现高空间分辨率，提出了一种联合采用伪随机码(PRC)相位调制光纤激光器和外差探测的测距方法。推导了用于测高时的信噪比公式。对激光发射功率、参考光功率、望远镜口径、调制速率以及PRC序列长度对信噪比和距离分辨率的影响进行了数值模拟。对系统参数进行分析，得到了相关参数的关系和优化的参数。结果表明,当激光出射功率约为10 W，参考光功率约为10 mW，望远镜口径为0.4 m，调制速率为1 GHz，单周期内PRC序列长度约为300 μs时，基于PRC相位调制和外差探测的星载激光测高计能够实现系统信噪比为10和距离分辨率为15 cm的设计目标。

综合考虑铷原子两种同位素频移、压力展宽和D1、D2线的超精细分裂作用，建立了一个物理模型，结合实验参量，计算分析了铷原子D1、D2线的超精细光谱结构，得到与实验基本一致的模拟结果。定量分析了铷蒸气池中所充缓冲气体压强、组分和蒸气池温度对铷原子D1、D2线的光学碰撞截面的影响，计算比较了不同气压时铷原子D1、D2线的线型与线宽信息，得到了一组优化参数组合，为深入理解碱金属原子D1、D2线的展宽机制及其与半导体激光的线型匹配提供了理论依据。

利用Nd:YAG激光器、OceanHR2000+ICCD光谱仪建立激光诱导击穿光谱(LIBS)实验系统，设置合理的实验参数得到土壤样品LIBS数据，利用基于误差反向传播的人工神经网络(BP-ANN)算法，对含Cr浓度不同的样品进行了分析，选择CrI：425.435 nm为分析谱线，选择FeI：425.079 nm为参考线，在以相对峰强为输入模式下，对网络进行训练，建立定量分析模型，利用该模型进行预测，预测的相对标准偏差和相对误差均优于传统的定标曲线法得到的结果。

近地面层臭氧O3研究是当今环境科学领域的前沿课题之一，开展环境空气中O3监测与分析对防治大气污染有十分重要的意义。采用多次反射式怀特池傅里叶变换红外（FTIR）光谱方法，在2010年7月和12月对浙江某地区O3进行了连续监测，通过O3浓度数据，分析了O3月变化和日变化特征。O3浓度的最高值出现在7月，这与辐射强烈，温度高有关。O3浓度呈明显的日变化，一般在下午浓度较高，上午和夜晚较低。

氯化氢气体对环境有危害，可造成水体污染，大部分由城市生活垃圾、医疗废弃物等焚烧产生。针对硝酸银容量法、硫氰酸汞分光光度法和离子色谱法监测气态污染源中氯化氢的局限，提出多次反射池傅里叶变换红外（FTIR）光谱法检测氯化氢气体浓度。该方法是在准确测量氯化氢气体红外吸收光谱的基础上，使用非线性最小二乘算法进行光谱定量分析，从而得到氯化氢气体含量。通过在实验室条件下测量的氯化氢气体浓度结果看，该方法可作为氯化氢气体定量分析的有效方法。

利用Nd∶YAG脉冲激光器(波长为1064 nm)作为激发光源，以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为谱线分离与探测器件，在石墨富集的方式下测量并分析了水中铜元素的激光诱导击穿光谱(LIBS)特性。实验中以铜的324.75 nm特征谱线作为分析线，研究了水中铜元素的时间衰减特性，确定了最佳延迟测量时间为1100 ns，最佳门宽为2100 ns，通过对不同铜浓度样品的测量，给出了铜元素的定标曲线，并计算得到铜元素的检测限约为0.0672 mg/L，研究结果为进一步实现水中痕量金属元素的快速检测提供了数据参考。

为准确反演气体浓度，节约建模时间，提出了基于区间极限学习机(ELM)定量分析模型的傅里叶变换红外(FTIR)光谱分析技术。该方法基于区间划分思想，将整个光谱范围划分为若干个子区间，利用ELM分别建立各个子区间的定量分析模型，并根据各个子区间模型的决定系数大小评价其泛化性能，进而筛选出最具代表性的子区间组合。基于上述方法，对NO与NO2气体的红外光谱进行波长筛选，并利用筛选后的特征波长点光谱建立定量分析模型。实验结果表明，NO气体测试集的决定系数R2为0.9999，NO2气体测试集的决定系数R2为0.9997。与区间偏最小二乘法相比，利用区间ELM方法建模速度更快,模型泛化性能更优。

提出了一种客观验光的波前角膜接触镜的设计方法。采用角膜地形图数据，最优化拟合得到角膜接触镜的后表面面型结构；采用眼波前像差数据，运用波前在介质中传播的衍射光学的角谱理论，结合泪液透镜的作用，最优化设计角膜接触镜的前表面面型结构；根据角膜接触镜前后表面的结构，计算得角膜接触镜的最优矫正光焦度。为8只具有不同程度离焦和像散的近视眼设计了波前角膜接触镜，对角膜接触镜光焦度的分析表明，接触镜后表面为球面面型设计的，其接触镜的光焦度等于人眼的光焦度与泪液镜光焦度之和，而对于镜片后表面为环曲面面型设计的，其接触镜光焦度与全眼光焦度匹配，验证了结果的合理性。

针对近红外InGaAs焦平面(FPA)调制传递函数（MTF）的测量要求，设计了一种全反射式Offner光学系统，由两块共轴的球面反射镜构成，11成像，F数为4。在焦平面工作波长1.7 μm下对光学系统进行优化，设计结果显示，在8 mm×30 mm的宽视场(FOV)内任一点，空间频率20 lp/mm处（对应光敏元尺寸25 μm×25 μm的焦平面的Nyquist频率），光学系统的MTF在1.7 \mm达到0.82，接近衍射限。Zygo激光干涉仪在0.6328 μm波长下的测量结果显示，系统的波前差均方根（RMS）值在0.6328 \mm约为1/20 λ，20 lp/mm处MTF在0.6328 \mm达到0.93。将测量得到的波前差数据代入CODEV中计算，结果表明波长1.7 μm下系统在8 mm×30 mm的视场内任一点，空间频率20 lp/mm处的MTF实验值仍高于0.8，满足要求。

数控光学加工的收敛效率与很多因素有关，例如算法、参数设置和磨头磨料等。提出一种高效的局部反卷积加工算法，把面形误差划分成待加工区域和非加工区域，对每一待加工区域进行加工轨迹规划，在局部区域内沿加工路径进行反卷积运算得到磨头驻留时间分布，依据最接近点原则对各加工区域进行衔接。大大提高了磨头的有效加工时间与总运行时间的比率，从而使整体加工效率也大大提高，并且中频误差也得到了一定程度的抑制。

提出了一种新型的磁介质辅助抛光技术，用于高精度光学表面的数控抛光。在强磁场的作用下,磁介质吸附在磁轮上并沿着磁力线方向排列起来，形成环状凸起 “磁性抛光刷”。磁轮高速旋转时，循环注入抛光液，对工件表面实现材料去除。完成了磁介质辅助抛光工具设计、制造，以及与数控机床的组装调试。采用K9玻璃工件进行了工艺实验，获得了去除函数分布及表面粗糙度。

在惯性约束核聚变(ICF)驱动器中，大口径反射镜是关键的光学器件，其稳定性直接影响着光束的指向和定位精度。随机振动和镜架结构参数是影响大口径反射镜架动态响应的主要因素。为明确随机振动激励大小及镜架特征参数对镜架动态响应的影响，实现对镜架动态响应的控制，采用有限元分析软件对大口径反射镜架在随机振动作用下的响应进行了分析，分析了激励功率谱密度、结构刚性和阻尼比等不同参数对大口径反射镜架动态响应的影响。分析结果表明：减小激励功率谱密度和增大结构刚性对减小大口径反射镜结构响应具有相同的作用,增大结构阻尼比效果最明显，但无论是减小激励功率谱密度、增大结构刚性以及增大结构阻尼比，其作用效果都在递减。

波前编码技术(WCT)是一种“光学数字”一体化的成像技术，其基本特性是可以有效扩大光学系统的焦深，并控制离焦以及与离焦有关的像差。另外一个显著特点是可以扩大系统的误差容限，即放松系统的公差分配。为评价波前编码技术对系统位置公差分配的影响，定义了传函相似度的新概念，并给出了传统系统与波前编码系统、波前编码系统在原位置公差分配和新位置公差分配条件下的传函相似度对比，根据一定的判据定量给出应用波前编码的离轴三反系统的位置公差，定量验证了波前编码技术的应用。

对于薄反射镜面背部排布垂直于镜面的力促动器的变形镜，其原理可以采用微分方程表示。理论分析表明，这种变形镜要实现对低阶误差的高精度有效校正，需要在变形镜的有效口径外排布一定数量的促动器。采用有限元建模和分析技术，对基于力的支撑校正方式的变形镜进行了分析，对比了9促动点不同支撑位置时变形镜对离焦、象散和彗差三种低阶像差的校正能力，设计了支撑点内圈6点（有3个固定点）位于有效口径边缘、外圈6点位于外边缘的排布方式，大大提高了变形镜对难于校正的彗差的校正能力。最后比较了波前校正和模态校正方式在这种新型排布下的不同。

基于周期性畴反转铁电材料铌酸锂的电光效应，提出一种利用电光Pokels效应调制偏振态的二进制全光逻辑处理方案并进行了实验验证。当以偏振方向相互正交的两种线偏振光，分别表示光信号1的逻辑0和逻辑1时，信号光的偏振方向在一定的外加电场作用下，将在偏振面内旋转90°，从而实现两种偏振态即逻辑0和逻辑1的相互转换。在不加外电场的情况下，信号光的偏振方向不产生明显变化，从而实现可控逻辑非的功能。当以外加电场的电平信号来表示电信号2的逻辑0和逻辑1时，还能实现异或和同或的逻辑功能。相比于强度编码的方案，该偏振编码的方案对于信号的损耗很小，因此能够更方便地应用于多重级联系统，从而实现更复杂的逻辑功能。